基于二维码卷烟智慧供应链数据可靠性研究

黄飞杰，尹健康，宋红文，肖 骏，贺红梅

（1. 广西中烟工业有限责任公司 互联网研究中心，广西 南宁530000；2. 四川省烟草公司 成都市公司，四川 成都610014；3. 西南科技大学 制造科学与工程学院，四川 绵阳621010）

0 引 言

二维码实现了人与物、物与物之间的对话，可实现行业生态环境中各个元素的快速连接，二维码连接开始，信息开始产生。烟草行业数据没有形成一个完整的封闭链，烟草行业拟借助二维码完成全域数据采集，烟草商业端二维码数据关联技术在卷烟物流分拣环节完成。

卷烟分拣系统是自动化程度较高的分拣系统，在分拣系统上最小的分拣对象是条烟，对于订单核对和防伪，在分拣过程中多采用图形图像识别、RFID 等技术辅助完成。关宏等人描述了条烟分拣系统依照上位管理计算机下达的任务指令进行自动分拣工作，它是由很多台自动分拣机组成的机组系统；自动分拣机是以一个订单的分拣为一个工作周期的模式进行工作的[1]。冯春等人通过搭建视觉系统平台，对获取的图像进行预处理，提出了一种“两步法”的轮廓提取算法，完成每一个订单内各条烟品牌和数量的核对，可以满足日均配送量约5万条的能力[2]。刘靖等人分析了条烟在分拣过程中，因光电响应时间、件烟缓冲区距离、检测器参数设置不合理等原因，经常会出现件烟堵塞和检测误报等现象，造成成品卷烟出库时件烟损坏的现象，并给出解决原理[3]。冉文学等人根据模糊层次分析法评选各个因素的重要程度，使企业在采纳RFID 技术时，增加分拣系统数据采集的准确率[4]。李存兵介绍了利用差速皮带输送线，针对烟草异型包装卷烟打码整体解决方案，为实现卷烟物流全程跟踪提供了技术保障[5]。

国内对于条烟整形主要是在工业公司烟厂生产阶段，周奎田为解决超高速包装机组条烟透明纸存在松弛、皱褶等问题，设计了气流加热式整形装置，能够对条烟透明纸6 个面同步熨烫，均匀加热收缩，将产品外观市场抽检合格率由95.6%提高到98.5%[6]。植军平对于ZB45 硬盒包装机组的条玻美容器排烟不畅、窜烟等故障，改进滑套的材质和结构及条烟定位方式，减少卡烟、排烟不畅和窜烟[7]。用于商业公司分拣阶段的资料较少，用于二维码贴码和读码的烟姿整形未见资料。李虎针对就分拣系统上一号工程打码时存在码段倾斜、缺失和漏码的现状，研发条烟姿态控制机构，利用步进电机—滚珠丝杠系统控制打码机横向位移，实现打码位置的准确控制和任意可调[8]。姜怀业设计了双通道超高速条烟提升机，减少了条烟在滚轮和链板上表面的滑动摩擦，条烟折角、表面薄膜划痕等缺陷降到0.5%以下[9]。

1 二维码贴码扫码存在的问题

三码分别指一号工程码，是国家局为准确及时采集商业企业系统外销售数据，在分拣环节对条烟进行激光打码，用以作为该条烟的唯一身份标识，条烟激光打码主要采用数字码，共32 位；条烟品牌码是在工业生产时条烟包装自带的一维条码，用于标识卷烟所属品牌和规格，针对无条码或条码不规则的品牌规格，通过建立虚拟条码方式实现数据关联；条烟二维码是每条卷烟设计唯一的二维码（一条一码），并制作为实体二维码标签，通过条烟精准赋码将二维码标签贴粘到每条卷烟上，包括正常包装卷烟和异型包装卷烟。增加到分拣环节的贴码工序，实现了条烟二维码、品牌码和一号工程码三个码的信息关联（简称“三码合一”），这是实现条烟质量追溯的主要依据和核心所在。

在现有工序基础上，通过在物流分拣线打码段皮带上增加二维码贴标及采集设备、条烟品牌条型码识别设备，通过后台数据融合清洗，实现“三码合一”工作。以标准烟分拣线为例，精准打码数据采集业务流程如图1 所示：（1）“一号工程码”的32 位激光打码机从后台数据库读取分拣打码订单及一号工程条码信息，完成打码工序；（2）通过二维码贴码机，为每条卷烟进行赋码，完成贴二维码；（3）利用二维码扫码设备采集条烟二维码信息；（4）利用一维条码采集条烟品牌信息；（5）根据采集的二维码、条烟品牌码与一号工程32 位码建立一一对应关系，数据融合后并写入后台数据库，完成“三码合一”工序。

图1 “三码合一”数据采集原理图

步骤（2）、（3）、（5）是新增加的工序，为了满足技术指标中“三码合一”的合格率高于99%，首先在设备选型上，所选设备的贴码和读码成功率都高于99.9%；其次，需要将设备安装在分拣系统中进行联调。联调选择现有实际的分拣系统上，在32 位激光打码机后，加装二维码贴码和二维码采集设备；分拣系统完成每日的分拣任务后，会有几个小时的设备维护保养时间，联调时间选择在设备维护保养的时间段开展。每次联调采用4000 条/组，计算合格率，合格率指三码数据正确关联条数与总测试数量比值。如表1 所示，经过多次联调，合格率平均92.07%。在表2 中，显示在导致不合格的故障中，二维码的贴标工序故障占比98.71%。

如图2 所示，条烟与分拣夹角大于30 度，或者条烟间距小于2 厘米，定义为条烟姿态故障。为了降低二维码贴标工序故障率，夹角最好小于15 度。表3 统计了二维码贴标工序故障率，显示条烟姿态故障是导致贴标故障的最主要的原因。

综上所述，造成“三码合一”合格率不高的最主要的原因就是条烟姿态故障。

2 条烟整形装置设计

在调试阶段，每组总数NN 为4000 条烟，未整形情况下，测试二十组，不合格均值N 为318 条；由表2、表3 测试数据可知，二维码贴码工序故障率为ρ 为98.71%，条烟烟姿故障率为σ 为85.31%，由式（1）计算得知，条烟烟姿故障造成的“三码合一”不合格数M 为267.7 条；为了满足“三码合一”合格率设计指标δ 大于99%的要求，公式（2）得，整形后的不合格条烟数量M1需小于57.1 条，式中η 是通过软件逻辑的纠错处理率，对于设备、环境等造成的“多烟”（条烟数量比订单数多）、“少烟”（条烟数量比订单数少）、“错烟”（条烟品牌数量与订单信息不一致），理论上能实现30%～60%的纠错，在此η 取值30%。由公式（3）得到，当整形合格率Ω 大于98.57%，即可保证最终的“三码合一”合格率满足设计指标99%的要求。

表1 “三码合一”合格率

表2 工序故障率

图2 二维码贴码和扫码工序对条烟姿态的要求

表3 二维码贴标工序故障统计表

整形原理如图3 所示：（1）在分拣前段，边沿有毛刷，毛长5 毫米，对条烟初步整形，使条烟与边沿不接触，避免整形后由于接触导致斜烟；（2）当光电开关检测到条烟队列时，读取订单数据，计算队列通过时间，启动计时器；同时启动电磁阀，电磁阀驱动气缸动作，档板下降挡住条烟，队列中条烟依次靠拢，条烟长边与前进方向垂直；如果挡板正好压在斜烟之上，队列中的条烟靠拢后，是无法达到整形的目的，在后期的测试中证明，正好压在斜烟上的概率非常低，总体的整形成功率能够满足要求；（3）当计时器时间到，启动电磁阀，电磁阀驱动气缸动作，档板上升放行条烟；分拣线MN 段与XY 段的速度差，能够满足整形后条烟间距大于2 厘米。

2.1 分拣线XY 段的速度计算

挡烟调整条烟姿态后，条烟是并在一起的，采用分拣线分段差速调节条烟之间的间距。图3 中，已知MN 段的线速度v1是1.35 米/秒，条烟宽度W 是8.8 厘米，调节后的条烟间距D 需大于2 厘米，所以XY 段的线速度v2应符合公式（4）。

2.2 零部件设计与选型

零部件的设计和选项原则上采用技术成熟的，技术人员能够熟练掌握的零部件，同时为了确保不影响已有的分拣系统运行，在结构尺寸、运行速度上满足功能需求的基础上，也需要兼顾已有系统。在此原则下，选择的控制系统是PLC 编程控制，执行机构选择了已经在分拣系统中应用的单向电磁阀，选型参数是响应时间，并做了单独实验测试。开关选型从检测距离及响应时间参数，选择了镜面反射光电开关，满足要求[10]。

2.3 整形装置结构设计

图3 条烟姿态整形原理

由图4 可知整形装置的结构分为两个部分，（1）支架部件，可以使整个装置固定在分拣线上，同时安装传感器、光电开关、电磁阀以及气缸。（2）执行部件，由气缸、轴，铰链、挡板构成，完成下放档烟，上升放行的功能[11]。

图4 条烟整形装置结构图

挡板形状的设计和选择，需满足美观、不会损烟，压条烟过程中，可能压到条烟边上，条烟不至于翻转跳动；初选了长方形、椭圆形、方形加上翘弧形结构三种结构，通过现场各8 小时测试，方形加上翘弧形结构能够满足上述要求。

防叠烟机构设计，从结构空间位置关系，由轴完成，初选了多契带材料阻尼、辊筒阻尼、轴承组阻尼三种结构，各自通过8小时现场测试，轴承组阻尼结构能够连续工作，在防叠烟的基础上，没有产生卡烟、叠烟的现象，故选用。

3 调试与整形效果

条烟整形装置经过调试后，安装在分拣III 段处。经过一个月的实际运行，统计数据如表4 所示，条烟整形装置整形的合格率是99.96%；“三码合一”合格率提升到99.4%，完全达到了设计要求。

表4 整形合格率与“三码合一”合格率统计单位：%

4 结 论

分拣系统上设备众多，当出现故障时，可能是多个因素造成的。本文通过统计分析“三码合一”合格率不高的原因，找出条烟姿态故障率是最关键的因素。通过计算发现，条烟整形合格率大于98.57%时，能够满足“三码合一”合格率的技术指标。利用分拣系统的维护时间，在实际分拣系统上进行联调，单独实验、利用成熟技术设计选型等方法，设计并实现了条烟整形装置，通过分拣系统一个月的实际运行，使“三码合一”的合格率提升到了99.37%，满足了二维码系统设计的要求。