卷烟物流配送中心异型烟分拣自动化技术研究与应用
卷烟物流配送中心的异形卷烟分拣作业存在自动化水平低、分拣速度慢、作业时间长、劳动强度大、工作现场杂乱等问题。研究了异型卷烟自动拆包和自动补货技术、全产品规格自动分拣技术、计数输送和高速码垛技术等异型卷烟分拣包装关键技术，开发了一种自动拆包技术。异型卷烟机、自动补充机。卷烟穿梭车、组合分拣机等设备解决了异形卷烟自动化高速分拣包装问题，是行业的一次技术飞跃。
一、简介
异型卷烟（以下简称“异型卷烟”）特别是细支卷烟，节省烟叶原料和辅料，具有成本低、危害小、创税创利能力强的特点。异形卷烟以其新颖的卷烟设计和个性化的包装造型，满足消费者不断创新、差异化的需求，赢得了消费者的青睐。为满足消费需求，积极推进供给侧结构性改革，烟草行业“十三五”期间大力发展以细支卷烟为代表的异形卷烟，改善产品结构。异形卷烟产销量大幅增长，成为行业发展的关键。经济增长新亮点新支撑点。但随之而来的异形卷烟分拣自动化程度低、分拣速度慢、作业时间长、劳动强度大、作业场地杂乱等问题，成为烟草商业企业提高卷烟配送和服务效率的制约因素。水平。瓶颈和不足。
2、现状分析
异形卷烟分拣作业流程一般分为三个环节，即卷烟供应环节、分拣环节和包装环节。卷烟供应环节主要包括烟盒出库时的扫码、拆包、补充；排序环节主要包括排序和编码；包装环节主要包括堆垛、包装、贴标。行业内异形卷烟分拣作业采用的主要工艺流程如图1所示。
图1 异形卷烟分拣流程框图
如图1所示，异型烟供应流程采用人工扫描、人工拆包、人工补烟。均为人工操作，需要大量劳动力，劳动强度高，自动化水平低；分拣过程采用自动和手动分拣的混合方式。由于拣选作业方式，电子标签不同程度辅助人工分拣，无法实现所有异形卷烟的自动分拣；包装环节的码垛、装箱、贴标自动与手动并存。调查还发现，自动堆垛效率低、故障率高，而人工堆垛则劳动强度大。由于特殊烟气的存在，无论是自动堆垛还是手动堆垛，堆垛速度均较低。
经过调查分析可以看出，异型卷烟分拣作业中存在的问题主要是：卷烟供应环节中人工拆包、人工重新灌装卷烟，需要大量劳动力，劳动强度高，是制约异形卷烟分拣作业自动化水平提升的瓶颈；分拣环节无法实现所有异形卷烟的自动分拣。人工分拣速度慢，错误率高。包装过程中码垛速度慢是限制整个异形卷烟分拣系统速度的关键。
此外，在异形卷烟分拣作业现场，不同品牌、不同规格的烟盒沿着分拣线堆放，空烟盒则被丢弃。作业现场烟盒杂乱，类似手工作坊，与行业的高品质不符。开发要求差异很大。
3、关键技术研究
为解决异型卷烟分选难题，中烟机械集团许昌烟草机械有限责任公司、中烟河南公司、河南中烟许昌公司等单位联合成立项目组，对烟机进行自动化高速分选。异形卷烟分选包装关键技术进行研究，通过技术调研和讨论分析，项目组认为制约异形卷烟自动高速分选包装的关键技术卷烟有：异形卷烟自动拆包和自动充装技术、全规格异形卷烟自动分拣技术、异形卷烟计数输送技术和高速码垛技术等。项目组进行了对这些关键技术进行研究并制作试验装置和样机，以解决异型卷烟分选存在的问题，实现异型卷烟自动化高速分选包装。
1、自动拆包、自动加烟，突破自动化瓶颈
国内烟草商业企业之所以在异形卷烟分拣过程中采用人工拆包、人工充装异形卷烟，而不是自动拆包、自动充装卷烟，主要是因为部分商业企业受产量限制。网站。卷烟拆包机无法满足异型烟的拆包需求，而且国内还没有异型烟拆包机，因此人工拆包是无奈之举。异型卷烟拆包机的研制是提高异型卷烟分拣自动化水平的关键。
异形烟盒包括薄型烟盒、中型烟盒和异形烟盒。烟盒品种多，尺寸变化范围大，开发异型烟盒开箱机难度较大。为了研发异形烟盒拆箱机，项目组进行了大量的技术攻关，收集了异形烟盒的尺寸、包装方式等技术资料，广泛征求了烟草商业物流人员的意见，制定了制定了详细的设计方案，制作了测试装置，并对异型烟盒进行了测试。异形卷烟拆包关键技术进行试验。通过实验和设计改进，最终攻克了制约异型烟拆箱的关键技术，并于2020年4月研发出国内第一台异型烟拆箱机（见图2）。
图2 异型烟拆包机
新开发的异形卷烟拆包机可同时满足细支烟和中型烟盒的拆包需求。这两类烟盒在异型烟盒中占有很大的比例，大大提高了异型烟拆箱的自动化水平。对于异型烟箱中的特殊烟箱，由于其比重较小，此类烟箱仍采用人工拆箱。
为了进一步提高卷烟供应过程的自动化水平，项目组还设计研发了异形卷烟梭（见图3）。新开发的异型烟梭不仅可以接单叠细型异型烟，还可以接双叠中型异型烟。拆包的异型烟由烟垛推送装置送到异型烟穿梭车，穿梭车将异型烟送到分拣机的烟仓，实现自动补烟。
图3 异形烟梭
2、分类分拣，实现异型卷烟的自动分拣
异形烟杆的包装方式多种多样，重量、尺寸差异较大。通过分析研究发现，除少数特种雪茄外，异形卷烟的重量范围为150克至1100克，厚度范围为18毫米至120毫米，宽度范围为80毫米至173毫米，长度范围为80mm至345mm。采用一种分选方法和设备并不能满足所有类型异形卷烟的自动化分选。为了解决所有异型卷烟的自动分拣问题，项目组根据不同的包装规格、销售量和拆包方式，将包括细支烟、中型卷烟、异形卷烟在内的异型卷烟分为A类。 、B、C、D等类别（每个类别有多种产品规格）。 A类是指可以用自动拆包机拆包的大中型细支、中型卷烟。它们在异型卷烟中所占比例较大，约占异型卷烟总数的70%至75%； B类为无法用自动拆包机拆包的大中型细支卷烟和中支型卷烟，棒状卷烟约占异形卷烟总量的10-15%； C类是指长度较长或宽度较宽的异型支烟，或销量较少的小型细支烟、中支烟； D类卷烟是一种特殊类型的卷烟，长度较短，高度较高。针对这四类异形卷烟，设计开发了组合式分拣机、侧转盘式分拣机和落下式分拣机。组合分拣机用于分拣A、B两种异形卷烟，采用前拨轮。侧拨式分选机用于分选C类异形卷烟，采用侧拨式发烟方式；跌落式分选机用于分选D类异型卷烟，采用跌落式发烟方式，见表1。
表1 异型卷烟的分类及整理方法
新设计的三台分拣机通过针对不同类型的异形卷烟采取不同的分拣作业，满足了各种规格异形卷烟的自动分拣需求，实现了包括雪茄在内的所有异形卷烟的在线自动分拣。 ，有效提高异型卷烟分拣的自动化水平。
3、计数输送，提高异形卷烟分拣速度
“项目一号”需要编码来剥离。由于烟条打码时需要换户，所以分拣时要求订单之间保持一定的距离（一般不小于500mm）。异形卷烟订单量较小（许昌卷烟物流配送中心5支以下订单比例约为60%）。在分拣输送带一定速度的情况下，订单越小，单位长度内的订单间距就越大。分拣输送带满载率越低，分拣输送带的输送能力就越低，从而制约分拣速度的提高。提高分拣输送带的满载率对于提高分拣速度具有重要意义。
为了提高分拣输送带的满载率，项目组研发了异形香烟计数输送装置。该装置由低速传送带、高速传送带、计数器和负压系统组成。低速输送带和高速输送带均设计有负压孔，负压系统产生的负压通过负压孔将异形烟雾吸附到输送带上，确保不打滑异形烟雾与传送带之间。低速传送带用于接收分拣传送带上来的异形卷烟，将其无间隙排列成单排，缓存在低速传送带前。工作时，低速传送带将卷烟输送到高速传送带上。利用高速传送带和低速传送带之间的速度差来拉宽卷烟之间的距离。柜台记录运输的香烟数量。每个订单传送后都会有一个暂停。 ，实现订单分离，方便打码、换账。
新设计的计数输送装置安装在分拣机之后、打码机之前。它利用低速传送带对异型卷烟的吸附作用，阻碍卷烟的前进，对卷烟进行缓冲，使异型卷烟分拣时不再考虑顺序。间距大大增加了分拣输送带的满载率，从而提高了分拣速度。
4、多工位码垛，提高订单包装速度
不同规格的异型卷烟外观尺寸差异较大，堆垛速度慢，是异型卷烟订单包装速度慢的主要原因。目前，国内卷烟物流配送中心普遍采用全部或部分人工堆放方式堆放异形卷烟，劳动强度大、速度慢。
图4 多工位堆垛示意图
本项目采用“2套烟码垛装置+1台并联机械手”的码垛工作模式，实现多工位码垛。两排卷烟堆垛装置用于堆垛销量较大的细支、中型卷烟，承担不低于80%的堆垛任务；并联机械手用于堆放销量较小的特种卷烟。堆垛，承担不超过20%的堆垛任务。并联机械手位于多工位码垛装置的中上部（见图4）。排烟装置的排烟站和其两侧各有一个机械手排烟站。烟囱站两侧各有一个烟囱站。机器人码垛工位与机器人码垛工位之间设有烟垛移栽装置，用于向包装机（两台）提供包装所需的烟垛。此外，为了提高机械手的工作效率，还设置了两个机械手的卷烟堆垛和缓冲站。工作时，两个香烟堆垛装置独立堆垛。烟垛直接进入烟垛移植装置。机械手堆垛的烟垛通过缓冲站进入烟垛移栽装置。机械手和烟垛装置堆叠的烟垛。堆叠后的烟垛根据需要在烟垛移植装置中组合。当堆叠组合时，机器人堆叠的烟垛位于烟堆叠装置堆叠的烟垛的上部。
这种“两套卷烟堆垛装置+一台并联机械手”堆垛工作模式，共有4个卷烟堆垛工位和2个机械手卷烟堆垛缓冲站，有效提高了异形卷烟的堆垛速度，从而提高了堆垛效率异型香烟。提高订单打包速度。
5、空箱回收，现场精美
为了解决异形卷烟分拣现场空烟盒堆积的问题，项目组在设计之初就精心策划并实施。具体方法是：通过空箱输送线将空烟箱运送到回收地点，使空烟箱及时离开工作现场。对于A类异型卷烟，拆包后的空盒自动落入天井，然后滑至空盒输送线，空盒输送线将A类异型卷烟空盒输送至空盒回收处。 B类异形卷烟拆包站靠近天井。空箱由人工及时放入天井。与A类异形卷烟空盒一样，它们自动通过天井下滑至空盒输送线，使B类异形卷烟空盒及时离开工作现场。由于A型、B型异型卷烟空盒占比较大，85%以上的空卷烟盒得到及时回收，异型卷烟分拣现场凌乱状况得到明显改善。
4、应用效果
为落地异形卷烟分选包装关键技术研究成果并验证其实际性能，项目组采用了全新设计的异形卷烟分选工艺（见图5），并将研究成果应用于卷烟物流中。河南省烟草公司许昌市公司.配送中心示范应用。
图5 新型异形卷烟分选工艺流程图
图5所示工艺流程中，采用自动拆包技术（用于A类异型烟的拆包）和自动烟支灌装技术（用于A类、B类异型烟的灌装）；采用三台分拣机（组合分拣机、侧拨式分拣机、落下式分拣机）实现全规格异形卷烟的自动分拣；采用计数输送技术和异形卷烟多工位码垛技术，实现异形卷烟的高速分拣和包装。这些新技术、新设备已于2020年4月安装调试，运行良好，实现了多方面技术突破：
一是自动化水平国内领先。异型卷烟自动拆包机和卷烟自动补充穿梭车的研制成功，解决了异型卷烟人工拆包、人工补充用工繁重、劳动强度大、自动化水平低的问题。在异型卷烟的分选中。实现了许昌市卷烟物流配送中心异型卷烟约75%的自动拆包、约85%的异型卷烟自动补装，有效提高了异型卷烟分拣作业的自动化程度实现85%左右烟盒的自动扫描，自动化水平进一步提高。
二是实现全规格异形卷烟的自动分拣。组合式分选机用于分选销量较大的细支烟和中支烟，侧拨式分选机用于分选长度较长或宽度较宽或销量较小的异型支烟。细支香烟和中支香烟；落滴分选机用于分选长度较短、高度较高的异型烟支。这种根据卷烟形状、尺寸的不同，采用不同的分拣机进行分拣分拣的方式，可以实现包括雪茄在内的所有异形卷烟的自动分拣，消除了人工分拣，进一步提高了异形卷烟的分拣效率。自动化水平降低了劳动强度和错误率。
三是异型卷烟分拣系统运行速度大幅提升。异形烟支计数输送装置的应用，消除了订单间距，有效提高了分拣输送带的满载率，从而提高了分拣速度；异型烟多工位码垛技术的应用，有效提高了异型烟的码垛速度，从而大大提高了异型烟的包装速度。异型卷烟分拣速度和包装速度的提升，使整个分拣系统的工作速度达到7000支/小时的设计要求，远远超过目前异形卷烟2600～3600支/小时的工作速度。行业内的异形卷烟分选线。异形卷烟分拣作业时间与常规卷烟同步，缓解了目前异形卷烟分拣与销售的矛盾，提高了供应效率。
此外，空箱输送线的设计和应用，显着改善了杂乱的作业现场，提高了现场管理水平。研究成果示范应用物理布局如图6所示。
图6 研究成果示范应用物理布局图
5. 结论
通过异型卷烟自动化高速分拣包装关键技术的研究和示范应用，自动拆包技术、自动烟支装技术、全尺寸自动分拣技术、计数输送等约束，提高自动化水平异形卷烟分拣系统的水平和效率。站位叠加技术等多项关键技术取得突破。解决了卷烟物流配送中心异形卷烟分拣系统的瓶颈问题。这是行业的一次技术飞跃，使烟草商业企业能够主动适应烟草行业企业产品创新和开发的需求。有利于烟草行业改善产品结构，保持税收利润稳定增长。推动产业高质量发展。