同侧异层滤棒物流自动化系统研究

为解决当前烟草行业已经建成的滤棒物流自动化系统在滤棒发射中容易产生触头、外表皱、爆口等质量缺陷的问题，本文对卷烟厂成型机、发射机、滤棒库提出了新的工艺布局方式――同侧异层，同时应用RFID技术对外观无法辨识的滤棒自动附着信息，建立起滤棒的防错牌控制，完善了滤棒物流自动化系统与生产的关联性。 　　自动化物流系统、同侧异层、卷烟生产、RFID 　　引言 　　随着加工制造业领域的拓宽和生产规模的扩大，原材料和半成品及成品的储存成为企业必须解决的重要问题。在烟草物流行业，自动化立体库得到广泛应用。作为卷烟重要辅料的滤嘴棒，其储存和输送在很多烟厂仍采用人工作业模式，即，成型机组装盘机将嘴棒自动装盘后，人工将料盘搬运到缓存区暂存，固化一段时间后，再由人工送到发射机组卸盘机上。也有部分烟厂采用输送设备将成型机与发射机组直接联接起来，经过短暂缓存和固化，将滤嘴棒输送给发射机。烟草企业滤棒物流自动化系统，利用自动化立体库的大容量缓冲和随机储存的灵活性，将滤棒成型生产和发射分成两个互不干扰、独立工作的工序，将滤棒成型机和发射机按集群式布置，任一台成型机生产的滤棒可以根据生产安排自动输送到任一台发射机，再发送到任一台卷烟机，可以最大限度地发挥成型机和发射机的生产能力，同时设备配置数量大大减少。 　　烟草工业企业从“十一五”技改开始，建设的滤棒物流自动化系统逐步增多，但全部采用成型机和发射机位于立体库同层异侧的方式，这样的布局发射机到交换站管道距离长、管道弯路多、需要爬升，发射时需要的发射压力大，容易产生触头、外表皱、爆口等质量缺陷的滤棒，影响滤棒在卷接过程的使用，造成烟支掉头、爆口等质量问题。 　　滤棒生产后装入滤棒盘中，每几盘滤棒为一组，自动存入立体库。但因滤棒的外观十分相似，很难用肉眼识别滤棒的规格，故在滤棒生产、使用过程中需要严格控制，一旦发生错牌，就属于企业A类质量事故，将造成大量的材料、人力的浪费，如果流入市场，产生的负面影响将无法预计。 　　针对以上问题，本文结合企业的“十一五”技改项目，通过研究成型机与发射机布局的合理性、所需设备的设计、物料信息流的分析等，在满足生产工艺的情况下，重新规划设备布局，采用成型机和发射机位于立体库同侧异层的方式，建立滤棒物流自动化系统的防错牌控制系统，形成行业内滤棒物流自动化系统建设新模式。 　　工艺布局研究 　　将成型机、发射机布置于滤棒立体库的同侧，考虑成型机生产时需要辅料（丝束、盘纸），其中丝束一粒有500多千克，且辅料采用AGV小车运送的方式，因此将成型机布置在一层；连接发射机与卷烟机的滤棒交换站正常都是布置在高处，以利于发射的压力，因此将发射机布置在二层，与交换站同层，以减少这两种设备之间连接管道的距离及爬升。 　　采用成型机和发射机位于立体库同侧异层方式解决了如下问题： 　　1.发射机与交换站的管道距离缩短 　　滤棒交换站大都设置在卷包车间装饰吊顶或车间二层上，采用新布局后，可以极大地缩短发射机与交换站的管道距离。 　　2.发射机发送滤棒的压力减少 　　采用新布局后，发射机到交换站的管道基本上不存在爬升部分。由于发射管道距离的缩短、管道爬升部分的大幅减少，发射机的发射压力也大大减少，从投入使用来看，企业一区生产线采用发射机与交换站在不同层的，其发射压力需要4-4.5Bar，二区生产线采用该种新型布局方式，发射机发射压力只需要2-2.5Bar。 　　3.降低质量缺陷滤棒的产生 　　由于发射压力的大幅降低，滤棒的前行速度大大降低了，从而较大程度地减少了触头、外表皱、爆口等质量缺陷的滤棒产生，提高了在发射过程中滤棒质量的稳定性。 　　4.提高空间利用率 　　国家烟草专卖局批复该项目建筑面积是以所申请的产能为依据的，在产能确定、建筑面积固定的情况下，这样的布局充分利用有限空间，为项目总体工艺布局腾出更多的面积。 　　系统关键设备设计 　　在成型机、发射机与滤棒立体库布局确定后，系统主要是设计成型机、发射机与滤棒立体库的对接设备。 　　1.连接设备设计 　　滤棒立体库通过堆垛机将货物存放在货架或从货架上取下货物，存取货物为货叉伸缩方式，因此该系统的对接实际上就是设计堆垛机与成型机、发射机的连接设备。考虑成型机的装盘部分、发射机的卸盘部分机构及滤棒盘的输送方式，该连接设备采用皮带输送机的方式，且滤棒盒几个一组出入库时，为有足够的缓存空间、合理输送负载及控制方式，设计3段皮带输送机来连接。输送机的设计参照德国HAUNI公司生产的KDF4成型机的HCF部分（装盘机），输送机皮带选用福尔波・西格林集团的传输龙 Transilon系列产品，考虑与其他系统电机选型的一致性，电机选用SEW产品。 　　2.旋转机构设计 　　图5是系统用到的两种不同规格的空滤棒盘，输送机到成型机装盘部分的单个空滤棒盘及从成型机装盘部分到输送机的实滤棒盘都是以图6箭头①所示方向输送的，输送机到发射机卸盘部分的单个实滤棒盘及从发射机卸盘部分到输送机的空滤棒盘都是以图6箭头②方向输送的。因此，从输送机上分离出单个空滤棒盘和实滤棒盘时，必须将空滤棒盘和实滤棒盘进行180°调头，才能供成型机和发射机使用，为此在图3、4的第③段输送机上必须带有旋转机构。 　　参照德国HAUNI公司生产的KDF4成型机的HCF部分（装盘机），滤棒盘的旋转机构选用FESTO的紧凑型气缸作为驱动部分。 　　3.防错牌控制设计 　　采用RFID技术，跟踪滤棒从成型机生产出来、立体库入库、立体库出库、发射机使用等过程中的信息，建立这一过程中信息的核对机制，防止错牌事故的发生。 　　输送机在输送滤棒盒的过程中，滤棒盒到一定位置触发光电感应，气缸将当前滤棒盒夹紧，PLC向WCS（仓库控制系统）申请RFID的写入或者核对，若WCS反馈成功的信号，则输送机气缸松开，输送机继续向前输送；若不成功，则气缸继续夹紧并会有相关报警提示，此时需人工查看、处理。 　　一楼成型机生产滤棒后，RFID写入滤棒的生产时间、牌号、机台号等信息，二楼发射机处则与在WMS（仓库管理系统）中预先设定的滤棒信息和当前滤棒信息进行核对，防止滤棒牌号与要求不一致的现象发生。 　　结语 　　从同侧异层的滤棒物流自动化系统投入使用以来卷包车间的质量反馈情况来看，基本杜绝了在发射过程中产生触头、外表皱、爆口等质量缺陷的滤棒。同时，系统应用RFID技术，将外观无法辨识的滤棒自动附着信息，在生产、使用过程中都能实时知道这些滤棒的牌号、生产机台、生产时间等信息，并建立了滤棒的防错牌控制机制，完善了滤棒物流自动化系统与生产的密切关联性。

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