青岛卷烟厂立体库_tecnomatix立体库

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一、(一)青岛卷烟厂背景

青岛卷烟厂始建于1919年，前身为大英烟草公司青岛分公司，是山东最早的机制 卷烟生产厂家之一。经过90年的发展，目前已成为烟草行业为数不多的年产量突破百 万箱的卷烟生产企业。目前，该厂现有在职员工1370人，拥有固定资产23亿元，总资 产60亿元，目前在产牌号为“泰山”、“壹枝笔”、“哈德门”。截止到2009年底，企业累计生产卷烟2900万箱，为国家上缴税金456亿元。

多年来，青岛卷烟厂十分重视企业的可持续发展能力建设。2001年国家烟草专卖局 批复同意青岛卷烟厂实施“十五”易地技术改造项目，厂区建设广泛采用新工艺、新材 料、新设备，使企业技术装备水平达到了国内先进水平。在行业内首批建立了国家级的 技术中心，企业信息化建设也走在了全国前列，企业承担的烟草行业“十五863/CIMS“ 项目已于2007年4月通过国家局组织的鉴定。专家组认为其技术与应用成果整体上在 行业内处于国际领先水平，具有明显的示范作用与推广价值，从而使企业基本形成了以 ERP为上层、以MES为中间层、以生产自动化和物流自动化为底层的三层信息化架构，为全面提高企业精细化管理和制造水平奠定了坚实的信息化支撑平台。

根据我国烟草行业“大市场、大企业、大品牌”的发展方向，国家烟草专卖局确定 了“1144”战略，落实“三降一提高”工程技术，执行“烟草行业固定资产投资‘十 五’规划”和“烟草产业技术装备政策”。为推进企业长远发展，青岛卷烟厂提出了 “科技创新，结构升级，优化资源，壮大企业”的战略思想，瞄准国际烟草行业的先进 水平，坚持技术进步和科技创新，走结构效益型道路，提高产品结构争创名优品牌，优 化资源配置，提高经济运行质量，将企业做优做强，成为全国有影响力的核心企业。为 实现这一战略思想与目标，青岛卷烟厂客观分析了自己发展中需要解决的问题，认为经 历“七五”至“九五”几次较大的就地技术改造后，青岛卷烟厂区建筑、生产能力和发 展空间已达饱和状态。于是，依据企业的客观条件和发展目标以及青岛市城市规划的总 体要求，在反复考察、调研和论证的基础上，于1999年9月提出了易地技改的基本构 想，对项目的必要性和可行性进行了研究和申报，并分别向国家局和市政府进行了专题 汇报。2001年6月4日，国家烟草专卖局以国烟计「2001] 312号文批准实施青岛卷烟 厂“十五”易地技术改造项目。辅料自动化立体仓库项目是青岛卷烟厂物流系统的一个 子项目，在整个C工MS项目中，该项目属于三层架构中底层的物流自动化系统，而物流 自动化系统又是青岛卷烟厂“十五”易地技术改造项目的子项目。

(二)青岛卷烟厂辅料物流的存在的问题

(1)占地面积大，辅料存放杂、乱

青岛卷烟厂辅料物流在没有立库之前，采用的是将平库分类存放的形式，由于加工 生产牌号较多，使得辅料存放杂、乱，经常出现材料混放的现象，有时材料经人工发放 到机台后，经机台操作人员检验发现为用错材料后退后，降低了生产效率，产品质量隐 患较大。一旦未经发现就会造成重大质量事故。

(2)出库查找困难

由于采用平库的形式存放物料，且分区域、分牌别存放，给辅料的出库带来了极大 的不便，发货工人要绕来绕去的找好几遍才能把需要出库的辅料找到。有时生产的牌号 过多，往往会造成对库存掌握不准、影响生产的情况。

(3)人工参与过多，效率低下

由于入库和出库都是需要人工验证，而且为保证辅料准确使用，要设置库管员、发 货员、质量管理员、机台操作工四个层面的辅料检验环节，对每个机台的用料进行仔细 检查，大大牵扯了有关人员的注意力，增大了人工成本，导致出入库的效率低下。

(4)验证困难，容易出错

由于人工环节非常多，出错的几率就大大增加，而且一旦出错，验证和回溯的工作 几乎是不可能的。

(三)青岛卷烟厂实施辅料自动化立体仓库项目的重要意义

烟草行业成功的实践案例证明，使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经 济效益。主要体现在以下几方面:

(1)高层货架存储。由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度地向高空发 展，充分利用仓库地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。采用高 层货架储存并结合计算机管理，可以实现货物的先入先出原则，防止货物的自然老化、变质、生锈或发霉。立体仓库也便于防止货物的丢失及损坏，对于防火防潮等大有好处。集装箱化的存储也利于防止货物搬运过程中的破损。

(2)自动存取使用机械和自动化设备，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动 强度。同时，使企业物流更趋合理化。运行和处理速度快，提高能方便地纳入企业的物 流。

(3)计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处 理和信息处理过程中的差错。同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库储存能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金。从而提高仓库的管理 水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统联网，实现企业信息管理的自 动化。〔l0j同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生 产。从而也提高了操作人员素质和管理人员的水平。

（4)由于仓储信息管理及时准确，便于企业领导随时掌握库存情况，根据生产及 市场情况及时对企业规划做出调整，提高了生产的应变能力和决策能力。

二、青岛卷烟厂辅料自动化立体库(一)工艺流程与功能描述

(1)辅料搭配

管理系统(MES)根据生产计划及库存信息，按辅料搭配比率提前一天下达调运单 品种辅料清单后，由卡车从一级库调来当天需要搭配的单品种辅料，通过叉车卸货暂存 于辅料搭配区，由人工按搭配指导清单搭配或替换为标准托盘后入库。

(2)入库

在辅料入库作业区已搭配好辅料托盘，由人工叉车送到辅料托盘入库站台，操作员 用手持终端将托盘条码信息录入计算机(如不能扫描则重贴条码)，并输入托盘物料信 息后确认，托盘即开始自动入库:先进行外形检测，若外形检测合格则通知系统准备入 库，否则输送机反转，回到入库站台初始位置后报警，操作员进行人工整理后重新检测，直至合格后入库。经过输送机系统将其送到相应巷道的堆垛机取货站台，再由堆垛机自 动将其送到仓库管理系统分配的货位存贮。

(3)搭配区使用的空托盘

在搭配过程中，优先使用出库作业区返回的空托盘组，若这部分空托盘组不能满足 搭配区的需要时，可直接从库中调出，经输送机系统及往复式穿梭车送到入库区空托盘 组缓存站台待用。

(4)剩余辅料托盘重组

在辅料搭配过程中，优先调用库中剩余辅料托盘。可由人工叉车将到达剩余辅料出 库站台的托盘叉到人工搭配区，重新补充搭配后再入库。

(5)出库

当机组站台上的某种辅料托盘即将用完时，机组人员应提前将剩余辅料

通过现场终端呼叫通知上位系统，系统下达命令给AGV小车，将该机组站台上的空托盘 送到出库作业区的空托盘返库站台上，经输送机送到托盘码垛机上进行空托盘码垛，成 组后的空托盘组送入穿梭车入口站台，同时通知计算机管理系统。如果是在白班有入库 作业的时段，则系统调度穿梭车送到入库作业区出库站台，通知人工叉车取下以备搭配 时使用;否则直接进行入库，通过穿梭车及堆垛机将其存储到系统指定的货位中。

在AGV小车运送空托盘返库的同时，系统马上从库中调出机组呼叫所需辅料实托盘，到达出库作业区出库站台，然后通知AGV小车将其送到所需机组站台，一个出库作业即 完成。

如果出库时穿梭车上的条码器不能识别实托盘条码，在白班则将它送到入库作业区 出库站台人工处理(报警提示工作人员，用人工又车叉下后重新贴条码再入库存放)，如果是晚班则先退回库中暂存，第二天入库作业区上班后再从库中取出人工处理。同时 系统自动补一个同样类型的实托盘以完成出库作业。

(6)换品牌

当卷接包机组需要换品牌时，为及时地启动卷接包机组，机组人员先呼叫系统调来 AGV小车将换品牌时的特殊复合托盘送往机组站台;然后将尚未用完的实托盘送到出库 作业区入库站台入库，如外形检测不合格，退回报警，待管理人员重新整理合格后再自 动入库或调往托盘搭配区重新参与搭配。最后再从库中调出换牌机组所需普通实托盘供 机组正常使用。

(7)提前出库

正常交接班时只需要管理人员清点剩余辅料数量，在(机组呼叫终端上)计算机系 统中产生一个当前班的虚拟入库量，在下一班开始工作时产生一个虚拟出库量，而实物 托盘勿需搬动。周末放假及放长假时剩余辅料托盘需返库，待收假时在机组正常生产前 进行提前出库，根据当班生产计划，先由计算机系统自行调度各机组所需特殊复合托盘，通过堆垛机及出库输送系统(包括AGV小车)自动将特殊复合托盘送到机组站台，然后 再从库中调出各机组所需普通实托盘供机组正常使用。提前出库流程同系统正常出库流 程，只是没有空托盘返库。

(8)废烟、废料处理

废烟、废料处理按机组人员呼叫方式设定。

辅料立体仓库总体工艺流程图

(二)AGV搬运系统设计 激光导引AGv系统构成见图

(三)系统功能设计

1、调度管理

(1)任务管理:对上位调度计算机下达的任务根据时间先后和任务优先级进行调

度;(2)车辆管理:根据当时AGV的位置和状态，选择距目标点最近(含各路段加权 值计算结果)的空闲车辆执行任务;(3)交通管理:对管辖内的所有AGV能实时控制和管理。AGV严格遵循规划路径行 驶，彼此独立行驶和作业，并能相互让车。

2、通讯传输

(1)通过网络与上位调度计算机保持联系。接受任务调度，报告执行结果;

(2)通过无线电与各AGV车辆保持通讯联系，指挥车辆作业。

3、控制管理

(1)检查车辆执行命令的过程;

(2)查询车辆状态;

(3)查询车辆交通管理信息，各点、段的占用信息;

(4)查询数据采集系统信号;

(5)查询全局参数的数据;

(6)解除车辆阻塞，查询各点的占用信息;

(7)查询路径的逻辑连接(通过各点间权值检测)，显示、清空、重装参数表;

(8)检测无线电通讯状况;

(9)查询与上位调度计算机的网络连接情况;

(10)查询车辆中途停止信息。

4、图形监控

(1)显示系统范围路径图，包括各个点和路段;

(2)显示系统范围内每辆AGV的位置和状态。常用状态有正常状态、等待充电、充电需求、手动状态、急停状态、路径阻塞、小车丢失、小车停止等。显示各作业点、充电点的占用信息;

(3)可建立对图形监控有不同操作权限的用户或用户组;

(4)可产生事件日志等报表;

(5)可根据定义缩放监控图形，可根据需要关闭层;

(6)可通过定义车辆状态显示其信息;(7)查看和设置输入和输出的状态;(8)查看命令缓冲区中的命令列表，了解AGV具体的装卸货地点。命令列表会根 据收到的状态信息不断更新，可删除某一项命令或改变局部参数;

(9)查看车辆的PLC状态，跟踪指定车辆，取消不在系统的车辆，释放车辆之间 的阻塞;

(10)系统具有事件管理功能。可报告意外事件，包括车辆等待充电时间过长;车 辆阻塞时间过长;失去导航时间过长;任务被取消;装卸货站台号无效或错误等。可利 用事件过滤器，只显示所需查询的事件类型或时间段内发生的事件;

(11)可在图形监控中直接下达任务(应急用)。

5、模式选择

可根据生产实际需要设置多种管理模式。如集中出库、集中返库、正常工作和休息 等。不同的模式具有不同的优先调度功能。6、LGV变更路径及设定

能够根据用户要求快速变更运行路径及设定，包括路径和点坐标移动、修改、增删，定义内容的修改等。

7、充电控制

(1)AGV具有智能化控制充电功能。当车辆电池容量消耗到一定值时会自动发出请 求信息。系统将即时安排到充电站进行充电。并在未完成工作任务之前，遵循任务优先 原则。如没有空闲充电站，会排队等待，车辆不会接受新的任务;

(2)系统通过信号线即时更新充电站的信息，能控制小车停在指定充电台位，吸 合隔离开关，触发充电。充电完成后，指挥车辆断开隔离开关，投入工作。整个过程完 全自动化。

(四)系统技术指标

(1)运输能力-一满足卷接包生产年产100万大箱所需辅料的运输要求。

(2)AGV完成一个最远点(以库区距最远的卷接包机组作业点往返路程计算)的搬 运指令所需时间为9 min(平均车速60 m/ min，单循环)。

(3)AGV完成一个最近点(以库区距最近的卷接包机组作业点往返路程计算)的搬 运指令所需时I日I为5 min(平均车速48 m/ min，单循环)。

(4)一辆AGV平均完成一个搬运指令的时间不超过7.5 min(单循环)。

(5)一辆AGV平均搬运能力不少于7次/h(单循环)。

(6)系统具有不低于20%的复合循环水平。

(7)辅料库配备10辆AGV具有平均84次/h的搬运能力(复合循环)。

(8)实际生产中的平均作业需求量为61.21次//h, AGV利用率为72.87%;换品牌

(五)作业过程

(1)辅料:当卷包机组通过其终端呼叫所需辅料供给时，上位计算机就将呼叫信 息下达给AGV管理控制系统，系统根据调度安排将任务分配给某一AGV，其将自动按最 优化路径驶向库区取货，然后将该盘辅料运至呼叫机组卸货。

(2)嘴棒纸:当嘴棒成型机组通过其终端呼叫所需嘴棒纸供给时，上位计算机就 将呼叫信息下达给AGV管理控制系统，系统根据调度安排将任务分配给某一AGV，其将 自动按最优化路径驶向库区取货，然后将该丝束盘纸运至呼叫机组卸货。

(2)更换品牌:需要更换品牌时，首先由卷包机组通过其终端对所需辅料提前20 分钟进行呼叫。上位计算机就将呼叫信息下达给AGV管理控制系统，系统根据调度安排 将任务分配给某一AGV，其将自动按最优化路径驶向库区取货，然后将辅料运至呼叫机 组的备用站台卸货。在更换品牌时，优先运送机组所需的辅料以保证能及时在30分钟 内将机组所需的辅料供应到位，剩余辅料托盘的返库可利用正常的工作时间进行。

(2)余料返库:当换品牌或停产需要将剩余物料送回库区时，机组通过终端呼叫 后，由AGV自动送回库区的辅料配盘区由人工进行重新配盘后入库或由堆垛机送回库区 存放。

(5)空托盘回收:呼叫的回收空托盘均由AGV先送到库区托盘堆码机进行堆码，成组后直接入库。

(六)

辅料立体仓库硬件配置详见图

辅料库配置说明

.1、条码识别器

德国P+F公司产品，带总线接口，扫描速度500线/s，扫描景深720mm，适用于传 送带速度(1.5m/s场合。

2、外形检测站

用于检测需入库的实托盘外形长宽高尺寸是否超标，对于超标的实托盘报警提醒人 工处理。

3、空托盘码分机

空托盘码分机用于空托盘的自动堆码和分发。

4、木托盘

(1)托盘外形尺寸(mm): 1200(L)X 1000(B)X 150(H)，各向误差,

(2)托盘外表面连接件要求有沉孔，不允许高出板面;

(3)成品要求平整，平面翘曲变形燕3 mm，两对角线误差

(4)托盘四周要求倒圆角R=l0mm;

(5)在承重达600kg的货物时，托盘各种承重工况(见附表)的最大变形小于1Smm;

(6)所有木托盘用的木材均须经脱水和防风干破裂处理，使木材性质稳定，干燥 后的木材不会发生变形、开裂现象;

(7)木托盘须进行整体砂光;

(8)最后进行封蜡处理，防止到异地开裂;

(9)托盘表面经过防滑处理，保证货物及托盘叠加时不会错位。

(10)正常使用寿命为5年以上。

5、噪音

库区巷道堆垛机噪音不大于84dB(A);其余设备不大于75dB(A).三、后期评价与展望

（一）项目评价

1、技术评价

系统能力校验:

(1)系统能力按年产量100万大箱进行测试，设计入库流量为94.94托盘/小时，实测结果为101托盘/小时。设计出库流量为47.42托盘/小时，实测结果为48托盘组/ 小时。设计合计出入库总能力为145.36托盘/小时，实测为147托盘/小时。系统满足 设计能力。

(2)系统功能设计指标包括5个方面:先进先出、出库优先原则;辅料机组呼叫;自动输送搬运;剩余辅料、空托盘返回;空托盘组自动返回;空托盘自动码垛。通过上 位计算机下达任务，上述功能均符合设计要求。

2、经济效益评价

(l)节约人力资源成本效益分析

由于辅料立体仓库采用辅料的自动化出入库管理，且辅料由AGV系统直接送到指定 的机台，改变了以前人工对辅料进行出入库管理的现状，而且由于辅料能够直接送达到 卷接包机台，减少了辅助工人的人员配备。立体仓库投入使用，可以减少车间辅助工人 10人以上，减少物流仓储部门辅助人员10人，总计可减少辅助人员达20人以上，按照 平均薪酬计算，每年可节省人力成本达200万以上。(2)提升资源利用率产生的效益

辅料立库作为青岛卷烟厂CIMS系统第三层(底层物流自动化系统)的重要组织部 分，融入到企业的信息化管理的大格局，并发挥的重要的作用。辅料立体仓库的投入使 用，使得成本费用控制更加数字化、精准化，能够实现对卷接包机台的即时成本控制。在青岛卷烟厂依托信息化加强精细化管理的大背景下，辅料立体仓库能够实现对辅助材 料的即将精准控制，并且控制到各轮班、各机台。这就为生产车间考核提供了强有力的 数据支撑，大大调动了机台人员节约降耗意识。据初步估算，辅料立体仓库的使用，每 年可节约辅料消耗达300万元。(3)降低库存，实现即时供应带来的效益

辅料自动立体仓库投入使用后，可以根据全厂总体生产安排，对各牌号所需辅料进 行科学的储备，提高了企业对辅料的自动调剂能力，加快辅料采购资金的周转。置于青 岛卷烟厂C工MS系统中的辅料立体仓库，采用计算机控制，通过对各类辅料信息的存储 和管理，大大降低了辅料出入库过程中可能发生的错误，从而有效避免了人工操作中由 于种种原因造成的管理不到位现象，提高辅料使用的准确性。同时，辅料立体仓库还可 以借助于计算机管理，优化提高的立体仓库的储存能力，便于辅料清点和库存盘点，有 效降低库存，做到辅料的即时供应，实现零库存，从而加快了储备资金周转，节约流动 资金，经初步测算，每年可节省资金2000多万元。

3、社会效益分析

自动化仓库的出现，使传统的仓储观念发生了根本性的变化。原来那种固定货位、人工搬运和堆放、人工管理、以储存为主的仓储作业已改变为自由选择货位，按需要实 现先入先出的机械化、自动化仓储作业。在储存的同时，可以对货物进行必要的拣选、组配并根据整个企业生产的需要，.有计划地将库存货物按指定的数量和时间要求送到合 适的地点，满足均衡生产的需要。

提高空间利用率的观点对仓库管理思想的影响是广泛而深刻的。早期立体仓库的构 想，其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限的空间，节约土地，与节约能源、环境保护等更多的方面联系起来。甚至可以把空间的利用率作为系统合理性和先进性考 核的重要指标来对待。

辅料立体仓库项目，在烟草行业中有着成功应用的先例。实践也证明，这个项目的 实施，对提升卷烟厂在行业中的竞争力和影响力有很大的帮助，同时也对整个烟草行业 的物流发展起到了很好的推动作用。

（二）前景

(1)能够实现高层货架存储，提高了空间利用率

由于自动化辅料立体仓库采用高层货架存储货物，存储区可以大幅向高空发展，这 使得仓库地面和空间得到充分利用。一般来说，自动化立体仓库单位面积存储量是普通 平库的5一10倍，其空间利用率为普通平库的2一5倍，这是相当可观的。

(2)加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率

辅料存储实现立体化仓储，建立以自动化立体仓库为中心的物流系统，其优越性还 表现在自动化高架库具有的快速的入出库能力，能快速妥善地将货物存入高架库中(入 库)，也能快速及时并自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。可以结合计算机 管理，实现辅料的先入先出，这是普通平库所不能达到的。同时，由于实现了辅料出入 库的自动化管理，降低了操作人员的劳动强度，使物流更趋合理。

(3)能够减少辅料的库存，为实现即时供应打下了坚实基础

通过对一些大型企业的调查了解，我们不难发现，由于管理方法的落后和信息化工 具的缺失，使得企业物料管理相对滞后，企业管理和生产环节之间缺少快速的沟通和反 应，造成对原辅材料的控制不到位。要改变这一现状，许多企业为了实现预期的生产能 力和满足生产要求，就必须准备充足的原辅材料和零部件。这直接导致了原辅材料库存 的加大，造成了企业资金的大量积压，对企业的生产经营产生了不利影响。如何有效降 低库存资金积压和充分满足生产需要，成为许多大型企业共同面临的急需解决的重要课 题。而自动化立体仓库系统，就是能够解决这一难题的最有效的手段之一。

(a)以自动化立体仓库为主要内容的企业底层物流自动化系统的建立，能够切实

解决生产各环节的流通问题和供求矛盾，使原辅材料的供给和零部件的库存数量和生产 所需的数量可以达到一个最佳值，从而有效降低库存，提高资金利用率和质量。

(b)计算机网络系统的建立使得计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行

存储和管理，减少了原辅材料使用过程可能出现的差错，使原辅材料和零部件外购件的 采购更及时和满足实际需求。

(C)计算机管理系统的建立加强了宏观调控功能，便于企业领导随时掌握库存情

况，根据生产及市场情况及时对企业规划做出调整，使生产中各环节生产量更能满足实 际需求，提高了对生产的应变能力和决策能力。