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摘 要 ：将高效的自动化物流系统集成到烟草制丝生产过程中,是实现柔性烟草制丝生产的关键.
关 键 词 ：自动化物流系统、柔性化生产、物料单元
近年来,烟草产品的市场消费呈现如下趋势：知名品牌产品需求量大,品牌集中度越来越高；追求个性化产品的消费者越来越多.基于
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实现柔性制丝生产系统的关键
提高生产组织的快速响应能力,即提高生产组织的柔性化生产程度,最根本的就是要解决制造工艺的柔性化问题.传统烟草制丝生产线一般根据各个工序段所承担的工艺任务不同,将烟草制丝过程分为几个工段,这些工段通过贮柜衔接起来,形成了烟草制丝生产的有机整体.这种生产线是典型的流水线作业,一条生产线由多台工艺装备组成,每台装备完成固定专一的工序,适合于固定产品的大批量生产.由于一条生产线一般只能同时生产一种固定的烟草制丝产品,改变起来比较困难,因而它的形态为“刚性”生产线.
柔性化的烟草制丝生产系统的工艺基础是基于分组加工技术,同时将高效的自动化物流系统集成到烟草制丝生产过程中,把烟草制丝工艺过程中产品加工处理的各个工段改变为“组”,而各道工序改变为“单元”和“模块”,在各加工工段、加工单元或加工模块之间采用物流传送技术进行衔接,在这些加工环节中所需要的储存环节则利用各类形式的仓库代替占地面积庞大的贮柜组进行物料存储和信息的跟踪、传递.这样就把自动化物流系统集成到烟草制丝过程中：通过自动化物流系统与各加工组之间的联接,实现了原形态为“刚性”生产线,以实施大批量生产；通过自动化物流系统与各加工单元或各加工模块之间千变万化的多种联接,实现了新形态为“柔性”方式的生产线,以实施个性化的中、小批量生产.
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柔性制丝生产系统中的物流系统
柔性烟草制丝生产系统一般由加工系统、物流系统、控制与管理系统3个子系统组成(图1),从而构成了制造系统的加工流(通过制造工艺改变物料的物理性状和化学特性)、物料流(主要指原料流、辅料流、托盘和容器流)和信息流(制造过程的信息和数据处理).
物流系统紧密地镶嵌在柔性烟草制丝生产系统中,对烟草制丝生产的各个加工工段、各个加工单元、各个加工模块进行有机的联接,实现对这些联接后加工物料的自动识别、存储、分配、输送、交换和管理.在柔性烟草制丝生产系统中流动的物料主要有烟叶、烟片、烟梗、烟丝、烟梗丝、容器、其他填充料及糖香料(还包括水、气、汽)等.
相比传统的烟草制丝线,柔性烟草制丝生产系统中的物流系统具有多点到多点输送的优势,它可以根据工艺的需求,任意灵活地选择相应的加工工段、加工单元、加工模块进行联接,形成不同加工形式的生产线,以满足生产中有选择、可调整、个性化的加工工艺要求.
柔性制丝生产系统中的物料单元
烟草企业的制丝生产中所加工生产的产品是以叶、片、丝等散状形态的物料出现.在传统烟草制丝生产系统中,通常是以流水线作业的连续生产方式进行,物料通过输送设备不间断连续按成批成吨的数量进入生产线内,此时的物料单元是根据每次投料量的批次大小而定,物料单元在生产系统中是以连续不间断的形式出现.
在柔性烟草制丝生产系统中,物料单元是采用烟草物料容器形成的烟箱单元(图2),每个烟箱单元都具有标准的尺寸、装载定量和信息芯片.因此,采用单元化的烟箱模式可以根据要求装载不同类型的多品种物料,并在生产中进行智能化的存储、输送,从而有效灵活地组织生产,在生产过程中实现按分组、按订单适时适量调度物料的来料供应,控制生产节奏与平衡,进而充分发挥设备效能,减少设备和能源的浪费.在生产环节,由于采用单元化的烟箱模式,物料单元在存储、输送过程中是不连续、间断的形式,但在各个加工工段、各个加工单元和各个加工模块内,物料加工又必须要求是以连续不间断模式存在.因此在这一阶段中将箱式的物料单元集合在一起,集合后的物料单元以族群(工段族、单元族、模块族)的形式出现,实现了物料在生产加工系统中连续不间断的特性.
在柔性烟草制丝生产系统中,物料单元必须具备以下要求：
1.容器箱本体选用材料符合国家食品使用容器规范,并具有一定的耐腐蚀、耐温耐湿、抗压、抗冲击的能力；
2.容器箱体内部与物料所接触的部分应光滑、平整,同时箱体在装卸物料时,应不易产生箱体与物料粘接和挂料；
3、容器箱既能够适应单一箱体加盖后的运输、搬运、存放,又能适宜多个箱体的相互堆叠,同时具有较好的稳定性,并同样能够实施运输、搬运、存放的过程；
4.容器箱体与容器箱盖组能够适合输送设备输送和立体仓库的存储；
5.容器箱体能够方便地与装箱、翻箱或信息读写等多种设备接驳；
6.容器箱的规格尺寸及装载容量根据烟料流量、容重、堆积率、生产工艺特性和容器箱制造材料的尺寸,以及总体成本分析确定；
7.容器箱必须具备可靠的可读写信息卡和明显的箱体标示.
自动化物流系统中的关键技术
为满足生产环节中物料加工不间断的要求,在柔性烟草制丝生产系统中,将不断出现物料装箱和翻箱的过程,不断出现输送、存储的过程,这就对自动化物流系统提出较高的要求.以下是自动化物流系统中涉及的关键技术.
装箱
采用箱式容器作为物料单元,首要解决的技术问题就是物料装箱.根据烟草的物理特性,在装箱时应解决的主要问题包括：确保物料装箱高精度、提高物料装载箱内的均匀性和满载率、减少物料装箱后的沉降率、降低物料装箱时的漏料和扬尘.
目前的装箱方式有：
(1)定点式装箱
定点式装箱是烟草物料在装箱过程中只以一个规定的固定装箱地点进行物料装载,其特点是能够有效控制在装箱过程中各容器箱的装箱精度、装箱均匀性并提高满载率,适用于中小批量生产加工的物料装箱.
(2)多点式装箱
多点式装箱也称为布料式装箱,是在同一工作时段内对多个容器箱同时装箱(图3),通过布料车的往复行走几次完成几十个容器箱的装箱工作,具有较高的装箱效率.其特点是能够实现大批量生产作业的快速装箱,相对于定点式装箱,物料装箱后的沉降率要低；缺点是装箱精度低,物料在箱内的料面不均匀度较高.
(3)组合式装箱
①定点式组合装箱：多个定点式装箱进行组合,既可保证高可靠的装箱精度,同时也提高了装箱效率.通常以偶数成对形式出 现,以提高分配布料车的利用效率.
②多点式组合装箱：多个多点式装箱进行组合(通常以三个多点式装箱为一组),主要满足物料每一批量流量较大同时又是较多批量的装箱场合,通过组合可以使物料流进行交替装箱.
⑧定点、多点组合装箱：运用自动化物流系统的控制分配技术,根据订单要求自动分配物料进入不同类型的装箱工位,完全实现了市场需要与生产制造的相结合.
当前提高装箱质量的方法主要有布料方式、分布方式、振动方式和下压方式等几种.
翻箱
装箱后的烟草物料经过输送、存储后,在转为下道加工生产工序时都需进行翻箱倒料,以满足工艺生产的需要.目前的翻箱倒料方式分为常规翻箱机和新型翻箱机两大类型,新型翻箱机主要包括升降型、行走型、追踪式翻箱喂料型、机器人翻箱(图4)、AGV自动车自行走带翻箱、穿梭车自行走带翻箱等几种.
翻箱后,空烟箱的内壁通常会黏附少量的残留物料,这些残留物料的存在将直接影响今后的装箱精度、产品质量、物料箱的寿命.因此,对于所有物料翻箱后的空箱都必须进行箱内残留物料检测,并对发现有残留物料的箱体给予及时处理,这是整个工艺中必不可少的工序.
输送技术
在柔性制造系统中,生产过程由多个加工制造单元组成,并通过可变化的物料输送系统进行衔接.因而生产是在控制系统的指挥下,使物料在通过输送系统时适宜地变化路径和目标地址,以适应加工对象的可变换,同时按要求在不同工艺、工序中的加工制造单元中完成产品的生产加工.
在烟草制丝柔性加工制造系统中,物料采用箱式容器进行装载,所以在系统中所有的输送过程就是箱式容器的输送过程.箱式容器输送应解决的主要问题包括：满足生产最大需求量,留有盈余和扩展的余地；合理布局,最大化减少输送设备用量；提高设备使用可靠性、可维护性.
目前箱式输送方式有：
(1)链式输送／辊道输送
这是常规的输送设备.在烟草企业柔性制造系统中,为减少输送中的占地面积、有效利用输送设备,对此类设备进行了改进：即采用立体作业的空中输送方式,能够进行存储和输送作业的积放方式.
(2)穿梭车输送
穿梭车是一种通过沿轨道快速行走的输送设备,其结构简洁,机动灵活,在规定输送区段内能够实现输送起点和目的地的任意变动,可以替代大量的普通输送设备,并可简化流程,减小占地面积,所以在自动化物流系统中得到广泛应用.目前对穿梭车进行了几点改进：将往复式、环形轨道式的单一的运行发展为可自动变道换轨式的直、环组合相扣接的运行模式,以满足生产过程中各类特异路径的输送；采用无接触能量传输技术和条码识读定位技术.
(3)AGV输送
在烟草企业柔性制造系统中,为提高AGV的工作效率,主要进行了如下改进：能够进行多功能的作业；具有较大载荷的运输能力.
(4)空中车自动输送
通过架设在空中的轨道,装载物料容器的小车沿指定路径行走,以物料空中自动输送的形式完成对生产线上的供料和物料转运.空中车自动输送的特点是不受地面设备和各类通道布局的影响,可以有效利用厂房空间,减少占地面积,通过不同分层高度布置能够较迅速便捷地将物料输送到指定的目的地.通过对空中车的改进,可以使它进行到位自动卸料的工作,以其具有多功能作业的形式来提高工作效率.
存储技术
在烟草制丝加工生产过程中,绝对不允许断料,如出现断料将大大影响产品品质.因此,要采用烟草制丝柔性加工生产技术,首要解决的问题就是不断料,即在生产线上合理的工序段内,源源不断地供运烟草物料,充分满足工艺生产过程中的物料需求量.目前主要采用如下方法：增加配制生产能力相适应的烟草物料贮柜；缩短存储仓库至生产加工线之间的路径,提高物料输送线的运输能力；在主要生产加工工序段处,增设物料在线式存储系统.
笔者认为,在线式存储系统是最优化的解决方法.在线式存储系统是将该系统直接融入生产线中,既可进行各类物料按生产需求的批量存储,又能够以最短的路径向所属加工工序进行快速、准确、定量的顺序出料供料.在线式存储系统类似小型的立体仓库,可进行多种形式的布局,并因地制宜充分利用厂房的有效空间,最大限度地实现物料在线大批量储存.
自动化本科论文的写作方法
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信息安全技术
在烟草制丝柔性加工制造系统中,装载物料的容器箱作为一个单元模式在生产过程中运用,每一批物料投入加工生产都是由多个装载不同品种的单元物料容器箱组成的,即生产是以模块化的方式进行.因此,作为单元模式的容器箱必须具有物料信息、加工生产信息、载货量信息、容器箱单元号信息等多种信息,才能保证正常的加工生产.经过实践,我们认为采用非接触式IC卡作为每个容器箱的信息载体,可以保证信息在烟草制丝柔性加工生产过程中的可靠传递.
非接触式IC卡具备如下特点：
(1)各种信息读写方便,信息写入不会丢失；
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(2)IC卡可重写,容器箱体可不固定使用,每个容器箱体可以用来装载任何一种物料；
(3)具有耐腐蚀功能,不会由于表面污染而影响信息的读取；
(4)具有高度的数据安全性和可靠性.
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