新型柔性装封箱工艺布局剖析

在烟草行业中，为更好地满足卷烟装封箱中的工艺及生产需求，一种引入物流技术的新型柔性装封箱工艺模式应运而生，能够以烟垛为单位实现单一包装机组装封箱。以实现新型柔性装箱系统的工艺需求为基础，本文通过简析此种新型柔性装封箱系统的各种工艺布局，立足工艺需求及生产实际情况分析各自优劣势，为卷烟装封箱工艺布局的未来发展方向提供了参考依据。 

近20年来，我国烟草行业卷烟成品的装封箱系统逐步发展，并形成了传统的工艺模式：条烟提升机、链板输送机将多个包装机组的条烟输送到装封箱机组前，同一品规的条烟通过垂直排包机（平条方式、立条方式、气垫方式），或选道下滑＋横向收集机的方式实现条烟的下降及纵横向转换，进入装封箱机完成堆垛及装封箱的工艺模式。然而，传统的装封箱系统工艺存在以下不足：

（1）1组装封箱机组仅能实现一种品规卷烟成品的装封箱生产，装封箱机组配置数量较多；

（2）纸箱内的卷烟成品为多台包装机组产品混装，不利于质量追溯；

（3）卷烟成品在下降及纵横向转换过程中容易发生损坏；

（4）多台包装机组成品在装封箱机组内堆垛，造成生产能力过低；

（5）卷烟成品规格变化需对装封箱系统进行改造才能适应生产。

针对以上传统工艺模式中存在的问题，本文将物流技术引入装封箱模式，提出一种新型柔性装封箱系统的工艺模式，将原有的以条为单位的装封箱模式，改变为以烟垛为单位的装封箱模式，并以更好地实现这种新型柔性装封箱工艺模式为基础，剖析多种工艺布局设计中的关键点及存在的优势和劣势，为未来卷烟装封箱系统的工艺模式发展提供参考依据。

一、一种新型柔性装封箱系统工艺简介

新型柔性装封箱系统工艺，采用单一包装机组条烟单独堆垛，烟垛周转箱输送至装封箱机的工艺模式。每一台包装机组通过条烟链板输送机对接一台条烟堆垛机，实现单一包装机组条烟50条（25条）的堆垛并装入周转箱，每个周转箱底部均设置有RFID电子标签。烟垛装入周转箱时，读写器把相关信息（包装机组、生产时间、品牌等）写入周转箱上的RFID电子标签，实现周转箱（实箱）带信息输送。周转箱输送到装封箱机组前端时，RFID读写器读取周转箱上的品牌信息，并根据每台装封箱机组实际生产品牌情况进行确认，进入装封箱机组。其中，装封箱机组可实现两种品牌条烟的装封箱，机器人根据品牌信息抓取相应纸箱，并进行品牌确认后供送纸箱。

图1 新型柔性装封箱系统工艺流程

新型柔性装封箱系统工艺流程如图1，成品烟箱在装封箱机组出口进行一号工程码打贴标后再进行扫码，读取成品烟箱上的一号工程码，由装封箱系统把该件烟箱的相关信息（包装机组、生产时间、品牌等）和一号工程码进行捆绑，为产品质量的过程追溯提供信息，实现卷烟质量通过一号工程码直接追溯到单一包装机组。

二、工艺布局方式简析

根据新型柔性装封箱工艺模式，结合厂区及卷包机组布局，因地制宜地进行新型柔性装封箱区域的工艺布局设计。新型柔性装封箱系统工艺，将传统装封箱机组中的条烟堆叠功能单独分离出来，实现单一包装机组的条烟堆叠成件，烟垛与装封箱机组间存在输送问题，必然引入物流工艺。因此，工艺布局的优化与否，将会影响整个工艺实现的流畅性及生产的保障性。

1. 整体平面布局设计

烟垛周转箱的输送与装封箱机组间的布局可同层，亦可非同层布置，同层布置优势在于：便于集中操作及故障的处理，其劣势在于：条烟输送下滑道过长易导致烟条损伤，平面空间占用较大，装封箱机组被输送线隔断，导致AGV物料输送无法到机组。

图2 新型柔性装封箱系统异层布置立面图

异层布置立面图如图2，条烟堆垛机及烟垛周转箱输送线布置于二层平台，装封箱机组布置于一层，经升降机连接二层烟垛周转箱与一层装封箱机组。二层平台下方空置部分，部分布置人工应急处理工位及烟垛周转箱（包含空盒及实盒）的缓存工位，用于装封箱机组短暂停机时的缓存，及系统长期停机时烟垛周转箱的储存。其优势在于：条烟输送下滑道较短利于烟条收集，烟垛周转箱的输送线集中布置于钢平台上，平台下方空间可用于AGV的物料输送、人工应急处理工位、烟垛周转箱（空盒、实盒）缓存库及其它用途；其劣势在于：平台下方高度空间受限于车间整体布局，操作及维修人员需上下平台进行作业处理。

整体的工艺平面布局设计，以保障工艺需求为基础，结合两种布局的优劣势，对卷包机组（≥10）较多者，物料自动化供给系统以异层布置较为优选方案。

2. 环形物流输送

图3 大环形物流输送平面示意图

针对烟垛周转箱的输送线路，结合物流特性，划分为两种工艺布局模式：环形物流输送、上下层物流输送。环形物流输送布局如图3，共33组卷接包机组，即布置33组条烟堆垛机，共9组装封箱机组。左边区域为硬包区，根据实际情况可设置烟垛周转箱输送为一个或多个大环形输送；右边区域为硬包区，根据实际情况可设置烟垛周转箱输送为一个或几个大环形输送。一般情况，4〜6组条烟堆垛机对接1组装封箱机组，以包装规格[软、硬包及特殊规格（中、细支）]划分区域，同种包装规格间烟垛周转箱的输送以环形输送线实现；空盒、实盒在同一环形线输送，为保证空盒的及时供应，在环形内增加直线型的空盒输送线；为保证生产的最大柔性，环形与环形间连通，适用于特殊情况下烟垛周转箱品牌选择的广泛性。

以满足系统流量为依据，进行环形区域大小的划分。针对以上工艺布局，进行系统仿真建模运行分析：用于周转箱输送的环形输送线能力是否满足流量需求；空盒供应能否满足响应时间需求，是否会因空盒供应不及时而造成条烟堆垛机停机；输送系统中是否存在瓶颈；每个对应的环路的空盒合理配置数量。通过仿真结论如下：软包线环路中12组包装机组，由于流量过大，实盒与空盒之间存在相互阻塞，会造成对应装封箱机入口节点流量过大，容易堵塞；且空盒不能及时供应到位，导致条烟堆垛机间歇性停机，连锁导致条烟链板输送停止、包装机组停机。

图4 小环形物流输送平面示意图

针对仿真结论，结合系统可能存在的瓶颈，优化设计方案，重新设定环形输送线的大小，如图4，将原有的软包大环形线拆分为两个小环形输送。与大环形物流输送方案相比，小环形方案将12组高速软包机组分为两个环路，对流量进行分解，不会出现空盒供应不及时和实盒堵塞的情况。另外，进一步优化空盒控制、调度策略：将空盒返回通道所对应的缓存线全部作为空盒缓存工位，以保证在生产过程中空盒的及时供应。

环形输送线布局优势在于：适用于包装机组（≤10）较少情况；环形内布置的装封箱机组，烟垛周转箱理论上可选择同品牌装封箱机组进入，最大化实现柔性生产；其劣势在于：因空盒与实盒交叉输送于环形输送线上，可能存在空盒供应不及时、实盒堵塞的情况；位于环形中最远端的条烟堆垛机，空盒供应时间较缓慢，不易对接卷包高速机组。

3. 上下层物流输送

图5 上下层物流输送立面示意图

针对环形物流输送的工艺布局可能存在的系统瓶颈，结合卷接包机组大流量的需求，布置设计上下层物流输送布局模式，如图5。条烟堆垛机及烟垛周转箱输送线布置于架空的钢平台上，采用往复式托盘升降机实现烟垛周转箱（空、实箱）和装封箱机之间的链接，烟垛周转箱输送机主线按双层布置，上层用于空盒输送，下层用于实盒输送。每台双品牌装封箱机均配置有实箱（空箱）存储装置，布置在钢平台下，可满足每台双品牌装封箱机24个烟垛周转箱的存储。

图6 上下层物流输送工艺布局示意图

每套条盒储存输送系统对接4台条烟堆垛机，形成1条烟垛输送支线（双层）与装封箱机对接，每套条盒储存输送系统支线（双层）由纵向烟垛输送机主线（双层）联通，如图6，为保证系统的最大柔性，理论上所有条盒储存输送系统支线（双层）的烟垛周转箱均可任意进入任意装封箱机组，实际布置时考虑到效率及规格问题，相同规格装封箱机组尽量分片区集中布置。 

上下层物流输送工艺布局，其优势在于：将空盒、实盒的物流输送分层输送，结合柔性生产需求，适用于卷接包机组大流量生产，理论上系统不存在空盒供应不足及实盒堵塞的情况；其劣势在于：相比环形输送的最大化柔性生产，其柔性存在一定的局限性，每套条盒储存输送系统间的联通输送线存在正反转间的切换，在相邻输送线间选择装封箱机组较为容易，跨越输送线交叉输送时只能同时实现部分，且流量较大时容易堵塞。

四、结语

新型柔性装封箱系统工艺布局设计时，立足卷包生产流量测算数据，满足工艺需求，结合生产实际情况，根据厂区整体布局，选择适宜的装封箱系统工艺布局，使之发挥最大优势，以保障生产。