文｜昆船智能技术股份有限公司
全英玉、李永衡、丁兴
在中国经济由高速增长转变为高质量发展的大背景下，卷烟物流配送物流中心仓储及分拣系统应该如何实现高质量发展成为业界关注的焦点。本文提出从简化作业流程、缩短物流动线、发展智能化和高度信息化等方面着手，使系统向智能制造、精益化发展转变。
“高质量发展”是2017年中国共产党第十九次全国代表大会首次提出的新表述，表明中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段。在此背景下，卷烟物流配送物流中心仓储及分拣系统如何实现高质量发展，成为业界关注的焦点。
20世纪80年代我国自动化物流逐渐起步发展，90年代末期烟草等部分行业企业开始投入使用自动化物流系统。进入21世纪，随着土地资源紧缺、世界制造业中心向中国转移，促使中国自动化物流市场的巨大潜力迅速释放，国内企业对自动化物流系统的需求激增。
以卷烟物流中心仓储及分拣系统为例，自2001年在深圳烟草公司实施之后，又相继在2003年和2004年分别在白沙物流中心和曲靖卷烟物流中心实施，其基本模式均为“自动仓储+半自动分拣”的模式。2005年，降低人工成本和劳动强度成为卷烟物流中心建设的主要关注点，同年分别在红河卷烟物流中心、北京卷烟物流中心实现了“自动仓储+全自动分拣”模式的应用。
一、卷烟物流配送中心现状
经过20多年发展，目前的卷烟物流配送中心已形成相对规范的建设模式。根据卷烟配送的年销量规模不同，可将卷烟物流配送中心划分为三类：1类为年销量≥20万箱，2类为10万箱≤年销量＜20万箱，3类为年销量＜10万箱，并分别建设相应的仓储及分拣系统。
图1 1类和2类卷烟物流配送中心仓储及分拣系统全景图
在1类和2类卷烟物流配送中心，目前基本实现了较高的自动化水平（见图1），其作业流程主要为：
1.入库系统：件烟收货后采用机械手或自动/人工码垛，组盘成实托盘后，通过输送系统进行入库。
2.仓储系统：实托盘形式存储。
3.出库系统：通过输送系统出库的实托盘经机械手或自动/人工拆垛形成件烟，以件烟形式进入备货系统，再直供分拣系统。
二、向高质量发展转变
在中国的自动化物流系统领域，烟草行业发展水平已走在前端。在此基础上，烟草行业要精益求精，最终实现高质量发展，未来需从简化作业流程、缩短物流动线、高度信息化着手，使系统实现智能化和精益化。
1.关于简化流程
卷烟配送物流中心收货形式有两种，一是件烟，二是整托盘；出货形式是先以件形式出库再转换为条，最终出货形式是条烟。因此，从作业流程来看，可以根据来料形式、数据分析、占地面积利用率等因素考虑其仓储形式，从而简化流程。
（1）以件烟形式收货的卷烟为例
件烟形式收货的卷烟，通过进行入库数据、库存数据和销售数据分析，可考虑以件烟形式进行存储还是整托盘形式存储，从而简化流程。
图2 库存趋势分析图例
图3 入库趋势分析图例
图4 入库趋势分析图例
图5 A类库存比例分析图例
数据分析内容包含库存趋势分析（条/日）（见图2），分析出日均库存量、日最大库存量等；入库趋势分析（条/日）（见图3），分析每天入库最大量和平均入库量等；销售趋势分析（条/日）（见图4），分析每天销售最大量和平均销售量等；A类库存比例分析（见图5），分析销售量为A类的品规占总库存量的比例情况；B、C类库存比例分析（见图6），分析销售量为B、C类的品规占总库存量的比例情况。
图6 B、C类库存比例分析图例
（2）以件烟形式存储进行存储为例
可以看到，后者不仅使流程简化、环节减少，还能减少设备、降低投资、降低能耗等。
2.如何实现未来的智慧化转变
卷烟物流配送中心实现智慧化转变的手段有三种：一是仿真，二是全数据集成分析，三是3D可视化调度监控。
（1）仿真
目前，卷烟物流配送中心仓储分拣系统在实施前，仅仅在方案设计时对库存数据、销售数据、出入库频次等进行分析；方案基本确定后，根据供应商的实力条件，有的只是进行能力测算，有的根据系统工艺平面布置图建立三维实体模型，对项目进行系统和关键单机系统能力仿真；具有面向对象、基于三维图形化建模、真实模拟物流和设备走行动作，可以实现非常复杂调度策略等特点，进行理论系统仿真，得出理论能力。不过，由于实际项目的运行存在网络通讯，设备与设备之间的交互，控制系统交互等实际情况需要考虑。
图7 VCCS系统测试运行界面
未来，为保证投入的资金和人力能取得高效的收益和确保项目的可行性，方案确定后在VCCS系统（仿真测试平台，见图7）中进行测试，是降低投资风险的最好的处理方式。VCCS系统是能够有效融合三维仿真、网络通讯、工业控制等技术的仿真测试平台。在工程项目实施前，以真实设备的物理特性及控制原理为基础，不仅通过三维可视化技术使自动化物流设备 “真实可见”、“安装就位”，更能完美仿真实际设备的重力、惯性、阻力、摩擦力、冲量、加速减速等特性。通过VCCS平台进行虚拟安装，融合模拟各种工况及运行环境，对设备、控制程序、上位调度程序进行组件测试以及集成测试，能够真正做到模拟系统功能、实现消除漏洞、弥补不足，优化路径，确保设计系统真正满足提高系统效率，缩短调试周期，降低项目风险。
（2）数据采集分析
目前，卷烟物流中心仓储分拣系统的控制系统在收到访销系统发过来的当日需分拣订单后，仅能实现根据订单的线路和线路顺序进行排程，以便开始一天的作业，即只对事前进行分析。任务一旦下达，物料便按仓储分拣系统指定的路径进行输送，形成最终的分拣包件。在运行过程中，该条路径中的设备如出现故障，需要等待故障排除后才能运行。
推动高质量发展离不开辩证法的指导，信息系统的提升也是如此，是一个螺旋式上升的过程。其上升不是线性的，而是呈螺旋状态出现，先是量的提升，待量积累到一定阶段后，才会转向质的提升。因此，现有信息系统必须对销售数据进行精益计算和分析，采取事前和事后分析互相配合的方式。
事前分析，主要对批次全局属性、线路属性、库存分布分析、子线平衡度分析等进行分析（见图8）。
图8 事前分析图例
事后分析，主要包括两方面的分析（见图9）：
图9 事后分析图例
一方面，为主要进行5～10分钟效率采样，或者根据每个系统的效率情况确定采样时间，2分钟以上停机分析，高频停机点分析，故障原因关联分析等进行分析，确认原规定路径是否影响了整个系统的效率，再次确认原分配任务路径是否进行重新调整。
另一方面，为对整体平衡度分析，线路平衡度分析，城网农网分析，流量分析，确认原策略是否影响了整个系统效率，确定是否调整策略；整个系统实时对所有数据进行监控，并形成实时业务监控中心进行展示，从而实现整个系统的智能化和精益求精。
（3）3D可视化调度监控
目前，大部分的调度监控系统分为电控层和上位层两个层次：在电控层面上，电控系统分片设置现场触摸式操作员终端，在操作员终端上通过图文结合方式、动态实时监控各台输送设备的运行情况、检测开关的状态、货物信息、故障信息；可显示设备开机、运行、故障、停机等状态，同时可显示故障部位、故障种类等信息（见图10）；
图10 设备监控图例(现状)
调度层面上，WCS监控物料信息，任务信息，设备信息，具有完备的设备监控功能，流程参数、设备参数的显示、修改与修改记录功能。通过图形界面显示业务流程、物流状态、物流位置、运行参数、故障报警。检测、显示设备运行状态；报告、记录设备故障、通讯故障、执行设备故障（见图11）。
图11 调度监控图例(现状)
2015年开始，部分卷烟仓储分拣系统开始尝试采用scada系统，实现3D可视化监控，将原有监控功能全部转化为3D可视化监控，实现了管控的直观易懂，迈出了3D管控的一大步。
随着3D、5G、AI、大数据等技术的发展，针对管控系统，可以有更加丰富的手段，融合数字孪生技术，将目前电控系统层面的监控再进行升华，成为3D可视化调度监控（见图12）。
图12 3D可视化监控界面图例
实现对系统设施设备几何建模，直观、真实、精确地展示各种设施、设备形状及生产工艺的组织关系，设施、设备的分布和拓扑情况充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。以3D的形式实现设备易损易耗件的管理、设备维护保养管理，设备实时状态的采集，可以精确定位设备故障和分析故障原因，并提供解决方案，为使用方在设备易损易耗件的管理和长期使用情况下提供设备维护保养建议和方案。实现系统内设备的全方位信息采集，为上位系统提供相应管理接口，如能耗、磨损、维护等信息，为全面信息化管理提供决策依据。
3D可视化调度监控平台与整个系统业务紧密相关，不仅实现了设备的3D监控，还实现了数据源跨平台兼容。最终实现精确故障信息处理、主动式维护保养、全方位360度信息采集、精准映射，虚实交互、软件定义、智能干预，提升生产效率，降低维护运维成本，提升企业信息化水平，实现生产可控，质量可溯（见图13）。
图13 现场实景与数字孪生场景
三、结束语
随着我国土地资源和劳动力紧缺的情况持续加大，未来的卷烟物流配送中心将面临更大考验。要解决现存痛点，实现持续发展，卷烟配送中心应对流通分拣作业等各环节进行再次梳理，利用现有技术手段，实现不断地开拓创新，进一步简化流程工艺，实现精益物流，智能化控制，才能最终实现高质量发展，跟上中国经济发展步伐，满足未来发展的需求。
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