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摘要：本文主要探討了萬向輪與卷煙硬紙箱柔性打碼的結(jié)合及其在煙草行業(yè)的應(yīng)用。通過介紹萬向輪、全自動打碼設(shè)備和柔性打碼流程的技術(shù)特點(diǎn)，分析了它們在煙草物流和倉儲領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢。此外，詳細(xì)介紹了一種基于萬向輪、全自動打碼設(shè)備和柔性打碼技術(shù)的煙草物流系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可靠性得到了驗(yàn)證，條碼掃碼準(zhǔn)確率達(dá)到99%，貼碼速度達(dá)到每件35分鐘。

關(guān)鍵詞：萬向輪應(yīng)用；柔性打碼；煙草物流；自動化

作者：陳林李林涂建峰彭欣穎鎖丹牛志碩

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司

一

引言

武漢卷煙廠承擔(dān)著湖北中煙約60%的物流任務(wù)。受制于打碼技術(shù)，對于醇化煙出庫現(xiàn)階段以高架庫轉(zhuǎn)庫，北庫區(qū)離線打碼，人工或敷貼機(jī)進(jìn)行一號工程碼補(bǔ)貼為主。一號工程補(bǔ)碼后，根據(jù)行業(yè)管理要求，對醇化煙一號工程碼追溯。此過程相對繁瑣，并存在以下幾個(gè)痛點(diǎn)：

1.貼碼響應(yīng)不及時(shí)、未根據(jù)營銷計(jì)劃拉動。目前一號工程碼段是由生產(chǎn)制造中心提前下發(fā)，通過離線打碼和出庫補(bǔ)碼的形式完成后才能工業(yè)出庫?，F(xiàn)有形式的卷煙標(biāo)簽打碼存在信息滯后、在補(bǔ)碼切換流程復(fù)雜、更換時(shí)間長等問題，插單等特殊情況無法做到快速響應(yīng)，對于營銷的需求響應(yīng)時(shí)效性不強(qiáng)。按照平均發(fā)貨800km計(jì)算，運(yùn)輸時(shí)間約600分鐘，裝卸時(shí)間約90分鐘。一輛能裝350箱煙的普通卡車，若遇到營銷插單未提前備碼的情況，從離線打碼到開始補(bǔ)碼約90分鐘，占總運(yùn)輸時(shí)間的10％。

2.貼標(biāo)效率低、浪費(fèi)人力、易造成誤操作。在醇化品出庫過程中，需安排專門的外協(xié)人員進(jìn)行打碼、校驗(yàn)及標(biāo)簽覆蓋。出庫量大且出庫品類多時(shí)，嚴(yán)重影響人員調(diào)配及浪費(fèi)人力，且易造成誤貼。此貼標(biāo)方式也同時(shí)容易造成一號工程碼的丟失。

3.貼標(biāo)不規(guī)范。件煙在高架庫出庫皮帶運(yùn)動中通過人工貼一號工程碼過程中，極容易造成覆蓋不完整，貼標(biāo)歪斜等情況，容易超出工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等問題。

4.兩碼關(guān)聯(lián)失敗多發(fā)?，F(xiàn)有的掃描及軟件處理過程中，目前高架庫出庫人工打碼由于人為貼標(biāo)等原因，造成煙箱姿態(tài)的不統(tǒng)一，掃碼識別率低，不滿足工廠對件煙管理的要求。

上述痛點(diǎn)問題嚴(yán)重影響高架庫出庫效率及出庫質(zhì)量，給一線操作人員和出庫管理帶來極大麻煩。如何實(shí)現(xiàn)規(guī)范、高效補(bǔ)碼，提高掃碼準(zhǔn)確性，消除一號工程碼丟失隱患，減少人工勞動量，實(shí)現(xiàn)醇化煙出庫即打即貼是一個(gè)急需研究的問題。為此，本文提出了一種基于萬向輪和柔性打碼技術(shù)的煙草物流系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過將萬向輪的靈活移動性和柔性打碼技術(shù)的適應(yīng)性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了卷煙煙箱的快速、準(zhǔn)確和高效搬運(yùn)，同時(shí)提高了信息化程度和降低勞動力成本。

二

萬向輪與卷煙硬紙箱柔性全自動打貼碼技術(shù)概述

1.萬向輪技術(shù)

萬向輪分揀機(jī)以其出色的靈活性和承載能力，在多變的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效的貨物搬運(yùn)。操作人員通過電腦程序，能夠獨(dú)立控制六邊形模塊上的各個(gè)萬向輪，調(diào)整其滾動模式。通過這些模塊的不同組合，可以設(shè)定多樣化的分揀路徑，實(shí)現(xiàn)貨物在傳送過程中的自動分揀。對于不同的分揀需求，只需在電腦上簡單調(diào)整程序，無需改動機(jī)械結(jié)構(gòu)，即可適應(yīng)不同貨物尺寸和輸送量，通過增減模塊來靈活調(diào)整。在煙草行業(yè)的物流和倉儲中，萬向輪分揀機(jī)顯著提升了物料搬運(yùn)效率，降低了人力成本，并能夠適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)需求[1]。此外，萬向輪分揀機(jī)還具備精確定位和避障功能，有效避免了搬運(yùn)過程中的碰撞和損傷，確保了物料的安全和完整，萬向輪分揀機(jī)如圖1所示。

圖1 關(guān)鍵設(shè)備萬向輪展示圖

萬向輪分揀機(jī)的工作原理基于離心力原理。當(dāng)原材料進(jìn)入機(jī)器后，通過供料系統(tǒng)被送到轉(zhuǎn)臺上[2]。轉(zhuǎn)臺帶動萬向輪一并旋轉(zhuǎn)，由于萬向輪的離心力作用，物料獲得了足夠的離心力，從萬向輪上飛出。正是這種離心力，保證了一定大小的物料能夠進(jìn)入料槽，而且順著料槽向下運(yùn)動。這個(gè)過程類似于水平方向的分離篩，即符合要求的物料進(jìn)入小孔中，不符合要求的物料則被排除。通過這種方式，機(jī)器可以對原材料中的不同顏色、形狀、大小的物料進(jìn)行分揀[3]。

萬向輪分揀機(jī)是一種高效、高速的分揀設(shè)備，主要應(yīng)用于電商、快遞、醫(yī)藥、服裝、圖書等自動化物流倉庫中。它具有以下特點(diǎn)：

·結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，能夠連續(xù)、高效地完成分揀任務(wù)。

·可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行自動化操作，方便進(jìn)行流程控制和調(diào)整。

·采用離心力原理進(jìn)行分揀，對物料進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地分離和分揀。

·可以與其它物流設(shè)備配合使用，實(shí)現(xiàn)自動化物流運(yùn)作。

萬向輪分揀機(jī)適用于各類物流配送中心、電商倉庫、快遞公司、醫(yī)藥制造企業(yè)、服裝行業(yè)以及圖書發(fā)行等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，需要對各種不同規(guī)格、形狀和顏色的物品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行分揀，以提高物流效率和準(zhǔn)確性，降低人工成本。

圖2 關(guān)鍵設(shè)備自動打碼機(jī)展示圖

2.全自動打貼碼設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)柔性打碼并實(shí)現(xiàn)在線自動打碼的業(yè)務(wù)需求，本研究使用自動打貼碼設(shè)備。自動打貼碼設(shè)備可以打印110×240mm范圍內(nèi)的標(biāo)簽，滿足105×75mm貼標(biāo)巴掌，打印的標(biāo)簽分辨率可達(dá)300DP，含標(biāo)準(zhǔn)支架/傳感器/隨機(jī)色帶/壓縮空氣調(diào)節(jié)器，貼標(biāo)速度48個(gè)/分鐘。貼標(biāo)臂擁有吸貼法、吹貼法、擦貼法或氣貼法等多種貼標(biāo)方法，可用于頂面、側(cè)面和正面貼標(biāo)，高速正面貼標(biāo)；拐角式可用于相鄰兩面貼標(biāo)。該自動打貼碼設(shè)備具有高可靠性、高效率和簡單易用的特點(diǎn)[4]。打印貼標(biāo)機(jī)綜合多種新型技術(shù)，將應(yīng)用體驗(yàn)提升到更高層次，可以提供一系列可以互換的貼標(biāo)臂、優(yōu)化的運(yùn)行和貼標(biāo)速度[5]。

3.柔性打碼技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

柔性打碼技術(shù)是一種基于圖像處理和識別技術(shù)的打碼方法，具有高分辨率和高靈敏度的特點(diǎn)。它可以自適應(yīng)地識別和記錄物料的身份和位置信息，此外，在卷煙硬紙箱柔性打碼過程中，需要注意打碼的質(zhì)量、清晰度和穩(wěn)定性等方面的問題。為了保證打碼質(zhì)量，需要對柔性打碼設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，如墨量、打印速度、激光功率等。同時(shí)，需要注意保持卷紙硬紙箱的穩(wěn)定性和平整度，以避免打碼過程中出現(xiàn)錯(cuò)位、模糊等問題，從而確保物料信息的準(zhǔn)確記錄和管理。在煙草物流和倉儲領(lǐng)域，柔性打碼技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高物料信息的準(zhǔn)確性和可靠性，避免人為錯(cuò)誤和管理混亂。同時(shí)，它還可以實(shí)現(xiàn)物料的追溯和管理，提高煙草行業(yè)的質(zhì)量管理和安全控制能力[6]。

件煙出庫根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營決策管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理要求，同時(shí)滿足件煙打碼貼標(biāo)出庫過程中進(jìn)行品牌自動切換打碼的需要，即在醇化煙在出庫過程中，根據(jù)出庫件煙品牌自動切換一號工程碼打印，實(shí)現(xiàn)一號工程碼準(zhǔn)確覆蓋在制品件煙的件煙質(zhì)量追溯碼

上[7]。一號工程柔性打碼貼標(biāo)流程同卷包車間打碼大體流程一致，實(shí)現(xiàn)品牌的自動切換，軟硬包的自動切換，保障一號工程碼段的安全、準(zhǔn)確。一號工程柔性打碼業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 柔性打碼自動控制流程圖

三

萬向輪與卷煙硬紙箱柔性打碼的結(jié)合方式

1.硬件設(shè)備設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由萬向輪移動平臺、柔性打碼器和控制系統(tǒng)組成。萬向輪移動平臺具有靈活的移動性和高負(fù)載能力，可以搭載各種不同的卷煙煙箱進(jìn)行搬運(yùn)。柔性打碼器能夠根據(jù)不同的物料形狀和大小自適應(yīng)地打碼，確保準(zhǔn)確無誤地記錄物料的身份和位置信息[8]。設(shè)備控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 設(shè)備控制設(shè)計(jì)圖

靠邊滾輪將煙箱導(dǎo)向至上邊，后續(xù)通過電動可自動調(diào)節(jié)護(hù)欄，其運(yùn)動方向安裝有壓力傳感器從下至上運(yùn)動時(shí)推動煙箱至靠邊時(shí)，壓力傳感器觸發(fā)，護(hù)欄停止運(yùn)動，則此時(shí)煙箱到達(dá)指定位置。

（1）萬向輪分揀機(jī)：當(dāng)卷煙硬紙箱經(jīng)過時(shí)，萬向輪分揀機(jī)將卷煙硬紙箱搬運(yùn)至軌道一側(cè)，為后面打貼碼做準(zhǔn)備動作。如圖5所示。

圖5 萬向輪分揀機(jī)示意圖

圖6 自動打碼機(jī)示意圖

（2）當(dāng)煙箱行徑觸發(fā)貼標(biāo)光電時(shí)，貼標(biāo)機(jī)接收到請求貼標(biāo)信號，貼標(biāo)機(jī)驅(qū)動貼標(biāo)手動作，完成貼標(biāo)并反饋貼標(biāo)完成信號。

（3）自動適應(yīng)不同煙箱貼標(biāo)高度：由于煙箱產(chǎn)品有不同尺寸，且最高和最低差距達(dá)到61mm，因此采用自適應(yīng)貼標(biāo)臂，如圖7所示.

圖7 自適應(yīng)貼標(biāo)臂示意圖

圖8 讀碼器示意圖

其功能、原理簡述如下：這個(gè)貼標(biāo)臂的最下面是貼標(biāo)巴掌，工作時(shí)將標(biāo)簽吸附在巴掌上面，然后電機(jī)驅(qū)動貼標(biāo)臂向下運(yùn)動將標(biāo)簽粘貼在煙箱表面，其最大行程為250mm，在這個(gè)行程范圍內(nèi)，巴掌觸碰到煙箱表面后，由于受到阻擋，電機(jī)電流升高，該信號反饋回主機(jī)，電機(jī)將反向運(yùn)轉(zhuǎn)讓巴掌返回，亦即在其行程范圍內(nèi)，可以自動適應(yīng)不同距離的產(chǎn)品。

（4）讀碼器：貼標(biāo)前和貼標(biāo)后，各安裝一個(gè)讀碼器和傳感器。完成卷煙碼段的采集與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

2.工作流程設(shè)計(jì)

件煙出庫進(jìn)行即打即貼，也同樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的校驗(yàn)核對，柔性打碼過程流程設(shè)計(jì)：

（1）當(dāng)煙箱觸掃描光電時(shí)，掃描設(shè)備進(jìn)行讀碼，件煙信息將經(jīng)過軟件解析，將對應(yīng)品牌的一號工程打碼信息由柔性打碼軟件發(fā)送打印數(shù)據(jù)給打印機(jī)，打印過來煙箱的一號工程碼。

（2）當(dāng)煙箱行徑觸發(fā)到掃描光電時(shí)，打碼機(jī)打印標(biāo)簽并吸附在貼標(biāo)板上，此時(shí)打印機(jī)反饋打印完成信號給打碼軟件。

（3）后掃描開始工作讀取件煙上條碼，條碼讀取成功后上傳給打碼軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，打印數(shù)據(jù)與讀取數(shù)據(jù)是否一致，數(shù)據(jù)核對一致，則此次打印貼標(biāo)正常，等下一個(gè)打印貼標(biāo)循環(huán)。如不一致，則打碼軟件輸出報(bào)警燈報(bào)警，人為干預(yù)。

3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)用的分析

控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)萬向輪移動平臺和柔性打碼器的工作，實(shí)現(xiàn)自動化操作。本次研究中，擬采用超分辨率技術(shù)以提高掃碼的識別準(zhǔn)確率，并與柔性打碼系統(tǒng)進(jìn)行打通，實(shí)現(xiàn)一號工程碼追溯。同時(shí)在研究過程中將兼容過渡時(shí)期行業(yè)二維碼和未來正式二維碼信息系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)的有效性和可靠性在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證[9]。

圖9 工作流程示意圖

該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無誤地識別和記錄物料的身份和位置信息，并且能夠在不同的生產(chǎn)環(huán)境下適應(yīng)性地調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的卷煙煙箱搬運(yùn)。同時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也得到了充分地驗(yàn)證。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于湖北中煙武漢卷煙廠的物流和倉儲領(lǐng)域，取得了良好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)收益。

四

研究驗(yàn)證與分析

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

硬件方面，需要準(zhǔn)備自動打貼碼設(shè)備、固掃讀碼器設(shè)備、萬向輪分揀機(jī)及相關(guān)配件與耗材。相關(guān)設(shè)備能夠配置、性能滿足本研究的要求。

軟件方面，柔性標(biāo)簽打碼系統(tǒng)可根據(jù)固定讀碼器采集的卷煙品牌規(guī)格自動切換打碼計(jì)劃；軟件可接收固定讀碼器采集的件煙標(biāo)簽信息，完成夾煙標(biāo)簽的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

2.實(shí)驗(yàn)流程

啟動打碼程序并確認(rèn)設(shè)備通信正常后，進(jìn)行了打印參數(shù)的微調(diào)測試。模擬實(shí)際生產(chǎn)排程，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)品牌的打碼任務(wù)，軟件根據(jù)掃描數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整計(jì)劃并控制打印過程。煙盒經(jīng)過自動分揀系統(tǒng)歸邊至打碼區(qū)，打碼機(jī)精確地完成打印并貼附標(biāo)簽。打碼作業(yè)完成后，讀碼器采集標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)聯(lián)。整個(gè)流程循環(huán)進(jìn)行，直至測試結(jié)束，具體流程如圖10所示。

圖10 工作流程示意圖

3.實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，現(xiàn)場分別準(zhǔn)備了品規(guī)一、品規(guī)二各100件件煙，通過100件件煙觀察記錄打碼實(shí)驗(yàn)過程，如圖11所示。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)記錄了每個(gè)步驟的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括打印速度、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性等，為后續(xù)的系統(tǒng)改進(jìn)提供了重要參考。

在本研究的實(shí)驗(yàn)階段，為全面評估自動打碼系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能，研究團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場精心準(zhǔn)備了兩種不同品規(guī)的煙產(chǎn)品，即品規(guī)一和品規(guī)二，每種各100件，以模擬實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的多樣化需求。實(shí)驗(yàn)過程中，通過對這200件煙產(chǎn)品進(jìn)行打碼操作，觀察并記錄了整個(gè)打碼過程，如圖11所示。

圖11 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)對關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄，包括打印速度、設(shè)備穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性。這一系列監(jiān)控覆蓋了系統(tǒng)啟動、參數(shù)設(shè)置、打碼執(zhí)行及后續(xù)的數(shù)據(jù)采集與性能評估，確保了對系統(tǒng)在各種工作條件下表現(xiàn)的全面掌握，為系統(tǒng)改進(jìn)提供了數(shù)據(jù)支持。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在本次測試中，對煙箱標(biāo)簽打印系統(tǒng)的性能進(jìn)行了綜合評估，關(guān)鍵指標(biāo)包括識別精度、打印效率和條碼準(zhǔn)確率。以下是測試結(jié)果的精煉分析，并與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對比。

（1）識別精度：系統(tǒng)的前掃和后掃識別功能均表現(xiàn)穩(wěn)定，為后續(xù)流程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）打印效率：打印機(jī)實(shí)現(xiàn)了每分鐘35件的連續(xù)打印速度，相較于早期每分鐘4～6件的設(shè)備，效率提升了近6倍。

（3）條碼準(zhǔn)確率：系統(tǒng)在條碼一次準(zhǔn)確率測試中達(dá)到了99%。

（4）靈活性與穩(wěn)定性：萬向輪歸邊測試顯示，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確搬運(yùn)煙箱并精確覆貼標(biāo)簽，確保了生產(chǎn)線的流暢性。固掃設(shè)備對不同尺寸煙箱的高識別率和正常響應(yīng)速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

（5）軟件控制：打碼軟件在排產(chǎn)計(jì)劃自動切換測試中表現(xiàn)良好，未出現(xiàn)異常反饋。

綜上所述，本文的煙箱標(biāo)簽打印系統(tǒng)在關(guān)鍵性能指標(biāo)上均達(dá)到或超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別在打印速度和條碼準(zhǔn)確率方面，顯示出顯著的技術(shù)優(yōu)勢，這些成果為未來的生產(chǎn)優(yōu)化和系統(tǒng)升級奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五

結(jié)論與展望

1.研究結(jié)論

本文主要探討了萬向輪與卷煙硬紙箱柔性打碼的結(jié)合及其在煙草行業(yè)的應(yīng)用。通過介紹萬向輪和柔性打碼技術(shù)的特點(diǎn)和分析其在煙草物流和倉儲領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢，并詳細(xì)介紹了一種基于萬向輪和柔性打碼技術(shù)的煙草物流系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有高效性、準(zhǔn)確性和可靠性的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)各種不同的生產(chǎn)環(huán)境和需求，提高了煙草行業(yè)的物流和倉儲管理水平，降低了成本并提高了效率。因此，基于萬向輪和柔性打碼技術(shù)的煙草物流系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景和市場前景。

2.未來展望

制造業(yè)柔性生產(chǎn)與硬件結(jié)合的未來發(fā)展將更加注重人機(jī)協(xié)同、智能化、集成化、可重構(gòu)性和精益制造等方面的提升。這將為制造業(yè)帶來更高效、更靈活、更具有競爭力的生產(chǎn)模式，以滿足不斷變化的市場需求。同時(shí)，也將為制造業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要行業(yè)內(nèi)的企業(yè)和研究人員不斷探索和創(chuàng)新。

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