RFID 技术在烟草箱式储丝过程中的应用

胥国芳，姜汉栋，李潇飏，李 磊，罗琪松，方厚儒，别曼霓

（湖北中烟武汉卷烟厂，湖北武汉 430040）

0 引言

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术在近些年得到了快速的发展，它比传统的识别技术储存量大，可远距离快速识别，而且数据可随时更新，使用起来简单准确，特别是在物流行业应用较广泛。湖北中烟武汉卷烟厂自2018 年异地技改正式投产使用以来，智能物流的发展得到极大的重视，厂内6 个大规模的智能高架库，采用德马泰克堆垛机、KUKA 机器手、丰田环形穿梭车、范德兰德分拣线等一系列进口先进设备，实现了厂内智能物流。

武汉卷烟厂烟丝储存主要为柜式储丝，随着2018 年异地技改的完成，添加了箱式储丝，烟丝高架库主要用于对箱式储丝的烟箱进行管理。从烟丝的装箱入库、烟箱的储存到烟丝的出库风送，都是由烟丝高架库系统完成。在烟丝高架库中，由于有不同牌号批次的烟丝，需要对烟箱进行分类管理，但是所有的烟箱外形和尺寸都是一个标准，基于此情况，在烟箱转运过程中添加RFID 系统，每一个烟箱底部安装一个RFID 标签，给每一个烟箱制定唯一“身份”，便于烟箱的管理。

1 RFID 的技术原理和优点

1.1 RFID 工作原理

RFID 是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。

1.2 RFID 优点

RFID 系统由标签、读卡器和电脑网络组成，在使用过程中无需人工操作，可降低人工成本，而且使用起来简单有效，安全性好。RFID 具体有以下4 个方面的优势：

（1）使用寿命长。在合适的位置安装好标签和读卡器后，读卡器和标签没有受到外力破坏的情况下可一直使用。

（2）识别方便且有效距离长。读卡器在读取标签时不需要光源，还可以透过外包装读取。在特殊需求时，采用自带电池的标签，有效读取距离可达到30 m 以上。

（3）读取速度快。标签一进入磁场，读卡器就可实时读取信息，可实现生产过程中的连贯性。

（4）标签的数据可更改。可以在电脑系统中查看并修改标签的信息。

2 箱式储丝简介

在卷烟技术领域，配方烟丝在生产过程中的存放通常是将整批量烟丝进入柜体内，由出柜系统直接将成品烟丝送入喂丝机风送至卷包机。在贮丝工艺上，黄鹤楼的科技人员受酒越存越醇的思维启发，在传统烟叶加工工艺的基础上独创“木桶理论”。黄鹤楼采用特制木桶作为烟丝贮存的容器，通过木桶散发的特殊物质与烟丝完美融合，能够提升烟气的享受感，增加烟香的醇厚感，赋予产品特殊的香气风格，形成独特的“木桶理论”。方法是将配方烟丝放入体积为5～1000 L 的木桶中，置于阴凉干燥的室内，保持室内温度20～30 ℃，湿度50%～70%，贮存后取出，用于提高烟丝的吸味品质，进一步提高烟丝品质。

2018 年，武汉卷烟厂异地技改完成，新厂正式投产。在贮丝工艺上，新厂新加箱式贮丝，箱式贮丝在“木桶理论”的基础上更便于转运和管理，烟丝高架库正是通过物流上位系统和调度系统对箱式储丝的烟箱进行管理，可实现较高的智能化。

3 基于RFID 技术的烟丝库应用

基于RFID 技术的管理系统的核心是：每件物品都附加了电子标签，相应的在库区各出入口的通道处设置RFID 读写器。货物在通过读写器时，读写器即可通过货物上的电子标签获得货物的信息，将读取的信息直接发至物流WMS（Warehouse Management System，仓库管理系统）上位管理系统用以支配。

3.1 烟箱初始化流程

烟箱入库前，首先在每一个烟箱底部正中央安装一个RFID标签，便于烟箱后续的使用及储存信息。并对烟箱的内外进行清洁，按工艺要求装入指定的烟丝，定时、定量老化烟箱，消除烟箱内的杂气。老化完成后，人工将合格的烟箱用抱车夹放在任意的3 个初始化站台上，8 s 延时后烟箱通过输送链机自动运行至相对应的入库站台，每个入库站台中间安装有RFID 读码器，空烟箱运行至入库站台后会自动停下，需人工在操作屏上将烟箱上的箱号写入RFID 标签里，读码器读写完成后，烟箱会自动产生入库任务进出高架库内。

烟箱初始化完成后，系统将每个标签和固定的烟箱进行捆绑，并将唯一的数字存储在标签内标记烟箱的号码，使该烟箱具有唯一性，方便后续烟箱使用的统计和管理。RFID 检测采集装置如图1 所示。

图1 RFID 检测采集装置

3.2 烟箱入库流程

烟丝高架库的烟丝装箱入库流程采用现代化物流与RFID 相结合的技术，提高工作效率，减少出错率。通常情况下，物料在初次入库时，需要仓库管理员手动将物料的名称、数量等信息录入到RFID 标签中，再做对应的入库处理，方便物料的入库和查询。

而烟丝高架库的烟丝装箱入库系统更加简洁可靠，只需操作人员在物流WMS 系统上下达烟丝装箱入库计划，烟丝将通过装箱站自动装箱入库。操作人员在物流WMS 系统入库计划中根据生产计划选择“提单”生成计划后，系统将自动进行烟丝批牌号的对比，对比无误后烟丝经过装箱站装入烟箱。装箱完成后，载有烟丝的烟箱运行至RFID 读码器时，读码器将烟丝的牌号、批次、烟丝重量等信息自动写入RFID 标签中，写入成功后烟箱生成入库任务。WCS 系统调度物流链机、穿梭车、堆垛机等设备将载有烟丝的烟箱放入系统指定的货位。烟丝装箱入库防差错功能PLC程序如图2 所示。

图2 烟丝装箱入库防差错功能

3.3 烟箱出库流程

为了跟上黄鹤楼卷烟产品不断创新的步伐，武汉卷烟厂制丝车间烟丝储存方式不断改进，在木桶储丝的基础上增加箱式储丝，箱式储丝不但吸取木桶储丝的优点还方便运输，在增加高架库和物流系统后，可使箱式储丝量化生产，满足生产的需求。

烟丝高架库的烟丝箱出库后，由机器手夹起烟箱自动把烟丝翻入喂料仓中，烟丝经喂料仓进入喂丝机后风送至卷包机。烟丝产品的多样化对烟丝高架库出库的牌号批次对比要求就更高，在卷烟制品生产过程中，烟丝的混牌、混批是无法容忍的质量事故，为了杜绝这一类质量事故的发生，烟丝高架库应用RFID 技术和WMS 上位系统对出库烟丝箱牌号批次进行一环扣一环的4 重对比，任何一个环节对比失败，烟丝不会流入到下一工序。

3.3.1 生产出库计划与烟丝高架库库存对比

烟丝装箱入库进入高架库指定的货位后，烟丝的牌号、批次、箱号及重量等信息都会在WMS 系统中形成库存，在库存查询功能中可查询到高架库内所有烟丝的详细信息。收到生产指令后，在WMS 系统中下达出库任务，出库的生产计划与烟丝高架库的库存进行牌号批次的对比，对比成功烟箱正常出库并输送到指定的站台，对比失败烟箱不出库并在系统主服务请求中报警提示。

3.3.2 物流出库计划与烟丝风送计划对比

烟丝经喂料仓进入喂丝机后风送至卷包机，为防止烟丝混牌，此时物流的出库计划需要与烟丝生产计划做对比。根据生产指令下达生产计划后，烟丝的风送计划会和物流出库的烟丝进行批牌号的对比，对比成功发送给机器手抓箱信号，机器手自动抓箱，送至喂料仓读码器处进行读码。对比失败机器手无抓箱动作，生产操作屏会报警烟丝批次牌号对比错误提示，相关操作人员可核对烟丝信息进行修改。物流出库计划界面如图3 所示，风口生产计划界面如图4 所示。

图3 物流出库计划

图4 风口生产计划

3.3.3 RFID 标签信息同时与风口生产计划和物流信息对比

机器手抓取烟箱后，并不会直接把烟箱里面的烟丝翻入喂料仓里面，而是送至喂料仓读码器处进行读码。每个喂料仓的上方装有一个RFID 读码器，机器手把烟箱送至喂料仓上方时，将烟箱底部的RFID 芯片对准读码器感应，读码器读出的烟丝牌号和批次信息传输至PLC 中与风口生产计划和物流信息同时对比。对比成功机器手将烟丝翻进喂料仓中，对比失败机器手将烟箱放置在回库站台，生成对比失败的任务，烟箱自动回库并冻结该烟箱做后续处理。RFID 此次对比主要防止在烟丝换牌生成时容易出现的误操作，喂料仓读码系统如图5 所示。

图5 喂料仓读码系统

3.3.4 风口送丝计划与卷包机台生产计划对比

以上3 种牌号批次的对比，理论上可以杜绝烟丝的混牌、混批，但是以上所有的计划下达环节都是由同一名操作工进行操作，存在同时3 处计划都下发错误的风险。风口送丝计划与卷包机台生产计划的对比是供丝前的最后一道防差错，喂丝机内的烟丝牌号与卷包机生产计划完全一致时方可正常供丝，否则喂丝机的双向皮带桥停止运行，烟丝无法流入下道工序。烟丝高架库入库口如图6 所示。

图6 烟丝高架库入库口

4 结束语

武汉卷烟厂烟丝储存主要为柜式储丝，随着2018 年异地技改的完成，添加了箱式储丝，烟丝高架库主要用于对箱式储丝的烟箱进行管理。通过分析在烟丝高架库中应用RFID 技术，实现智能化物流。RFID 技术在提高管理信息化水平的同时，节约管理成本，提高管理效率，具有较高的应用价值和广阔的应用前景。