文｜上海海煙物流發展有限公司

柳捷、張易明、井向波、竇本華

海煙物流承擔著上海全市卷煙的分揀配送工作。隨著人力成本不斷上升以及卷煙產品類型與訂單結構的變化，早在2003年建成的物流系統亟待升級。在綜合分析各方面條件后，海煙物流選擇了就地技改方案。本文全面介紹了該項目從設計規劃到具體實施過程中的諸多細節與寶貴經驗。

上海海煙物流發展有限公司（簡稱“海煙物流”）承擔了上海全市卷煙的分揀配送工作，其物流配送中心位于長寧區，北臨蘇州河，東、南連接中環路。整個物流園區占地面積約7萬平米，聯合工房建筑面積約4萬平米，聯合工房內曾建有卷煙與非煙兩套物流系統，其中卷煙物流系統于2001年開始建設，2003年投用。十多年來，該物流系統有效地支撐了海煙物流業務的開展。

隨著市場的變化，海煙物流不斷面臨著新的挑戰。一方面，隨著勞動力成本的提升，物流成本的壓力增大；另一方面，伴隨著卷煙營銷的變化，物流服務多樣化、個性化的需求更為明顯，物流系統已不適應變化的訂單結構，物流運作效率低。因此，海煙物流在2017年提出了對物流系統進行整體升級的設想。為保持業務的連續性，并充分利用現有資源，控制整體投資，公司決定采用在物流中心聯合工房內進行就地技術改造的建設方案，整合卷煙與非煙物流系統的場地，統一作為卷煙物流運作使用。

物流系統布局

就地技改優劣勢

就地技改具有投資省，無需選址、購地，審批環節少，項目實施周期短等諸多優勢。但就地技改一直以來都是物流系統改造的難點，海煙物流主要面對的兩大難點是：建設條件受限，項目建設與物流運營難以兼顧。

首先是項目建設條件受限。物流系統的改造，工藝流程的制定是首要工作。就地技改，顧名思義，是在原有地址進行改造，方案設計受已有條件的限制，比如，現有園區的建筑面積、綠化、道路、供電、容積率等條件均會成為項目建設的已有約束條件。特別是在原有的聯合工房內進行的物流系統改造，建筑的結構形式、面積、層高、樓面承重等都會成為制定技術方案過程中的限制性條件。

其次是在平衡項目建設與日常運營方面管理難度大。物流的日常運營與項目的建設在同址、同步開展，安全管理、現場協調工作多、難度大。就地技改是對已經運行的物流系統進行改造，在技術方案的制定過程中應充分考慮項目的實施過程與物流運作的協同，盡可能從空間或時間上做到有效隔離，確保物流倉儲、分揀、配送業務的正常進行，不受項目建設的干擾。因此，項目建設期的安全管理以及生產調度也是需要重點關注的內容。

工藝設計原則及規則

針對就地技改的特點，海煙物流在技改方案的制定階段確立了兩項原則：一是物流工藝與技術方案的制定應充分考慮建設條件和設計規范的因素；二是物流系統建設與實施方案應包含過渡期的物流運行方案。

具體而言，結合項目建設目標的需要，項目組在前期方案的制定中明確了以下規則：

1.保持聯合工房的原有結構、建筑面積以及外立面不變。主要從規劃審批和報建審批兩方面考慮，避免了“新改擴”項目對規劃調整的重新報批，也避免了由于建筑結構變化后需要按照新規范重新進行結構設計和抗震鑒定。雖然原有的非煙產品作業區，在拆除部分設備后，場地具有較大的凈空高度，可以有較大的設計空間，但方案設計中仍應保持單層建筑的結構，在部分區域根據需要搭設設備平臺，但不建設鋼混平臺或作業平臺，不增設樓面。

2.盡量保持原有聯合工房的功能區域設置，不改變原有消防分區。從消防設計方面考慮，原有功能區域定義為作業區的區域，在新的設計方案中仍保持作業區定位，不設置具有倉儲功能或倉儲特性的環節。

3.工藝流程設計以及設備選型與布置應基于現有各區域樓面承載能力。在充分了解原有建筑結構和樓面載荷的基礎上，結合建筑情況，確定各區域的樓面載荷，而這些數據作為設備選型與布局的限制性條件，這主要從建筑結構方面考慮，避免改造對建筑結構造成影響。

4.項目實施過程中，為保障原有物流系統的運行，制定臨時過渡方案，保持空壓、配電等動力配套設施正常供應；保證給排水、消防設施的正常功能。

項目建設方案

基于以上限制性的因素，在初步設計階段，我們在申報方案的基礎上多次調整、采取了折中或替代的方式，完善并形成了項目建設方案。

1.對采用多層穿梭車與備貨道相結合的備貨方案進行了修改，取消了多層穿梭車布局在卷煙分揀區的設計，避免對原有建筑的消防分區進行調整。

2.將拆垛與碼垛機械手集中布局在原非煙產品的高架庫區域。這是因為機械手對地面載荷具有較高的要求，如果布置在收貨區或分揀區需要對相應區域的建筑結構進行調整，而原非煙產品高架庫區具有較高的樓面承載能力，滿足機械手對地面載荷的要求。

3.取消了增設電梯的設計，需要進行的物料垂直搬運盡量采用對基礎和承載要求較低的托盤垂直提升機，垂直提升機設置在原非煙產品高架庫內，避免對建筑結構進行調整。

4.調整了空壓系統的設計方案，機械手在抓取煙箱中所需要的負壓采用分布式風機的形式提供，避免對空壓機房進行大規模整體改造，以保持項目建設階段的物流分揀系統的運行。

倉儲設備利舊

就地改造除了利用原有土地、廠房外，我們對聯合工房內的設備也進行了評估，結合設備狀態和改造需求，決定對高架庫與堆垛機也采用利舊方式。主要具有以下優點：

1.節約投資

高架庫的核心設備采用的是瑞典Accalon的堆垛機和托盤輸送線，由于歷年精心維護，設備雖然已經使用超過15年，但截至停用之前，設備運行穩定、故障率低，經檢查，機件的狀況良好，可以繼續使用。為達到長期使用的目標，利舊方案中在分類評估的基礎上保持了現有設備的機械結構和主要部件，而對電控系統進行整體更新，特別是替換已經換代的零件，確保了備件的可持續供應，節約了大量的設備采購費用。

2.降低了建設風險并縮短了改造的時間

現有高架庫具有約20000個貨位和10臺堆垛機，如果全部更新為新的設備，拆除的工作量非常大，同時由于施工條件的限制，大型起重設備無法進入庫內，因此拆除過程中需要實施大量的登高、起重、動火作業，安全管理壓力大，周期長。而利舊改造，無需進行大范圍的拆除作業，避免了大量的高風險施工，而且改造作業可以分批次進行，施工安排較為便利，調試簡單，項目建設周期短。

物流作業各環節的設計

整體規劃中，根據物流中心的職能，設立卷煙收貨、倉儲、備貨、分揀、出貨五大環節。

1.收貨

收貨區域設置整件收貨與整托盤收貨兩種形式。件煙收貨采用人工收貨、機械手自動碼盤的技術方案，在月臺設置具有俯仰功能的伸縮式輸送機，件煙經入庫掃描和檢測后被運送至自動碼盤區，由機械手進行自動碼盤。在此區域再次掃描件煙標簽，系統確認產品規格的同時，將件煙信息寫入承載托盤的RFID芯片，作為入庫的身份標識。經過改造，收貨作業的勞動強度大幅降低，收貨能力和人均作業效率都有了明顯提升，收貨能力達到每小時3200件。

整托盤入庫區域的低位提升機

整托盤收貨采用托盤輸送線并線入庫的方式，利用月臺渡板實現月臺與車輛的對接，低位提升機的運用實現了平面搬運和托盤輸送線的銜接。在收貨區，作業人員使用托盤搬運車就可以完成卸貨、入庫的作業，減少了中轉過程。與之前相比，減少了叉車的使用，工作更為連貫，設備利用率高，大幅提升了收貨效率。改造完成后，整托盤的收貨能力達到每小時100托盤。

2.倉儲

倉儲環節采用10個巷道的自動化高架庫。高架庫內的設備和設施，如堆垛機、托盤輸送線、貨架等均采用利舊整修的方式。我們對機械磨損件，如堆垛機的地軌、部分貨叉、鋼絲繩進行了更換整修后，保持了機械結構的完好；對電控系統和電氣元器件進行了整體更新，采用了具有能量回收功能的驅動設計，設備運行能耗顯著降低。完成改造后，總貨位數達到近19000個，在充分利舊的基礎上，為工商協同、減輕工業卷煙倉儲壓力提供了可能。

利舊整修后的堆垛機與高架庫

3.備貨

采用AGV與積放式備貨道相結合的分布式備貨方案。創新地將AGV與備貨道相結合，利用潛伏式AGV將出貨托盤運送到拆盤機械手位置。利用AGV靈活搬運的特點，在機械手抓取訂單分揀所需的件煙后，由系統指揮AGV將托盤轉運至暫存位，或將空托盤送至空托盤疊垛工位；抓取的件煙則自動運送至積放式備貨道，經排序后送到分揀線。利用較小的場地實現了卷煙拆盤、暫存、排序等功能，滿足系統對110個規格的卷煙進行拆盤、排序的需要，可以同時為6條高速分揀線補貨，補貨能力達到每小時3600件。

多工位機械手拆盤方案

4.分揀

全自動高速條煙分揀系統

卷煙分揀采用標準煙分揀線和異型煙分揀線分離的方式。這是基于海煙物流自身的訂單結構分析做出的安排。標準煙分揀線處理110個規格的卷煙，采用成熟的高速自動分揀技術，自動開箱、自動補貨、自動分揀、自動包裝。訂單在包裝前經視覺系統進行品牌識別，確保訂單執行準確，分揀效率達到30000條/小時。

半自動異型煙分揀系統

異型煙分揀采用半自動分揀方式，包裝環節采用柔性抓取，系統跟蹤不同規格卷煙的執行順序，每次抓取時，吸盤進行主動適應的調整，一次性抓取不同尺寸規格的卷煙，包裝效率達到5000條/小時。這種設計降低了訂單結構對整個物流系統作業效率的影響，有效保證了各分揀線能力的實現。

適用于多規格卷煙拆盤的機械手夾具

5.出貨

分揀完成的卷煙將被送到出貨緩存區，等待裝車。由于場地限制，主要的分揀設備均布置在聯合工房多層建筑的各層樓面，上下四層，垂直高差近20米，出貨的物流動線設計難度較大。但經過科學規劃，利用件煙輸送線、托盤垂直提升機等設備進行銜接，在設備能力匹配和功能設計上也充分考慮了分合流、工作節拍、異常處理等各類情況。改造完成后，各作業環節銜接緊密，物流運作較為順暢，沒有明顯的瓶頸環節，為運作的連貫性提供了支撐。出貨緩沖區布局在聯合工房的一樓，方案中充分利用了原有的聯合工房北區和西區的月臺，用于送貨車輛裝車，可以同時停靠46輛車。這一設計減少了車輛等待時間，大幅提升了車輛利用效率，為車輛的靈活調配提供了便利。

月臺裝車

物流系統柔性化設計

結合多年的物流系統使用經驗，我們感到，物流系統的規劃與設計不僅要基于對歷史數據的分析，還要對物流的需求以及各類可能發生的情況進行系統思考，在實現物流各環節功能的基礎上進行針對性的設計，使其在使用中能靈活應對各類情況。簡言之就是，物流系統要保持較高的柔性，具體而言要考慮滿足以下要求：

一是應對物流波動能力強。物流系統應對物流波動能力強，在倉儲、分揀作業高峰期能科學應對，滿足市場需求，在銷售淡季可以適時調整，控制成本。

二是備貨與分揀系統適應訂單結構變化。備貨、分揀系統適應訂單結構變化，總體分揀能力不會因為訂單結構的變化發生大幅的波動。適應未來業務發展，在異型卷煙、細支卷煙銷量增長上有系統的解決方案。

三是物流系統具有較高的可用性。物流系統可用性高，當發生單點故障時，系統具有完善的應對措施，物流運作不會受到整體影響。

四是物流系統便于拓展。物流系統具有一定的拓展空間和較好的改造柔性。信息系統采用模塊化設計理念，并在設備的關鍵環節充分考慮未來擴展的需要，預留必要的接口和改造條件。實施信息系統升級、優化，設備局部技術改造較為便利。

物流系統柔性化設計在本次技改中的具體體現如下：

1.整托盤收貨與輸送

在散件收貨區預留了一個收貨月臺，未布置大量的件煙收貨設備，適當的留白是應對未來托盤聯運的發展。當散件與整托盤收貨比例變化時可靈活安排車輛的停靠，便于生產能力的調配。托盤輸送線設置兩個獨立的入庫口，在大幅提升入庫能力的同時，在設計中還預留了通聯裝置，可根據需要調配每個入口的優先權，必要時可以優化整托盤運輸能力。另外，為服務托盤聯運，應對多種托盤的混用，方案中除了設置4套獨立的空托盤拆分裝置，以便于處理不同類型的托盤之外，還預留了硬件接口，只需局部改造即可滿足未來托盤種類增加的需要。

2.散件收貨

人工碼盤工位

在4套機械手碼盤系統之外，設立兩個人工碼盤位。該工位可用于零散件煙、煙箱材質不適應以及收貨波動時的特例處置。另外，在4套碼盤系統的件煙輸送中，還設置了貫穿線，實現了同層入庫輸送線之間的互通互聯。當任何一套系統發生故障，其任務均可切換至其他碼盤機械手，確保了收貨作業的持續。

3.高架庫

在高架庫的應用邏輯中，強化品規均布原則的智能性特點，在平衡工作任務的同時，充分保留系統柔性。入庫時，任一堆垛機出現故障，其任務可以轉移至其他巷道的堆垛機執行；出庫時，WMS系統也會監控堆垛機的運行狀態，將任務自動分配給在線的堆垛機，而品規均布原則保證了這一功能的實現。在堆垛機空閑時，還可以對托盤位進行整理，以利于保持進出庫作業的高效。

4.AGV分布式備貨

發揮軟件與控制系統智能化的特點，保持備貨柔性。AGV在備貨環節的運用使機械手的靈活性有了大幅的提升。首先，場地占用的減少，使得單個機械手可以同時處理7個托盤位，再輔以AGV小車智能調度，單個機械手可以處理的卷煙品規數大幅提升，理論上講，具體數量不受物理位置的限制，提高了拆盤系統應對不同需要的柔性。對拆盤機械手而言，每個拆垛工位的定義可以靈活設置，在系統中可以動態設定每個拆垛位的性質，在實際的應用中，無論是訂單結構變化還是設備可用狀態發生變化，均可以通過系統的調度來應對，而無需進行硬件的調整。

5.分揀線

分揀線的配置是基于對海煙物流歷史訂單的分析以及對未來卷煙銷售的預測。特別是異型煙分揀，由于在2017年立項時，上海市內銷售的異型煙較少，還不到總銷量的3%，而且細支卷煙在異型煙中的占比也非常小，相比較其他省市的卷煙銷售結構而言，有很大的不同。基于對未來異型煙銷售量增長的確定性和異型卷煙規格不確定的判斷，我們選擇了細支與異型卷煙合并分揀的策略，在訂單合并方面做出了讓步，但保持了分揀系統對未來卷煙訂單結構變化的柔性。

異型煙分揀線的核心裝置 - 柔性吸盤

在異型煙分揀方案的選擇上，卷煙的抓取采用可以單獨調整的柔性吸盤，以適應不同的卷煙包裝尺寸；在分揀模塊上，采用多層架構，預留拓展成為3個包裝站的接口，便于未來局部擴能。

實施效果

經過一年多的項目實施，物流系統于2019年11月順利投入運行，并經歷了2020年元春高強度作業驗證。在這期間，物流中心日分揀、配送量達到設計能力的150%，訂單結構也與日均情況差異很大，但在長達20多天的大負荷作業中，物流系統運行正常，順利完成每天的分揀任務，實現了項目建設的既定目標，即：滿足營銷需要，提升卷煙分揀、配送能力，適應市場需求變化；提高系統柔性，適應營銷訂單結構調整以及應對未來變化的能力。另一方面，也提升了海煙物流的服務能力，為縮短客戶訂單的響應時間，服務于同城卷煙工業企業創造了條件。