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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合及其在煙草行業的應用。通過介紹萬向輪、全自動打碼設備和柔性打碼流程的技術特點，分析了它們在煙草物流和倉儲領域的應用優勢。此外，詳細介紹了一種基于萬向輪、全自動打碼設備和柔性打碼技術的煙草物流系統。該系統在實驗和實際應用中的有效性和可靠性得到了驗證，條碼掃碼準確率達到99%，貼碼速度達到每件35分鐘。

關鍵詞：萬向輪應用；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

湖北中煙工業有限責任公司

一

引言

武漢卷煙廠承擔著湖北中煙約60%的物流任務。受制于打碼技術，對于醇化煙出庫現階段以高架庫轉庫，北庫區離線打碼，人工或敷貼機進行一號工程碼補貼為主。一號工程補碼后，根據行業管理要求，對醇化煙一號工程碼追溯。此過程相對繁瑣，并存在以下幾個痛點：

1.貼碼響應不及時、未根據營銷計劃拉動。目前一號工程碼段是由生產制造中心提前下發，通過離線打碼和出庫補碼的形式完成后才能工業出庫。現有形式的卷煙標簽打碼存在信息滯后、在補碼切換流程復雜、更換時間長等問題，插單等特殊情況無法做到快速響應，對于營銷的需求響應時效性不強。按照平均發貨800km計算，運輸時間約600分鐘，裝卸時間約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碼約90分鐘，占總運輸時間的10％。

2.貼標效率低、浪費人力、易造成誤操作。在醇化品出庫過程中，需安排專門的外協人員進行打碼、校驗及標簽覆蓋。出庫量大且出庫品類多時，嚴重影響人員調配及浪費人力，且易造成誤貼。此貼標方式也同時容易造成一號工程碼的丟失。

3.貼標不規范。件煙在高架庫出庫皮帶運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，貼標歪斜等情況，容易超出工藝規范標準等問題。

4.兩碼關聯失敗多發?，F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等原因，造成煙箱姿態的不統一，掃碼識別率低，不滿足工廠對件煙管理的要求。

上述痛點問題嚴重影響高架庫出庫效率及出庫質量，給一線操作人員和出庫管理帶來極大麻煩。如何實現規范、高效補碼，提高掃碼準確性，消除一號工程碼丟失隱患，減少人工勞動量，實現醇化煙出庫即打即貼是一個急需研究的問題。為此，本文提出了一種基于萬向輪和柔性打碼技術的煙草物流系統。該系統通過將萬向輪的靈活移動性和柔性打碼技術的適應性相結合，實現了卷煙煙箱的快速、準確和高效搬運，同時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概述

1.萬向輪技術

萬向輪分揀機以其出色的靈活性和承載能力，在多變的工作環境中實現高效的貨物搬運。操作人員通過電腦程序，能夠獨立控制六邊形模塊上的各個萬向輪，調整其滾動模式。通過這些模塊的不同組合，可以設定多樣化的分揀路徑，實現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整程序，無需改動機械結構，即可適應不同貨物尺寸和輸送量，通過增減模塊來靈活調整。在煙草行業的物流和倉儲中，萬向輪分揀機顯著提升了物料搬運效率，降低了人力成本，并能夠適應多樣化的生產需求[1]。此外，萬向輪分揀機還具備精確定位和避障功能，有效避免了搬運過程中的碰撞和損傷，確保了物料的安全和完整，萬向輪分揀機如圖1所示。

圖1 關鍵設備萬向輪展示圖

萬向輪分揀機的工作原理基于離心力原理。當原材料進入機器后，通過供料系統被送到轉臺上[2]。轉臺帶動萬向輪一并旋轉，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入料槽，而且順著料槽向下運動。這個過程類似于水平方向的分離篩，即符合要求的物料進入小孔中，不符合要求的物料則被排除。通過這種方式，機器可以對原材料中的不同顏色、形狀、大小的物料進行分揀[3]。

萬向輪分揀機是一種高效、高速的分揀設備，主要應用于電商、快遞、醫藥、服裝、圖書等自動化物流倉庫中。它具有以下特點：

·結構簡單，運行穩定，能夠連續、高效地完成分揀任務。

·可以通過控制系統進行自動化操作，方便進行流程控制和調整。

·采用離心力原理進行分揀，對物料進行快速、準確地分離和分揀。

·可以與其它物流設備配合使用，實現自動化物流運作。

萬向輪分揀機適用于各類物流配送中心、電商倉庫、快遞公司、醫藥制造企業、服裝行業以及圖書發行等領域。在這些領域中，需要對各種不同規格、形狀和顏色的物品進行快速、準確地進行分揀，以提高物流效率和準確性，降低人工成本。

圖2 關鍵設備自動打碼機展示圖

2.全自動打貼碼設備

為了實現柔性打碼并實現在線自動打碼的業務需求，本研究使用自動打貼碼設備。自動打貼碼設備可以打印110×240mm范圍內的標簽，滿足105×75mm貼標巴掌，打印的標簽分辨率可達300DP，含標準支架/傳感器/隨機色帶/壓縮空氣調節器，貼標速度48個/分鐘。貼標臂擁有吸貼法、吹貼法、擦貼法或氣貼法等多種貼標方法，可用于頂面、側面和正面貼標，高速正面貼標；拐角式可用于相鄰兩面貼標。該自動打貼碼設備具有高可靠性、高效率和簡單易用的特點[4]。打印貼標機綜合多種新型技術，將應用體驗提升到更高層次，可以提供一系列可以互換的貼標臂、優化的運行和貼標速度[5]。

3.柔性打碼技術的特點及應用

柔性打碼技術是一種基于圖像處理和識別技術的打碼方法，具有高分辨率和高靈敏度的特點。它可以自適應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，需要注意打碼的質量、清晰度和穩定性等方面的問題。為了保證打碼質量，需要對柔性打碼設備的參數進行調整和優化，如墨量、打印速度、激光功率等。同時，需要注意保持卷紙硬紙箱的穩定性和平整度，以避免打碼過程中出現錯位、模糊等問題，從而確保物料信息的準確記錄和管理。在煙草物流和倉儲領域，柔性打碼技術的應用可以大大提高物料信息的準確性和可靠性，避免人為錯誤和管理混亂。同時，它還可以實現物料的追溯和管理，提高煙草行業的質量管理和安全控制能力[6]。

件煙出庫根據生產經營決策管理系統的業務管理要求，同時滿足件煙打碼貼標出庫過程中進行品牌自動切換打碼的需要，即在醇化煙在出庫過程中，根據出庫件煙品牌自動切換一號工程碼打印，實現一號工程碼準確覆蓋在制品件煙的件煙質量追溯碼

上[7]。一號工程柔性打碼貼標流程同卷包車間打碼大體流程一致，實現品牌的自動切換，軟硬包的自動切換，保障一號工程碼段的安全、準確。一號工程柔性打碼業務流程如圖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合方式

1.硬件設備設計

該系統主要由萬向輪移動平臺、柔性打碼器和控制系統組成。萬向輪移動平臺具有靈活的移動性和高負載能力，可以搭載各種不同的卷煙煙箱進行搬運。柔性打碼器能夠根據不同的物料形狀和大小自適應地打碼，確保準確無誤地記錄物料的身份和位置信息[8]。設備控制設計結構如圖4所示。

圖4 設備控制設計圖

靠邊滾輪將煙箱導向至上邊，后續通過電動可自動調節護欄，其運動方向安裝有壓力傳感器從下至上運動時推動煙箱至靠邊時，壓力傳感器觸發，護欄停止運動，則此時煙箱到達指定位置。

（1）萬向輪分揀機：當卷煙硬紙箱經過時，萬向輪分揀機將卷煙硬紙箱搬運至軌道一側，為后面打貼碼做準備動作。如圖5所示。

圖5 萬向輪分揀機示意圖

圖6 自動打碼機示意圖

（2）當煙箱行徑觸發貼標光電時，貼標機接收到請求貼標信號，貼標機驅動貼標手動作，完成貼標并反饋貼標完成信號。

（3）自動適應不同煙箱貼標高度：由于煙箱產品有不同尺寸，且最高和最低差距達到61mm，因此采用自適應貼標臂，如圖7所示.

圖7 自適應貼標臂示意圖

圖8 讀碼器示意圖

其功能、原理簡述如下：這個貼標臂的最下面是貼標巴掌，工作時將標簽吸附在巴掌上面，然后電機驅動貼標臂向下運動將標簽粘貼在煙箱表面，其最大行程為250mm，在這個行程范圍內，巴掌觸碰到煙箱表面后，由于受到阻擋，電機電流升高，該信號反饋回主機，電機將反向運轉讓巴掌返回，亦即在其行程范圍內，可以自動適應不同距離的產品。

（4）讀碼器：貼標前和貼標后，各安裝一個讀碼器和傳感器。完成卷煙碼段的采集與數據關聯。

2.工作流程設計

件煙出庫進行即打即貼，也同樣進行數據的校驗核對，柔性打碼過程流程設計：

（1）當煙箱觸掃描光電時，掃描設備進行讀碼，件煙信息將經過軟件解析，將對應品牌的一號工程打碼信息由柔性打碼軟件發送打印數據給打印機，打印過來煙箱的一號工程碼。

（2）當煙箱行徑觸發到掃描光電時，打碼機打印標簽并吸附在貼標板上，此時打印機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行數據比對，打印數據與讀取數據是否一致，數據核對一致，則此次打印貼標正常，等下一個打印貼標循環。如不一致，則打碼軟件輸出報警燈報警，人為干預。

3.控制系統設計用的分析

控制系統負責協調萬向輪移動平臺和柔性打碼器的工作，實現自動化操作。本次研究中，擬采用超分辨率技術以提高掃碼的識別準確率，并與柔性打碼系統進行打通，實現一號工程碼追溯。同時在研究過程中將兼容過渡時期行業二維碼和未來正式二維碼信息系統，提高系統可擴展性。該系統的有效性和可靠性在實驗和實際應用中得到了驗證[9]。

圖9 工作流程示意圖

該系統能夠準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環境下適應性地調整參數，實現高效的卷煙煙箱搬運。同時，系統的穩定性和可靠性也得到了充分地驗證。在實際應用中，該系統已經成功應用于湖北中煙武漢卷煙廠的物流和倉儲領域，取得了良好的應用效果和經濟收益。

四

研究驗證與分析

1.實驗準備

硬件方面，需要準備自動打貼碼設備、固掃讀碼器設備、萬向輪分揀機及相關配件與耗材。相關設備能夠配置、性能滿足本研究的要求。

軟件方面，柔性標簽打碼系統可根據固定讀碼器采集的卷煙品牌規格自動切換打碼計劃；軟件可接收固定讀碼器采集的件煙標簽信息，完成夾煙標簽的數據關聯。

2.實驗流程

啟動打碼程序并確認設備通信正常后，進行了打印參數的微調測試。模擬實際生產排程，同時執行多個品牌的打碼任務，軟件根據掃描數據動態調整計劃并控制打印過程。煙盒經過自動分揀系統歸邊至打碼區，打碼機精確地完成打印并貼附標簽。打碼作業完成后，讀碼器采集標簽上的數據以實現產品關聯。整個流程循環進行，直至測試結束，具體流程如圖10所示。

圖10 工作流程示意圖

3.實驗過程

根據實驗流程，現場分別準備了品規一、品規二各100件件煙，通過100件件煙觀察記錄打碼實驗過程，如圖11所示。實驗團隊詳細記錄了每個步驟的關鍵數據，包括打印速度、設備運行穩定性、數據采集準確性等，為后續的系統改進提供了重要參考。

在本研究的實驗階段，為全面評估自動打碼系統的實際應用性能，研究團隊在現場精心準備了兩種不同品規的煙產品，即品規一和品規二，每種各100件，以模擬實際生產環境中的多樣化需求。實驗過程中，通過對這200件煙產品進行打碼操作，觀察并記錄了整個打碼過程，如圖11所示。

圖11 現場實驗過程

實驗團隊對關鍵性能指標進行了嚴密監控和數據記錄，包括打印速度、設備穩定性和數據采集準確性。這一系列監控覆蓋了系統啟動、參數設置、打碼執行及后續的數據采集與性能評估，確保了對系統在各種工作條件下表現的全面掌握，為系統改進提供了數據支持。

4.實驗結果分析

在本次測試中，對煙箱標簽打印系統的性能進行了綜合評估，關鍵指標包括識別精度、打印效率和條碼準確率。以下是測試結果的精煉分析，并與現有技術進行對比。

（1）識別精度：系統的前掃和后掃識別功能均表現穩定，為后續流程打下堅實基礎。

（2）打印效率：打印機實現了每分鐘35件的連續打印速度，相較于早期每分鐘4～6件的設備，效率提升了近6倍。

（3）條碼準確率：系統在條碼一次準確率測試中達到了99%。

（4）靈活性與穩定性：萬向輪歸邊測試顯示，系統能夠準確搬運煙箱并精確覆貼標簽，確保了生產線的流暢性。固掃設備對不同尺寸煙箱的高識別率和正常響應速度，增強了系統的適應性。

（5）軟件控制：打碼軟件在排產計劃自動切換測試中表現良好，未出現異常反饋。

綜上所述，本文的煙箱標簽打印系統在關鍵性能指標上均達到或超過了行業標準，特別在打印速度和條碼準確率方面，顯示出顯著的技術優勢，這些成果為未來的生產優化和系統升級奠定了堅實的基礎。

五

結論與展望

1.研究結論

本文主要探討了萬向輪與卷煙硬紙箱柔性打碼的結合及其在煙草行業的應用。通過介紹萬向輪和柔性打碼技術的特點和分析其在煙草物流和倉儲領域的應用優勢，并詳細介紹了一種基于萬向輪和柔性打碼技術的煙草物流系統。實驗和實際應用結果表明，該系統具有高效性、準確性和可靠性的特點，能夠適應各種不同的生產環境和需求，提高了煙草行業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的煙草物流系統具有廣泛的應用前景和市場前景。

2.未來展望

制造業柔性生產與硬件結合的未來發展將更加注重人機協同、智能化、集成化、可重構性和精益制造等方面的提升。這將為制造業帶來更高效、更靈活、更具有競爭力的生產模式，以滿足不斷變化的市場需求。同時，也將為制造業帶來新的機遇和挑戰，需要行業內的企業和研究人員不斷探索和創新。

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———— 物流技術與應用 ————

編輯、排版：王茜

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