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摘要：本研究以香精香料調(diào)配生產(chǎn)物流系統(tǒng)為對象，將現(xiàn)代智能物流技術(shù)融入其工藝流程，針對全工藝過程中原料、半成品及成品的存儲、轉(zhuǎn)運與輸送環(huán)節(jié)，構(gòu)建自動化、智能化物流解決方案及柔性化生產(chǎn)模式。實施后，系統(tǒng)作業(yè)時間顯著縮短，庫存周轉(zhuǎn)效率提升，整體服務(wù)水平明顯提高，為同行業(yè)企業(yè)提供了可借鑒的物流系統(tǒng)優(yōu)化思路。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)物流；物流系統(tǒng)優(yōu)化；香精香料

作者：劉懋 楊煉* 楊傲 蔡瑤 張高峰 李睿

四川三聯(lián)新材料有限公司

一

研究背景

卷煙香精香料是影響卷煙產(chǎn)品品質(zhì)與風(fēng)格的核心要素，其生產(chǎn)具有原料種類多、工藝復(fù)雜、質(zhì)量要求高等特點。當(dāng)前，我國卷煙香精香料調(diào)配生產(chǎn)多采用分段式管理，原料存儲、半成品轉(zhuǎn)運及成品配送仍依賴人工或半自動化設(shè)備，存在作業(yè)效率低、批次追溯難、安全隱患突出等問題。從企業(yè)實際運行情況看，傳統(tǒng)物流系統(tǒng)難滿足自主調(diào)香對原料精準(zhǔn)配比、快速切換的需求；揮發(fā)性物質(zhì)的安全管控也倒逼裝備自動化升級以減少人工干預(yù)。《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》等政策明確推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級，強調(diào)通過自動化、信息化技術(shù)提升生產(chǎn)安全性與柔性化水平，為香精香料行業(yè)技術(shù)革新提供明確導(dǎo)向。

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針對香精香料調(diào)配生產(chǎn)原料品規(guī)多、成品牌號差異大、柔性化生產(chǎn)需求迫切的特點，本研究以四川三聯(lián)新材料有限公司為例，融合智能倉儲、調(diào)度算法及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計覆蓋原料入庫、配方投料、半成品暫存及成品出庫的全鏈路自動化物流系統(tǒng)，通過優(yōu)化工藝銜接與資源配置，提升作業(yè)效率與安全性。該研究以自動化物流系統(tǒng)推動香精香料調(diào)配生產(chǎn)數(shù)字化、柔性化轉(zhuǎn)型，目標(biāo)包括通過自動化設(shè)備替代人工，縮短作業(yè)時間及提高庫存周轉(zhuǎn)率；依托信息系統(tǒng)實現(xiàn)“層層拉動、相互校證”的質(zhì)量管理，確保工藝過程可控、追溯清晰；構(gòu)建訂單驅(qū)動的數(shù)字化管控平臺，滿足多品種、多批量訂單快速切換，助力四川中煙高質(zhì)量發(fā)展。研究結(jié)果將為行業(yè)提供智能化升級范例，推動該行業(yè)從傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型。

該研究的重難點主要體現(xiàn)在四方面：一是防爆要求高，生產(chǎn)需使用酒精等易揮發(fā)、易燃易爆物質(zhì)，系統(tǒng)設(shè)計需遵循電氣爆標(biāo)準(zhǔn)，搬運叉車、輸送系統(tǒng)、堆垛機、灌裝系統(tǒng)等設(shè)備，需從器件選型、控制系統(tǒng)、電纜橋架設(shè)計等方面落實防靜電、防火花、密封措施；二是輸送單元標(biāo)準(zhǔn)化難，供應(yīng)商來料包裝規(guī)格多樣，涵蓋50L、30L、25L、5L等不同容量，以及塑料圓桶、方桶、塑料瓶、鐵桶等多種容器，需統(tǒng)一包裝規(guī)格并規(guī)范包裝標(biāo)識內(nèi)容及粘貼位置，以實現(xiàn)自動識別；三是原料預(yù)處理復(fù)雜，因原料種類繁多，配方投料需根據(jù)物料特性采用不同預(yù)處理方式；四是灌裝精度控制難，部分成品生產(chǎn)會產(chǎn)生大量液泡，需通過柔性輸送及灌裝控制減少液泡對精度的影響。

二

香精香料物流系統(tǒng)總體布局規(guī)劃設(shè)計

圍繞四川中煙需求，構(gòu)建覆蓋原料收貨存儲、備料至配方庫、按配方出庫投料、灌裝包裝的全流程自動化物流系統(tǒng)，其基本布局及實體流向如圖1。依據(jù)工藝方案，系統(tǒng)分為原料及成品綜合庫物流子系統(tǒng)、配方庫物流子系統(tǒng)、灌裝包裝物流子系統(tǒng)等三大核心子系統(tǒng)。

圖1 香精香料物流系統(tǒng)總體布局規(guī)劃

1.原料及成品綜合庫

原料及成品綜合庫存儲原料和成品，包含貨架、托盤等設(shè)備，分3個區(qū)域，如圖2所示。最左側(cè)存成品桶，右側(cè)兩個區(qū)域存原料桶。原料桶、成品桶均以托盤為載體（每托盤12桶，單層碼放），通過人工叉車完成出入庫。兩個庫區(qū)的存儲量分別為原料存儲庫區(qū)貨位≥600個托盤、成品存儲庫區(qū)貨位≥300個托盤。其中原料庫存量為600貨位（6排×20列×5層），每貨位1托盤，每托盤碼12桶×25kg，理論最大存儲量180t；成品庫存量為300貨位（3排×20列×5層），每貨位1托盤，每托盤12桶×25kg，理論最大存儲量為90t。

圖2 原料及成品綜合庫三維圖

其中料桶的規(guī)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)為312mm×284mm×420mm，其中長寬高均允許有±5mm的誤差范圍。材質(zhì)為塑料，空桶重量約1.5kg，實桶重量≤30kg，內(nèi)裝液體，桶底部中間內(nèi)凹，四周凸起（圖3）。供應(yīng)商來料時，料桶正視圖的正中央粘貼有尺寸為210mm×150mm的紙質(zhì)標(biāo)簽，標(biāo)簽區(qū)域包含一個尺寸為38mm×38mm的二維碼。

(a)料桶立面圖

(b)原料桶底部

圖3 料桶實物圖

本研究所使用的托盤為木質(zhì)材質(zhì)，其尺寸規(guī)格為1200mm×1000mm×150mm，重量不超過50kg；空托盤以8個為一組進(jìn)行堆疊，整體尺寸為1200mm×1000mm×1200mm，總重量控制在400kg以內(nèi)。托盤堆放原料桶或成品桶后的尺寸規(guī)格完全一致，均為1200mm×1000mm×630mm，且每托盤均放置12個料桶，兩種托盤的總重量均不超過500kg。

2.配方庫

配方庫負(fù)責(zé)原料桶入庫暫存、按配方出庫至調(diào)制站臺、剩余原料存儲，流量需滿足次日生產(chǎn)需求。入庫原料由WMS/WCS自動管理。如圖4所示，配方庫含貨架、3臺巷道堆垛機及出入庫輸送設(shè)備（上下兩層）。原料桶入庫、尾桶返庫、空桶輸送及排出共用1.5m標(biāo)高輸送線；原料桶出庫單獨用0.7m標(biāo)高輸送線，與5 組自動調(diào)制工藝站臺對接，通過提升機換層。

圖4 配方庫三維示意圖

調(diào)制站臺含3000kg、1000kg、300kg、100kg調(diào)制罐各2個；依據(jù)2022~2024年配方單，取原料品種最多、稀釋劑少的配方統(tǒng)計，單日原料需求均值如表1（不滿一桶按一桶計，大比例原料未統(tǒng)計）。

表1 單日原料需求均值

配方庫采用提前一天備料模式，自動化立體庫可用凈高 6.0m，設(shè)計高度5.4m（預(yù)留吊裝空間）；存儲量為1050桶（6排×5列×7層×5）（滿足≥900桶要求）。工作日上午3小時出庫、下午3小時入庫，結(jié)合表1數(shù)據(jù)計算流量需求（圖5），取1.5峰值系數(shù)：正常生產(chǎn)出入庫能力需144桶/小時，入庫能力需117桶/小時。

圖5 單日均值配方庫系統(tǒng)流量計算

3.灌裝包裝區(qū)

灌裝包裝區(qū)實現(xiàn)成品自動灌裝、貼標(biāo)及碼垛（圖6），配置兩條灌裝線，分別用于糖料、香精的罐裝。每條線入口設(shè)視覺檢測裝置（空桶方向檢測），含灌裝機、加蓋機、蓋子輸送機、成品桶輸送線、實時打印貼標(biāo)設(shè)備、自動碼垛機械手、托盤輸送機，最終通過叉車運至成品庫。

圖6 灌裝包裝區(qū)三維示意圖

灌裝包裝區(qū)每條灌裝線日最大產(chǎn)量約4.0t，灌裝時間約3小時。換批清洗20分鐘，實際有效工作時間140分鐘。理論計算每條線每分鐘生產(chǎn)成品桶數(shù)量為1.14桶/分鐘（4×1000÷25÷140）。考慮生產(chǎn)的波動性，設(shè)計選取1.5峰值系數(shù)；每條灌裝線峰值需求為1.71桶/分鐘，即按照102桶/小時。灌裝線配置2個灌裝頭同時灌裝，灌裝機效率≥120桶/小時，使用效率為102÷120×100%=85%。由分析計算可知，灌裝包裝系統(tǒng)具有較好的可靠性和可擴(kuò)展性。

三

工藝流程設(shè)計

香精香料調(diào)配生產(chǎn)工藝流程圖如圖7所示，涵蓋了從供應(yīng)商來料存入原料庫、原料出庫至調(diào)制罐區(qū)、灌裝后包裝貼碼送入成品庫存儲與發(fā)貨的全過程。下面將根據(jù)物料流動順序，詳細(xì)闡述原料庫出入庫、配方庫出入庫、灌裝包裝、成品庫出入庫的工藝流程。

圖7 香精香料生產(chǎn)工藝流程圖

1.原料庫出入庫

原料庫出入庫作業(yè)流程如圖8，其中入庫為原料到貨后啟動標(biāo)準(zhǔn)化入庫，叉車將空托盤送卸貨月臺，卸貨人員將標(biāo)準(zhǔn)原料桶搬至收貨上線站臺；收貨輸送線掃描桶身二維碼，信息上傳WMS，系統(tǒng)生成生產(chǎn)用二維碼，WCS驅(qū)動防爆打印貼標(biāo)設(shè)備完成貼標(biāo)；人工組盤后，叉車運至原料庫儲位。所有物料在收貨月臺完成自動識別、轉(zhuǎn)碼貼標(biāo)、稱重及質(zhì)檢采樣，實現(xiàn)物流與信息流統(tǒng)一；出庫作業(yè)流程是基于生產(chǎn)工單，WMS 通過 BOM分解生成出庫及揀選任務(wù)；WCS調(diào)度叉車按最優(yōu)路徑取托盤，送至配方庫入庫接駁區(qū)；需揀選托盤就地揀選，剩余托盤歸位。

圖8 原料庫出入庫工藝流程圖

為高效應(yīng)對原料桶出庫過程中可能出現(xiàn)的各類問題，構(gòu)建了“自動識別—定向隔離—分類處置”的標(biāo)準(zhǔn)化異常處理流程（如圖9所示），通過流程的系統(tǒng)化設(shè)計，異常處置周期較傳統(tǒng)模式縮短 60% 以上，大幅提升了問題解決效率。

圖9 原料桶出庫異常處理流程

在具體流程上，首先依托完善的異常觸發(fā)機制啟動處置流程。系統(tǒng)執(zhí)行出庫時，輸送線末端智能識別站啟動雙重校驗（RFID 掃身份、視覺驗物理特征），若任一環(huán)節(jié)異常則觸發(fā)程序，將桶導(dǎo)入異常處理區(qū)。異常料桶進(jìn)入處理區(qū)后，操作人員會根據(jù)終端設(shè)備發(fā)出的告警信息開展三步工作：第一步是人工復(fù)核，操作人員使用手持設(shè)備對異常料桶的信息進(jìn)行二次核驗，并逐一比對WMS中的工單數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位異常原因；第二步是應(yīng)急投料，若復(fù)核后確認(rèn)料桶為有效物料，僅因系統(tǒng)識別偏差導(dǎo)致異常，將通過專用轉(zhuǎn)運車直接將料桶運送至生產(chǎn)備料區(qū)，保障生產(chǎn)用料需求不受影響；第三步是逆向回流，若確認(rèn)異常源于系統(tǒng)數(shù)據(jù)錯誤或料桶本身存在問題，會先將料桶送至質(zhì)檢環(huán)節(jié)，經(jīng)質(zhì)檢合格后重新錄入系統(tǒng)并完成入庫，實現(xiàn)異常物料的規(guī)范回收。

該異常處理流程在設(shè)計上具備四大顯著特點，進(jìn)一步保障了處置的精準(zhǔn)性與高效性。一是三級校驗機制，流程依次通過智能識別站的自動識別、操作人員的人工復(fù)核、系統(tǒng)后臺的終審確認(rèn)，三層校驗環(huán)環(huán)相扣，最大程度減少誤判；二是獨立通道設(shè)計，異常處置區(qū)與應(yīng)急投料專線均獨立于正常出庫通道，既避免了異常處理流程對主作業(yè)流的干擾，也防止了異常物料與正常物料混淆；三是閉環(huán)處置模式，從異常觸發(fā)到最終的投料或回流，每個環(huán)節(jié)的操作數(shù)據(jù)均實時錄入系統(tǒng)，實現(xiàn)異常物料全程可追溯，便于后續(xù)復(fù)盤分析。

2.配方庫出入庫

配方庫出入庫流程如圖10，其中入庫為叉車將原料托盤送配方庫入庫接駁區(qū)，人工將原料桶提至入庫上線站臺，固定式掃碼器獲取物料信息，電子秤核驗重量，WMS比對工單數(shù)據(jù)；驗證通過后，系統(tǒng)分配儲位，WCS調(diào)度輸送線將桶送至巷道入庫站臺，堆垛機存入指定貨架，數(shù)據(jù)實時上傳WMS/WCS；出庫投料流程是系統(tǒng)按工單及調(diào)制站臺要料信號觸發(fā)出庫：堆垛機取原料桶，經(jīng)輸送線至出庫復(fù)核站，掃描設(shè)備二次校驗；無誤后送調(diào)制站臺緩存線；調(diào)制后剩余物料回庫，空桶人工收集處理。

圖10 配方庫出入庫流程

該流程具備四大核心流程特征，各特征從不同維度保障了運營效率與管控精度。首先是雙校驗機制，在貨物入庫與出庫均設(shè)置了物理信息雙重驗證環(huán)節(jié)，有效降低信息誤差與錯發(fā)錯收風(fēng)險。其次是動態(tài)儲位策略，通過將高頻存取物料調(diào)配至更便捷的儲位，使設(shè)備存取效率提升 25%，大幅縮短了物料周轉(zhuǎn)時間。再者是狀態(tài)感知系統(tǒng)，系統(tǒng)可對料桶的位置、狀態(tài)等信息進(jìn)行實時跟蹤，實現(xiàn)了料桶全生命周期的動態(tài)追蹤，管理人員可隨時掌握物料流向。最后是逆向物流通道，體系內(nèi)單獨規(guī)劃了余料回收與空桶返庫的專屬路徑，該路徑與原料入庫、成品出庫的正向物流路徑完全分離，避免了不同流向物流在通道內(nèi)交叉擁堵，保障了整體物流通道的順暢性。

3.灌裝包裝

灌裝包裝工藝流程串聯(lián)12個功能模塊，形成閉環(huán)物料流，實現(xiàn)120桶/小時的標(biāo)準(zhǔn)化處理能力（圖11）。其中空桶上線處是人工將空桶定向放在灌裝線入口，桶蓋倒入自動加蓋機緩存料斗，空桶進(jìn)行視覺檢測裝置校驗姿態(tài)，如果異常則聲光報警并暫停，人工復(fù)位后繼續(xù)自動灌裝輸送控制，空桶經(jīng)導(dǎo)向裝置定位至灌裝工位，灌裝單元與輸送線伺服聯(lián)動；灌裝后成品桶經(jīng)封閉式通道至自動關(guān)蓋工位，關(guān)蓋機械手完成旋蓋，進(jìn)入重量復(fù)核環(huán)節(jié)。此處設(shè)置了重量復(fù)核分流機制，在線檢重單元復(fù)核灌裝精度，合格品送智能貼標(biāo)工位，貼標(biāo)成品經(jīng)輥道至碼垛區(qū)，機器人按預(yù)設(shè)模式組盤，形成標(biāo)準(zhǔn)托盤單元，而異常品導(dǎo)入隔離暫存區(qū)（批次后集中處理）。

圖11 成品自動灌裝包裝工藝流程圖

4.成品庫出入庫

成品庫入庫作業(yè)流程如圖12，機械手碼垛后，實托盤送叉車接駁站臺，WMS接收信息并分配任務(wù)，WCS調(diào)度叉車將成品存指定貨位，系統(tǒng)實時更新庫存。

圖12 成品庫入庫流程

成品庫出庫流程如圖13，WMS接收NC系統(tǒng)（財務(wù)業(yè)務(wù)一體化系統(tǒng)）銷售訂單，轉(zhuǎn)換為發(fā)貨單執(zhí)行出庫作業(yè)。首先WMS將出庫計劃拆解為可執(zhí)行的庫內(nèi)揀選任務(wù)，叉車按系統(tǒng)優(yōu)化的存取順序提取目標(biāo)托盤，輸送至出庫復(fù)核月臺，復(fù)核采用“批次碼掃描+視覺校驗”雙重核對模式，確保出庫信息準(zhǔn)確性，而未出庫成品通過逆向物流通道返回原儲位，庫存數(shù)據(jù)實時動態(tài)更新。該體系整合智能路徑規(guī)劃與信息驗證，實現(xiàn)成品全程可視化管控，兼顧作業(yè)效率與特殊工況處理柔性。

圖13 成品庫出庫流程

四

香精香料物流信息系統(tǒng)設(shè)計

香精香料物流信息系統(tǒng)由 8個核心功能部分構(gòu)成（圖14），各部分分工明確、協(xié)同配合，共同支撐整個物流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與高效管控。其中，物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口主要承擔(dān)數(shù)據(jù)交互與呈現(xiàn)職能；物流管理系統(tǒng)則是保障管理頁面各項功能的正常使用；物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動能夠根據(jù)生產(chǎn)與庫存需求自動生成出入庫任務(wù)，并結(jié)合儲位情況合理分配貨位，優(yōu)化物料存儲與周轉(zhuǎn)效率；物料系統(tǒng)工單及相關(guān)信息接口一方面接收來自 MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、NC（財務(wù)業(yè)務(wù)一體化系統(tǒng)）的單據(jù)信息，另一方面及時向上游系統(tǒng)反饋單據(jù)的執(zhí)行狀態(tài)，實現(xiàn)信息雙向同步。

圖14 香精香料物流信息系統(tǒng)組成

標(biāo)簽打印是根據(jù)實際需求打印物料標(biāo)簽，為物料標(biāo)識與追溯提供保障；灌裝工單調(diào)度服務(wù)則是向下發(fā)灌裝工單、實時監(jiān)測工單的執(zhí)行進(jìn)度，并對工單狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)更新，確保灌裝流程有序推進(jìn)。WCS調(diào)度會將生成的出入庫任務(wù)精準(zhǔn)提交給堆垛機、輸送設(shè)備等執(zhí)行機構(gòu)；數(shù)據(jù)采集承擔(dān)數(shù)據(jù)收集與傳遞職責(zé)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)字孿生系統(tǒng)，為數(shù)字孿生系統(tǒng)的建模與分析提供真實、實時的數(shù)據(jù)支撐。

五

應(yīng)用成效

該系統(tǒng)自2025年6月開始于四川三聯(lián)新材料有限公司開始實行，實施結(jié)果表明，該系統(tǒng)有效支撐多品種、多批量生產(chǎn)，通過“計量—驗證—混配”管控與自動化流水線，提升了生產(chǎn)節(jié)拍與庫存效率，確保追溯完整與過程穩(wěn)定。

為精準(zhǔn)驗證系統(tǒng)成效，數(shù)據(jù)采集周期設(shè)定為系統(tǒng)上線前的2024年7月~10月及上線后的2025年7~10月，通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)提取運輸成本、產(chǎn)能、人員、生產(chǎn)批次、備料時間等核心指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)Excel數(shù)據(jù)透視表匯總及同比分析后，具體成效如下：在運輸成本優(yōu)化方面，實現(xiàn)集中生產(chǎn)后減少過程轉(zhuǎn)運，統(tǒng)計顯示2024年同期運輸成本經(jīng)年化核算后，與2025年同期年化數(shù)據(jù)對比，年節(jié)約運輸成本約40萬元；在產(chǎn)能與人員效率提升方面，系統(tǒng)上線前通過生產(chǎn)臺賬統(tǒng)計單日最大產(chǎn)能約5t、作業(yè)人員56人、單日平均生產(chǎn)批次10批，上線后依托自動化生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，單日最大產(chǎn)能提升至8噸（增幅約50%），通過人力資源考勤系統(tǒng)統(tǒng)計作業(yè)人員縮減至約50人（降幅10%），通過生產(chǎn)批次記錄統(tǒng)計單日平均生產(chǎn)批次降至7批（降幅30%）；在備料與生產(chǎn)模式優(yōu)化方面，系統(tǒng)上線前通過車間工時記錄備料時間約5小時/天，上線后憑借自動化出入配方庫功能，通過系統(tǒng)日志統(tǒng)計備料時間縮短至2小時/天（降幅60%），同時實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)；在作業(yè)強度與追溯性提升方面，通過自動倒料、清洗、灌裝設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測及員工作業(yè)時長調(diào)研，確認(rèn)員工作業(yè)強度大幅縮減，且通過建立單桶全生命周期管理機制，統(tǒng)一標(biāo)簽編碼規(guī)則，整合跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)記錄進(jìn)行追溯測試，結(jié)果顯示可追溯性大幅提高。

六

結(jié)論

該系統(tǒng)的柔性設(shè)計支持配方切換與非標(biāo)物料處理，為行業(yè)提供三方面參考：一是物流與生產(chǎn)系統(tǒng)深度集成，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動智能生產(chǎn)模式；二是依托自動化設(shè)備與信息化平臺，實現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化與過程透明化；三是預(yù)置異常處理機制，增強系統(tǒng)響應(yīng)能力。本研究驗證了智能化物流系統(tǒng)在復(fù)雜工藝環(huán)境的適用性，“流程標(biāo)準(zhǔn)化+設(shè)備柔性化+信息協(xié)同化”路徑，為煙草行業(yè)供應(yīng)鏈數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供可推廣框架，具行業(yè)示范價值。

———— 物流技術(shù)與應(yīng)用融媒 ————

編輯、排版：王茜

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