卷烟自动化分拣系统于2005年3月开始方案设计，2006年5月正式投入生产运行。该系统的研制成功，为烟草公司提高卷烟分拣能力、速度、准确率和时效性，降低物流运营成本，改善工人劳动条件，提高对零售客户的服务质量，提供了一个全新有效的自动化技术平台。该系统在流程性、协调性、技术性等方面表现出来的科学内涵和严谨的系统素质，还将有力的带动和促进烟草公司内部管理水平和人员素质的提高。现将该系统基本情况介绍如下。 北京烟草物流中心建设项目的定位一是适用；二是先进。系统总体设计既要满足实际使用需求，又要适应今后业务模式变化和技术发展，同时还要考虑其示范性和展示功能，因此必须把握适用性与先进性的融合和统一。为了做到这一点，在设计工作中确定了以下九项原则：
1、实用性：系统设计应首先满足现行营销体制下的业务运作需求。
2、经济性：立足国内技术、国产设备、自行研究解决技术难题。在当前日卷烟销量不均衡和品种繁多的情况下，科学的确定系统基本设计参数，合理配置系统资源和设备数量。降低建设成本，节省今后系统运行费用。
3、流程合理性：力求分拣工艺流程设计的科学、完整、巧妙、适用，工艺路径简洁，物流单程顺向流动，避免迂回、逆向物流路径。
4、适度先进性：要求系统具备高自动化水平，但对次要的、动作复杂、标准化水平较低的、目前暂时无法改变现状的工艺环节不强求自动化程度。
5、系统柔性：系统要能够适应不同包装规格、不同包装形式的卷烟商品的分拣作业。运行中一个子系统出问题不能影响其他子系统正常工作；子系统的一部分出问题不影响其他部分正常工作。
6、可扩展性：系统应具备扩展和调整功能，采用模块化的结构设计，为将来业务留出扩容接口，方便各个功能模块的扩充，为整个系统将来随着业务的发展留下预留空间，避免系统扩充时的重复投资，同时与中心其他系统留有接口。
7、高效原则：研究开发和采用高速、高效分拣技术和设备。
8、可靠性原则：可靠性作为最重要的技术指标之一。要以各子系统的可靠性、各设备单机的可靠性、保证全系统的可靠性。在设计阶段就要引起充分注意。
9、标准化原则：系统全部软、硬件设计、制造都要求遵循有关国际标准和国标、部标、企标进行，为该系统今后的运营、维修、维护和扩容创造条件。 1、基本工艺参数
分拣品种：210个
分拣额定能力：1100件/小时（含件烟）。
订单结构：整件分拣/拆零分拣=2/8；运用ABC分类法将拆零部分分为ABC三类：其分拣量比为：A:B:C=7.65:2.2:0.15；其规格比为A:B:C=30:100:80
分拣配送策略：1天电访、1天分拣、1天配送。订单货物送达响应时间60小时。
被分拣商品为非统一标准包装。
2、北京烟草物流中心卷烟自动分拣系统工艺流程
针对北京烟草物流中心的土建场地特点和集中分拣到户的业务作业方式，制定从接收访销数据到订单配送的先进、简洁、流畅工艺流程。其工艺作业流程图见下：
3、各环节的工艺功能
（1）数据优化
分拣计算机信息系统自动从WMS下载访销数据后，系统自动进行订单优化、备货件烟库优化、补货优化、分拣优化、装箱优化、电子标签优化，优化完成后通过WMS向立库发出要货计划。
（2）备货件烟库
备货件烟库是立库和分拣之间的储水室，它将立库的盘烟转化为分拣需要的件烟。备货件烟库的主要功能是满足自动分拣系统的补货需求，衔接自动分拣系统与仓储系统，保证货物的及时获取和向分拣系统输送。备货系统的工艺流程如下：
分拣开始后，当在件烟库中缓存量低于最小缓存量时，分拣系统根据件烟库缺货情况按顺序启动补货计划，将补货指令发送给自动化仓储系统，根据补货需求，自动化仓储系统调出相应托盘到拆盘工位，拆盘后自动输送到件烟库入库口，根据A、B类卷烟分类将件烟入库缓存。
（3）分拣自动补货
自动补货是分拣与件烟库之间的桥梁，根据分拣系统的分拣计划和完成情况，自动向分拣机烟仓补货。根据系统流程，流向自动分拣区的卷烟通过条码扫描，确定卷烟流向，进入补货输送线后分流，进入自动分拣区。卷烟进入自动分拣区补货线后根据自动分拣线的补货需求再次分流。从件烟库补充过来的件烟，信息管理系统通过条码扫描器读出该件烟的条码信息，从而确定该件烟是去向自动分拣区一(通道分拣处理系统)、自动分拣区二(塔式分拣处理系统)或者自动分拣区三(通道分拣处理系统)，信息管理系统将该件烟的路向信息交给控制系统，由控制系统控制执行机构将该件烟送入对应的补货输送线。分拣自动补货包括通道机自动补货和塔机自动补货。
1）II型通道式分拣机补货
从件烟库按批次出来的件烟，经过条码的识别确认后，在开箱工位经过人工开拆件烟两端后，A类的品牌按批次顺序分别输送到两台II型通道式分拣机的预定烟仓口，推烟机构一次将50条推入烟仓，空箱皮输送到输送线的尾端进入空箱回收线。
2）II型塔式分拣机智能小车补货
从件烟库按批次出来的件烟，经过条码的识别确认后，在开箱工位经过人工开拆件箱两端后，B类的品牌按批次顺序分别输送到两台II型塔式分拣机的预定补烟通道口，推烟机构一次将50条推入补烟通道，补烟通道将50条一次传给智能小车，智能小车将烟高速送到烟仓口，由智能小车上的推烟机构自动5次每次10条的推进烟仓，空箱皮输送到输送线的尾端进入空箱回收线。下面是分拣机智能补货小车的工作流程：
当小车PLC得到上位机发送来的补烟信息后，随即将该信息进行整理并按预定程序通过串口传送给侍服驱动器，同时也向侍服驱动器发出相关控制信号，小车接收到补货信息，小车首先以2米/秒的行走速度到达指定的件烟某号储存仓（定位精度2毫米），然后向件烟储存仓发出信息，表明小车已作好接烟的准备。件烟储存仓在得到小车发来的信号后，随即启动输送机构将件烟传向小车。
接烟机构将已开箱的件烟从储存仓平稳地接入到小车上，在确认接烟到位后，载烟小车同样以2米/秒的行走速度到达指定的塔式机的某号仓（定位精度2毫米）。
小车停稳后，件烟步进移动机构和推烟机构进行协调动作并在规定时间内分5次将件烟（50条）推进到该烟仓中。
（4）自动分拣
系统自动对订单进行分解，通道式分拣机与塔式分拣机协同作业，将相应条烟分拣到各自的传送带上，烟条进入装箱系统的缓存带上，由装箱机完成装箱作业，并将装箱完成的周转箱输送到DPS系统拣选工位，此时系统自动判断是否需DPS系统参与拣选，如需DPS系统参与拣选，则DPS系统指示灯亮，同时各货格中的电子标签显示拣选数量，人工按指引拣选，完成后确认；如不需DPS系统参与拣选，周转箱则直接前往分拣出口。将周转箱装到托盘上，并备货到发货暂存区，分拣完成。
（5）自动装箱、自动合单
自动装箱、自动合单负责接收从自动分拣系统（通道分拣机、塔式分拣机）分拣出来的条烟。条烟通过各自的主线皮带送到本系统的自动装箱线，由塔式分拣机分出来的条烟从上层进入，由通道机分拣出来的条烟从下层进入，按订单的先后顺序进行自动装箱。然后判断该周转箱箱所对应的订单是否需要补充C类品牌的烟，如果配送箱需要去C类电子标签拣选区域补充C类品牌的烟，则系统控制停放器落下且升降机构落下，该配送箱直接进入电子标签拣选输送线，完成对C类品牌的烟的补充，并箱过程完成；如果配送箱不需要去C类电子标签拣选区域补充C类品牌的烟，则周转箱按信息的指令有序进入缓存线等待与电子标签合单的周转箱。 北京烟草物流中心卷烟自动分拣系统设计为四层、九个子系统。四层是：设备执行层、工控层、计算机监控层，计算机管理层。九个子系统包括，订单优化子系统、自动备货子系统、自动补货子系统、自动分拣子系统、自动合单子系统、自动装箱子系统、自动控制子系统、计算机监控子系统、计算机信息管理子系统。其主要设备功能介绍如下。
1、件烟库
拆垛后沿输送线输送的件烟按件烟条码的信息能自动到相应的储存道存储，能根据条烟分拣的需要，按时、按量、按规格品种品将件烟自动输送到条烟分拣区。对条码不能识别的件烟自动剔出并进行人工补码，然后重新上线。系统设备由堆积式辊柱输送机、积放式辊柱输送机、90度弯段辊柱输送机、升降转辙机构、停放器、爬坡皮带机、自滑式流利存储滑道等设备组成。3层存储滑道数，每层65道，总计195个道储存能力。每道储存28件烟；总计储存5460件烟处理能力。
2、II型通道分拣机
II型通道分拣机是在通道分拣机的基础上的改进型，他将通道分离从单纯的一次分离5条改进为可分离1、2、3、4、5条，其目是增大出烟的组合，实现不同订单对条数的要求，解决对同一品牌需用不同的设备来处理。50条烟自动补入通道后，先进入储存段，过储存段后进入分离段进行前后排的分离，将50条分离成两段25条方式并进入出烟机构，出烟机构在控制的指令下，步进抽板动作，同时出烟皮带机转动，如出1条，步进抽板收缩50毫米，出一条烟，通理，出多条，步进抽板收缩多步，出多条。根据销售数据和分拣策略，大品牌A类日均销售大于100件共30种上II型通道分拣机自动分拣，按每个品牌设置一个仓，共设置30个仓。两套自动分拣主线共设置了60个仓位。II型通道分拣机的分拣效率是针对大品牌按条数来计算的，因可分离1、2、3、4、5条，不管定单单品牌卷烟的数量是多少，都能逐条进行分离分拣到单。II型通道分拣机的预存烟仓每仓可存3件，烟仓是以1件为一次补烟，补烟频率低，接自动补烟。II型通道分拣机传输线线采用同步皮带输送机，速度高，订单虚拟长度大，订单与订单的距离可实时分配，处理效率高系统处理能力强，对订单数的多少和每订单内量的多少没有限制。
3、II型塔式分拣机
II型塔式分拣机是在塔式分拣机的基础上的改进型，他将直立式的烟仓改为侧卧式，其目的增大烟仓的容量，减缓补烟的频率，提高烟仓的利用效率和主线的效率。同时将传输线的订单输送改为同步跟踪型，实现订单时实虚拟分区，使不同的订单量占用不同长度的虚拟分区，提高了处理效率。
II型塔式分拣机的分拣是将订单按顺序逐单分拣，订单在传输线上按订单长度占据一定的虚拟区域。分拣时，条烟从烟仓里是一条一条被释放出来落在相应的订单区域里。其分拣效率由传输线的速度、条烟从烟仓里释放出来的周期以及订单出烟优化方式确定。根据销售数据和分拣策略，B类日均销售5—100件共95种上II型塔式分拣机自动分拣，按每个品牌设置一个仓和5个预备仓，共设置100个仓。其中以10个仓为一个单元，共10个单元。两套自动分拣主线共设置200个仓位。II型塔式分拣机的预存烟仓每仓可存75条，烟仓是以5条为一组装烟，操作时也是每次5条重叠装放，操作既简单又方便；因烟仓储存量大，量大品牌的采用多仓预储存，预存量更大，上烟操作间隔时间大，补烟频率低。II型塔式分拣机传输线线采用直线式皮带输送机，烟仓及条烟分离机构采用单元式排列在主线两侧，收烟装置采用单元式布置在主线尾端。整个系统布置灵活，适应流程性广，人机接口方便。
4、智能补货小车
智能小车能够根据上位机的指令，在件烟储存仓和塔式机条烟仓之间快速进行穿梭，并接取件烟将其补到预定的仓位中，该小车具有运行平稳高效低噪，定位精确等特点。智能小车主要用于烟草配送中心自动化处理设备的补烟环节，可将已脱箱且在储存仓内码垛整齐的50条香烟连续推进到指定的塔机仓位中，承载的件烟重量为17 kg（1箱），件烟的最大尺寸为360*540*260。
该小车由行走机构、件烟接烟机构、件烟步进移动机构、条烟推进机构（每次推10条）和行走轨道以及电控等几部分所组成。
5、控制系统
本系统中采用集中管理，分散控制的控制方式，将传感器、PLC、实时监控调度计算机、网络、电子拣选等诸多迅速发展的技术结合在一起，用方便灵活的硬件和软件模块进行组合设计，以适应分拣系统特点的工艺控制要求和管理要求，使之成为既满足工艺要求的精确控制又满足管理现代化要求的系统。系统的总体目标是：
（1）实现控制系统与信息管理系统的信息交换；
（2）卷烟分拣过程高度自动化；
（3）实现分拣过程与备货系统高度紧密协调运作；
（4）实现对整个设备运行过程的实时监控；
（5）实现卷烟日处理订单量≥8000个的分拣控制；
（6）实现按分拣需求自动补货；
（7）实现当出现非正常停机时，系统保护原有资料；恢复正常时，能接续原状态继续运行。
本控制系统具有设备控制的准确性、可靠性、易用性的特点，同时也具有物料和设备的完善信息管理的特点。一方面，底层设备控制系统可向上位管理监控系统发送现场设备数据、生产数据和物流信息，接受计划调度信息，另一方面，上位管理监控系统可向下发布计划和调度信息，同时采集生产现场的各种数据，进行多种综合处理。
分拣系统按其功能可划分为执行层、设备控制层、管理监控层三层，还考虑了与其他信息系统管理层的逻辑关系（如下图所示）。控制系统属于整个系统层次体系结构中的一部分（即PLC控制网）。系统通过对设备电气元器件的信息采集和自动控制来完成分拣任务。同时通过现场总线网络，传递控制过程的实时信息，通过工业以太网将电控系统与上位管理、调度、监控系统连接起来，一方面为设备管理层提供现场生产数据和物流信息，另一方面接受设备管理层向下发布的生产任务和设备调度信息，以完成设备控制层和设备管理层之间的信息的传递。 1、实用性强
系统高度与业务处理的统一，达到系统处理40000条/小时（单线23000条/小时）的效率。并采用用简洁、经济、高效、实用的工艺流程设计和设备配置。件烟处理线路和空箱处理线路简洁流畅。
分拣线试生产作业记录
日期 最高分拣速度（条/H）准确率（ % ）
系统2号线线 1号北线
2006-5-13 25200 11000 14200 100
2006-5-16 26607 12312 14295 100
2006-5-17 24616 13155 11461 100
2006-5-18 34054 16579 17475 100
2006-5-19 31642 14792 16850 100
2006-5-22 33440 1350 19938 100
2006-5-23 36218 18053 18165 100
2006-5-24 34299 16350 17949 100
2006-5-25 29472 15128 14344 100
2006-5-26 34380 17189 17191 100
2006-5-29 31331 17130 14181 100
2006-5-30 32517 18173 14344 100
2006-5-31 30194 14000 16194 100
2006-6-1 34275 13832 20443 100
2006-6-2 39659 19661 19998 100
2006-6-5 33372 14739 18633 100
统计： 39659 19661 20443 100
2、自动实时补货
引入了件烟库在线缓存及实时补货的应用理念，极大提升了卷烟配送自动化物流的系统化、自动化程度，同时解决了原有件烟库应用模式中能力、效率低的不足。在补货过程中，补货计算机自动测算补货时间并根据补货需求产生补货序列，实时给补货区下发补货指令，使整个补货过程高效而有秩序的进行。
3、引入基于虚拟存储区的控制技术
采用基于虚拟存储区的的多单并行配货控制策略，是专门针对卷烟牌号多，分拣配货效率要求高的要求而设计和制造的。传输线传输皮带以一定距离分为若干虚拟存储区，在控制上每个虚拟存储区放一个订单的卷烟，传输皮带侧边以虚拟存储区长度为间隔每一段相应长度有一个孔，作为大同步信号采集用。每一个虚拟存储区被分为等分为10等分，通过十个光电检测开关实现，每一个光电检测开关表示一个小同步。当前通道将要出烟时，通过控制系统判断通道对应的虚拟存储区是否为空，并且判断当前订单是否需要该烟仓存储品牌的香烟；两个条件均满足时，出烟机构选定适宜的小同步（保证卷烟准确落入虚拟分区）准备出烟；当对应小同步到达时，出烟机构动作，待卷烟完全脱离烟仓时出烟机构停止动作，准备下一次出烟。
4、敏捷的智能补货小车
采用先进的侍服驱动技术，该小车具有运行平稳高效低噪，定位精确等特点。
5、II型通道分拣机分拣的灵活性，不受订单结构限制
通道分离从单纯的一次分离5条改进为可分离1、2、3、4、5条，其目的是增大出烟的组合，满足不同订单对条数的要求。
6、层次分明、分工精细的控制系统
系统控制稳定、可靠、先进；具有完善的手动、自动、在线控制功能、工艺参数设置调节功能和安全保护功能。
7、智能的订单拆分技术
巧妙的订单切分，切分订单的二次合单，保证了分拣订单的100%准确率。对订单可以复核校验，保证订单的准确性。
本自动分拣系统填补国内分拣系统自动补货的空白，开发了具有自主知识产权的“虚拟存储区”控制技术以适应分拣配送系统特点的工艺控制要求和管理要求，使之成为既满足工艺要求的精确控制又满足管理现代化要求的系统。采用自动分拣系统，在很大程度上降低人员的劳动强度，节约生产成本，提高工作效率； 对于在烟草行业推广应用新兴的物流技术，降低物流成本、实现配送现代化管理起了推动作用。
参考文献：
1、汪冬，魏洪河，谭春琴，邮包自动分拣系统的设计韩玉民，机电工程，2004年 第08期
2、许胜余，自动分拣系统及其应用，物流技术与应用，2002年 第03期
3、黄启明，自动分拣系统及其应用前景分析，物流技术，2002年 第05期
4、宋召卫，我国自动分拣技术及其应用，中国物流与采购，2003年 第06期
