煙草行業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平較高，目前90%以上的煙草企業(yè)都使用了物流機(jī)器人。物流機(jī)器人已經(jīng)融入煙草企業(yè)的生產(chǎn)工藝，應(yīng)用主要集中在制絲、卷接包裝、成品存儲(chǔ)及分揀配送等環(huán)節(jié)。隨著智能制造發(fā)展與數(shù)字化轉(zhuǎn)型，煙草行業(yè)對(duì)物流機(jī)器人提出新需求，推動(dòng)物流技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。

煙草行業(yè)現(xiàn)狀與物流機(jī)器人需求分析

我國的煙草產(chǎn)業(yè)鏈由煙葉種植、煙葉購銷、煙葉加工與卷煙制造、卷煙批發(fā)、卷煙零售五個(gè)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成。這條產(chǎn)業(yè)鏈的中間三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成通常意義上所說的“煙草行業(yè)”。截至2022年9月，全國共有18家中煙工業(yè)公司，下轄77家卷煙廠，同時(shí)還有33家省級(jí)商業(yè)企業(yè)。目前，我國煙草行業(yè)的產(chǎn)量和消費(fèi)量都位于世界第一位。2021年煙草行業(yè)實(shí)現(xiàn)工商稅利總額13581億元、同比增長6.08%，財(cái)政總額12442億元、增長3.36%，實(shí)現(xiàn)稅利總額和財(cái)政總額創(chuàng)歷史新高。煙草行業(yè)作為國家稅收的重要組成部分，為國家財(cái)政和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。

由于煙草行業(yè)利潤豐厚，整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平較高，其中90%以上的卷煙企業(yè)都有物流機(jī)器人的使用，部分企業(yè)更是經(jīng)過了幾次升級(jí)換代。早期煙草行業(yè)的設(shè)備升級(jí)換代頻次較高，有“五年一小改、十年一大改”的說法，近年來部分煙草企業(yè)技改的頻次有所放緩，但單次技改的規(guī)模也不容小覷。每次技改，煙草企業(yè)都有意愿使用新的技術(shù)及裝備，來提升卷煙的生產(chǎn)工藝水平、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。由于物流機(jī)器人融入煙草企業(yè)的眾多生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，大部分技改都有物流機(jī)器人的升級(jí)換代需求。

煙草企業(yè)在升級(jí)換代時(shí)，多以能滿足其生產(chǎn)制造工藝需求、技術(shù)先進(jìn)且成熟為主要考慮因素，其次是廠家項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及價(jià)格等其他因素，以此來選擇合適的物流機(jī)器人解決方案提供商。

物流機(jī)器人在煙草行業(yè)的應(yīng)用情況

1.發(fā)展歷程

在20世紀(jì)90年代，煙草企業(yè)選擇的物流機(jī)器人多以進(jìn)口品牌為主，如三星、大福、Rcola等品牌。當(dāng)時(shí)國內(nèi)的自動(dòng)化水平還很低，物流機(jī)器人應(yīng)用不多，僅限于個(gè)別規(guī)模較大的卷煙廠。

2000年前后，國內(nèi)部分廠家針對(duì)煙草行業(yè)的特點(diǎn)，開發(fā)出了適應(yīng)煙草企業(yè)生產(chǎn)制造需求的物流機(jī)器人產(chǎn)品，并逐步推廣應(yīng)用到各個(gè)煙草企業(yè)。同時(shí)，由于進(jìn)口品牌企業(yè)的后續(xù)服務(wù)不能滿足煙草企業(yè)的需求，原來使用進(jìn)口物流機(jī)器人的企業(yè)相繼選擇將其由國內(nèi)廠家改造或替換。

卷煙從生產(chǎn)到銷售的全流程

近年來，隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，煙草行業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度越來越高，大量機(jī)械重復(fù)勞動(dòng)的崗位逐步被機(jī)器所替代。物流機(jī)器人已成為煙草行業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)以及柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。

當(dāng)前，煙草行業(yè)的物流機(jī)器人產(chǎn)品均以國產(chǎn)品牌為主，從數(shù)量來看占比超過90%。國內(nèi)煙草行業(yè)使用的物流機(jī)器人主要品牌有昆船、今天國際等。其中以昆船的物流機(jī)器人應(yīng)用為主，在煙草行業(yè)占比達(dá)70%左右。部分物流機(jī)器人新興品牌也十分關(guān)注煙草行業(yè)的應(yīng)用需求，并嘗試在部分新場景應(yīng)用方面有所突破。

2.應(yīng)用環(huán)節(jié)

根據(jù)煙草企業(yè)的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，整個(gè)煙草制造環(huán)節(jié)分為打葉復(fù)烤、制絲、卷包、配送等幾大階段。煙草企業(yè)與生產(chǎn)直接有關(guān)的物料主要有4種，即配方原料（葉片、煙梗、薄片、膨脹煙絲）、卷煙輔料、卷煙成品和備品備件，此外還有廢棄物、廢品等。現(xiàn)在整個(gè)煙草行業(yè)的物流機(jī)器人使用十分普遍，各企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的工藝需求及企業(yè)規(guī)模等，在不同的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，可以選擇不同類型的物流機(jī)器人產(chǎn)品。目前，物流機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在制絲、卷接包裝、成品存儲(chǔ)及分揀配送等環(huán)節(jié)。

（1）打葉復(fù)烤階段

在打葉復(fù)烤處理階段，有原煙存儲(chǔ)—備料—預(yù)處理—打葉去?！~片處理—煙梗處理—成品暫存等工藝環(huán)節(jié)。這是整個(gè)煙草行業(yè)用工量最大的階段，需要使用大量的人工進(jìn)行煙葉選葉定級(jí)、煙葉配比、煙葉雜質(zhì)剔除等工作。這個(gè)階段的自動(dòng)化程度相對(duì)較低，僅有備料及成品煙包環(huán)節(jié)有少量企業(yè)使用物流機(jī)器人。

物流機(jī)器人在煙葉備料環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在備料環(huán)節(jié)，物流機(jī)器人需要負(fù)責(zé)煙框的出入庫運(yùn)輸，并在庫區(qū)自動(dòng)堆疊煙框；與真空回潮輸送線進(jìn)行配合進(jìn)行批次輸送及緩存；回潮完成的煙框運(yùn)輸至配比緩存區(qū)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中的物流機(jī)器人應(yīng)用難點(diǎn)主要集中在煙框的4層自動(dòng)堆疊上，需要用到激光和視覺二次定位等技術(shù)，對(duì)物流機(jī)器人的運(yùn)行控制及末端二次定位都有很高的要求。業(yè)內(nèi)目前能實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的廠家不多。

在原煙存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，由于麻包的大小不固定，想實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人的自動(dòng)搬運(yùn)還需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的研發(fā)和場景應(yīng)用的驗(yàn)證工作。

（2）制絲階段

在制絲階段，有醇化—配方—葉片處理—葉絲處理—梗處理—梗絲處理—摻配加香等工藝環(huán)節(jié)。在這個(gè)階段，醇化庫、配方庫、煙絲庫、摻配加香等都有物流機(jī)器人的成功使用。在制絲階段是否適合使用物流機(jī)器人，需要綜合考慮多方面的因素。首先與企業(yè)的規(guī)模及產(chǎn)品批量有關(guān)。當(dāng)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較大、單個(gè)產(chǎn)品的批量較大時(shí)，不需要頻繁地更換產(chǎn)品型號(hào)，企業(yè)會(huì)更多地選擇輸送線運(yùn)輸。但大部分煙草企業(yè)仍維持著多品種、小批量的生產(chǎn)模式，一種品牌的配方品種多、數(shù)量少，需要頻繁地更換生產(chǎn)型號(hào)，這種場合物流機(jī)器人的柔性特性就會(huì)得以充分發(fā)揮。同時(shí)在輸送距離較遠(yuǎn)時(shí)，輸送線的成本會(huì)比物流機(jī)器人高，企業(yè)也會(huì)優(yōu)先選擇物流機(jī)器人方案。

物流機(jī)器人在制絲階段的應(yīng)用

（3）卷包階段

在卷包階段，有輔料供應(yīng)—嘴棒供應(yīng)—煙支卷接—煙支包裝—裝箱—成品存儲(chǔ)等工藝環(huán)節(jié)。卷包階段的輔料供應(yīng)是整個(gè)煙草行業(yè)物流機(jī)器人使用率最高，也是使用規(guī)模最大的環(huán)節(jié)。大部分重點(diǎn)骨干煙草企業(yè)從“九五”規(guī)劃開始就將自動(dòng)化物流系統(tǒng)列入技術(shù)改造議程，從此大量的物流機(jī)器人被用于卷包車間的輔料運(yùn)輸。目前，全國絕大部分煙草企業(yè)的輔料都使用物流機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)輸。各煙廠的輔料品種繁多、用量也較大，一般以自動(dòng)化立體庫的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)工藝不同，有的煙廠輔料根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)先配盤，然后再存儲(chǔ)；有的煙廠根據(jù)輔料品類直接存儲(chǔ)。分散在卷接車間的眾多卷接機(jī)相對(duì)獨(dú)立，根據(jù)生產(chǎn)需要產(chǎn)生相應(yīng)的輔料需求。物流機(jī)器人成為輔料庫的集中存儲(chǔ)與獨(dú)立孤島式的卷接機(jī)之間最佳的運(yùn)輸工具。

物流機(jī)器人在輔料供應(yīng)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在嘴棒供應(yīng)環(huán)節(jié)，絲束包一般與輔料一樣利用自動(dòng)化立體庫進(jìn)行存儲(chǔ)，在生產(chǎn)時(shí)需要運(yùn)送到各個(gè)嘴棒生產(chǎn)機(jī)旁，絲束包的輸送也大都由物流機(jī)器人執(zhí)行。在部分企業(yè)，成品嘴棒生產(chǎn)與存儲(chǔ)距離較遠(yuǎn)，出入庫的運(yùn)輸也有由物流機(jī)器人完成的案例。

物流機(jī)器人在嘴棒生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在成品存儲(chǔ)環(huán)節(jié)中，在部分輸送距離較遠(yuǎn)的場景，物流機(jī)器人替代輸送線也是一種比較合適的解決方案，正在被部分煙草企業(yè)選擇。

（4）配送階段

在配送階段，有托盤庫—件箱庫—條煙存儲(chǔ)—訂單分揀—訂單包裝—配送等工藝環(huán)節(jié)。這一階段的煙草企業(yè)主要是各地方的商業(yè)配送中心，物流機(jī)器人在其中有較零星的應(yīng)用。部分業(yè)內(nèi)企業(yè)也在積極探索商業(yè)配送環(huán)節(jié)物流機(jī)器人的使用場景，如訂單分揀與物流分揀機(jī)器人結(jié)合的場景等。

除上述各階段的主要環(huán)節(jié)外，物流機(jī)器人在中試線、加香加料、廢煙支回收、嘴棒庫等環(huán)節(jié)也有部分的應(yīng)用。這些應(yīng)用的規(guī)模不大，場景較少，不是煙草物流機(jī)器人的應(yīng)用主流，但在企業(yè)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)與改造時(shí)也可以作為一種參考的選項(xiàng)。

煙草行業(yè)物流機(jī)器人應(yīng)用的新需求

1.智能輔料配送機(jī)器人

傳統(tǒng)的輔料配送機(jī)器人以托盤為主要操作對(duì)象，單品種輔料或是配盤的輔料以托盤為載體，通過物流機(jī)器人運(yùn)到卷接車間機(jī)組旁，機(jī)器人與卷接機(jī)沒有直接的信息和操作交互。新的智能輔料配送機(jī)器人以輔料為主要操作對(duì)象，在進(jìn)行輔料的自動(dòng)搬運(yùn)時(shí)還需要帶有協(xié)作機(jī)械手，能與智能卷接機(jī)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)輔料的自動(dòng)裝卸。這樣不僅可以減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能實(shí)現(xiàn)輔料任務(wù)的自動(dòng)呼叫，提高物流系統(tǒng)的工作效率。這種新的智能輔料配送機(jī)器人已有個(gè)別煙草企業(yè)在進(jìn)行嘗試，如果到達(dá)預(yù)期的效果，后續(xù)將會(huì)有更多的企業(yè)加入其中。

2.備品備件運(yùn)輸機(jī)器人

一般大型煙草企業(yè)都有專門的備品備件庫，雖然大部分企業(yè)都有備品備件庫管理系統(tǒng)，但傳統(tǒng)的備品備件領(lǐng)用流程還是線上查詢、申請(qǐng)，線下再由人工到庫房進(jìn)行領(lǐng)用及運(yùn)輸，信息傳遞與物品管理是脫節(jié)的。利用備品備件運(yùn)輸機(jī)器人，可以在線上查詢及申請(qǐng)批準(zhǔn)，再由機(jī)器人直接與備品備件庫對(duì)接取貨出庫，并自動(dòng)搬運(yùn)至維修地點(diǎn)，信息自動(dòng)傳遞，實(shí)現(xiàn)備品備件領(lǐng)用全流程線上作業(yè)，一定程度上節(jié)約維修人員的工作時(shí)間，提高工作效率。

打造行業(yè)內(nèi)高水平的智能卷煙產(chǎn)線全鏈精準(zhǔn)追溯系統(tǒng)

3.雪茄銀行巡檢及管理機(jī)器人

雪茄銀行，并不是通常我們了解的貨幣流通銀行，而是大量品質(zhì)上乘、陳年、限量的雪茄集中珍藏養(yǎng)護(hù)所。在這里不僅存放著各種各樣不同價(jià)值、不同類型的雪茄，而且還是最佳的雪茄養(yǎng)護(hù)場所，能標(biāo)準(zhǔn)地養(yǎng)護(hù)出最佳品質(zhì)的雪茄。傳統(tǒng)的雪茄銀行日常維護(hù)管理，需要工作人員定期進(jìn)行開柜檢查及清點(diǎn)維護(hù)，工作強(qiáng)度大、容易出現(xiàn)差錯(cuò)。雪茄銀行為實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)改造，需要采用智能雪茄巡檢及管理機(jī)器人。

雪茄巡檢及管理機(jī)器人帶有機(jī)械臂及智能拍照系統(tǒng)，利用機(jī)器視覺及人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雪茄日常維護(hù)的智能化。這種機(jī)器人已有雪茄銀行在進(jìn)行測(cè)試，效果還不是特別理想，需要解決傳統(tǒng)雪茄存儲(chǔ)柜前后多列存放、造成視覺檢測(cè)準(zhǔn)確率不高的問題。如果要高效使用雪茄巡檢及管理機(jī)器人，需要對(duì)雪茄存儲(chǔ)柜進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并與機(jī)器人進(jìn)行適度配合工作。

4.自動(dòng)裝卸車機(jī)器人

在煙草行業(yè)，原輔料及成品的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸都用卡車實(shí)現(xiàn)，卡車的貨物裝卸主要是由人工駕駛叉車完成。傳統(tǒng)物流機(jī)器人在面對(duì)搬運(yùn)貨物位置不確定、搬運(yùn)路徑不固定的貨物則顯得力不從心，特別是在直接對(duì)卡車所裝載貨物的識(shí)別、定位、裝卸等方面更是難以應(yīng)對(duì)，因卡車車型較多、卡車?？课恢?、停靠姿態(tài)難以固定，導(dǎo)致卡車所裝載貨物的位置難以事先確定。因此，如何實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人對(duì)卡車所搬運(yùn)貨物的準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)卡車所承載貨物的自動(dòng)搬運(yùn)、裝卸，成為物流機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)難題。

近年來，昆船公司研發(fā)了一種能自動(dòng)裝卸車的物流機(jī)器人。該機(jī)器人利用激光+機(jī)器視覺末端導(dǎo)引技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)卡車位置及姿態(tài)的識(shí)別，不僅可以實(shí)現(xiàn)廂式貨車的自動(dòng)裝卸貨，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)平板卡車的自動(dòng)裝卸貨。自動(dòng)裝卸車機(jī)器人的應(yīng)用，打通了成品件煙整托盤出庫、運(yùn)輸、并裝載至發(fā)運(yùn)車輛的整個(gè)物流鏈路，實(shí)現(xiàn)了成品件煙整托盤發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)的無人化作業(yè)，提升了成品件煙整托盤出庫、裝車、發(fā)運(yùn)的效率，大幅度降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力資源成本。

5.物流機(jī)器人的預(yù)防性維護(hù)

近年來，隨著大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的發(fā)展，物流機(jī)器人正朝著從感知、推理分析到自主決策及自主學(xué)習(xí)的智能化方向發(fā)展。我們提出的物流機(jī)器人的預(yù)防性維護(hù)就是要利用這些新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人健康度評(píng)價(jià)與故障自診斷、自主決策、自主執(zhí)行。關(guān)于物流機(jī)器人的預(yù)防性維護(hù)不僅是煙草行業(yè)的需求，在所有物流機(jī)器人的應(yīng)用場景中，都需要展開深入的研究與應(yīng)用，我們的最終目的是要保證物流機(jī)器人的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

煙草行業(yè)物流系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及物流機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向

“十四五”以來，煙草行業(yè)提出了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略要求，更多的煙草企業(yè)將從自動(dòng)化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。什么樣的物流技術(shù)及產(chǎn)品能適應(yīng)新的場景應(yīng)用需求？這將對(duì)物流機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用提出更新更高的要求。

為全面提升煙草企業(yè)的智能制造水平，昆船公司提出了從卷煙生產(chǎn)的智能產(chǎn)線研發(fā)著手的行業(yè)應(yīng)用新思路。利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，將智能裝備與統(tǒng)一協(xié)同管控系統(tǒng)建立無縫連接，既能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能管控，又能實(shí)現(xiàn)高效的自主協(xié)同；在產(chǎn)線數(shù)字化、虛擬仿真、智能排產(chǎn)方面進(jìn)行深入研究，基于對(duì)物料全流程的排產(chǎn)仿真，既能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及輔助決策，還能拓展至供應(yīng)鏈上下游相關(guān)階段，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求的外延；在信息系統(tǒng)方面，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)透明化、過程記錄信息化、產(chǎn)線監(jiān)督多樣化，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對(duì)物料信息、設(shè)備狀態(tài)信息、工藝加工參數(shù)、質(zhì)量信息、人員信息、能耗信息等進(jìn)行統(tǒng)一的分析與管理，實(shí)現(xiàn)打造行業(yè)內(nèi)高水平的智能產(chǎn)線全鏈精準(zhǔn)追溯系統(tǒng)；在物流機(jī)器人等智能設(shè)備方面，達(dá)到自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)的“五自”水平，實(shí)現(xiàn)智能分析、智能管理、智能控制、智能服務(wù)的智能化要求。