自動化物流系統在卷煙香精香料調配生產中的應用

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摘要：本研究以香精香料調配生產物流系統為對象，將現代智能物流技術融入其工藝流程，針對全工藝過程中原料、半成品及成品的存儲、轉運與輸送環節，構建自動化、智能化物流解決方案及柔性化生產模式。實施后，系統作業時間顯著縮短，庫存周轉效率提升，整體服務水平明顯提高，為同行業企業提供了可借鑒的物流系統優化思路。

關鍵詞：生產物流；物流系統優化；香精香料

作者：劉懋 楊煉* 楊傲 蔡瑤 張高峰 李睿

四川三聯新材料有限公司

一

研究背景

卷煙香精香料是影響卷煙產品品質與風格的核心要素，其生產具有原料種類多、工藝復雜、質量要求高等特點。當前，我國卷煙香精香料調配生產多采用分段式管理，原料存儲、半成品轉運及成品配送仍依賴人工或半自動化設備，存在作業效率低、批次追溯難、安全隱患突出等問題。從企業實際運行情況看，傳統物流系統難滿足自主調香對原料精準配比、快速切換的需求；揮發性物質的安全管控也倒逼裝備自動化升級以減少人工干預。《“十四五”智能制造發展規劃》等政策明確推動制造業數字化轉型與智能化升級，強調通過自動化、信息化技術提升生產安全性與柔性化水平，為香精香料行業技術革新提供明確導向。

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針對香精香料調配生產原料品規多、成品牌號差異大、柔性化生產需求迫切的特點，本研究以四川三聯新材料有限公司為例，融合智能倉儲、調度算法及物聯網技術，設計覆蓋原料入庫、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，通過優化工藝銜接與資源配置，提升作業效率與安全性。該研究以自動化物流系統推動香精香料調配生產數字化、柔性化轉型，目標包括通過自動化設備替代人工，縮短作業時間及提高庫存周轉率；依托信息系統實現“層層拉動、相互校證”的質量管理，確保工藝過程可控、追溯清晰；構建訂單驅動的數字化管控平臺，滿足多品種、多批量訂單快速切換，助力四川中煙高質量發展。研究結果將為行業提供智能化升級范例，推動該行業從傳統制造向智能制造轉型。

該研究的重難點主要體現在四方面：一是防爆要求高，生產需使用酒精等易揮發、易燃易爆物質，系統設計需遵循電氣爆標準，搬運叉車、輸送系統、堆垛機、灌裝系統等設備，需從器件選型、控制系統、電纜橋架設計等方面落實防靜電、防火花、密封措施；二是輸送單元標準化難，供應商來料包裝規格多樣，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，需統一包裝規格并規范包裝標識內容及粘貼位置，以實現自動識別；三是原料預處理復雜，因原料種類繁多，配方投料需根據物料特性采用不同預處理方式；四是灌裝精度控制難，部分成品生產會產生大量液泡，需通過柔性輸送及灌裝控制減少液泡對精度的影響。

二

香精香料物流系統總體布局規劃設計

圍繞四川中煙需求，構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，其基本布局及實體流向如圖1。依據工藝方案，系統分為原料及成品綜合庫物流子系統、配方庫物流子系統、灌裝包裝物流子系統等三大核心子系統。

圖1 香精香料物流系統總體布局規劃

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、托盤等設備，分3個區域，如圖2所示。最左側存成品桶，右側兩個區域存原料桶。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。兩個庫區的存儲量分別為原料存儲庫區貨位≥600個托盤、成品存儲庫區貨位≥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

其中料桶的規格尺寸標準為312mm×284mm×420mm，其中長寬高均允許有±5mm的誤差范圍。材質為塑料，空桶重量約1.5kg，實桶重量≤30kg，內裝液體，桶底部中間內凹，四周凸起（圖3）。供應商來料時，料桶正視圖的正中央粘貼有尺寸為210mm×150mm的紙質標簽，標簽區域包含一個尺寸為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材質，其尺寸規格為1200mm×1000mm×150mm，重量不超過50kg；空托盤以8個為一組進行堆疊，整體尺寸為1200mm×1000mm×1200mm，總重量控制在400kg以內。托盤堆放原料桶或成品桶后的尺寸規格完全一致，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

配方庫負責原料桶入庫暫存、按配方出庫至調制站臺、剩余原料存儲，流量需滿足次日生產需求。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標高輸送線；原料桶出庫單獨用0.7m標高輸送線，與5 組自動調制工藝站臺對接，通過提升機換層。

圖4 配方庫三維示意圖

調制站臺含3000kg、1000kg、300kg、100kg調制罐各2個；依據2022~2024年配方單，取原料品種最多、稀釋劑少的配方統計，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，設計高度5.4m（預留吊裝空間）；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，結合表1數據計算流量需求（圖5），取1.5峰值系數：正常生產出入庫能力需144桶/小時，入庫能力需117桶/小時。

圖5 單日均值配方庫系統流量計算

3.灌裝包裝區

灌裝包裝區實現成品自動灌裝、貼標及碼垛（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、實時打印貼標設備、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 灌裝包裝區三維示意圖

灌裝包裝區每條灌裝線日最大產量約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成品桶數量為1.14桶/分鐘（4×1000÷25÷140）。考慮生產的波動性，設計選取1.5峰值系數；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，灌裝包裝系統具有較好的可靠性和可擴展性。

三

工藝流程設計

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

圖7 香精香料生產工藝流程圖

1.原料庫出入庫

原料庫出入庫作業流程如圖8，其中入庫為原料到貨后啟動標準化入庫，叉車將空托盤送卸貨月臺，卸貨人員將標準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，系統生成生產用二維碼，WCS驅動防爆打印貼標設備完成貼標；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、轉碼貼標、稱重及質檢采樣，實現物流與信息流統一；出庫作業流程是基于生產工單，WMS 通過 BOM分解生成出庫及揀選任務；WCS調度叉車按最優路徑取托盤，送至配方庫入庫接駁區；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

為高效應對原料桶出庫過程中可能出現的各類問題，構建了“自動識別—定向隔離—分類處置”的標準化異常處理流程（如圖9所示），通過流程的系統化設計，異常處置周期較傳統模式縮短 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機制啟動處置流程。系統執行出庫時，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），若任一環節異常則觸發程序，將桶導入異常處理區。異常料桶進入處理區后，操作人員會根據終端設備發出的告警信息開展三步工作：第一步是人工復核，操作人員使用手持設備對異常料桶的信息進行二次核驗，并逐一比對WMS中的工單數據，精準定位異常原因；第二步是應急投料，若復核后確認料桶為有效物料，僅因系統識別偏差導致異常，將通過專用轉運車直接將料桶運送至生產備料區，保障生產用料需求不受影響；第三步是逆向回流，若確認異常源于系統數據錯誤或料桶本身存在問題，會先將料桶送至質檢環節，經質檢合格后重新錄入系統并完成入庫，實現異常物料的規范回收。

該異常處理流程在設計上具備四大顯著特點，進一步保障了處置的精準性與高效性。一是三級校驗機制，流程依次通過智能識別站的自動識別、操作人員的人工復核、系統后臺的終審確認，三層校驗環環相扣，最大程度減少誤判；二是獨立通道設計，異常處置區與應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流的干擾，也防止了異常物料與正常物料混淆；三是閉環處置模式，從異常觸發到最終的投料或回流，每個環節的操作數據均實時錄入系統，實現異常物料全程可追溯，便于后續復盤分析。

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，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比對工單數據；驗證通過后，系統分配儲位，WCS調度輸送線將桶送至巷道入庫站臺，堆垛機存入指定貨架，數據實時上傳WMS/WCS；出庫投料流程是系統按工單及調制站臺要料信號觸發出庫：堆垛機取原料桶，經輸送線至出庫復核站，掃描設備二次校驗；無誤后送調制站臺緩存線；調制后剩余物料回庫，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置了物理信息雙重驗證環節，有效降低信息誤差與錯發錯收風險。其次是動態儲位策略，通過將高頻存取物料調配至更便捷的儲位，使設備存取效率提升 25%，大幅縮短了物料周轉時間。再者是狀態感知系統，系統可對料桶的位置、狀態等信息進行實時跟蹤，實現了料桶全生命周期的動態追蹤，管理人員可隨時掌握物料流向。最后是逆向物流通道，體系內單獨規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12個功能模塊，形成閉環物料流，實現120桶/小時的標準化處理能力（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，空桶進行視覺檢測裝置校驗姿態，如果異常則聲光報警并暫停，人工復位后繼續自動灌裝輸送控制，空桶經導向裝置定位至灌裝工位，灌裝單元與輸送線伺服聯動；灌裝后成品桶經封閉式通道至自動關蓋工位，關蓋機械手完成旋蓋，進入重量復核環節。此處設置了重量復核分流機制，在線檢重單元復核灌裝精度，合格品送智能貼標工位，貼標成品經輥道至碼垛區，機器人按預設模式組盤，形成標準托盤單元，而異常品導入隔離暫存區（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，WCS調度叉車將成品存指定貨位，系統實時更新庫存。

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（財務業務一體化系統）銷售訂單，轉換為發貨單執行出庫作業。首先WMS將出庫計劃拆解為可執行的庫內揀選任務，叉車按系統優化的存取順序提取目標托盤，輸送至出庫復核月臺，復核采用“批次碼掃描+視覺校驗”雙重核對模式，確保出庫信息準確性，而未出庫成品通過逆向物流通道返回原儲位，庫存數據實時動態更新。該體系整合智能路徑規劃與信息驗證，實現成品全程可視化管控，兼顧作業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設計

香精香料物流信息系統由 8個核心功能部分構成（圖14），各部分分工明確、協同配合，共同支撐整個物流系統的穩定運行與高效管控。其中，物流系統數據接口主要承擔數據交互與呈現職能；物流管理系統則是保障管理頁面各項功能的正常使用；物流系統數據驅動能夠根據生產與庫存需求自動生成出入庫任務，并結合儲位情況合理分配貨位，優化物料存儲與周轉效率；物料系統工單及相關信息接口一方面接收來自 MES（制造執行系統）、NC（財務業務一體化系統）的單據信息，另一方面及時向上游系統反饋單據的執行狀態，實現信息雙向同步。

圖14 香精香料物流信息系統組成

標簽打印是根據實際需求打印物料標簽，為物料標識與追溯提供保障；灌裝工單調度服務則是向下發灌裝工單、實時監測工單的執行進度，并對工單狀態進行維護更新，確保灌裝流程有序推進。WCS調度會將生成的出入庫任務精準提交給堆垛機、輸送設備等執行機構；數據采集承擔數據收集與傳遞職責，并將這些數據傳輸至數字孿生系統，為數字孿生系統的建模與分析提供真實、實時的數據支撐。

五

應用成效

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

為精準驗證系統成效，數據采集周期設定為系統上線前的2024年7月~10月及上線后的2025年7~10月，通過生產管理系統提取運輸成本、產能、人員、生產批次、備料時間等核心指標數據，經Excel數據透視表匯總及同比分析后，具體成效如下：在運輸成本優化方面，實現集中生產后減少過程轉運，統計顯示2024年同期運輸成本經年化核算后，與2025年同期年化數據對比，年節約運輸成本約40萬元；在產能與人員效率提升方面，系統上線前通過生產臺賬統計單日最大產能約5t、作業人員56人、單日平均生產批次10批，上線后依托自動化生產設備實時數據監測，單日最大產能提升至8噸（增幅約50%），通過人力資源考勤系統統計作業人員縮減至約50人（降幅10%），通過生產批次記錄統計單日平均生產批次降至7批（降幅30%）；在備料與生產模式優化方面，系統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，通過系統日志統計備料時間縮短至2小時/天（降幅60%），同時實現無紙化生產；在作業強度與追溯性提升方面，通過自動倒料、清洗、灌裝設備的運行狀態監測及員工作業時長調研，確認員工作業強度大幅縮減，且通過建立單桶全生命周期管理機制，統一標簽編碼規則，整合跨系統數據流轉記錄進行追溯測試，結果顯示可追溯性大幅提高。

六

結論

該系統的柔性設計支持配方切換與非標物料處理，為行業提供三方面參考：一是物流與生產系統深度集成，構建數據驅動智能生產模式；二是依托自動化設備與信息化平臺，實現工藝標準化與過程透明化；三是預置異常處理機制，增強系統響應能力。本研究驗證了智能化物流系統在復雜工藝環境的適用性，“流程標準化+設備柔性化+信息協同化”路徑，為煙草行業供應鏈數字化轉型提供可推廣框架，具行業示范價值。

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

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