近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)各卷煙廠技改項(xiàng)目的開展，對(duì)如何最大限度地利用和組合設(shè)備、制造特色產(chǎn)品、提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低加工工藝損耗、建立相應(yīng)品牌的分組加工配方模式進(jìn)行了廣泛的研究和探討。隨著分組加工技術(shù)的研究與應(yīng)用，原采用樹型結(jié)構(gòu)表征全配方加工中批次跟蹤譜系的方法在分組加工中已不適用，而卷煙批次跟蹤譜系的建立是卷煙企業(yè)MES系統(tǒng)中質(zhì)量追溯和生產(chǎn)性能分析的基礎(chǔ)，因此建立分組加工中批次跟蹤譜系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于目前分組加工技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，尚未形成一套系統(tǒng)的、科學(xué)的技術(shù)方法，特別是對(duì)分組加工中批次跟蹤譜系的建立還屬于空白。為此，采用有向圖表征分組加工中批次之間的復(fù)雜關(guān)系，進(jìn)而建立卷煙批次跟蹤譜系，旨在為分組加工中MES系統(tǒng)批次管理模塊的建立和實(shí)施提供依據(jù)。
1 傳統(tǒng)的批次管理技術(shù)
通常可以將同一批原料、同一個(gè)班次、同一組(臺(tái))設(shè)備生產(chǎn)的同一規(guī)格的成品或半成品稱為一個(gè)生產(chǎn)批次。批次管理作為卷煙企業(yè)MES系統(tǒng)中的一個(gè)核心模塊，為管理者了解生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品流程的信息提供了數(shù)據(jù)支持；批次跟蹤是指按生產(chǎn)批次號(hào)，對(duì)成品或半成品從原材料輸入到產(chǎn)品產(chǎn)出的整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行跟蹤，以全面建立相關(guān)記錄的過(guò)程。批次管理跟蹤譜系的建立。可以直觀了解整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中批次的構(gòu)成信息和相互關(guān)系，為產(chǎn)品質(zhì)量回溯提供數(shù)據(jù)支持。
目前卷煙企業(yè)一般采用多個(gè)生產(chǎn)部門的結(jié)構(gòu)，每個(gè)部門擁有一條完整的制絲線和至少一個(gè)卷包車間，但缺乏物流系統(tǒng)。制絲生產(chǎn)是典型的流水線作業(yè)，工藝布局中各工序往往采用串聯(lián)、并聯(lián)、繞過(guò)、返回等方式組成工段，相互銜接形成產(chǎn)品加工能力。根據(jù)各工序段所承擔(dān)的工藝任務(wù)不同，將制絲過(guò)程分為若干個(gè)工段，這些工段以貯柜作為連接手段，形成制絲生產(chǎn)的有機(jī)整體。這種生產(chǎn)方式在制絲的潤(rùn)葉階段按品牌序列(例如云煙軟珍)進(jìn)行不同等級(jí)煙葉的組合批次加工，其缺點(diǎn)在于不同等級(jí)的煙葉不能根據(jù)其物理、化學(xué)特性進(jìn)行分組加工，缺乏柔性，不符合精細(xì)化生產(chǎn)的要求；一條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種固定的原料，改變較困難，屬于剛性制絲生產(chǎn)，與之相配合的批次管理僅僅是針對(duì)卷包線和制絲線分別進(jìn)行單獨(dú)批次管理。
由于制絲與卷包對(duì)于批次的定義不同，甚至在卷包車間并沒(méi)有明確的批次概念，制絲段和卷包段是斷開的，無(wú)法進(jìn)行精確的銜接，從而使回溯過(guò)程只能到達(dá)卷包機(jī)臺(tái)，不能精準(zhǔn)地回溯到制絲過(guò)程，阻礙了精細(xì)化生產(chǎn)管理的實(shí)現(xiàn)。
2 分組加工中的批次管理技術(shù)
2.1 卷煙分組加工技術(shù)
卷煙生產(chǎn)分組加工一般分為制絲片區(qū)、物流片區(qū)和卷包片區(qū)。見圖1。
圖1 分組加工生產(chǎn)流程示意圖
(1)制絲片區(qū)分為制絲主線區(qū)和梗線。制絲主線從原料立體倉(cāng)庫(kù)(以下簡(jiǎn)稱“立庫(kù)”)投料開始，以煙絲進(jìn)入煙絲立庫(kù)結(jié)束。制絲主線區(qū)由多條制絲線構(gòu)成，制絲線分為片煙處理前段、片煙處理后段及制絲處理段3段，片煙前后段以葉庫(kù)為銜接手段，片煙處理后段和制絲處理段以儲(chǔ)葉柜為銜接手段。打葉復(fù)烤階段對(duì)單等級(jí)煙葉進(jìn)行重新組合形成的模塊化煙葉原料，多條葉線可根據(jù)不同模塊煙葉的物理特性、化學(xué)特性分別進(jìn)行加工，該生產(chǎn)方式能夠適應(yīng)柔性化生產(chǎn)和精細(xì)加工的要求。
(2)物流片區(qū)分為原料立庫(kù)、煙葉立庫(kù)、煙絲立庫(kù)和成品庫(kù)。不同等級(jí)的煙葉經(jīng)過(guò)葉線處理后分別放入煙葉立庫(kù)存儲(chǔ)，可根據(jù)不同模塊合理安排加工后的存儲(chǔ)時(shí)間。利用箱子將煙絲存放在儲(chǔ)絲立庫(kù)中，可滿足多個(gè)牌號(hào)或同一個(gè)牌號(hào)的多個(gè)序列的卷包線生產(chǎn)，也可滿足緊急情況下的小批量訂單生產(chǎn)。
(3)卷包片區(qū)由獨(dú)立的卷接包機(jī)組作為獨(dú)立處理單元，以煙絲立庫(kù)中的供絲振盤作為煙絲立庫(kù)和卷包線的銜接手段。
2.2 制絲線批次管理
根據(jù)工藝要求，在打葉復(fù)烤階段首先對(duì)煙葉進(jìn)行單等級(jí)加工，然后根據(jù)煙葉的物理、化學(xué)和感官特性的相似度進(jìn)行重組后形成模塊化煙包，模塊煙葉的概念可以一直延伸到葉庫(kù)入庫(kù)前，葉庫(kù)出庫(kù)后進(jìn)行模塊混合形成品牌序列，也可以延伸到儲(chǔ)絲柜前的摻配柜。在儲(chǔ)絲柜前配置有多個(gè)摻配柜和多臺(tái)帶電子秤的摻配線，可進(jìn)行模塊混合摻配及梗絲摻配等，摻配完成后進(jìn)入儲(chǔ)絲柜，如果選擇葉庫(kù)出庫(kù)作為模塊摻配點(diǎn)，則此處僅完成梗絲、回絲等摻配，因此可根據(jù)不同單位的工藝要求確定品牌形成點(diǎn)，儲(chǔ)絲柜煙絲進(jìn)入加香機(jī)完成加香后裝箱入立體儲(chǔ)絲庫(kù)。該點(diǎn)后續(xù)工序需要品牌序列作為識(shí)別符，這是因?yàn)樵谥平z線上經(jīng)常出現(xiàn)混批現(xiàn)象，即多個(gè)批次煙葉摻配形成新批次煙葉，多個(gè)批次煙絲混合成幾個(gè)批次煙絲，其優(yōu)點(diǎn)在于既可在關(guān)鍵工藝點(diǎn)根據(jù)不同模塊煙葉的特性進(jìn)行分組加工，又可在其他工藝點(diǎn)進(jìn)行批次混合后加工，從而提升不同模塊煙葉的加工品質(zhì)，并減少同一個(gè)品牌系列中不同模塊煙葉批次間的內(nèi)在品質(zhì)差異，最終通過(guò)調(diào)香工藝處理(指同一個(gè)品牌系列對(duì)應(yīng)試驗(yàn)后確定適合的香料)模塊間的微小差異，從而達(dá)到同一系列煙絲內(nèi)在品質(zhì)的一致性。如圖2所示，混合批次有3種情況：①合批，是將2個(gè)批次的物料混合成一個(gè)批次的物料；②分批，是將一個(gè)批次的物料分為2個(gè)批次的物料以滿足后續(xù)加工要求；③拆批，是將多于一個(gè)的批次物料混合后形成多于一個(gè)批次的物料，以滿足后續(xù)加工要求。
圖2 混合批次示意圖
2.3 物流批次管理
物流片區(qū)箱式儲(chǔ)絲立庫(kù)的載體是儲(chǔ)絲箱及供絲振盤，該處的批次管理考慮的是從絲線的混合絲柜到箱子的一對(duì)多關(guān)系、箱子到振盤的多對(duì)一關(guān)系，以及振盤到機(jī)臺(tái)的一對(duì)多關(guān)系。根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論中的關(guān)系屬性可得到：混合絲柜屬性(煙絲批次號(hào)、牌號(hào)等)、箱子屬性(箱子號(hào)、煙絲批次號(hào)、存儲(chǔ)時(shí)間等)和振盤屬性(振盤號(hào)、箱子號(hào)、機(jī)臺(tái)號(hào)等)，利用這些二維表的碼及外碼可以將機(jī)臺(tái)與振盤、箱子、混合絲柜的批次聯(lián)系起來(lái)。
2.4 卷包批次管理
卷包批次定義為一個(gè)機(jī)臺(tái)一個(gè)班組8h生產(chǎn)量作為一個(gè)批次。在供絲時(shí)都是按同品牌的數(shù)箱煙絲供給一臺(tái)喂絲機(jī)，屬于多對(duì)一關(guān)系；而一臺(tái)喂絲機(jī)有多個(gè)帶風(fēng)管的供絲振盤，每個(gè)振盤對(duì)應(yīng)一臺(tái)卷接包機(jī)組，就相當(dāng)于一臺(tái)喂絲機(jī)對(duì)應(yīng)多臺(tái)卷接包設(shè)備，屬于一對(duì)多關(guān)系。因此可以在每包煙的煙標(biāo)上采用隱形噴碼技術(shù)記錄卷接包機(jī)組機(jī)臺(tái)號(hào)、班次號(hào)、供絲振盤號(hào)、供絲振盤的供絲時(shí)間等信息，通過(guò)該噴碼信息可以將機(jī)臺(tái)信息與供絲振盤信息相銜接，而供絲振盤信息可以通過(guò)管理系統(tǒng)與箱式儲(chǔ)絲立庫(kù)中提供供絲任務(wù)的儲(chǔ)絲箱信息相銜接，從而實(shí)現(xiàn)卷包批次與制絲批次的銜接。
2.5 制絲、物流和卷包批次的銜接
制絲線的終結(jié)點(diǎn)是儲(chǔ)絲柜，每個(gè)儲(chǔ)絲柜當(dāng)前對(duì)應(yīng)的批次、品牌號(hào)是唯一的，因此儲(chǔ)絲柜屬性為批次、品牌號(hào)、完成入柜時(shí)間等；制絲線與物流箱式儲(chǔ)絲庫(kù)的連接點(diǎn)是裝箱入庫(kù)，按照一個(gè)批次(一柜煙絲)進(jìn)行裝箱入庫(kù)，因此該批次屬性為批次號(hào)、品牌號(hào)、箱子號(hào)、入庫(kù)時(shí)間、需存儲(chǔ)時(shí)間等；兩者通過(guò)批次號(hào)和品牌號(hào)進(jìn)行連接，物流起點(diǎn)為裝箱站，終結(jié)點(diǎn)為供絲振盤，到達(dá)供絲振盤時(shí)的表屬性為批次號(hào)、品牌號(hào)、箱子號(hào)、喂絲機(jī)號(hào)、供絲時(shí)間、供絲完成時(shí)間等；到達(dá)卷包線機(jī)臺(tái)時(shí)的表屬性為品牌號(hào)、喂絲機(jī)號(hào)、機(jī)臺(tái)號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間等。兩張表通過(guò)品牌號(hào)、喂絲機(jī)號(hào)、供絲時(shí)間、完成時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)間(供絲時(shí)間<生產(chǎn)時(shí)間<供絲完成時(shí)間)作為查詢連接點(diǎn)，通過(guò)這些表可以進(jìn)行批次追溯，見圖3。SQL Server，Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)軟件都可以提供功能強(qiáng)大的二維表操作，因此通過(guò)建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行批次跟蹤和追溯。
圖3 制絲、物流和卷包批次關(guān)聯(lián)示意圖
3 基于樹形結(jié)構(gòu)的批次族系的建立
在此不討論批次號(hào)的編碼規(guī)則，假定批次號(hào)已進(jìn)行了唯一的編碼。傳統(tǒng)生產(chǎn)流程以品牌為模式的批次管理中，最終儲(chǔ)絲柜中的煙絲由多個(gè)煙葉批次、糖香料批次構(gòu)成，批次之間只是簡(jiǎn)單的一對(duì)多關(guān)系，因此可以采用樹形結(jié)構(gòu)建立批次間的族系。樹形結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一種基本結(jié)構(gòu)，能有效表征批次之間的一對(duì)多關(guān)系，見圖4。樹形結(jié)構(gòu)描述的是批次之間的邏輯關(guān)系，可以簡(jiǎn)單有效地在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)系的表示(存儲(chǔ)結(jié)構(gòu))和操作。在該加工點(diǎn)上每個(gè)批次號(hào)對(duì)應(yīng)一張批次信息表中的一條記錄，見表1。通過(guò)該二維表的屬性關(guān)系可以確定碼，從而通過(guò)碼對(duì)該表進(jìn)行操作。
圖4 樹形結(jié)構(gòu)的批次族系
表1 批次信息
4 基于有向圖的卷煙生產(chǎn)批次跟蹤譜系的建立
由于分組加工的批次管理中會(huì)出現(xiàn)合批、分批、拆批等混批現(xiàn)象，而拆批屬于多對(duì)多關(guān)系，樹形結(jié)構(gòu)不能表征多對(duì)多關(guān)系，因此不能采用樹形結(jié)構(gòu)建立生產(chǎn)批次跟蹤譜系，必須建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以便于計(jì)算機(jī)處理。
計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中通常采用圖狀結(jié)構(gòu)表征元素之間存在的多對(duì)多關(guān)系，因此采用有向圖結(jié)構(gòu)建立生產(chǎn)批次跟蹤譜系，見圖5。圖中雙圈為最終批次，通過(guò)對(duì)有向圖的遍歷(深度優(yōu)先搜索或廣度優(yōu)先搜索)得到圖中批次11結(jié)點(diǎn)由哪些結(jié)點(diǎn)批次構(gòu)成，從而可以追溯到整個(gè)生產(chǎn)批次的譜系族。
圖5 有向圖結(jié)構(gòu)的批次族系
該有向圖中如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)有有向邊相連(例如①—⑤)，則記錄為1，否則為0，因此有向圖5可以用
數(shù)學(xué)模型，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便于在計(jì)算機(jī)中表示。例如有向圖5中11號(hào)結(jié)點(diǎn)表示批次號(hào)為11的物料，由⑧、⑨兩個(gè)批次混合而成，其相應(yīng)信息情況見表2。通過(guò)該二維表的屬性關(guān)系可以確定碼，從而通過(guò)碼對(duì)該表進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。
表2 批次號(hào)為11的物料信息
有向圖也可應(yīng)用于尋找最優(yōu)加工線路。由于各模塊加工時(shí)間、存儲(chǔ)時(shí)間不同，在制絲線數(shù)量有限的情況下，在前期加工時(shí)尋找最優(yōu)加工路徑，可以優(yōu)化摻配前的整個(gè)加工路徑，找出加工時(shí)間短且存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)的模塊，節(jié)約加工時(shí)間，避免因相互等待導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而提高加工效率。其數(shù)學(xué)模型就是尋找關(guān)鍵路徑問(wèn)題，對(duì)有向圖的有向邊賦予權(quán)值，如加工時(shí)間(生產(chǎn)時(shí)間+存儲(chǔ)時(shí)間)，可以找出關(guān)鍵路徑，優(yōu)化生產(chǎn)工序，同時(shí)還要考慮設(shè)備是否空閑等因素。對(duì)帶權(quán)值的有向圖進(jìn)行尋找最佳路徑問(wèn)題，本文僅對(duì)制絲生產(chǎn)線進(jìn)行討論，物流、卷包工序均不存在模塊加工及批次混合情況，因此不存在尋找最佳路徑問(wèn)題。
矩陣中，如果有弧
圖6 帶權(quán)值有向圖
5 結(jié)語(yǔ)
全配方加工中的樹型結(jié)構(gòu)不能表征分組加工中批次之間的多對(duì)多關(guān)系，因此不能用其建立分組加工中的批次跟蹤譜系。而有向圖可以表征更復(fù)雜的關(guān)系，特別是多對(duì)多的數(shù)據(jù)關(guān)系。通過(guò)對(duì)分組加工中批次管理進(jìn)行分析和研究發(fā)現(xiàn)批次之間多是多對(duì)多關(guān)系，因此提出并采用有向圖建立批次管理跟蹤譜系，可以較好地表征卷煙生產(chǎn)分組加工中復(fù)雜批次之間的相互關(guān)系，為復(fù)雜批次關(guān)系下跟蹤譜系的建立提供了一種新方法。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，有向圖可以解決分組加工中批次之間多對(duì)多關(guān)系，進(jìn)而建立起分組加工中復(fù)雜批次之間的跟蹤譜系，從而為卷煙企業(yè)MES系統(tǒng)的具體實(shí)施提供幫助，為批次管理和產(chǎn)品追溯提供有效信息。
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本文標(biāo)題：基于有向圖的卷煙生產(chǎn)批次跟蹤譜系的建立
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