近年來，隨著國內(nèi)各卷煙廠技改項目的開展，對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)實意義。由于目前分組加工技術(shù)在國內(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施提供依據(jù)。
1 傳統(tǒng)的批次管理技術(shù)
通�？梢詫⑼慌稀⑼粋�班次、同一組(臺)設(shè)備生產(chǎn)的同一規(guī)格的成品或半成品稱為一個生產(chǎn)批次。批次管理作為卷煙企業(yè)MES系統(tǒng)中的一個核心模塊，為管理者了解生產(chǎn)進度、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，對成品或半成品從原材料輸入到產(chǎn)品產(chǎn)出的整個生產(chǎn)制造過程進行跟蹤，以全面建立相關(guān)記錄的過程。批次管理跟蹤譜系的建立�？梢灾庇^了解整個生產(chǎn)過程中批次的構(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)一般采用多個生產(chǎn)部門的結(jié)構(gòu)，每個部門擁有一條完整的制絲線和至少一個卷包車間，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、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，將制絲過程分為若干個工段，這些工段以貯柜作為連接手段，形成制絲生產(chǎn)的有機整體。這種生產(chǎn)方式在制絲的潤葉階段按品牌序列(例如云煙軟珍)進行不同等級煙葉的組合批次加工，其缺點在于不同等級的煙葉不能根據(jù)其物理、化學(xué)特性進行分組加工，缺乏柔性，不符合精細化生產(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卷包線和制絲線分別進行單獨批次管理。
由于制絲與卷包對于批次的定義不同，甚至在卷包車間并沒有明確的批次概念，制絲段和卷包段是斷開的，無法進行精確的銜接，從而使回溯過程只能到達卷包機臺，不能精準地回溯到制絲過程，阻礙了精細化生產(chǎn)管理的實現(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庫(以下簡稱“立庫”)投料開始，以煙絲進入煙絲立庫結(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，片煙前后段以葉庫為銜接手段，片煙處理后段和制絲處理段以儲葉柜為銜接手段。打葉復(fù)烤階段對單等級煙葉進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)特性分別進行加工，該生產(chǎn)方式能夠適應(yīng)柔性化生產(chǎn)和精細加工的要求。
(2)物流片區(qū)分為原料立庫、煙葉立庫、煙絲立庫和成品庫。不同等級的煙葉經(jīng)過葉線處理后分別放入煙葉立庫存儲，可根據(jù)不同模塊合理安排加工后的存儲時間。利用箱子將煙絲存放在儲絲立庫中，可滿足多個牌號或同一個牌號的多個序列的卷包線生產(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)由獨立的卷接包機組作為獨立處理單元，以煙絲立庫中的供絲振盤作為煙絲立庫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)烤階段首先對煙葉進行單等級加工，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入庫前，葉庫出庫后進行模塊混合形成品牌序列，也可以延伸到儲絲柜前的摻配柜。在儲絲柜前配置有多個摻配柜和多臺帶電子秤的摻配線，可進行模塊混合摻配及梗絲摻配等，摻配完成后進入儲絲柜，如果選擇葉庫出庫作為模塊摻配點，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，儲絲柜煙絲進入加香機完成加香后裝箱入立體儲絲庫。該點后續(xù)工序需要品牌序列作為識別符，這是因為在制絲線上經(jīng)常出現(xiàn)混批現(xiàn)象，即多個批次煙葉摻配形成新批次煙葉，多個批次煙絲混合成幾個批次煙絲，其優(yōu)點在于既可在關(guān)鍵工藝點根據(jù)不同模塊煙葉的特性進行分組加工，又可在其他工藝點進行批次混合后加工，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，最終通過調(diào)香工藝處理(指同一個品牌系列對應(yīng)試驗后確定適合的香料)模塊間的微小差異，從而達到同一系列煙絲內(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個批次的物料混合成一個批次的物料；②分批，是將一個批次的物料分為2個批次的物料以滿足后續(xù)加工要求；③拆批，是將多于一個的批次物料混合后形成多于一個批次的物料，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)箱式儲絲立庫的載體是儲絲箱及供絲振盤，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多關(guān)系、箱子到振盤的多對一關(guān)系，以及振盤到機臺的一對多關(guān)系。根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論中的關(guān)系屬性可得到：混合絲柜屬性(煙絲批次號、牌號等)、箱子屬性(箱子號、煙絲批次號、存儲時間等)和振盤屬性(振盤號、箱子號、機臺號等)，利用這些二維表的碼及外碼可以將機臺與振盤、箱子、混合絲柜的批次聯(lián)系起來。
2.4 卷包批次管理
卷包批次定義為一個機臺一個班組8h生產(chǎn)量作為一個批次。在供絲時都是按同品牌的數(shù)箱煙絲供給一臺喂絲機，屬于多對一關(guān)系；而一臺喂絲機有多個帶風(fēng)管的供絲振盤，每個振盤對應(yīng)一臺卷接包機組，就相當(dāng)于一臺喂絲機對應(yīng)多臺卷接包設(shè)備，屬于一對多關(guān)系。因此可以在每包煙的煙標(biāo)上采用隱形噴碼技術(shù)記錄卷接包機組機臺號、班次號、供絲振盤號、供絲振盤的供絲時間等信息，通過該噴碼信息可以將機臺信息與供絲振盤信息相銜接，而供絲振盤信息可以通過管理系統(tǒng)與箱式儲絲立庫中提供供絲任務(wù)的儲絲箱信息相銜接，從而實現(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)點是儲絲柜，每個儲絲柜當(dāng)前對應(yīng)的批次、品牌號是唯一的，因此儲絲柜屬性為批次、品牌號、完成入柜時間等；制絲線與物流箱式儲絲庫的連接點是裝箱入庫，按照一個批次(一柜煙絲)進行裝箱入庫，因此該批次屬性為批次號、品牌號、箱子號、入庫時間、需存儲時間等；兩者通過批次號和品牌號進行連接，物流起點為裝箱站，終結(jié)點為供絲振盤，到達供絲振盤時的表屬性為批次號、品牌號、箱子號、喂絲機號、供絲時間、供絲完成時間等；到達卷包線機臺時的表屬性為品牌號、喂絲機號、機臺號、生產(chǎn)時間等。兩張表通過品牌號、喂絲機號、供絲時間、完成時間、生產(chǎn)時間(供絲時間<生產(chǎn)時間<供絲完成時間)作為查詢連接點，通過這些表可以進行批次追溯，見圖3。SQL Server，Oracle等數(shù)據(jù)庫軟件都可以提供功能強大的二維表操作，因此通過建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以對整個生產(chǎn)過程進行批次跟蹤和追溯。
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
在此不討論批次號的編碼規(guī)則，假定批次號已進行了唯一的編碼。傳統(tǒng)生產(chǎn)流程以品牌為模式的批次管理中，最終儲絲柜中的煙絲由多個煙葉批次、糖香料批次構(gòu)成，批次之間只是簡單的一對多關(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)是計算機數(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，可以簡單有效地在計算機中實現(xiàn)對關(guān)系的表示(存儲結(jié)構(gòu))和操作。在該加工點上每個批次號對應(yīng)一張批次信息表中的一條記錄，見表1。通過該二維表的屬性關(guān)系可以確定碼，從而通過碼對該表進行操作。
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出現(xiàn)合批、分批、拆批等混批現(xiàn)象，而拆批屬于多對多關(guān)系，樹形結(jié)構(gòu)不能表征多對多關(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，以便于計算機處理。
計算機數(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，通過對有向圖的遍歷(深度優(yōu)先搜索或廣度優(yōu)先搜索)得到圖中批次11結(jié)點由哪些結(jié)點批次構(gòu)成，從而可以追溯到整個生產(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結(jié)點有有向邊相連(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)便于在計算機中表示。例如有向圖5中11號結(jié)點表示批次號為11的物料，由⑧、⑨兩個批次混合而成，其相應(yīng)信息情況見表2。通過該二維表的屬性關(guān)系可以確定碼，從而通過碼對該表進行數(shù)據(jù)操作。
表2 批次號為11的物料信息
有向圖也可應(yīng)用于尋找最優(yōu)加工線路。由于各模塊加工時間、存儲時間不同，在制絲線數(shù)量有限的情況下，在前期加工時尋找最優(yōu)加工路徑，可以優(yōu)化摻配前的整個加工路徑，找出加工時間短且存儲時間長的模塊，節(jié)約加工時間，避免因相互等待導(dǎo)致生產(chǎn)時間過長，從而提高加工效率。其數(shù)學(xué)模型就是尋找關(guān)鍵路徑問題，對有向圖的有向邊賦予權(quán)值，如加工時間(生產(chǎn)時間+存儲時間)，可以找出關(guān)鍵路徑，優(yōu)化生產(chǎn)工序，同時還要考慮設(shè)備是否空閑等因素。對帶權(quán)值的有向圖進行尋找最佳路徑問題，本文僅對制絲生產(chǎn)線進行討論，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題。
矩陣中，如果有弧
圖6 帶權(quán)值有向圖
5 結(jié)語
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，特別是多對多的數(shù)據(jù)關(guān)系。通過對分組加工中批次管理進行分析和研究發(fā)現(xiàn)批次之間多是多對多關(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。通過計算機模擬，有向圖可以解決分組加工中批次之間多對多關(guān)系，進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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