摘要：本研究以香精香料调配生产物流系统为对象，将现代智能物流技术融入其工艺流程，针对全工艺过程中原料、半成品及成品的存储、转运与输送环节，构建自动化、智能化物流解决方案及柔性化生产模式。实施后，系统作业时间显著缩短，库存周转效率提升，整体服务水平明显提高，为同行业企业提供了可借鉴的物流系统优化思路。

关键词：生产物流；物流系统优化；香精香料

一、研究背景

卷烟香精香料是影响卷烟产品品质与风格的核心要素，其生产具有原料种类多、工艺复杂、质量要求高等特点。当前，我国卷烟香精香料调配生产多采用分段式管理，原料存储、半成品转运及成品配送仍依赖人工或半自动化设备，存在作业效率低、批次追溯难、安全隐患突出等问题。从企业实际运行情况看，传统物流系统难满足自主调香对原料精准配比、快速切换的需求；挥发性物质的安全管控也倒逼装备自动化升级以减少人工干预。《“十四五”智能制造发展规划》等政策明确推动制造业数字化转型与智能化升级，强调通过自动化、信息化技术提升生产安全性与柔性化水平，为香精香料行业技术革新提供明确导向。

针对香精香料调配生产原料品规多、成品牌号差异大、柔性化生产需求迫切的特点，本研究以四川三联新材料有限公司为例，融合智能仓储、调度算法及物联网技术，设计覆盖原料入库、配方投料、半成品暂存及成品出库的全链路自动化物流系统，通过优化工艺衔接与资源配置，提升作业效率与安全性。该研究以自动化物流系统推动香精香料调配生产数字化、柔性化转型，目标包括通过自动化设备替代人工，缩短作业时间及提高库存周转率；依托信息系统实现“层层拉动、相互校证”的质量管理，确保工艺过程可控、追溯清晰；构建订单驱动的数字化管控平台，满足多品种、多批量订单快速切换，助力四川中烟高质量发展。研究结果将为行业提供智能化升级范例，推动该行业从传统制造向智能制造转型。

该研究的重难点主要体现在四方面：一是防爆要求高，生产需使用酒精等易挥发、易燃易爆物质，系统设计需遵循电气爆标准，搬运叉车、输送系统、堆垛机、灌装系统等设备，需从器件选型、控制系统、电缆桥架设计等方面落实防静电、防火花、密封措施；二是输送单元标准化难，供应商来料包装规格多样，涵盖50L、30L、25L、5L等不同容量，以及塑料圆桶、方桶、塑料瓶、铁桶等多种容器，需统一包装规格并规范包装标识内容及粘贴位置，以实现自动识别；三是原料预处理复杂，因原料种类繁多，配方投料需根据物料特性采用不同预处理方式；四是灌装精度控制难，部分成品生产会产生大量液泡，需通过柔性输送及灌装控制减少液泡对精度的影响。

二、香精香料物流系统总体布局规划设计

围绕四川中烟需求，构建覆盖原料收货存储、备料至配方库、按配方出库投料、灌装包装的全流程自动化物流系统，其基本布局及实体流向如图1。依据工艺方案，系统分为原料及成品综合库物流子系统、配方库物流子系统、灌装包装物流子系统等三大核心子系统。

图1 香精香料物流系统总体布局规划

1.原料及成品综合库

原料及成品综合库存储原料和成品，包含货架、托盘等设备，分3个区域，如图2所示。最左侧存成品桶，右侧两个区域存原料桶。原料桶、成品桶均以托盘为载体（每托盘12桶，单层码放），通过人工叉车完成出入库。两个库区的存储量分别为原料存储库区货位≥600个托盘、成品存储库区货位≥300个托盘。其中原料库存量为600货位（6排×20列×5层），每货位1托盘，每托盘码12桶×25kg，理论最大存储量180t；成品库存量为300货位（3排×20列×5层），每货位1托盘，每托盘12桶×25kg，理论最大存储量为90t。

图2 原料及成品综合库三维图

其中料桶的规格尺寸标准为312mm×284mm×420mm，其中长宽高均允许有±5mm的误差范围。材质为塑料，空桶重量约1.5kg，实桶重量≤30kg，内装液体，桶底部中间内凹，四周凸起（图3）。供应商来料时，料桶正视图的正中央粘贴有尺寸为210mm×150mm的纸质标签，标签区域包含一个尺寸为38mm×38mm的二维码。

(a)料桶立面图

(b)原料桶底部

图3 料桶实物图

本研究所使用的托盘为木质材质，其尺寸规格为1200mm×1000mm×150mm，重量不超过50kg；空托盘以8个为一组进行堆叠，整体尺寸为1200mm×1000mm×1200mm，总重量控制在400kg以内。托盘堆放原料桶或成品桶后的尺寸规格完全一致，均为1200mm×1000mm×630mm，且每托盘均放置12个料桶，两种托盘的总重量均不超过500kg。

2.配方库

配方库负责原料桶入库暂存、按配方出库至调制站台、剩余原料存储，流量需满足次日生产需求。入库原料由WMS/WCS自动管理。如图4所示，配方库含货架、3台巷道堆垛机及出入库输送设备（上下两层）。原料桶入库、尾桶返库、空桶输送及排出共用1.5m标高输送线；原料桶出库单独用0.7m标高输送线，与5 组自动调制工艺站台对接，通过提升机换层。

图4 配方库三维示意图

调制站台含3000kg、1000kg、300kg、100kg调制罐各2个；依据2022~2024年配方单，取原料品种最多、稀释剂少的配方统计，单日原料需求均值如表1（不满一桶按一桶计，大比例原料未统计）。

表1 单日原料需求均值

配方库采用提前一天备料模式，自动化立体库可用净高 6.0m，设计高度5.4m（预留吊装空间）；存储量为1050桶（6排×5列×7层×5）（满足≥900桶要求）。工作日上午3小时出库、下午3小时入库，结合表1数据计算流量需求（图5），取1.5峰值系数：正常生产出入库能力需144桶/小时，入库能力需117桶/小时。

图5 单日均值配方库系统流量计算

3.灌装包装区

灌装包装区实现成品自动灌装、贴标及码垛（图6），配置两条灌装线，分别用于糖料、香精的罐装。每条线入口设视觉检测装置（空桶方向检测），含灌装机、加盖机、盖子输送机、成品桶输送线、实时打印贴标设备、自动码垛机械手、托盘输送机，最终通过叉车运至成品库。

图6 灌装包装区三维示意图

灌装包装区每条灌装线日最大产量约4.0t，灌装时间约3小时。换批清洗20分钟，实际有效工作时间140分钟。理论计算每条线每分钟生产成品桶数量为1.14桶/分钟（4×1000÷25÷140）。考虑生产的波动性，设计选取1.5峰值系数；每条灌装线峰值需求为1.71桶/分钟，即按照102桶/小时。灌装线配置2个灌装头同时灌装，灌装机效率≥120桶/小时，使用效率为102÷120×100%=85%。由分析计算可知，灌装包装系统具有较好的可靠性和可扩展性。

三、工艺流程设计

香精香料调配生产工艺流程图如图7所示，涵盖了从供应商来料存入原料库、原料出库至调制罐区、灌装后包装贴码送入成品库存储与发货的全过程。下面将根据物料流动顺序，详细阐述原料库出入库、配方库出入库、灌装包装、成品库出入库的工艺流程。

图7 香精香料生产工艺流程图

1.原料库出入库

原料库出入库作业流程如图8，其中入库为原料到货后启动标准化入库，叉车将空托盘送卸货月台，卸货人员将标准原料桶搬至收货上线站台；收货输送线扫描桶身二维码，信息上传WMS，系统生成生产用二维码，WCS驱动防爆打印贴标设备完成贴标；人工组盘后，叉车运至原料库储位。所有物料在收货月台完成自动识别、转码贴标、称重及质检采样，实现物流与信息流统一；出库作业流程是基于生产工单，WMS 通过 BOM分解生成出库及拣选任务；WCS调度叉车按最优路径取托盘，送至配方库入库接驳区；需拣选托盘就地拣选，剩余托盘归位。

图8 原料库出入库工艺流程图

为高效应对原料桶出库过程中可能出现的各类问题，构建了“自动识别—定向隔离—分类处置”的标准化异常处理流程（如图9所示），通过流程的系统化设计，异常处置周期较传统模式缩短 60% 以上，大幅提升了问题解决效率。

图9 原料桶出库异常处理流程

在具体流程上，首先依托完善的异常触发机制启动处置流程。系统执行出库时，输送线末端智能识别站启动双重校验（RFID 扫身份、视觉验物理特征），若任一环节异常则触发程序，将桶导入异常处理区。异常料桶进入处理区后，操作人员会根据终端设备发出的告警信息开展三步工作：第一步是人工复核，操作人员使用手持设备对异常料桶的信息进行二次核验，并逐一比对WMS中的工单数据，精准定位异常原因；第二步是应急投料，若复核后确认料桶为有效物料，仅因系统识别偏差导致异常，将通过专用转运车直接将料桶运送至生产备料区，保障生产用料需求不受影响；第三步是逆向回流，若确认异常源于系统数据错误或料桶本身存在问题，会先将料桶送至质检环节，经质检合格后重新录入系统并完成入库，实现异常物料的规范回收。

该异常处理流程在设计上具备四大显著特点，进一步保障了处置的精准性与高效性。一是三级校验机制，流程依次通过智能识别站的自动识别、操作人员的人工复核、系统后台的终审确认，三层校验环环相扣，最大程度减少误判；二是独立通道设计，异常处置区与应急投料专线均独立于正常出库通道，既避免了异常处理流程对主作业流的干扰，也防止了异常物料与正常物料混淆；三是闭环处置模式，从异常触发到最终的投料或回流，每个环节的操作数据均实时录入系统，实现异常物料全程可追溯，便于后续复盘分析。

2.配方库出入库

配方库出入库流程如图10，其中入库为叉车将原料托盘送配方库入库接驳区，人工将原料桶提至入库上线站台，固定式扫码器获取物料信息，电子秤核验重量，WMS比对工单数据；验证通过后，系统分配储位，WCS调度输送线将桶送至巷道入库站台，堆垛机存入指定货架，数据实时上传WMS/WCS；出库投料流程是系统按工单及调制站台要料信号触发出库：堆垛机取原料桶，经输送线至出库复核站，扫描设备二次校验；无误后送调制站台缓存线；调制后剩余物料回库，空桶人工收集处理。

图10 配方库出入库流程

该流程具备四大核心流程特征，各特征从不同维度保障了运营效率与管控精度。首先是双校验机制，在货物入库与出库均设置了物理信息双重验证环节，有效降低信息误差与错发错收风险。其次是动态储位策略，通过将高频存取物料调配至更便捷的储位，使设备存取效率提升 25%，大幅缩短了物料周转时间。再者是状态感知系统，系统可对料桶的位置、状态等信息进行实时跟踪，实现了料桶全生命周期的动态追踪，管理人员可随时掌握物料流向。最后是逆向物流通道，体系内单独规划了余料回收与空桶返库的专属路径，该路径与原料入库、成品出库的正向物流路径完全分离，避免了不同流向物流在通道内交叉拥堵，保障了整体物流通道的顺畅性。

3.灌装包装

灌装包装工艺流程串联12个功能模块，形成闭环物料流，实现120桶/小时的标准化处理能力（图11）。其中空桶上线处是人工将空桶定向放在灌装线入口，桶盖倒入自动加盖机缓存料斗，空桶进行视觉检测装置校验姿态，如果异常则声光报警并暂停，人工复位后继续自动灌装输送控制，空桶经导向装置定位至灌装工位，灌装单元与输送线伺服联动；灌装后成品桶经封闭式通道至自动关盖工位，关盖机械手完成旋盖，进入重量复核环节。此处设置了重量复核分流机制，在线检重单元复核灌装精度，合格品送智能贴标工位，贴标成品经辊道至码垛区，机器人按预设模式组盘，形成标准托盘单元，而异常品导入隔离暂存区（批次后集中处理）。

图11 成品自动灌装包装工艺流程图

4.成品库出入库

成品库入库作业流程如图12，机械手码垛后，实托盘送叉车接驳站台，WMS接收信息并分配任务，WCS调度叉车将成品存指定货位，系统实时更新库存。

图12 成品库入库流程

成品库出库流程如图13，WMS接收NC系统（财务业务一体化系统）销售订单，转换为发货单执行出库作业。首先WMS将出库计划拆解为可执行的库内拣选任务，叉车按系统优化的存取顺序提取目标托盘，输送至出库复核月台，复核采用“批次码扫描+视觉校验”双重核对模式，确保出库信息准确性，而未出库成品通过逆向物流通道返回原储位，库存数据实时动态更新。该体系整合智能路径规划与信息验证，实现成品全程可视化管控，兼顾作业效率与特殊工况处理柔性。

图13 成品库出库流程

四、香精香料物流信息系统设计

香精香料物流信息系统由 8个核心功能部分构成（图14），各部分分工明确、协同配合，共同支撑整个物流系统的稳定运行与高效管控。其中，物流系统数据接口主要承担数据交互与呈现职能；物流管理系统则是保障管理页面各项功能的正常使用；物流系统数据驱动能够根据生产与库存需求自动生成出入库任务，并结合储位情况合理分配货位，优化物料存储与周转效率；物料系统工单及相关信息接口一方面接收来自 MES（制造执行系统）、NC（财务业务一体化系统）的单据信息，另一方面及时向上游系统反馈单据的执行状态，实现信息双向同步。

图14 香精香料物流信息系统组成

标签打印是根据实际需求打印物料标签，为物料标识与追溯提供保障；灌装工单调度服务则是向下发灌装工单、实时监测工单的执行进度，并对工单状态进行维护更新，确保灌装流程有序推进。WCS调度会将生成的出入库任务精准提交给堆垛机、输送设备等执行机构；数据采集承担数据收集与传递职责，并将这些数据传输至数字孪生系统，为数字孪生系统的建模与分析提供真实、实时的数据支撑。

五、应用成效

该系统自2025年6月开始于四川三联新材料有限公司开始实行，实施结果表明，该系统有效支撑多品种、多批量生产，通过“计量—验证—混配”管控与自动化流水线，提升了生产节拍与库存效率，确保追溯完整与过程稳定。

为精准验证系统成效，数据采集周期设定为系统上线前的2024年7月~10月及上线后的2025年7~10月，通过生产管理系统提取运输成本、产能、人员、生产批次、备料时间等核心指标数据，经Excel数据透视表汇总及同比分析后，具体成效如下：在运输成本优化方面，实现集中生产后减少过程转运，统计显示2024年同期运输成本经年化核算后，与2025年同期年化数据对比，年节约运输成本约40万元；在产能与人员效率提升方面，系统上线前通过生产台账统计单日最大产能约5t、作业人员56人、单日平均生产批次10批，上线后依托自动化生产设备实时数据监测，单日最大产能提升至8吨（增幅约50%），通过人力资源考勤系统统计作业人员缩减至约50人（降幅10%），通过生产批次记录统计单日平均生产批次降至7批（降幅30%）；在备料与生产模式优化方面，系统上线前通过车间工时记录备料时间约5小时/天，上线后凭借自动化出入配方库功能，通过系统日志统计备料时间缩短至2小时/天（降幅60%），同时实现无纸化生产；在作业强度与追溯性提升方面，通过自动倒料、清洗、灌装设备的运行状态监测及员工作业时长调研，确认员工作业强度大幅缩减，且通过建立单桶全生命周期管理机制，统一标签编码规则，整合跨系统数据流转记录进行追溯测试，结果显示可追溯性大幅提高。

六、结论

该系统的柔性设计支持配方切换与非标物料处理，为行业提供三方面参考：一是物流与生产系统深度集成，构建数据驱动智能生产模式；二是依托自动化设备与信息化平台，实现工艺标准化与过程透明化；三是预置异常处理机制，增强系统响应能力。本研究验证了智能化物流系统在复杂工艺环境的适用性，“流程标准化+设备柔性化+信息协同化”路径，为烟草行业供应链数字化转型提供可推广框架，具行业示范价值。