近年来，随着国内各卷烟厂技改项目的开展，对如何最大限度地利用和组合设备、制造特色产品、提高产品品质、降低加工工艺损耗、建立相应品牌的分组加工配方模式进行了广泛的研究和探讨。随着分组加工技术的研究与应用，原采用树型结构表征全配方加工中批次跟踪谱系的方法在分组加工中已不适用，而卷烟批次跟踪谱系的建立是卷烟企业MES系统中质量追溯和生产性能分析的基础，因此建立分组加工中批次跟踪谱系具有重要的现实意义。由于目前分组加工技术在国内还处于起步阶段，尚未形成一套系统的、科学的技术方法，特别是对分组加工中批次跟踪谱系的建立还属于空白。为此，采用有向图表征分组加工中批次之间的复杂关系，进而建立卷烟批次跟踪谱系，旨在为分组加工中MES系统批次管理模块的建立和实施提供依据。
1 传统的批次管理技术
通常可以将同一批原料、同一个班次、同一组(台)设备生产的同一规格的成品或半成品称为一个生产批次。批次管理作为卷烟企业MES系统中的一个核心模块，为管理者了解生产进度、产品流程的信息提供了数据支持；批次跟踪是指按生产批次号，对成品或半成品从原材料输入到产品产出的整个生产制造过程进行跟踪，以全面建立相关记录的过程。批次管理跟踪谱系的建立。可以直观了解整个生产过程中批次的构成信息和相互关系，为产品质量回溯提供数据支持。
目前卷烟企业一般采用多个生产部门的结构，每个部门拥有一条完整的制丝线和至少一个卷包车间，但缺乏物流系统。制丝生产是典型的流水线作业，工艺布局中各工序往往采用串联、并联、绕过、返回等方式组成工段，相互衔接形成产品加工能力。根据各工序段所承担的工艺任务不同，将制丝过程分为若干个工段，这些工段以贮柜作为连接手段，形成制丝生产的有机整体。这种生产方式在制丝的润叶阶段按品牌序列(例如云烟软珍)进行不同等级烟叶的组合批次加工，其缺点在于不同等级的烟叶不能根据其物理、化学特性进行分组加工，缺乏柔性，不符合精细化生产的要求；一条生产线只能生产一种固定的原料，改变较困难，属于刚性制丝生产，与之相配合的批次管理仅仅是针对卷包线和制丝线分别进行单独批次管理。
由于制丝与卷包对于批次的定义不同，甚至在卷包车间并没有明确的批次概念，制丝段和卷包段是断开的，无法进行精确的衔接，从而使回溯过程只能到达卷包机台，不能精准地回溯到制丝过程，阻碍了精细化生产管理的实现。
2 分组加工中的批次管理技术
2.1 卷烟分组加工技术
卷烟生产分组加工一般分为制丝片区、物流片区和卷包片区。见图1。
图1 分组加工生产流程示意图
(1)制丝片区分为制丝主线区和梗线。制丝主线从原料立体仓库(以下简称“立库”)投料开始，以烟丝进入烟丝立库结束。制丝主线区由多条制丝线构成，制丝线分为片烟处理前段、片烟处理后段及制丝处理段3段，片烟前后段以叶库为衔接手段，片烟处理后段和制丝处理段以储叶柜为衔接手段。打叶复烤阶段对单等级烟叶进行重新组合形成的模块化烟叶原料，多条叶线可根据不同模块烟叶的物理特性、化学特性分别进行加工，该生产方式能够适应柔性化生产和精细加工的要求。
(2)物流片区分为原料立库、烟叶立库、烟丝立库和成品库。不同等级的烟叶经过叶线处理后分别放入烟叶立库存储，可根据不同模块合理安排加工后的存储时间。利用箱子将烟丝存放在储丝立库中，可满足多个牌号或同一个牌号的多个序列的卷包线生产，也可满足紧急情况下的小批量订单生产。
(3)卷包片区由独立的卷接包机组作为独立处理单元，以烟丝立库中的供丝振盘作为烟丝立库和卷包线的衔接手段。
2.2 制丝线批次管理
根据工艺要求，在打叶复烤阶段首先对烟叶进行单等级加工，然后根据烟叶的物理、化学和感官特性的相似度进行重组后形成模块化烟包，模块烟叶的概念可以一直延伸到叶库入库前，叶库出库后进行模块混合形成品牌序列，也可以延伸到储丝柜前的掺配柜。在储丝柜前配置有多个掺配柜和多台带电子秤的掺配线，可进行模块混合掺配及梗丝掺配等，掺配完成后进入储丝柜，如果选择叶库出库作为模块掺配点，则此处仅完成梗丝、回丝等掺配，因此可根据不同单位的工艺要求确定品牌形成点，储丝柜烟丝进入加香机完成加香后装箱入立体储丝库。该点后续工序需要品牌序列作为识别符，这是因为在制丝线上经常出现混批现象，即多个批次烟叶掺配形成新批次烟叶，多个批次烟丝混合成几个批次烟丝，其优点在于既可在关键工艺点根据不同模块烟叶的特性进行分组加工，又可在其他工艺点进行批次混合后加工，从而提升不同模块烟叶的加工品质，并减少同一个品牌系列中不同模块烟叶批次间的内在品质差异，最终通过调香工艺处理(指同一个品牌系列对应试验后确定适合的香料)模块间的微小差异，从而达到同一系列烟丝内在品质的一致性。如图2所示，混合批次有3种情况：①合批，是将2个批次的物料混合成一个批次的物料；②分批，是将一个批次的物料分为2个批次的物料以满足后续加工要求；③拆批，是将多于一个的批次物料混合后形成多于一个批次的物料，以满足后续加工要求。
图2 混合批次示意图
2.3 物流批次管理
物流片区箱式储丝立库的载体是储丝箱及供丝振盘，该处的批次管理考虑的是从丝线的混合丝柜到箱子的一对多关系、箱子到振盘的多对一关系，以及振盘到机台的一对多关系。根据关系数据库理论中的关系属性可得到：混合丝柜属性(烟丝批次号、牌号等)、箱子属性(箱子号、烟丝批次号、存储时间等)和振盘属性(振盘号、箱子号、机台号等)，利用这些二维表的码及外码可以将机台与振盘、箱子、混合丝柜的批次联系起来。
2.4 卷包批次管理
卷包批次定义为一个机台一个班组8h生产量作为一个批次。在供丝时都是按同品牌的数箱烟丝供给一台喂丝机，属于多对一关系；而一台喂丝机有多个带风管的供丝振盘，每个振盘对应一台卷接包机组，就相当于一台喂丝机对应多台卷接包设备，属于一对多关系。因此可以在每包烟的烟标上采用隐形喷码技术记录卷接包机组机台号、班次号、供丝振盘号、供丝振盘的供丝时间等信息，通过该喷码信息可以将机台信息与供丝振盘信息相衔接，而供丝振盘信息可以通过管理系统与箱式储丝立库中提供供丝任务的储丝箱信息相衔接，从而实现卷包批次与制丝批次的衔接。
2.5 制丝、物流和卷包批次的衔接
制丝线的终结点是储丝柜，每个储丝柜当前对应的批次、品牌号是唯一的，因此储丝柜属性为批次、品牌号、完成入柜时间等；制丝线与物流箱式储丝库的连接点是装箱入库，按照一个批次(一柜烟丝)进行装箱入库，因此该批次属性为批次号、品牌号、箱子号、入库时间、需存储时间等；两者通过批次号和品牌号进行连接，物流起点为装箱站，终结点为供丝振盘，到达供丝振盘时的表属性为批次号、品牌号、箱子号、喂丝机号、供丝时间、供丝完成时间等；到达卷包线机台时的表属性为品牌号、喂丝机号、机台号、生产时间等。两张表通过品牌号、喂丝机号、供丝时间、完成时间、生产时间(供丝时间<生产时间<供丝完成时间)作为查询连接点，通过这些表可以进行批次追溯，见图3。SQL Server，Oracle等数据库软件都可以提供功能强大的二维表操作，因此通过建立关系数据库，可以对整个生产过程进行批次跟踪和追溯。
图3 制丝、物流和卷包批次关联示意图
3 基于树形结构的批次族系的建立
在此不讨论批次号的编码规则，假定批次号已进行了唯一的编码。传统生产流程以品牌为模式的批次管理中，最终储丝柜中的烟丝由多个烟叶批次、糖香料批次构成，批次之间只是简单的一对多关系，因此可以采用树形结构建立批次间的族系。树形结构是计算机数据结构中的一种基本结构，能有效表征批次之间的一对多关系，见图4。树形结构描述的是批次之间的逻辑关系，可以简单有效地在计算机中实现对关系的表示(存储结构)和操作。在该加工点上每个批次号对应一张批次信息表中的一条记录，见表1。通过该二维表的属性关系可以确定码，从而通过码对该表进行操作。
图4 树形结构的批次族系
表1 批次信息
4 基于有向图的卷烟生产批次跟踪谱系的建立
由于分组加工的批次管理中会出现合批、分批、拆批等混批现象，而拆批属于多对多关系，树形结构不能表征多对多关系，因此不能采用树形结构建立生产批次跟踪谱系，必须建立相应的数学模型，以便于计算机处理。
计算机数据结构中通常采用图状结构表征元素之间存在的多对多关系，因此采用有向图结构建立生产批次跟踪谱系，见图5。图中双圈为最终批次，通过对有向图的遍历(深度优先搜索或广度优先搜索)得到图中批次11结点由哪些结点批次构成，从而可以追溯到整个生产批次的谱系族。
图5 有向图结构的批次族系
该有向图中如果两个结点有有向边相连(例如①—⑤)，则记录为1，否则为0，因此有向图5可以用
数学模型，该数据结构便于在计算机中表示。例如有向图5中11号结点表示批次号为11的物料，由⑧、⑨两个批次混合而成，其相应信息情况见表2。通过该二维表的属性关系可以确定码，从而通过码对该表进行数据操作。
表2 批次号为11的物料信息
有向图也可应用于寻找最优加工线路。由于各模块加工时间、存储时间不同，在制丝线数量有限的情况下，在前期加工时寻找最优加工路径，可以优化掺配前的整个加工路径，找出加工时间短且存储时间长的模块，节约加工时间，避免因相互等待导致生产时间过长，从而提高加工效率。其数学模型就是寻找关键路径问题，对有向图的有向边赋予权值，如加工时间(生产时间+存储时间)，可以找出关键路径，优化生产工序，同时还要考虑设备是否空闲等因素。对带权值的有向图进行寻找最佳路径问题，本文仅对制丝生产线进行讨论，物流、卷包工序均不存在模块加工及批次混合情况，因此不存在寻找最佳路径问题。
矩阵中，如果有弧
图6 带权值有向图
5 结语
全配方加工中的树型结构不能表征分组加工中批次之间的多对多关系，因此不能用其建立分组加工中的批次跟踪谱系。而有向图可以表征更复杂的关系，特别是多对多的数据关系。通过对分组加工中批次管理进行分析和研究发现批次之间多是多对多关系，因此提出并采用有向图建立批次管理跟踪谱系，可以较好地表征卷烟生产分组加工中复杂批次之间的相互关系，为复杂批次关系下跟踪谱系的建立提供了一种新方法。通过计算机模拟，有向图可以解决分组加工中批次之间多对多关系，进而建立起分组加工中复杂批次之间的跟踪谱系，从而为卷烟企业MES系统的具体实施提供帮助，为批次管理和产品追溯提供有效信息。
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本文标题：基于有向图的卷烟生产批次跟踪谱系的建立
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