AGV自動(dòng)備貨模式在煙草商業(yè)分揀中心的應(yīng)用

文/徐忠書(shū) 王德福

目前，我國(guó)煙草的產(chǎn)量和消費(fèi)量都位于世界第一位，煙草企業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演了非常關(guān)鍵的角色。在煙草商業(yè)分揀中心的備貨環(huán)節(jié)，行業(yè)主流采用的是流體條貨架備貨、多穿庫(kù)備貨及倍速鏈備貨等模式。然而，當(dāng)項(xiàng)目建設(shè)完成后，這些備貨模式往往受限于設(shè)備配置及場(chǎng)地，備貨動(dòng)線長(zhǎng)、靈活性差，在備貨品規(guī)數(shù)及備貨量發(fā)生變化時(shí)，不能滿足生產(chǎn)需求。因此，新建商業(yè)分揀中心備貨中的場(chǎng)地、備貨動(dòng)線、靈活性問(wèn)題，成為智能倉(cāng)儲(chǔ)管理中亟待解決的問(wèn)題。

一、國(guó)內(nèi)外同類研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

高速自動(dòng)化分揀系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和物流中心智能管理系統(tǒng)，有利于提高系統(tǒng)分揀輸送效率、提升國(guó)內(nèi)物流技術(shù)裝備技術(shù)水平。自動(dòng)備貨補(bǔ)貨系統(tǒng)作為煙草自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)貨物的備貨補(bǔ)貨過(guò)程起到了重要的作用，其在存取過(guò)程中能自動(dòng)跟蹤貨源，增加了備補(bǔ)貨的靈活性和預(yù)見(jiàn)性。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，個(gè)性化的消費(fèi)需求愈發(fā)凸顯，卷煙需求向多品種、小批量方向發(fā)展，配送卷煙的種類、數(shù)量和經(jīng)銷(xiāo)商數(shù)量都急劇增加，增加了貨物的存取難度，這就對(duì)自動(dòng)備貨設(shè)備提出了更高要求。同時(shí)，配送中心進(jìn)行分揀配送的卷煙品規(guī)和數(shù)量每天都在發(fā)生變化，備貨系統(tǒng)的柔性化、高適應(yīng)性成為商業(yè)配送中心的迫切需求。

1.自動(dòng)化物流技術(shù)的總體水平

在美日歐等發(fā)達(dá)國(guó)家，煙草物流運(yùn)行自動(dòng)化程度已經(jīng)得到了很大發(fā)展，相比國(guó)內(nèi)的煙草倉(cāng)儲(chǔ)布局形式，其煙草物流倉(cāng)儲(chǔ)中心一般不大，但自動(dòng)化程度較高。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)成為存儲(chǔ)和出入庫(kù)的首選，與之相匹配的時(shí)自動(dòng)化程度很高的分揀系統(tǒng)和備貨系統(tǒng)，采用人工進(jìn)行作業(yè)的方式基本已被摒棄。

在我國(guó)制造業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中，已經(jīng)將實(shí)用化的柔性制造系統(tǒng)列為發(fā)展柔性自動(dòng)化技術(shù)的三層次之一，予以大力推進(jìn)。比如，紅河卷煙廠的企業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)，總體上已達(dá)到了世界先進(jìn)水平，也是目前世界煙草行業(yè)綜合功能最齊全的自動(dòng)化物流系統(tǒng)。列入國(guó)家“863計(jì)劃”的海爾國(guó)際物流中心，采用了世界上最先進(jìn)的AGV系統(tǒng)、巷道堆垛機(jī)、機(jī)器人等技術(shù)，全部實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代物流的自動(dòng)化和智能化。目前，柔性生產(chǎn)方式及物流自動(dòng)運(yùn)輸，已在我國(guó)諸多企業(yè)和領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如中外運(yùn)、春蘭集團(tuán)、大連華錄、云南紅河、上海大眾、一汽金杯等。

總體來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化物流（含備貨子系統(tǒng)）技術(shù)比較成熟，在煙草行業(yè)工業(yè)及其他行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)得到了應(yīng)用。但在煙草商業(yè)配送中心應(yīng)用很少，應(yīng)用先進(jìn)的AGV自動(dòng)備貨技術(shù)對(duì)提高配送中心的自動(dòng)化物流水平有很大必要。

2.煙草行業(yè)自動(dòng)備貨技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

（1）備貨設(shè)備的現(xiàn)狀

目前大多數(shù)煙草配送中心采用流體條貨架人工備貨、多穿庫(kù)備貨及倍數(shù)鏈備貨等設(shè)備自動(dòng)備貨。人工備貨模式勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，差錯(cuò)率高，如今行業(yè)中人工備貨模式和自動(dòng)備貨模式同時(shí)存在，多穿庫(kù)備貨及倍數(shù)鏈備貨等自動(dòng)備貨模式正逐漸取代人工備貨模式。

現(xiàn)有的自動(dòng)備貨設(shè)備，受設(shè)備功能限制只能處理一定尺寸范圍內(nèi)的卷煙，卷煙的備貨數(shù)量最大值是固定的，適應(yīng)性差，柔性不高。當(dāng)備貨需求的卷煙數(shù)量及品規(guī)數(shù)發(fā)生變化，不能適應(yīng)后端分揀作業(yè)的需要。

（2）AGV的發(fā)展現(xiàn)狀

AGV(自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē))是物流系統(tǒng)中柔性化、智能化程度極高的輸送設(shè)備。它具有不固定占用地面面積、自動(dòng)化程度高、應(yīng)用靈活、安全可靠、無(wú)人操作、施工簡(jiǎn)單及維修方便等優(yōu)點(diǎn)，與其它物料輸送設(shè)備相比，有較好的適應(yīng)性和靈活性，在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中可以很好的應(yīng)用。AGV是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信息通訊、機(jī)械設(shè)計(jì)和電子技術(shù)等各種技術(shù)于一體的高新技術(shù)裝備。

AGV在現(xiàn)代制造業(yè)應(yīng)用廣泛，可以作為其它設(shè)備的安裝平臺(tái)或直接用于工廠搬運(yùn)，能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本，已成為自動(dòng)化物流搬運(yùn)系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)(CIMS)的核心關(guān)鍵設(shè)備，在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、碼垛、搬運(yùn)、涂裝等物流作業(yè)單元發(fā)揮了關(guān)鍵作用。目前國(guó)外投入運(yùn)行的 AGV 約有幾十萬(wàn)臺(tái)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，對(duì)于 AGV 的研究已被列入國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃，其研究與開(kāi)發(fā)取得了一系列成果，國(guó)內(nèi)一些煙草工業(yè)企業(yè)也開(kāi)始逐漸應(yīng)用 AGV。AGV在分揀中心內(nèi)的應(yīng)用，如圖1。

二、AGV自動(dòng)備貨模式

1.AGV自動(dòng)備貨模式的提出

用于托盤(pán)卷煙搬運(yùn)的AGV，具有自主定位導(dǎo)航、柔性運(yùn)動(dòng)控制、智能調(diào)度管理、多重安全防護(hù)等特點(diǎn)，適應(yīng)于煙草配送中心的倉(cāng)儲(chǔ)物料輸送及備貨。采用AGV進(jìn)行備貨增加了備補(bǔ)貨的靈活性和預(yù)見(jiàn)性，解決了現(xiàn)有自動(dòng)備貨設(shè)備在備貨數(shù)量和品規(guī)方面的限制，適應(yīng)性更強(qiáng)，柔性更高。這種模式是煙草配送中心備貨的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。

某煙草公司分揀中心，擬在新建卷煙物流配送中心過(guò)程中研究采用AGV自動(dòng)備貨的模式；這種全新備貨模式，具有高度的柔性和適應(yīng)性，備貨動(dòng)線短，可以適應(yīng)備貨品規(guī)數(shù)及備貨量發(fā)生變化時(shí)的備貨需求，滿足商業(yè)配送中心的作業(yè)需要，支撐商業(yè)分揀高質(zhì)量發(fā)展，具有重大意義。

圖1 AGV在分揀中心的應(yīng)用

圖2 AGV自動(dòng)備貨流程

圖3 AGV補(bǔ)貨過(guò)程

圖4 AGV分布式緩存

圖5 調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

2.AGV自動(dòng)備貨流程

煙草公司運(yùn)送來(lái)的件煙以30件/托盤(pán)的形式，存儲(chǔ)于物流分揀中心的立體倉(cāng)庫(kù)中。條煙分揀線進(jìn)行分揀前，堆垛機(jī)或者叉車(chē)根據(jù)WMS給的指令將存儲(chǔ)于立庫(kù)中的相應(yīng)整托盤(pán)煙取出放置于AGV的接駁位。AGV根據(jù)WMS給的指令將整托盤(pán)的件煙放置于暫存位。AGV小車(chē)對(duì)存放在地面的托盤(pán)卷煙進(jìn)行取放及輸送。當(dāng)訂單任務(wù)下發(fā)后，AGV小車(chē)把需要備貨的托盤(pán)卷煙取出，輸送到備貨位置放下，等機(jī)械手需要進(jìn)行拆盤(pán)時(shí)，AGV小車(chē)把托盤(pán)卷煙輸送到拆盤(pán)工位，拆盤(pán)完成后AGV小車(chē)把托盤(pán)卷煙取出，輸送到備貨位置放下，進(jìn)入下一個(gè)取放及輸送循環(huán)。AGV自動(dòng)備貨流程，如圖2。

分揀開(kāi)始，AGV根據(jù)調(diào)度指令將相應(yīng)品規(guī)的件煙運(yùn)送到機(jī)械手的拆盤(pán)區(qū)，機(jī)械手通過(guò)圖像識(shí)別將相應(yīng)位置以及數(shù)量的件煙，轉(zhuǎn)移到件煙的輸送線上完成件煙的補(bǔ)貨。補(bǔ)貨完成AGV將托盤(pán)運(yùn)走。如果拆盤(pán)完成后托盤(pán)上件煙數(shù)量不為零，則將托盤(pán)運(yùn)送至原位置；如果拆盤(pán)完成后托盤(pán)上件煙數(shù)量為零，則將托盤(pán)運(yùn)至空托盤(pán)碼盤(pán)區(qū)將空托盤(pán)碼盤(pán)等待轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)RCS下達(dá)出庫(kù)指令，將此品規(guī)的出庫(kù)。AGV補(bǔ)貨過(guò)程，如圖3。AGV分布式緩存，如圖4。

3.調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度系統(tǒng)主要有倉(cāng)儲(chǔ)管理計(jì)算機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)、AGV管理控制計(jì)算機(jī)、AGV監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。其中，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)有自帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的功能，裝置在AGV小車(chē)的車(chē)體內(nèi)部當(dāng)中，通過(guò)車(chē)間不同地方的無(wú)線AP(或經(jīng)過(guò)3G／4G網(wǎng)絡(luò))創(chuàng)建無(wú)線的連接方式，安全特性保證系統(tǒng)的完善性，可以防止系統(tǒng)受到侵襲，而且支持較寬的工作溫度，在嚴(yán)苛的戶外環(huán)境仍然可以進(jìn)行有效的應(yīng)用，進(jìn)而維持AGV監(jiān)控中心和觀場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中的AGV車(chē)輛的正常通訊。

調(diào)度系統(tǒng)是通過(guò)PLC來(lái)進(jìn)行全面的控制，小車(chē)載有工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，能夠與AGV控制計(jì)算機(jī)發(fā)生無(wú)線通信，進(jìn)而有效執(zhí)行AGV控制計(jì)算機(jī)的相關(guān)命令。該控制計(jì)算機(jī)可依據(jù)AGV小車(chē)上報(bào)的地點(diǎn)與狀況信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)全部AGV小車(chē)的整體運(yùn)行情況，當(dāng)發(fā)生突發(fā)狀況的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警的相關(guān)操作，還承擔(dān)搜集輸送系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)站點(diǎn)的輸送請(qǐng)求，并依據(jù)每一個(gè)輸送站點(diǎn)的信號(hào)情況，自動(dòng)分配AGV小車(chē)的任務(wù)情況，PLC依據(jù)讀取到的一系列數(shù)據(jù)信息，使該小車(chē)對(duì)地面標(biāo)識(shí)，進(jìn)行有效的讀取工作，并發(fā)出相關(guān)動(dòng)作(變化速度、定位、轉(zhuǎn)向及停車(chē)等)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)AGV調(diào)度系統(tǒng)功能以及站點(diǎn)定位的功用。調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)，如圖5。

三、AGV備貨模式在分揀中心中的應(yīng)用

1.某市配送中心的現(xiàn)狀

某市配送中心需處理的訂單中，品規(guī)比較多，且各訂單的集中程度低。全年處理品規(guī)180個(gè)左右，訂單品規(guī)重合度低，銷(xiāo)量最大的品規(guī)占全年總銷(xiāo)量的13.57%，累計(jì)銷(xiāo)量的前8個(gè)品規(guī)總占比為51.84%，細(xì)支煙兩個(gè)品規(guī)占比為10.99%。在1月份異型煙占比超過(guò)50%，訂單品規(guī)比較分散，要求備貨設(shè)備多批次、多品種柔性備貨。因此，需要研發(fā)一種適合此配送中心訂單情況的備貨模式。

2. AGV備貨方案

針對(duì)該市的實(shí)際需求，做出如下AGV備貨方案（如圖6），在機(jī)械手拆盤(pán)區(qū)規(guī)劃一點(diǎn)區(qū)域作為件煙托盤(pán)的暫存區(qū)。暫存區(qū)可暫存90個(gè)托盤(pán)，其中12個(gè)暫存位位于貨架的一層。分揀區(qū)臥式機(jī)共有90個(gè)通道，90個(gè)托盤(pán)暫存位對(duì)應(yīng)后端臥式機(jī)的90個(gè)通道。

圖6 AGV備貨方案

表1 AGV需求數(shù)量計(jì)算

根據(jù)分揀任務(wù)AGV將件煙轉(zhuǎn)移至機(jī)械手的拆盤(pán)位置，機(jī)械手將相應(yīng)的件煙拆至輸送線，機(jī)械手完成補(bǔ)貨AGV將托盤(pán)送回原位置。AGV根據(jù)指令轉(zhuǎn)移。完成補(bǔ)貨過(guò)程。

3. AGV數(shù)量計(jì)算

托盤(pán)暫存位與補(bǔ)貨通道數(shù)相等，可以避免品規(guī)較小的煙在機(jī)械手拆盤(pán)完成后的返庫(kù)，以及再次出庫(kù)，增大節(jié)拍的時(shí)間長(zhǎng)度。

在出庫(kù)過(guò)程中直行距離平均為54m，速度0.5m/s，直行耗時(shí)108s，轉(zhuǎn)彎時(shí)間3s，轉(zhuǎn)彎次數(shù)8，轉(zhuǎn)彎耗時(shí)24s，動(dòng)作時(shí)間5s，動(dòng)作次數(shù)2，動(dòng)作耗時(shí)10s，運(yùn)行耗時(shí)142s，需求節(jié)拍45s/次，冗余系數(shù)1.2。

在補(bǔ)貨過(guò)程中直行距離平均為51m，速度0.5m/s，直行耗時(shí)102s，轉(zhuǎn)彎時(shí)間3s，轉(zhuǎn)彎次數(shù)8，轉(zhuǎn)彎耗時(shí)24s，動(dòng)作時(shí)間5s，動(dòng)作次數(shù)2，動(dòng)作耗時(shí)10s，運(yùn)行耗時(shí)136s，需求節(jié)拍669s/次，冗余系數(shù)1.2。

在返空過(guò)程中直行距離平均為54m，速度0.5m/s，直行耗時(shí)108s，轉(zhuǎn)彎時(shí)間3s，轉(zhuǎn)彎次數(shù)8，轉(zhuǎn)彎耗時(shí)24s，動(dòng)作時(shí)間5s，動(dòng)作次數(shù)2，動(dòng)作耗時(shí)10s，運(yùn)行耗時(shí)142s，需求節(jié)拍702s/次，冗余系數(shù)1.2。

按照每天工作8小時(shí)計(jì)算，每小時(shí)消耗件煙數(shù)量為360件。一天出庫(kù)周轉(zhuǎn)托盤(pán)133托，90個(gè)品規(guī)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得出總計(jì)需求AGV數(shù)量為9臺(tái)。如表1。

4. AGV備貨方案中的亮點(diǎn)

（1）訂單品規(guī)比較分散，備貨設(shè)備多批次、多品種柔性備貨的問(wèn)題，得到很好解決。

（2）通過(guò)使用AGV備貨模式，去除了倍速鏈以及多穿庫(kù)的使用，設(shè)備靈活性大大增加，對(duì)未來(lái)升級(jí)改造留下更多空間。

（3）倍速鏈以及多穿庫(kù)的去除，節(jié)省分揀區(qū)域大片空間，可以提高分揀車(chē)間的空間利用率。

四、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合具體項(xiàng)目實(shí)際情況，以及AGV備貨方案的特點(diǎn)，本文對(duì)AGV在件煙備貨中的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹，此備貨方案可以在更多的分揀中心進(jìn)行推廣使用。