文/鄭寒峰

在溫州煙草異地重建的新配送中心里，引入適應(yīng)多批次分揀模式的物流體系成為關(guān)鍵，其中直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用是該項(xiàng)目的最大亮點(diǎn)。

煙草商業(yè)配送中心的主要功能是接收煙草工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的卷煙，通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)、分揀、配送等物流環(huán)節(jié)，將零售商戶的訂貨卷煙送至門店，完成商業(yè)交易最后的貨物交接。近十年來(lái)，煙草商業(yè)企業(yè)不斷引入自動(dòng)化物流設(shè)備，來(lái)提高物流效率與服務(wù)質(zhì)量。

為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，提高對(duì)零售商戶的服務(wù)水平，建立一個(gè)以滿足客戶即時(shí)響應(yīng)為服務(wù)目標(biāo)的客戶分類體系，并配置相應(yīng)的物流系統(tǒng)，成為浙江省煙草公司溫州市公司（簡(jiǎn)稱“溫州煙草”）面對(duì)的重要課題。在溫州煙草異地重建的新配送中心里，引入適應(yīng)多批次分揀模式的物流體系成為關(guān)鍵，其中直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用是該項(xiàng)目的最大亮點(diǎn)。

一、配送中心概況

溫州煙草新建的卷煙配送中心位于溫州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，占地80畝，建筑面積近50000平方米，投產(chǎn)后承擔(dān)全市約5萬(wàn)個(gè)客戶卷煙分揀、配送工作任務(wù)。配送中心每日需處理35.8萬(wàn)條卷煙，和近1萬(wàn)個(gè)客戶發(fā)生交易，日處理規(guī)格數(shù)約為180個(gè)，其中常規(guī)煙規(guī)格數(shù)為120個(gè)左右，異型煙規(guī)格數(shù)約60個(gè)。整體客戶送貨響應(yīng)采用T+2模式，即單日訂單，次日分揀，隔日送貨的模式。

溫州煙草配送中心在物流系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中大量采用了自動(dòng)化設(shè)備，如，入庫(kù)采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人，倉(cāng)儲(chǔ)采用巷道式堆垛機(jī)，備貨采用直角坐標(biāo)機(jī)器人技術(shù)，分揀采用煙草專用半自動(dòng)分揀設(shè)備，包裝采用煙草專用PE膜包裝機(jī)。上述自動(dòng)化設(shè)備大幅提高了卷煙分揀、配送效率，降低了送貨差錯(cuò)率和殘損率，奠定了配送中心為客戶提供優(yōu)質(zhì)物流服務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)。

值得一提的是，該配送中心為了提升客戶體驗(yàn)，實(shí)施了創(chuàng)新的直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體系統(tǒng)，并取得了良好效果。

二、優(yōu)化升級(jí)物流系統(tǒng)

（一）傳統(tǒng)煙草商業(yè)物流系統(tǒng)存在的問(wèn)題

由于煙草商業(yè)企業(yè)的行業(yè)壟斷地位，傳統(tǒng)上對(duì)客戶的物流屬性分類一般只考慮兩個(gè)因素。一是客戶的地域因素，即所屬送貨線路和送貨車輛；二是送貨日，即一周中哪一天送貨。而分揀作為送貨的上游環(huán)節(jié)，為了發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，減少流程風(fēng)險(xiǎn)，一般采用單批次分揀模式和T+2的響應(yīng)模式。

溫州煙草卷煙配送中心效果圖

圖1 入庫(kù)多關(guān)節(jié)機(jī)器人

圖2 倉(cāng)儲(chǔ)巷道式堆垛機(jī)

圖3 備貨直角坐標(biāo)機(jī)器人

圖4 煙草專用分揀設(shè)備

圖5 煙草專用包裝機(jī)

但隨著電子商務(wù)和新零售等新業(yè)態(tài)的發(fā)展，以及煙草行業(yè)物流降本增效的內(nèi)生性需求，T+2的送貨響應(yīng)模式無(wú)法適應(yīng)煙草行業(yè)物流的發(fā)展需要，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

一是客戶體驗(yàn)問(wèn)題。隨著天貓、京東等電商及其配套物流體系的快速發(fā)展，在江浙滬地區(qū)，上午下單、下午到貨的高效配送方式相當(dāng)普及。相對(duì)于電商物流，一直作為中國(guó)現(xiàn)代物流先行者的煙草物流，目前已經(jīng)處于落后地位，這一狀況亟待改變。

二是客戶資金占?jí)簡(jiǎn)栴}。煙草商業(yè)企業(yè)一般采用先付款后發(fā)貨的交易模式。溫州地區(qū)一個(gè)煙包（25條卷煙）價(jià)值約4000元，大客戶訂20至30個(gè)煙包，每筆交易多達(dá)10多萬(wàn)元，而客戶最快也要2天后拿到貨物，最慢4天（周四分揀的客戶）后拿到貨物。對(duì)客戶來(lái)說(shuō)，資金無(wú)法達(dá)到有效利用。

三是送貨成本問(wèn)題。采用“一刀切”的物流模式，部分零散小客戶往往只需1個(gè)月或者半個(gè)月訂一次貨即可滿足銷售，煙草商業(yè)物流也要一周送一次貨，大量消耗了送貨資源，增加了物流成本。

四是業(yè)務(wù)拓展問(wèn)題。當(dāng)前物流模式無(wú)法及時(shí)響應(yīng)工地用煙、漁民用煙、婚慶用煙等臨時(shí)性的用煙需求，使溫州煙草的業(yè)務(wù)無(wú)法得到有效擴(kuò)展，被市場(chǎng)大戶擠壓了市場(chǎng)份額。

因此，建立一個(gè)以滿足客戶即時(shí)響應(yīng)為服務(wù)目標(biāo)的物流客戶分類體系，并配置相應(yīng)的物流系統(tǒng)，已經(jīng)成為擺在溫州煙草面前的重要課題。而分揀系統(tǒng)作為送貨服務(wù)最重要的前置環(huán)節(jié)，對(duì)不同類別目標(biāo)客戶群形成不同批次的分揀任務(wù)是硬件基礎(chǔ)，也是提高客戶響應(yīng)的起點(diǎn)。但是目前煙草行業(yè)分揀系統(tǒng)的備貨環(huán)節(jié)一般都只支持單批次分揀，即在一個(gè)訂單批次完成之前，無(wú)法進(jìn)行下一個(gè)訂單批次并即時(shí)備貨，備貨周期一般長(zhǎng)達(dá)40分鐘至1小時(shí)，無(wú)疑是整個(gè)業(yè)務(wù)體系中最大的瓶頸。

（二）原因分析

煙草商業(yè)物流一般采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人+重力式貨架的方式進(jìn)行備貨，該方式存在以下三個(gè)問(wèn)題。

表1：煙草商業(yè)物流卷煙的組態(tài)方式

1. 備貨環(huán)節(jié)組態(tài)過(guò)多

煙草商業(yè)物流卷煙商品一般具有5個(gè)組態(tài)方式，即托盤態(tài)、件煙態(tài)、條煙態(tài)、盒煙態(tài)和煙包態(tài)，參見表1。

多關(guān)節(jié)機(jī)器人+重力式貨架的備貨方式，需要將托盤態(tài)卷煙出庫(kù)，全部拆盤進(jìn)入重力式貨架，所有品規(guī)完成拆盤后，件煙按訂單排序進(jìn)入分揀系統(tǒng)。需要經(jīng)過(guò)托盤至件煙（30件集合）再到件煙排序兩次組態(tài)。一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行兩次物流串行組態(tài)略顯冗余。

2. 備貨節(jié)奏不匹配

在設(shè)備選型過(guò)程中，一般按補(bǔ)貨能力來(lái)配置機(jī)器人數(shù)量。以溫州卷煙配送中心為例：分揀產(chǎn)能設(shè)計(jì)為80000條/小時(shí)（1600件/小時(shí)），一般配置2臺(tái)800件/小時(shí)的關(guān)節(jié)機(jī)器人進(jìn)行拆盤。上下游效率基本匹配，但規(guī)格數(shù)不匹配導(dǎo)致整體節(jié)奏不匹配。如關(guān)節(jié)機(jī)器人拆1托盤30件A品規(guī)卷煙，而分揀實(shí)際需求可能是10件A品規(guī)，5件B品規(guī)，15個(gè)其他品規(guī)各1件。

3. 控制系統(tǒng)緊耦合

表2：直角坐標(biāo)機(jī)器人主要參數(shù)

物流系統(tǒng)供應(yīng)商一般將備貨系統(tǒng)作為分揀系統(tǒng)的一個(gè)模塊，為保障分揀系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電控系統(tǒng)和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)上進(jìn)行強(qiáng)關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致件煙ID在多個(gè)批次之間出現(xiàn)沖突，無(wú)法在當(dāng)前批次完成之前導(dǎo)入下個(gè)訂單批次。極端情況下，如果多條分揀線中有一條出現(xiàn)故障，所有業(yè)務(wù)將在故障排除并完成生產(chǎn)后方可操作。

當(dāng)前物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)等技術(shù)條件制約，導(dǎo)致煙草商業(yè)企業(yè)雖然擁有強(qiáng)大的物流資源，卻無(wú)法為下游送貨提供多層次的客戶服務(wù)。這就需要在整體物流規(guī)劃前期設(shè)計(jì)全新的備貨流程，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)分一體，并采用新型的自動(dòng)化設(shè)備彌補(bǔ)現(xiàn)有硬件設(shè)備的不足。經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體系統(tǒng)成為溫州煙草新配送中心的最優(yōu)選擇。

（三）解決方案

所謂儲(chǔ)分一體系統(tǒng)，是將備貨系統(tǒng)視為倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)特殊模塊，使其既可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)功能，同時(shí)具備高效的備貨補(bǔ)貨功能。近幾年，煙草行業(yè)中逐步出現(xiàn)了直角坐標(biāo)機(jī)器人、多層穿梭車、件煙密集庫(kù)+穿梭板等一系列的儲(chǔ)分一體技術(shù)。其中，直角坐標(biāo)機(jī)器人的處理單元為托盤態(tài)，適合大平面、高空間、物流體量大的配送中心；多層穿梭車和件煙密集庫(kù)的儲(chǔ)存單元為件煙態(tài)，即，在入庫(kù)時(shí)就拆成件煙態(tài)來(lái)支撐分揀業(yè)務(wù)，比較適合物流體量較小的配送中心和原地技改項(xiàng)目。

而溫州卷煙配送中心體量較大，新中心建設(shè)采用異地技改方式，因此采用了直角坐標(biāo)機(jī)器人為備貨主技術(shù)路線。

四、直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1. 設(shè)備選型

通過(guò)綜合比較多關(guān)節(jié)機(jī)器人+重力式貨架，多穿和直角坐標(biāo)機(jī)器人三種技術(shù)方式，溫州煙草初選了全直角坐標(biāo)系統(tǒng)和直角坐標(biāo)系統(tǒng)（處理大品規(guī)）+多穿（處理小品規(guī)）兩種方案。但在綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、造價(jià)和異型煙發(fā)展趨勢(shì)（大量取代中小品規(guī)），最終確定了全直角坐標(biāo)系統(tǒng)的方案。

2. 能力設(shè)計(jì)

根據(jù)溫州卷煙配送中心產(chǎn)能年銷量45萬(wàn)大箱的規(guī)模，分揀產(chǎn)能80000條/小時(shí)（1600件/小時(shí)）的要求，備貨系統(tǒng)按1.5倍波動(dòng)系數(shù)，備貨能力設(shè)計(jì)達(dá)到2400件/小時(shí)，共配置6臺(tái)設(shè)備分為3組，每組2臺(tái)，兩兩互備，單機(jī)能力為400件/小時(shí)。

3. 工況設(shè)計(jì)

直角坐標(biāo)機(jī)器人是以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動(dòng)方式所架構(gòu)起來(lái)的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)并遵循可控的運(yùn)動(dòng)軌跡。其工況設(shè)計(jì)如圖6，設(shè)備主要參數(shù)見表2。

圖6：直角坐標(biāo)機(jī)器人主視圖

圖7：溫州卷煙配送中心儲(chǔ)分一體區(qū)整體布局

圖8：信息與控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖9 直角坐標(biāo)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景

圖10 密集式托盤存儲(chǔ)道和直角坐標(biāo)機(jī)器人的組合應(yīng)用

4. 布局設(shè)計(jì)

儲(chǔ)分一體區(qū)分為ABC三個(gè)區(qū)域。

A區(qū)：X軸行距35米，一軌雙機(jī)，和7＊18道托盤密集存儲(chǔ)道混合應(yīng)用，主要處理A類大品規(guī)卷煙，占作業(yè)總量的40%。

B區(qū)：X軸行距25米，雙軌雙機(jī)，72個(gè)托盤位，場(chǎng)地具有卷煙保管條件，支持小A類和小C卷煙，尤其適應(yīng)單托盤卷煙長(zhǎng)期無(wú)法使用完的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，占作業(yè)總量的30%。

C區(qū)：X軸行距52米，超長(zhǎng)行距，一軌雙機(jī)，72個(gè)托盤位，支持小B類和小A類卷煙，占作業(yè)總量的30%。

三個(gè)區(qū)域總計(jì)270個(gè)托盤位，實(shí)時(shí)緩存量按50%托盤滿載率計(jì)算，約20萬(wàn)條卷煙，支持配送中心0.5天作業(yè)需求，目前是行業(yè)內(nèi)最大的直角坐標(biāo)儲(chǔ)分一體系統(tǒng)。

5. 信息與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用倉(cāng)儲(chǔ)和儲(chǔ)分一體化設(shè)計(jì)方式，將3個(gè)拆盤區(qū)作為WMS系統(tǒng)的庫(kù)區(qū)進(jìn)行管理，和分揀系統(tǒng)徹底剝離，信息與控制系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖8。

五、應(yīng)用效果、難點(diǎn)及場(chǎng)景推廣

1. 應(yīng)用效果

系統(tǒng)于2018年4月9日投入試運(yùn)行，采用B區(qū)支持1#分揀線的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)模式，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下。

（1）最遠(yuǎn)端件煙傳輸至分揀線完成開箱4min，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)；

（2）50件卷煙首次到達(dá)開箱機(jī)前端15min，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)；

（3）批次切換時(shí)間10min，數(shù)據(jù)在上批次分揀完成前完成優(yōu)化并同步下煙。

（4）平均拆盤節(jié)拍10s，略低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，機(jī)械機(jī)構(gòu)仍有調(diào)整空間。

應(yīng)用直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體技術(shù)，有效解決備貨系統(tǒng)多次串行組態(tài)的問(wèn)題，大幅地縮短了備貨時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)多層次的客戶服務(wù)提供了硬件基礎(chǔ)。

2. 應(yīng)用難點(diǎn)

（1）該系統(tǒng)對(duì)建筑層高要求較高，庫(kù)房?jī)艨找筮_(dá)到6米以上，設(shè)備凈高5.5米以上。

（2）吸盤夾具建議采用多路小孔的吸盤設(shè)計(jì)，避免使用機(jī)械夾具，來(lái)提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

（3）定位技術(shù)建議采用圖像或高速測(cè)距技術(shù)提高抓取成功率，如采用計(jì)算定位則存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

3. 應(yīng)用場(chǎng)景推廣

（1）長(zhǎng)跨度機(jī)器人實(shí)現(xiàn)小品規(guī)的自動(dòng)化補(bǔ)貨（C區(qū)模式）。煙草行業(yè)對(duì)小品規(guī)的備貨處理一般采用人工搬運(yùn)方式，在品規(guī)較多的情況下，使用直角坐標(biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體模式可以有效減少用工數(shù)量。

（2）和密集托盤道組合應(yīng)用支持整托盤越庫(kù)配送（A區(qū)模式）。目前部分煙草工業(yè)公司也有采用整托盤運(yùn)輸?shù)姆绞?，利用直角坐?biāo)機(jī)器人儲(chǔ)分一體和密集式托盤存儲(chǔ)道組合，可以支持到貨卷煙直接上線分揀，支持有效控制存銷比。