文/徐忠書 王德福

目前，我國煙草的產(chǎn)量和消費量都位于世界第一位，煙草企業(yè)在國民經(jīng)濟發(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、多穿庫備貨及倍速鏈備貨等模式。然而，當項目建設(shè)完成后，這些備貨模式往往受限于設(shè)備配置及場地，備貨動線長、靈活性差，在備貨品規(guī)數(shù)及備貨量發(fā)生變化時，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地、備貨動線、靈活性問題，成為智能倉儲管理中亟待解決的問題。

一、國內(nèi)外同類研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

高速自動化分揀系統(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、提升國內(nèi)物流技術(shù)裝備技術(shù)水平。自動備貨補貨系統(tǒng)作為煙草自動化分揀系統(tǒng)的重要組成部分，對貨物的備貨補貨過程起到了重要的作用，其在存取過程中能自動跟蹤貨源，增加了備補貨的靈活性和預見性。隨著市場經(jīng)濟發(fā)展，個性化的消費需求愈發(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)銷商數(shù)量都急劇增加，增加了貨物的存取難度，這就對自動備貨設(shè)備提出了更高要求。同時，配送中心進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、高適應性成為商業(yè)配送中心的迫切需求。

1.自動化物流技術(shù)的總體水平

在美日歐等發(fā)達國家，煙草物流運行自動化程度已經(jīng)得到了很大發(fā)展，相比國內(nèi)的煙草倉儲布局形式，其煙草物流倉儲中心一般不大，但自動化程度較高。自動化倉庫成為存儲和出入庫的首選，與之相匹配的時自動化程度很高的分揀系統(tǒng)和備貨系統(tǒng)，采用人工進行作業(yè)的方式基本已被摒棄。

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

總體來看，目前國內(nèi)外自動化物流（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)的標桿企業(yè)得到了應用。但在煙草商業(yè)配送中心應用很少，應用先進的AGV自動備貨技術(shù)對提高配送中心的自動化物流水平有很大必要。

2.煙草行業(yè)自動備貨技術(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、多穿庫備貨及倍數(shù)鏈備貨等設(shè)備自動備貨。人工備貨模式勞動強度大，效率低，差錯率高，如今行業(yè)中人工備貨模式和自動備貨模式同時存在，多穿庫備貨及倍數(shù)鏈備貨等自動備貨模式正逐漸取代人工備貨模式。

現(xiàn)有的自動備貨設(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，適應性差，柔性不高。當備貨需求的卷煙數(shù)量及品規(guī)數(shù)發(fā)生變化，不能適應后端分揀作業(yè)的需要。

（2）AGV的發(fā)展現(xiàn)狀

AGV(自動導引小車)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、自動化程度高、應用靈活、安全可靠、無人操作、施工簡單及維修方便等優(yōu)點，與其它物料輸送設(shè)備相比，有較好的適應性和靈活性，在自動化倉庫中可以很好的應用。AGV是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是集計算機、自動控制、信息通訊、機械設(shè)計和電子技術(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)應用廣泛，可以作為其它設(shè)備的安裝平臺或直接用于工廠搬運，能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本，已成為自動化物流搬運系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)(CIMS)的核心關(guān)鍵設(shè)備，在自動倉庫、碼垛、搬運、涂裝等物流作業(yè)單元發(fā)揮了關(guān)鍵作用。目前國外投入運行的 AGV 約有幾十萬臺。隨著我國經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展，對于 AGV 的研究已被列入國家高技術(shù)計劃，其研究與開發(fā)取得了一系列成果，國內(nèi)一些煙草工業(yè)企業(yè)也開始逐漸應用 AGV。AGV在分揀中心內(nèi)的應用，如圖1。

二、AGV自動備貨模式

1.AGV自動備貨模式的提出

用于托盤卷煙搬運的AGV，具有自主定位導航、柔性運動控制、智能調(diào)度管理、多重安全防護等特點，適應于煙草配送中心的倉儲物料輸送及備貨。采用AGV進行備貨增加了備補貨的靈活性和預見性，解決了現(xiàn)有自動備貨設(shè)備在備貨數(shù)量和品規(guī)方面的限制，適應性更強，柔性更高。這種模式是煙草配送中心備貨的未來發(fā)展趨勢之一。

某煙草公司分揀中心，擬在新建卷煙物流配送中心過程中研究采用AGV自動備貨的模式；這種全新備貨模式，具有高度的柔性和適應性，備貨動線短，可以適應備貨品規(guī)數(shù)及備貨量發(fā)生變化時的備貨需求，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在分揀中心的應用

圖2 AGV自動備貨流程

圖3 AGV補貨過程

圖4 AGV分布式緩存

圖5 調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

2.AGV自動備貨流程

煙草公司運送來的件煙以30件/托盤的形式，存儲于物流分揀中心的立體倉庫中。條煙分揀線進行分揀前，堆垛機或者叉車根據(jù)WMS給的指令將存儲于立庫中的相應整托盤煙取出放置于AGV的接駁位。AGV根據(jù)WMS給的指令將整托盤的件煙放置于暫存位。AGV小車對存放在地面的托盤卷煙進行取放及輸送。當訂單任務下發(fā)后，AGV小車把需要備貨的托盤卷煙取出，輸送到備貨位置放下，等機械手需要進行拆盤時，AGV小車把托盤卷煙輸送到拆盤工位，拆盤完成后AGV小車把托盤卷煙取出，輸送到備貨位置放下，進入下一個取放及輸送循環(huán)。AGV自動備貨流程，如圖2。

分揀開始，AGV根據(jù)調(diào)度指令將相應品規(guī)的件煙運送到機械手的拆盤區(qū)，機械手通過圖像識別將相應位置以及數(shù)量的件煙，轉(zhuǎn)移到件煙的輸送線上完成件煙的補貨。補貨完成AGV將托盤運走。如果拆盤完成后托盤上件煙數(shù)量不為零，則將托盤運送至原位置；如果拆盤完成后托盤上件煙數(shù)量為零，則將托盤運至空托盤碼盤區(qū)將空托盤碼盤等待轉(zhuǎn)運，同時RCS下達出庫指令，將此品規(guī)的出庫。AGV補貨過程，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)主要有倉儲管理計算機、工業(yè)以太網(wǎng)絡、AGV管理控制計算機、AGV監(jiān)控計算機等組成。其中，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)有自帶無線網(wǎng)絡的功能，裝置在AGV小車的車體內(nèi)部當中，通過車間不同地方的無線AP(或經(jīng)過3G／4G網(wǎng)絡)創(chuàng)建無線的連接方式，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，在嚴苛的戶外環(huán)境仍然可以進行有效的應用，進而維持AGV監(jiān)控中心和觀場運動中的AGV車輛的正常通訊。

調(diào)度系統(tǒng)是通過PLC來進行全面的控制，小車載有工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，能夠與AGV控制計算機發(fā)生無線通信，進而有效執(zhí)行AGV控制計算機的相關(guān)命令。該控制計算機可依據(jù)AGV小車上報的地點與狀況信號監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)全部AGV小車的整體運行情況，當發(fā)生突發(fā)狀況的時候，可以實現(xiàn)報警的相關(guān)操作，還承擔搜集輸送系統(tǒng)內(nèi)每一個站點的輸送請求，并依據(jù)每一個輸送站點的信號情況，自動分配AGV小車的任務情況，PLC依據(jù)讀取到的一系列數(shù)據(jù)信息，使該小車對地面標識，進行有效的讀取工作，并發(fā)出相關(guān)動作(變化速度、定位、轉(zhuǎn)向及停車等)，進而實現(xiàn)AGV調(diào)度系統(tǒng)功能以及站點定位的功用。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個左右，訂單品規(guī)重合度低，銷量最大的品規(guī)占全年總銷量的13.57%，累計銷量的前8個品規(guī)總占比為51.84%，細支煙兩個品規(guī)占比為10.99%。在1月份異型煙占比超過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

針對該市的實際需求，做出如下AGV備貨方案（如圖6），在機械手拆盤區(qū)規(guī)劃一點區(qū)域作為件煙托盤的暫存區(qū)。暫存區(qū)可暫存90個托盤，其中12個暫存位位于貨架的一層。分揀區(qū)臥式機共有90個通道，90個托盤暫存位對應后端臥式機的90個通道。

圖6 AGV備貨方案

表1 AGV需求數(shù)量計算

根據(jù)分揀任務AGV將件煙轉(zhuǎn)移至機械手的拆盤位置，機械手將相應的件煙拆至輸送線，機械手完成補貨AGV將托盤送回原位置。AGV根據(jù)指令轉(zhuǎn)移。完成補貨過程。

3. AGV數(shù)量計算

托盤暫存位與補貨通道數(shù)相等，可以避免品規(guī)較小的煙在機械手拆盤完成后的返庫，以及再次出庫，增大節(jié)拍的時間長度。

在出庫過程中直行距離平均為54m，速度0.5m/s，直行耗時108s，轉(zhuǎn)彎時間3s，轉(zhuǎn)彎次數(shù)8，轉(zhuǎn)彎耗時24s，動作時間5s，動作次數(shù)2，動作耗時10s，運行耗時142s，需求節(jié)拍45s/次，冗余系數(shù)1.2。

在補貨過程中直行距離平均為51m，速度0.5m/s，直行耗時102s，轉(zhuǎn)彎時間3s，轉(zhuǎn)彎次數(shù)8，轉(zhuǎn)彎耗時24s，動作時間5s，動作次數(shù)2，動作耗時10s，運行耗時136s，需求節(jié)拍669s/次，冗余系數(shù)1.2。

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

按照每天工作8小時計算，每小時消耗件煙數(shù)量為360件。一天出庫周轉(zhuǎn)托盤133托，90個品規(guī)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得出總計需求AGV數(shù)量為9臺。如表1。

4. AGV備貨方案中的亮點

（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題，得到很好解決。

（2）通過使用AGV備貨模式，去除了倍速鏈以及多穿庫的使用，設(shè)備靈活性大大增加，對未來升級改造留下更多空間。

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

四、結(jié)語

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