立體倉(cāng)儲(chǔ)中的多agv揀選系統(tǒng)的研究

張宏偉　孫斌

[摘要]揀貨作業(yè)是配送中心最關(guān)鍵的作業(yè)，快捷的揀貨模式和柔性的揀選設(shè)備是提升倉(cāng)庫(kù)作業(yè)效率的利器。立體倉(cāng)庫(kù)，由于存儲(chǔ)密度大，空間利用率高，被大量電商企業(yè)所青睞，但受到提升機(jī)速度的限制，倉(cāng)庫(kù)效率難以提升。agv小車具有自主靈活性高、行動(dòng)快捷等優(yōu)點(diǎn)，能夠在倉(cāng)庫(kù)中按照規(guī)劃的路徑快速移動(dòng)，但是能量浪費(fèi)嚴(yán)重，倉(cāng)儲(chǔ)利用率低。本文分析了現(xiàn)有作業(yè)模式的不足，結(jié)合立體倉(cāng)庫(kù)與agv的特點(diǎn)，提出了一種適合“多品種、小批量”的多agv揀選系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]物流揀選 agv小車 揀選系統(tǒng)

一、引言

近年來電子商務(wù)井噴式發(fā)展，一大批電商企業(yè)迅速誕生并在市場(chǎng)中占據(jù)了一片天地。與此同時(shí)，網(wǎng)購(gòu)行為產(chǎn)生了大量訂單，對(duì)倉(cāng)庫(kù)的快速處理能力提出了新的挑戰(zhàn)。立體倉(cāng)庫(kù)是當(dāng)前電商企業(yè)采用的主要倉(cāng)儲(chǔ)模式。首先，立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉(cāng)庫(kù)面積最大化利用，降低了企業(yè)的物流成本；其次，立體倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)密度高，提高了倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)能力。最后，立體倉(cāng)庫(kù)具有自動(dòng)化程度高，適應(yīng)性好，可擴(kuò)展性高，柔性大，作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的立體倉(cāng)庫(kù)主要采用穿梭車實(shí)現(xiàn)揀貨作業(yè)，穿梭車具有較快的運(yùn)行速度，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的商品運(yùn)輸，但是揀貨效率受到提升機(jī)的最大速度所限。隨著訂單的增加，當(dāng)提升機(jī)達(dá)到最大速度后，便無法再提升揀貨效率。現(xiàn)在很多物流企業(yè)采用agv（物流機(jī)器人）小車進(jìn)行揀選，多輛agv小車同時(shí)工作，揀貨效率高。首先，由于agv小車搬運(yùn)貨架的高度有限，多采用平面作業(yè)模式，倉(cāng)儲(chǔ)利用率低；其次，由于經(jīng)常出現(xiàn)只是需要貨架上的一件商品，但是agv小車依然需要搬運(yùn)整個(gè)貨架的情況，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。本文將立體倉(cāng)庫(kù)與agv相結(jié)合，提出一種采用多agv的揀選系統(tǒng)，能夠有效解決上述問題。

二、揀選系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，電子商務(wù)迅速崛起，倉(cāng)庫(kù)揀選方式也越來越智能化。揀貨方式分為“人到貨”和“貨到人”兩種。人到貨方式由揀選員在倉(cāng)庫(kù)中行走揀貨，揀貨員要對(duì)倉(cāng)庫(kù)熟悉。武志磊等提出一種光線指引輔助揀選系統(tǒng)，通過光指引揀選設(shè)備在倉(cāng)庫(kù)中的定位安裝，引導(dǎo)揀貨員揀貨，并通過腕帶反饋器實(shí)現(xiàn)信息確認(rèn)和反饋，以實(shí)現(xiàn)快速揀貨。“貨到人”揀選作業(yè)模式以及多層穿梭車均是智能物流的代表。眾多學(xué)者從不同角度分析了貨到人揀選系統(tǒng)，其中于瑩瑩等從優(yōu)化算法的角度入手，對(duì)遺傳算法的交叉算子進(jìn)行改進(jìn)，在一定程度上提高了尋優(yōu)效率。胡彬等通過分析柔性制造系統(tǒng)中agv小車在運(yùn)行過程中靜態(tài)路徑不能及時(shí)更新的不足，提出一種基于時(shí)間窗的動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法，以此解決agv小車在運(yùn)行過程中的路徑?jīng)_突問題。無論是“人到貨”還是“貨到人”作業(yè)模式，都對(duì)該揀選系統(tǒng)的研究甚少，因此本揀選系統(tǒng)有一定研究意義，可以對(duì)以后的研究提供參考。

三、采用多agv揀選的立體倉(cāng)庫(kù)布局

本文提出了一種多層穿梭車模式與Kiva物流機(jī)器人模式相結(jié)合的立體倉(cāng)庫(kù)揀貨模式。首先，用具有自主性的agv小車代替必須在軌道運(yùn)行的rgv小車，將rgv小車的運(yùn)行軌道替換為平臺(tái)地面以方便agv小車運(yùn)行。即，立體倉(cāng)庫(kù)的每一層地面都是平面，agv小車可以自由行走。其次，將agv小車工藝小型化，便于agv小車在立體倉(cāng)庫(kù)中運(yùn)行。最后，根據(jù)電商產(chǎn)品的特性與agv小車工藝，用料箱代替貨架，提高倉(cāng)庫(kù)豎直空間的利用率；在倉(cāng)庫(kù)中增加橫向的巷道，提高agv行走路線的靈活性；增加提升機(jī)的數(shù)量，當(dāng)agv所在巷道的提升機(jī)出現(xiàn)排隊(duì)情況時(shí)，agv可通過增加的橫向巷道運(yùn)動(dòng)到鄰近巷道的空閑提升機(jī)，提升揀貨效率。

（1）平臺(tái)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)。平臺(tái)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)，每層倉(cāng)庫(kù)由平臺(tái)地面、料箱、承重柱等構(gòu)成，每個(gè)貨位對(duì)應(yīng)一個(gè)料箱，只存放一個(gè)單位的貨品。料箱離地距離略大于小車高度，貨位寬度略大于料箱大小。agv小車在接受到任務(wù)時(shí)，行走到貨品所在位置下方，將貨品所在料箱通過旋轉(zhuǎn)托盤頂起，運(yùn)送到空閑提升機(jī)處，提升機(jī)將料箱運(yùn)送到底層的流水線，小車完成任務(wù)后回到等待區(qū)等待新任務(wù)。

（2）橫向巷道結(jié)構(gòu)。橫向巷道結(jié)構(gòu)則是在倉(cāng)庫(kù)中增加設(shè)計(jì)橫向巷道，與原有的縱向巷道十字交叉，并在橫向巷道的兩端也設(shè)置提升機(jī)。增加橫向巷道并在兩端增設(shè)提升機(jī)的目的是解決rgv小車模式中提升機(jī)導(dǎo)致系統(tǒng)瓶頸的問題。當(dāng)小車所在巷道的提升機(jī)出現(xiàn)排隊(duì)擁擠的情況，agv可根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度，通過橫向巷道行走到其他巷道，就近使用鄰近的空閑提升機(jī)。

四、立體倉(cāng)庫(kù)中多agv揀選流程

（1）獲得初始訂單。

（2）倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)訂單中的商品進(jìn)行分配處理，將分配好的揀貨任務(wù)與空閑的agv進(jìn)行一一綁定。

（3）agv移動(dòng)到目標(biāo)位置，利用自帶的頂舉裝置舉起料箱，并反饋給倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)。

（4）倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)接收到agv的反饋后，評(píng)估各提升機(jī)的狀況以確定agv是使用本巷道提升機(jī)還是使用其他巷道的空閑提升機(jī)。如果需要使用其他巷道的提升機(jī)，agv就要通過具體的行走路徑由倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)規(guī)劃。

（5）提升機(jī)接收到agv所取料箱，agv任務(wù)完成，回到等待區(qū)，等待下一次任務(wù)。

五、優(yōu)勢(shì)

這種倉(cāng)庫(kù)揀選系統(tǒng)將立體倉(cāng)庫(kù)中的rgv替換為高自主性的agv，不但保留了立體倉(cāng)庫(kù)的高效的空間利用率，又利用agv行走靈活性解決了rgv立體倉(cāng)庫(kù)中的提升機(jī)瓶頸問題。本文以現(xiàn)有的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)模式為研究對(duì)象，以agv小車和提升機(jī)為研究焦點(diǎn)，分析了現(xiàn)有“貨到人”模式以及多層穿梭車模式的優(yōu)點(diǎn)與不足，將兩種模式結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提出一種新型的倉(cāng)庫(kù)揀選系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的模式簡(jiǎn)要概括為agv小車接到任務(wù)命令，根據(jù)系統(tǒng)指令確定路線，取到貨品并反饋系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)評(píng)估選擇空閑的提升機(jī)，實(shí)現(xiàn)貨品快速出庫(kù)。

基于物流機(jī)器人的倉(cāng)庫(kù)揀選系統(tǒng)適用于訂單呈現(xiàn)“多品種，小批量”的電商企業(yè)、零售企業(yè)，尤其是像醫(yī)藥煙草等貨品體積小的企業(yè)，倉(cāng)庫(kù)揀選系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較為明顯。倉(cāng)庫(kù)揀選系統(tǒng)非常適合于土地成本較高的一線城市的中小型企業(yè)。