多穿設(shè)備配置模式創(chuàng)新
——由單一到組合

文/劉鵬

一、引言

拆零揀選作為倉儲物流環(huán)節(jié)中的重要環(huán)節(jié)，對物流系統(tǒng)的整體效率有著重要影響[1]。近年來，由于客戶化訂單數(shù)量的急劇增加，訂單結(jié)構(gòu)中訂單深度變淺，造成倉儲物流運(yùn)作中的拆零揀選作業(yè)壓力增大。同時，拆零揀選的時效性和準(zhǔn)確性逐漸成為物流配送中心作業(yè)的痛點及難點。為應(yīng)對拆零揀選多頻次、小批量的業(yè)務(wù)需求，自動化和智能化的物流系統(tǒng)成為當(dāng)前倉儲物流發(fā)展的主要趨勢。隨著倉儲的自動化程度不斷加深，倉儲設(shè)備也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，如堆垛機(jī)系統(tǒng)主要適用于大件托盤庫的存取作業(yè)，MINILOAD系統(tǒng)則是為小件料箱庫的存取而設(shè)計[2]。但這兩種設(shè)備都難以滿足較高頻率的存取需求，此外，企業(yè)的物流成本還面臨著土地成本、作業(yè)成本、人力成本以及時間成本持續(xù)增高等問題。存取效率和投資成本的壓力促使人們探索新型的存儲模式，多層穿梭車系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

多層穿梭車系統(tǒng)作為一種“儲分一體”的自動化系統(tǒng)，同時具備存儲和分揀的功能，具有揀選效率高、作業(yè)方式靈活的優(yōu)勢，能夠較好地適應(yīng)高頻率存取作業(yè)。目前，業(yè)內(nèi)根據(jù)穿梭車是否可換層作業(yè)，分為單層和換層兩種作業(yè)模式。單層作業(yè)模式，即系統(tǒng)每層配備一臺穿梭車，負(fù)責(zé)本層貨物的出入庫作業(yè)，通過料箱提升機(jī)進(jìn)行貨物的垂直方向的運(yùn)輸；而換層作業(yè)模式，是在一個巷道內(nèi)部布置若干輛穿梭車（穿梭車數(shù)量少于貨架層數(shù)），由WCS系統(tǒng)對穿梭車進(jìn)行調(diào)度，換層提升機(jī)負(fù)責(zé)穿梭車的換層。在換層作業(yè)模式中，又分為兩種形式，一種是料箱隨穿梭車一同進(jìn)入換層提升機(jī)進(jìn)行貨物的出入庫作業(yè)，另一種是料箱不隨穿梭車進(jìn)入換層提升機(jī)，而是通過料箱提升機(jī)進(jìn)行垂直方向的運(yùn)輸，換層提升機(jī)僅負(fù)責(zé)穿梭車的換層[3]。上述幾種作業(yè)模式根據(jù)不同的作業(yè)場景和行業(yè)類型，在實際中已有較廣泛的應(yīng)用。

二、研究假設(shè)及效率計算

本節(jié)首先對兩種多層穿梭車作業(yè)模式進(jìn)行分析，得出兩種模式下的設(shè)備運(yùn)動特性結(jié)果。為便于研究，本文僅以入庫作業(yè)為研究對象，不研究出入庫同時作業(yè)的復(fù)合作業(yè)情況。

本文建立了一個簡單的入庫模型來分析不同作業(yè)模式下的單車效率[4]。在研究過程中假定料箱提升機(jī)的緩存充足，不是整個巷道出入庫能力的瓶頸點。

整個系統(tǒng)的場景假定參數(shù)如下表所示：

項目信息 數(shù)值 說明巷道長度 70m 動力站臺放貨位距離最末端貨物中心提升高度 6m 最底層載貨面距最高層載貨面貨架層數(shù) 12層

入庫任務(wù)設(shè)定：

假定執(zhí)行一次入庫任務(wù)時，系統(tǒng)將料箱放置于巷道某層的1/2處，即C點，層數(shù)為貨架高度的2/3處所對應(yīng)的層。各物流設(shè)備運(yùn)動參數(shù)如下表所示：

基于以上參數(shù)，各類穿梭車作業(yè)效率分析結(jié)果如下：

單層作業(yè)模式下穿梭車效率為94.7箱/時；

多臺穿梭車換層作業(yè)模式下效率為62.3箱/時（假定每次入庫作業(yè)均為提升機(jī)入庫端初始位取貨）；

單臺穿梭車換層作業(yè)模式下為效率為58.2箱/時（假定每次入庫作業(yè)均為提升機(jī)入庫端初始位取貨）。根據(jù)以上結(jié)果，針對不同作業(yè)場景，可以選擇不同的多穿設(shè)備配置。

三、案例分析

項目 穿梭車 提升機(jī) 換層提升機(jī)速度（m/s） 4 3 3加速度（m/s2） 2 3 2近深位取/放貨（s） 4.5 - -遠(yuǎn)深位取/放貨（s） 6.5 - 4.5單箱取/放貨（s） - 2.5 -兩箱取/放貨（s） - 4.5 -定位時間（s） 3 0 -通訊時間（s） 0.5 0 -穿梭車駛?cè)?出時間（s） 7.3開閘門時間（S） 1.8落閘門時間（S） 1.8-穿梭車駛?cè)胼d貨臺時間（S） 5.5穿梭車駛出載貨臺時間（S）5.5

本節(jié)以國內(nèi)3C行業(yè)某領(lǐng)頭企業(yè)的倉儲物流需求為例，設(shè)計了不同的多穿配置方案，并進(jìn)行了對比分析。設(shè)計目標(biāo)為，在給定的空間內(nèi)，使用多層穿梭車系統(tǒng)，在滿足出入庫效率需求的同時，實現(xiàn)存儲能力最大化。其中，整個多層穿梭車系統(tǒng)出入庫效率需求為2500箱/時。

基于以上設(shè)計需求，經(jīng)過充分的現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在給定空間內(nèi)最多可布置10個9層高的雙深位巷道。根據(jù)場景的出入庫效率需求，我們設(shè)計了兩種設(shè)備配置方式：

A方案：采用單一作業(yè)模式，10個巷道均使用同類型的穿梭車換層作業(yè)模式，這種方式下每個巷道需配置4至5臺車可滿足系統(tǒng)的出入庫要求；

B方案：采用單層+換層（單車換層）的組合作業(yè)模式，設(shè)計了3+7的配置模式，即3個單層作業(yè)模式巷道，7個單車換層作業(yè)模式巷道，我們針對以上兩種設(shè)計思路進(jìn)行了方案設(shè)計并對兩種方案進(jìn)行了設(shè)備配置對比分析：

序號 類型A方案（相同模式）B方案（不同模式）差值1 穿梭車數(shù)量 45 34 11 2 料箱提升機(jī)數(shù)量 20 6 14 3 換層提升機(jī)數(shù)量 10 7 3 4 出入庫效率（理論值） 2803 2944 -141

通過以上分析可以得出，B方案較A方案節(jié)省了11臺穿梭車，14臺料箱提升機(jī)，3臺換層提升機(jī)，而整體出入庫的效率增加了141箱/時。

四、應(yīng)用場景分析

通過上述A、B兩種方案的對比可以看出，B方案投資更少，但效率更高，因而具有更高的投入產(chǎn)出比，但該方案在設(shè)計前需滿足以下條件：

1.倉庫物料的ABC分類明顯。顯著的ABC類別有利于根據(jù)物料的屬性進(jìn)行存儲位置的分配，將出庫頻次高、出庫量大的物料存于單層作業(yè)模式的多穿巷道，以滿足較高的出入庫需求，而出入庫頻次較低、出庫量小的物料則存放于換層作業(yè)模式的多穿巷道，配備少量的穿梭車即可滿足出入庫需求。

2.出入庫訂單作業(yè)任務(wù)有一定的波動性。在B方案中，3個單層作業(yè)模式的多穿巷道主要用于實現(xiàn)分揀功能，而7個換層作業(yè)模式的多穿巷道主要用于實現(xiàn)存儲功能。由于物料的存儲策略無法完全響應(yīng)訂單需求，當(dāng)出現(xiàn)作業(yè)高峰期時，3個單層作業(yè)模式的多穿巷道的難以應(yīng)對所有訂單的出庫需求，此時需要剩余的7個換層作業(yè)模式的多穿巷道同時進(jìn)行出庫任務(wù)；而非高峰期作業(yè)時段，7個換層作業(yè)模式的多穿巷道可以利用空閑流量向3個單層作業(yè)模式巷道進(jìn)行補(bǔ)貨作業(yè)。

3.庫存SKU數(shù)量較少，庫存深度深。本案例可以采用B方案的另一個前提是，庫存SKU少，3個單層作業(yè)模式的多穿系統(tǒng)可以覆蓋絕大多數(shù)SKU，只有極少出入庫量非常小的SKU只存儲于其它7個換層作業(yè)模式的多穿巷道內(nèi)。根據(jù)比較，在滿足上述前提時，B方案是更優(yōu)的多穿配置策略。

五、結(jié)束語

多穿技術(shù)的發(fā)展與不同行業(yè)、不同場景的需求改變息息相關(guān)，隨著國內(nèi)越來越多的多穿案例成功實施，各類不同形式的多穿也相繼出現(xiàn)。在傳統(tǒng)的設(shè)計中，通常只考慮所有巷道使用某一類多穿設(shè)備，而本文則提出了不同種類多穿設(shè)備組合使用的設(shè)計思路，根據(jù)每個客戶的不同需求進(jìn)行定制化設(shè)計與配置，通過不同形式的多穿以適應(yīng)不同場景和業(yè)務(wù)的需求，降低了設(shè)備的投入成本。此外，換層作業(yè)的多穿系統(tǒng)也具有很強(qiáng)的柔性擴(kuò)展空間，可以根據(jù)場景后期業(yè)務(wù)的發(fā)展對設(shè)備進(jìn)行靈活的增減，始終保持最佳的形式來跟隨業(yè)務(wù)變化，因此，如何根據(jù)實際情況實現(xiàn)更優(yōu)的多穿設(shè)備配置，將是今后研究的重要方向。