AGV在制造業倉儲分揀業務中的運用

文/唐榆坤 渠水凈

在邁向“工業4.0”時代的道路上，在國家推動由“中國制造”向“中國智造”轉變的大背景下，各類企業在智能產品、智能制造、智能物流等領域不斷創新發展，滿足各類應用場景的智能化工具得以不斷迭代和大規模應用。

目前，一些傳統制造企業在倉儲物流管理方面，開始借鑒和運用成熟的電商智能倉儲的經驗，通過AGV來實現高效、少人的倉儲分揀作業。本文主要結合重慶建設·雅馬哈摩托車有限公司的具體實踐，介紹了AGV在制造業倉儲分揀業務中的運用，從而達到優化倉儲流程，提高工作效率，實現少人化和“貨到人”的工作方式。

一、建設背景

作為傳統的摩托車制造企業，重慶建設·雅馬哈摩托車有限公司在倉儲物流管理方面仍存在著一些傳統的習慣和方式，例如：部品納入狀態多以子部品方式納入，按總成部品納入的狀態比較少，導致倉儲部品的種類較多；再加上公司品質控制的要求，需要對出入庫部品進行批次/成套管理，所以在入庫時要按批次進行入庫作業，出庫時要按生產需求進行分揀齊套工作。

圖1 部品出庫分揀各環節耗費時間占比

表1 電商與制造業物料倉儲管理的區別

表2 部分部品的分析數據

表3 通過分析數據得出的統計結果

表4 針對部品使用情況優化制定入庫原則

由于信息化管理系統的限制，一直還在使用紙質出入庫單和揀貨單，依靠物流人員進行出入庫和分揀的齊套工作，員工不僅要牢記所轄區域的部品存儲情況，每人每天還要往復步行大約20km進行分揀齊套工作，作業效率低，勞動強度大。我們通過IE分析得出詳細的數據，見圖1。

從分析數據中看到，步行和核對票據信息的平均占用時間約64%。能否運用現有智能化設備來消除或減少這些損失，并提高生產效率，減少作業者的勞動強度，將傳統的“人找貨”模式轉變為“貨到人”模式？這成為需要考慮的問題。

1953年第一臺AGV（Automated Guided Vehicle）出現，作為一種改裝牽引車，可沿著固定線路牽引拖車。通過幾十年發展，AGV從磁導航發展到激光、慣性、視覺等非線性導航方式，可以滿足不同應用場景的需求，尤其隨著最近幾年電商高速發展的需要，以亞馬遜kiva為代表的二維碼導航AGV面世，輔以配套的WMS（Warehouse Management System）和RCS（Robot Control System）系統，從而改善了大規模倉儲出入庫作業的方式，大大提高了倉儲效率，減少了作業者的勞動強度，同時也利于企業降低成本和提高安全性。

根據智能AGV在電商行業應用的情況看，可以解決倉儲行業的痛點和難點，但如何將電商類智能AGV運用到類似重慶建設·雅馬哈摩托車有限公司這樣傳統制造業的倉儲作業中，提高倉儲效率，減少人員勞動強度，實現“貨到人”，是本次研究的主題。

二、具體實踐

為了運用這套智能手段，我們首先要了解和解析電商倉儲與傳統制造業倉儲的區別，甄別出各自內在需求及要點，整合出適合制造業倉儲的智能AGV運用方案。制造業倉儲與電商倉儲的區別，如表。

重慶建設·雅馬哈摩托車有限公司的倉儲采用固定庫位、存揀一體、按生產批次、按供給職場進行分揀的運營流程，與現在大部分電商采用的靈活庫位、存揀分離、按訂單先后（但有合批功能）、按接力方式等進行分揀的運營流程，存在很大差別。

表5 通過計算AGV直接移動時間進行核算數量

表6 通過計算AGV間接移動時間和揀選時間來進行核算數量

為了控制在庫量和運營成本，結合兩種方式的特點，我們選擇了靈活庫位，存揀分離，按生產批次、按供給職場等進行分揀的運營流程：

1.利用WMS系統可以進行高效的庫位管理，將原來固定庫位“留”給某個零件的庫位，在其沒有庫存的時候能存放其他零件，提高倉儲坪效。

2.存揀分離，借助電商行業較為常用和成熟的潛伏式二維碼導航AGV用于搬運作業，減少人員的步行損失。

在電池的選擇上，電商企業普遍使用三元鋰電池，因為其使用環境要求AGV車輛小巧和運行時間長，所以三元鋰電池體積小、能量密度大的特點更適合，但傳統制造業更看重安全，對車輛尺寸可以適當放寬，所以選擇了磷酸鐵鋰電池。

3.按生產批次、按供給職場進行分揀的要求是制造業品質保證的手段之一，必須堅持。因此，相對于電商倉儲來說，對出入庫策略和AGV數量計算方式會有所不同。

在出入庫策略方面：電商的貨物很少需要成套出庫，但制造業大部分貨物都需要成套出庫，所以為了提高每次運載過來的貨架揀選命中率（命中率為“2”代表：1次載取貨架平均能命中2個所需物品），需要對貨物的出庫情況進行分析，優化入庫方式。

我們從部品的幾個管理維度進行分析，比如：供給職場（出庫位）、使用車型等進行統計和分析出部品對應的配送場所的數量、對應使用車型的數量，再結體積和容器數量，來設計入庫策略。表2是部分部品的分析數據。

通過分析數據得出的統計結果，如表5。

根據表5情況，針對部品的使用（出庫）情況，優化制定了入庫原則，見表4。目的是提高單次AGV搬運貨架出庫時的部品命中率。可以看到，我們的入庫分為出庫位、車型、體積、存儲數量。

比如：有1個部品都是1個職場（出庫位）和1種車型使用，那它們就應該先選擇距離該出庫位近的貨架/貨位范圍，從中選擇有這個車型其他部品的貨架，再從這些貨架中判斷存儲位置（體積）和存儲數量（是否超限額），來最終選擇最優貨架。

如果有1個部品都是2個職場（出庫位）使用，并且是2個車型/品種使用，可以簡單理解為：1個部品用于發動機總成，也用于整車，就可判斷這些貨架的存儲位置（體積）和存儲數量（是否超限額）。

圖2 智能倉儲AGV運用方案

但如果用于3個車型/品種使用，就需要優先判定離該出庫位近的貨架/貨位范圍后，然后判定各位置的存儲數量（少則補），再判定車型均衡（如果后續能連接生產計劃，可以指定補哪個車型）。

采取這樣的入庫原則，就能最大限度保證出庫時的部品命中率。一般情況下，電商在計算AGV車輛數量的時候，一般采用“2”作為命中率，但實際在傳統制造業中，可能會達到“8”甚至更高。再結合出庫品質保證等要求，這樣計算AGV的方式就會與電商有所差異。

一般來說，AGV數量的計算需要考慮以下幾個方面：

1.出入庫頻率，以及每批數量、上下貨命中率和生產節拍。

2.車輛性能，包括移動速度、舉升、轉向時間、交通管控、充電比例。

3.場地布局、庫位設置與調配。

通過計算AGV直接移動時間、間接移動時間和揀選時間來進行核算，如表5、表6。

從表5、6中的計算數據可以看出，當命中率為“2”時，AGV臺數需要12臺。當命中率為“8”時，AGV臺數需要10臺。

為何命中率提高了4倍，AGV車輛卻沒有相應減少4倍呢？其中的關鍵是：以人員效率最大化，還是以設備效率最大化。因為這里所說的命中率為“8”，并不是所有批次都可以達到“8”。從表4可以看出，有一部分部品的對象車型/品種數量還是比較少，甚至為“1”，所以如果直接減少AGV數量，選擇設備效率最大化，會造成在某個時間段，作業者的揀貨時間小于AGV的移動時間，這樣就會造成作業者的停止損失。如果希望保證作業者一直處于揀貨狀態，就要增加AGV數量，保證連續幾次命中率為“1”的時候，作業者能一直處于揀貨狀態，在連續幾次命中率為“n”的時候，讓AGV載著貨架過來等待或者讓其去充電。如何選擇，需要根據不同的情況調整計算參數，來核算AGV數量，我們還是選擇了以人員效率最大化的方式。

基于以上分析和論證，我們結合中期生產量，制定了重慶建設·雅馬哈摩托車有限公司智能倉儲AGV運用的方案，如圖2。

三、結論

該項目結合AGV的特點，對現有倉儲流程進行了重新優化改進，預計可減少50%的倉儲分揀人員。更重要的是，通過智能設備和管理軟件，實現了對倉儲部品的智能管理，提高了倉儲管理水平和精度。比如，每天生產結束后，可以根據次日的生產計劃，將所需部品的貨架移動到靠近揀貨區的位置，提高第二天的出庫效率。

因此，傳統制造企業的倉儲作業，可以借助電商倉儲智能AGV的使用經驗和特點，并結合自身企業的特點和倉儲模式的優化，從而提高倉儲效率，減少人員勞動強度，實現“貨到人”的智能倉儲模式。