AGV自動備貨模式在煙草商業分揀中心的應用

文/徐忠書 王德福

目前，我國煙草的產量和消費量都位于世界第一位，煙草企業在國民經濟發展中扮演了非常關鍵的角色。在煙草商業分揀中心的備貨環節，行業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，當項目建設完成后，這些備貨模式往往受限于設備配置及場地，備貨動線長、靈活性差，在備貨品規數及備貨量發生變化時，不能滿足生產需求。因此，新建商業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、國內外同類研究的現狀與發展趨勢

高速自動化分揀系統關鍵技術和物流中心智能管理系統，有利于提高系統分揀輸送效率、提升國內物流技術裝備技術水平。自動備貨補貨系統作為煙草自動化分揀系統的重要組成部分，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。隨著市場經濟發展，個性化的消費需求愈發凸顯，卷煙需求向多品種、小批量方向發展，配送卷煙的種類、數量和經銷商數量都急劇增加，增加了貨物的存取難度，這就對自動備貨設備提出了更高要求。同時，配送中心進行分揀配送的卷煙品規和數量每天都在發生變化，備貨系統的柔性化、高適應性成為商業配送中心的迫切需求。

1.自動化物流技術的總體水平

在美日歐等發達國家，煙草物流運行自動化程度已經得到了很大發展，相比國內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和備貨系統，采用人工進行作業的方式基本已被摒棄。

在我國制造業的中長期發展規劃中，已經將實用化的柔性制造系統列為發展柔性自動化技術的三層次之一，予以大力推進。比如，紅河卷煙廠的企業自動化物流系統，總體上已達到了世界先進水平，也是目前世界煙草行業綜合功能最齊全的自動化物流系統。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、巷道堆垛機、機器人等技術，全部實現了現代物流的自動化和智能化。目前，柔性生產方式及物流自動運輸，已在我國諸多企業和領域得到廣泛應用，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，目前國內外自動化物流（含備貨子系統）技術比較成熟，在煙草行業工業及其他行業的標桿企業得到了應用。但在煙草商業配送中心應用很少，應用先進的AGV自動備貨技術對提高配送中心的自動化物流水平有很大必要。

2.煙草行業自動備貨技術的現狀與發展

（1）備貨設備的現狀

目前大多數煙草配送中心采用流體條貨架人工備貨、多穿庫備貨及倍數鏈備貨等設備自動備貨。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，多穿庫備貨及倍數鏈備貨等自動備貨模式正逐漸取代人工備貨模式。

現有的自動備貨設備，受設備功能限制只能處理一定尺寸范圍內的卷煙，卷煙的備貨數量最大值是固定的，適應性差，柔性不高。當備貨需求的卷煙數量及品規數發生變化，不能適應后端分揀作業的需要。

（2）AGV的發展現狀

AGV(自動導引小車)是物流系統中柔性化、智能化程度極高的輸送設備。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點，與其它物料輸送設備相比，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是現代物流系統的關鍵設備，是集計算機、自動控制、信息通訊、機械設計和電子技術等各種技術于一體的高新技術裝備。

AGV在現代制造業應用廣泛，可以作為其它設備的安裝平臺或直接用于工廠搬運，能夠提高生產效率，降低成本，已成為自動化物流搬運系統、柔性生產組織系統(CIMS)的核心關鍵設備，在自動倉庫、碼垛、搬運、涂裝等物流作業單元發揮了關鍵作用。目前國外投入運行的 AGV 約有幾十萬臺。隨著我國經濟和技術發展，對于 AGV 的研究已被列入國家高技術計劃，其研究與開發取得了一系列成果，國內一些煙草工業企業也開始逐漸應用 AGV。AGV在分揀中心內的應用，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，解決了現有自動備貨設備在備貨數量和品規方面的限制，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，可以適應備貨品規數及備貨量發生變化時的備貨需求，滿足商業配送中心的作業需要，支撐商業分揀高質量發展，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 調度系統架構

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。AGV自動備貨流程，如圖2。

分揀開始，AGV根據調度指令將相應品規的件煙運送到機械手的拆盤區，機械手通過圖像識別將相應位置以及數量的件煙，轉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量為零，則將托盤運至空托盤碼盤區將空托盤碼盤等待轉運，同時RCS下達出庫指令，將此品規的出庫。AGV補貨過程，如圖3。AGV分布式緩存，如圖4。

3.調度系統

調度系統主要有倉儲管理計算機、工業以太網絡、AGV管理控制計算機、AGV監控計算機等組成。其中，工業智能網關有自帶無線網絡的功能，裝置在AGV小車的車體內部當中，通過車間不同地方的無線AP(或經過3G／4G網絡)創建無線的連接方式，安全特性保證系統的完善性，可以防止系統受到侵襲，而且支持較寬的工作溫度，在嚴苛的戶外環境仍然可以進行有效的應用，進而維持AGV監控中心和觀場運動中的AGV車輛的正常通訊。

調度系統是通過PLC來進行全面的控制，小車載有工業智能網關，能夠與AGV控制計算機發生無線通信，進而有效執行AGV控制計算機的相關命令。該控制計算機可依據AGV小車上報的地點與狀況信號監控系統內全部AGV小車的整體運行情況，當發生突發狀況的時候，可以實現報警的相關操作，還承擔搜集輸送系統內每一個站點的輸送請求，并依據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依據讀取到的一系列數據信息，使該小車對地面標識，進行有效的讀取工作，并發出相關動作(變化速度、定位、轉向及停車等)，進而實現AGV調度系統功能以及站點定位的功用。調度系統架構，如圖5。

三、AGV備貨模式在分揀中心中的應用

1.某市配送中心的現狀

某市配送中心需處理的訂單中，品規比較多，且各訂單的集中程度低。全年處理品規180個左右，訂單品規重合度低，銷量最大的品規占全年總銷量的13.57%，累計銷量的前8個品規總占比為51.84%，細支煙兩個品規占比為10.99%。在1月份異型煙占比超過50%，訂單品規比較分散，要求備貨設備多批次、多品種柔性備貨。因此，需要研發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），在機械手拆盤區規劃一點區域作為件煙托盤的暫存區。暫存區可暫存90個托盤，其中12個暫存位位于貨架的一層。分揀區臥式機共有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需求數量計算

根據分揀任務AGV將件煙轉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根據指令轉移。完成補貨過程。

3. AGV數量計算

托盤暫存位與補貨通道數相等，可以避免品規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，轉彎時間3s，轉彎次數8，轉彎耗時24s，動作時間5s，動作次數2，動作耗時10s，運行耗時142s，需求節拍45s/次，冗余系數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，轉彎時間3s，轉彎次數8，轉彎耗時24s，動作時間5s，動作次數2，動作耗時10s，運行耗時136s，需求節拍669s/次，冗余系數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，轉彎時間3s，轉彎次數8，轉彎耗時24s，動作時間5s，動作次數2，動作耗時10s，運行耗時142s，需求節拍702s/次，冗余系數1.2。

按照每天工作8小時計算，每小時消耗件煙數量為360件。一天出庫周轉托盤133托，90個品規。根據上述數據可以得出總計需求AGV數量為9臺。如表1。

4. AGV備貨方案中的亮點

（1）訂單品規比較分散，備貨設備多批次、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，節省分揀區域大片空間，可以提高分揀車間的空間利用率。

四、結語

結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。