AGV自动备货模式在烟草商业分拣中心的应用

2020-08-11徐忠书王德福

物流技术与应用 2020年7期

文/徐忠书王德福

目前，我国烟草的产量和消费量都位于世界第一位，烟草企业在国民经济发展中扮演了非常关键的角色。在烟草商业分拣中心的备货环节，行业主流采用的是流体条货架备货、多穿库备货及倍速链备货等模式。然而，当项目建设完成后，这些备货模式往往受限于设备配置及场地，备货动线长、灵活性差，在备货品规数及备货量发生变化时，不能满足生产需求。因此，新建商业分拣中心备货中的场地、备货动线、灵活性问题，成为智能仓储管理中亟待解决的问题。

一、国内外同类研究的现状与发展趋势

高速自动化分拣系统关键技术和物流中心智能管理系统，有利于提高系统分拣输送效率、提升国内物流技术装备技术水平。自动备货补货系统作为烟草自动化分拣系统的重要组成部分，对货物的备货补货过程起到了重要的作用，其在存取过程中能自动跟踪货源，增加了备补货的灵活性和预见性。随着市场经济发展，个性化的消费需求愈发凸显，卷烟需求向多品种、小批量方向发展，配送卷烟的种类、数量和经销商数量都急剧增加，增加了货物的存取难度，这就对自动备货设备提出了更高要求。同时，配送中心进行分拣配送的卷烟品规和数量每天都在发生变化，备货系统的柔性化、高适应性成为商业配送中心的迫切需求。

1.自动化物流技术的总体水平

在美日欧等发达国家，烟草物流运行自动化程度已经得到了很大发展，相比国内的烟草仓储布局形式，其烟草物流仓储中心一般不大，但自动化程度较高。自动化仓库成为存储和出入库的首选，与之相匹配的时自动化程度很高的分拣系统和备货系统，采用人工进行作业的方式基本已被摒弃。

在我国制造业的中长期发展规划中，已经将实用化的柔性制造系统列为发展柔性自动化技术的三层次之一，予以大力推进。比如，红河卷烟厂的企业自动化物流系统，总体上已达到了世界先进水平，也是目前世界烟草行业综合功能最齐全的自动化物流系统。列入国家“863计划”的海尔国际物流中心，采用了世界上最先进的AGV系统、巷道堆垛机、机器人等技术，全部实现了现代物流的自动化和智能化。目前，柔性生产方式及物流自动运输，已在我国诸多企业和领域得到广泛应用，如中外运、春兰集团、大连华录、云南红河、上海大众、一汽金杯等。

总体来看，目前国内外自动化物流（含备货子系统）技术比较成熟，在烟草行业工业及其他行业的标杆企业得到了应用。但在烟草商业配送中心应用很少，应用先进的AGV自动备货技术对提高配送中心的自动化物流水平有很大必要。

2.烟草行业自动备货技术的现状与发展

（1）备货设备的现状

目前大多数烟草配送中心采用流体条货架人工备货、多穿库备货及倍数链备货等设备自动备货。人工备货模式劳动强度大，效率低，差错率高，如今行业中人工备货模式和自动备货模式同时存在，多穿库备货及倍数链备货等自动备货模式正逐渐取代人工备货模式。

现有的自动备货设备，受设备功能限制只能处理一定尺寸范围内的卷烟，卷烟的备货数量最大值是固定的，适应性差，柔性不高。当备货需求的卷烟数量及品规数发生变化，不能适应后端分拣作业的需要。

（2）AGV的发展现状

AGV(自动导引小车)是物流系统中柔性化、智能化程度极高的输送设备。它具有不固定占用地面面积、自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等优点，与其它物料输送设备相比，有较好的适应性和灵活性，在自动化仓库中可以很好的应用。AGV是现代物流系统的关键设备，是集计算机、自动控制、信息通讯、机械设计和电子技术等各种技术于一体的高新技术装备。

AGV在现代制造业应用广泛，可以作为其它设备的安装平台或直接用于工厂搬运，能够提高生产效率，降低成本，已成为自动化物流搬运系统、柔性生产组织系统(CIMS)的核心关键设备，在自动仓库、码垛、搬运、涂装等物流作业单元发挥了关键作用。目前国外投入运行的 AGV 约有几十万台。随着我国经济和技术发展，对于 AGV 的研究已被列入国家高技术计划，其研究与开发取得了一系列成果，国内一些烟草工业企业也开始逐渐应用 AGV。AGV在分拣中心内的应用，如图1。

二、AGV自动备货模式

1.AGV自动备货模式的提出

用于托盘卷烟搬运的AGV，具有自主定位导航、柔性运动控制、智能调度管理、多重安全防护等特点，适应于烟草配送中心的仓储物料输送及备货。采用AGV进行备货增加了备补货的灵活性和预见性，解决了现有自动备货设备在备货数量和品规方面的限制，适应性更强，柔性更高。这种模式是烟草配送中心备货的未来发展趋势之一。

某烟草公司分拣中心，拟在新建卷烟物流配送中心过程中研究采用AGV自动备货的模式；这种全新备货模式，具有高度的柔性和适应性，备货动线短，可以适应备货品规数及备货量发生变化时的备货需求，满足商业配送中心的作业需要，支撑商业分拣高质量发展，具有重大意义。

图1 AGV在分拣中心的应用

图2 AGV自动备货流程

图3 AGV补货过程

图4 AGV分布式缓存

图5 调度系统架构

2.AGV自动备货流程

烟草公司运送来的件烟以30件/托盘的形式，存储于物流分拣中心的立体仓库中。条烟分拣线进行分拣前，堆垛机或者叉车根据WMS给的指令将存储于立库中的相应整托盘烟取出放置于AGV的接驳位。AGV根据WMS给的指令将整托盘的件烟放置于暂存位。AGV小车对存放在地面的托盘卷烟进行取放及输送。当订单任务下发后，AGV小车把需要备货的托盘卷烟取出，输送到备货位置放下，等机械手需要进行拆盘时，AGV小车把托盘卷烟输送到拆盘工位，拆盘完成后AGV小车把托盘卷烟取出，输送到备货位置放下，进入下一个取放及输送循环。AGV自动备货流程，如图2。

分拣开始，AGV根据调度指令将相应品规的件烟运送到机械手的拆盘区，机械手通过图像识别将相应位置以及数量的件烟，转移到件烟的输送线上完成件烟的补货。补货完成AGV将托盘运走。如果拆盘完成后托盘上件烟数量不为零，则将托盘运送至原位置；如果拆盘完成后托盘上件烟数量为零，则将托盘运至空托盘码盘区将空托盘码盘等待转运，同时RCS下达出库指令，将此品规的出库。AGV补货过程，如图3。AGV分布式缓存，如图4。

3.调度系统

调度系统主要有仓储管理计算机、工业以太网络、AGV管理控制计算机、AGV监控计算机等组成。其中，工业智能网关有自带无线网络的功能，装置在AGV小车的车体内部当中，通过车间不同地方的无线AP(或经过3G／4G网络)创建无线的连接方式，安全特性保证系统的完善性，可以防止系统受到侵袭，而且支持较宽的工作温度，在严苛的户外环境仍然可以进行有效的应用，进而维持AGV监控中心和观场运动中的AGV车辆的正常通讯。

调度系统是通过PLC来进行全面的控制，小车载有工业智能网关，能够与AGV控制计算机发生无线通信，进而有效执行AGV控制计算机的相关命令。该控制计算机可依据AGV小车上报的地点与状况信号监控系统内全部AGV小车的整体运行情况，当发生突发状况的时候，可以实现报警的相关操作，还承担搜集输送系统内每一个站点的输送请求，并依据每一个输送站点的信号情况，自动分配AGV小车的任务情况，PLC依据读取到的一系列数据信息，使该小车对地面标识，进行有效的读取工作，并发出相关动作(变化速度、定位、转向及停车等)，进而实现AGV调度系统功能以及站点定位的功用。调度系统架构，如图5。

三、AGV备货模式在分拣中心中的应用

1.某市配送中心的现状

某市配送中心需处理的订单中，品规比较多，且各订单的集中程度低。全年处理品规180个左右，订单品规重合度低，销量最大的品规占全年总销量的13.57%，累计销量的前8个品规总占比为51.84%，细支烟两个品规占比为10.99%。在1月份异型烟占比超过50%，订单品规比较分散，要求备货设备多批次、多品种柔性备货。因此，需要研发一种适合此配送中心订单情况的备货模式。