張倫++耿瑩瑩++李俊韜

[摘要]文章結(jié)合國(guó)內(nèi)電商配送中心運(yùn)作模式的現(xiàn)狀，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研究基于智能機(jī)器人的電商配送中心運(yùn)作模式，創(chuàng)新性地提出電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)，闡述了其原理、特點(diǎn)，著重研究了其業(yè)務(wù)模式以及物流工藝流程，同時(shí)研究了該模式下對(duì)AGV等設(shè)備的參數(shù)及工作模式要求。

[關(guān)鍵詞]儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)；電商配送中心；運(yùn)作模式

[DOI]1013939/jcnkizgsc201623012

1引言

伴隨著電子商務(wù)業(yè)務(wù)的飆升，電商物流中心的作業(yè)模式也在不斷發(fā)展。在設(shè)備上，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，逐漸以自動(dòng)化的設(shè)備代替煩瑣的人工活動(dòng)；在系統(tǒng)上，信息化程度不斷提升，而且信息化逐漸成為配送中心現(xiàn)代化的重要標(biāo)志；在各環(huán)節(jié)作業(yè)模式上，各種新的模式層出不窮，從各個(gè)層面給揀選作業(yè)帶來(lái)便利。

然而，不論是設(shè)備還是作業(yè)模式的更新，均未能改變員工每天需繞揀選區(qū)域數(shù)圈只為揀出幾十單商品的現(xiàn)狀。自動(dòng)化大多體現(xiàn)在最后的分揀環(huán)節(jié)，品規(guī)繁雜的揀選及上架環(huán)節(jié)始終是電商配送中心的瓶頸環(huán)節(jié)，將入庫(kù)及揀選環(huán)節(jié)自動(dòng)化一直是電商領(lǐng)域的一個(gè)難題。本文所研究的基于智能機(jī)器人的電商配送中心運(yùn)作模式能夠很好地解決這一棘手難題。該系統(tǒng)將細(xì)分化的入庫(kù)上架以及揀貨的具體動(dòng)作交由人工處理，而將該過(guò)程所必需的尋找、搬運(yùn)等環(huán)節(jié)交給AGV小車完成。不論從自動(dòng)化的模式、運(yùn)作的效率還是人性化的角度，該系統(tǒng)都是一項(xiàng)有意義的創(chuàng)新。

2基于智能機(jī)器人的電商配送中心運(yùn)作模式簡(jiǎn)介

基于智能機(jī)器人的電商配送中心運(yùn)作模式實(shí)質(zhì)是指運(yùn)用于電子商務(wù)配送中心以優(yōu)化配送中心作業(yè)流程的基于移動(dòng)式貨架和智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的新型作業(yè)系統(tǒng)?；谠撃Ｊ讲煌趥鹘y(tǒng)電商配送中心運(yùn)作模式的特點(diǎn)，本文將其命名為電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)。

2.1電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)的原理

傳統(tǒng)的物流中心需要配置大量的工作人員來(lái)處理訂單，在收到客戶訂單后工作人員需要在迷宮式的貨架中穿梭并從成千上萬(wàn)種商品中挑出訂單商品，然后打包配送給顧客。其問(wèn)題是人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，錯(cuò)誤率高。這些瓶頸問(wèn)題在以顧客體驗(yàn)至上的電商行業(yè)被放大數(shù)倍。不同于以往的人至貨前的揀選模式，基于儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)的電子商務(wù)配送中心的運(yùn)作模式，打破了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)揀選分區(qū)的模式，而采取自動(dòng)化與人工合理結(jié)合的新型作業(yè)模式。

儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)運(yùn)作模式在入庫(kù)與揀選階段均采用移動(dòng)式自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人輔助上架及揀選，采用“貨物運(yùn)動(dòng)人靜止”的模式。自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人按照指令自動(dòng)尋找貨架、自動(dòng)生成搬運(yùn)路徑、在交叉處自動(dòng)排序直到完成整個(gè)入庫(kù)和揀選環(huán)節(jié)任務(wù)。操作人員只需在節(jié)點(diǎn)處等待指定貨架到來(lái)并完成該貨架內(nèi)貨物的揀選操作。而所有這些活動(dòng)的調(diào)度安排依賴于強(qiáng)大的后臺(tái)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和創(chuàng)新的二維碼地標(biāo)識(shí)別。該模式的優(yōu)點(diǎn)在于將大量標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)、搬運(yùn)等作業(yè)交給自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，而將人力集中于末端的電商行業(yè)所特有的個(gè)性化、細(xì)分化的揀選及分播環(huán)節(jié)。

2.2電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)的特點(diǎn)

從運(yùn)作模式上看，儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)分揀各自分區(qū)的模式，采用倉(cāng)儲(chǔ)分揀同區(qū)同設(shè)備進(jìn)行的模式，改運(yùn)作模式“人到貨”為“貨到人”。其優(yōu)點(diǎn)是減少了功能區(qū)域的分割從而節(jié)約空間，減少了人員工作強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，更大程度上滿足了客戶體驗(yàn)。

從作業(yè)形式上看，儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)沒(méi)有采取由員工按照傳統(tǒng)規(guī)劃路徑巡邏配送中心一圈的形式，而是將前期的尋路、搬運(yùn)等工作交給AGV小車，將后端的上架、揀選的具體動(dòng)作交由人工完成，這樣便合理利用了設(shè)備與人力，同時(shí)提高了運(yùn)作的自動(dòng)化程度。另外，將動(dòng)力源拆分的做法提高了系統(tǒng)的靈活性。

總體上，儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)在運(yùn)作模式、運(yùn)作效率以及目前配送中心作業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)上都有著較大優(yōu)勢(shì)，尤其是在多品小批高頻的特殊電商領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

3電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)業(yè)務(wù)模式研究

基于電子商務(wù)物流的儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)有著特殊的行業(yè)特點(diǎn)以及創(chuàng)新的作業(yè)模式。因此，該模式下電商配送中心的業(yè)務(wù)也有了新的模式，是一種新型的半自動(dòng)化電商配送中心運(yùn)作模式。

3.1電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)業(yè)務(wù)模式分析

儲(chǔ)分一體化模式下，操作員只需停留在兩端的入庫(kù)口或揀選口處，而智能機(jī)器人則根據(jù)指令有序地穿梭于貨架周邊的通道，取出系統(tǒng)要求的貨架至指定入庫(kù)口或揀選口，操作完畢后，智能機(jī)器人再將貨架運(yùn)回原處。即在入庫(kù)階段，由AGV小車根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度命令自動(dòng)識(shí)別需入庫(kù)貨架并搬運(yùn)該貨架至入庫(kù)口，待入庫(kù)人員將所需上架的貨品按指令上架完畢后，再由AGV小車將貨架搬運(yùn)至指定存儲(chǔ)位。在揀選階段，由AGV小車按照系統(tǒng)指令將存有揀選貨品的貨架搬運(yùn)至揀選口，并按照先后順序依次排隊(duì)，待揀選人員根據(jù)指令揀選完該貨架內(nèi)指定貨物后，再由AGV小車將該貨架搬運(yùn)至下一揀選口或原存儲(chǔ)貨位。在出庫(kù)階段，經(jīng)打包分揀完成的貨物入穿梭車立體庫(kù)，待出庫(kù)時(shí)，再由穿梭車立體倉(cāng)庫(kù)連續(xù)出庫(kù)的模式進(jìn)行裝車配送。

與傳統(tǒng)的電商配送中心運(yùn)作相比較，取代揀貨員來(lái)回穿梭的忙碌身影的是來(lái)去自如的一輛輛智能機(jī)器人，這一模式將使得電商配送中心運(yùn)作的自動(dòng)化程度更上一個(gè)臺(tái)階。

3.2電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)物流工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)上述儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)運(yùn)作模式可知，基于儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)的電商配送中心各環(huán)節(jié)物流工藝流程也有其特有的性質(zhì)，現(xiàn)對(duì)其各主要環(huán)節(jié)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.1入庫(kù)流程設(shè)計(jì)

入庫(kù)環(huán)節(jié)，各收貨月臺(tái)根據(jù)收貨單收貨后由輸送機(jī)就近輸送至入庫(kù)站臺(tái)。將入庫(kù)單輸入調(diào)度系統(tǒng)后，由調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行入庫(kù)上架任務(wù)的安排以及優(yōu)先級(jí)編排，入庫(kù)操作員在操作終端以手持RF掃描貨物的方式進(jìn)行入庫(kù)呼叫，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)呼叫信號(hào)就近調(diào)度AGV小車，AGV小車根據(jù)指令識(shí)別所需貨架，優(yōu)先調(diào)用原有該類貨物但已出庫(kù)的貨架，如果該貨架目前容量大于或等于此次需入庫(kù)貨物，則AGV小車按照規(guī)劃路徑運(yùn)行至該貨架下方，進(jìn)行舉升后將該貨架按照規(guī)劃路徑搬運(yùn)至入庫(kù)口指定位置，若沒(méi)有相應(yīng)的貨架或者該貨架當(dāng)前容量小于需入庫(kù)數(shù)量，則AGV小車根據(jù)指令就近識(shí)別一同類空貨架并搬運(yùn)至入庫(kù)口，若入庫(kù)口已有正在進(jìn)行入庫(kù)操作的貨架，則該AGV小車按照規(guī)定位置進(jìn)行等待，待前一貨架操作完畢，接替該小車位置。此時(shí)操作員掃描貨物標(biāo)簽，相應(yīng)貨格的指示燈亮起，操作員將貨物放入該指定貨格，同時(shí)掃描該貨格標(biāo)簽以在系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)存貨信息，至此該件貨物上架完畢，操作員以同樣的方式進(jìn)行下一貨物的上架操作，直至該貨架需入庫(kù)操作全部完成，由于系統(tǒng)內(nèi)存有每批入庫(kù)貨物的相關(guān)信息，如重量、數(shù)量等，因此操作員操作完畢后，載有貨架的小車可由重力和亮燈次數(shù)雙重感應(yīng)自動(dòng)離開，操作員循環(huán)上述操作，直至該批貨物入庫(kù)完畢。

對(duì)于離開的小車，如下一入庫(kù)口對(duì)該貨架也有調(diào)度需求，則小車根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃路徑自動(dòng)運(yùn)行至下一入庫(kù)口；如暫無(wú)需求，則按照既定的規(guī)則選擇路徑將貨架運(yùn)至相應(yīng)存儲(chǔ)位。若此時(shí)小車處于或接近需充電狀態(tài)，則小車就近選擇可用充電位充電，充電完畢后自動(dòng)就近選擇空車位停下，否則小車直接就近選擇空車位停下等待下次調(diào)度任務(wù)。以入庫(kù)流程為例，其流程如下圖所示。

入庫(kù)流程

3.2.2揀選流程設(shè)計(jì)

在揀選環(huán)節(jié)，首先由訂單處理系統(tǒng)將訂單按照時(shí)間窗進(jìn)行優(yōu)化，即在規(guī)定的時(shí)間間隔處理一批訂單，將該批訂單進(jìn)行相似度對(duì)比、分類等操作，旨在提高同一貨架中的貨物對(duì)該揀選口的訂單覆蓋率，以減少AGV的額外往復(fù)運(yùn)動(dòng)，提高揀選效率。

在揀選準(zhǔn)備區(qū)，操作人員按照每個(gè)揀選口單次揀選訂單數(shù)以及系統(tǒng)優(yōu)化的揀選單順序分配訂單箱，并將訂單箱對(duì)應(yīng)訂單號(hào)進(jìn)行打碼貼標(biāo)。此時(shí)，選擇訂單箱時(shí)，可根據(jù)訂單中商品特性如大小、體積等，選擇合適的訂單箱以節(jié)約箱體材料。對(duì)該貨架進(jìn)行掃描，以向系統(tǒng)確認(rèn)貼標(biāo)完成，表示該貨架可被系統(tǒng)調(diào)度。

將揀選單輸入系統(tǒng)后，揀選人員在揀選終端以屏幕下方開始按鈕的方式呼叫揀選任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)呼叫信號(hào)就近調(diào)度AGV小車，小車根據(jù)指令依次搬運(yùn)已貼標(biāo)好的訂單貨架至揀選區(qū)適當(dāng)位置，若前方已有在操作訂單貨架，則小車在等待區(qū)等待接替原小車位置。

同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)該揀選口訂單貨架信息調(diào)度距離儲(chǔ)位最近的小車，小車根據(jù)指令識(shí)別待揀選貨架并按照一定的規(guī)則選擇路徑行駛到該貨架下方，舉升貨架后，將貨架運(yùn)至指定揀選口，若前方已有在操作貨架，則在等待區(qū)域排隊(duì)等待接替前一小車位置。當(dāng)揀選員按下揀選啟動(dòng)鍵，則屏幕上方顯示屏顯示需揀選貨物的信息，包括名稱、數(shù)量、位置等，并且該貨格的顯示燈亮起，同時(shí)訂單貨架的相應(yīng)位置指示燈亮起，待揀選員揀選足量的該貨物放入相應(yīng)訂單箱后，按下貨箱旁的確認(rèn)鍵，該指示燈滅，同時(shí)下一貨箱以及對(duì)應(yīng)揀選貨架貨格的指示燈亮起，直至該貨架貨物揀選任務(wù)執(zhí)行完畢。若此時(shí)其他揀選口有該貨架貨物的揀選需求，則小車按照既定路徑運(yùn)行至下一揀選口，等待揀選操作，否則小車按照既定規(guī)則運(yùn)行至原儲(chǔ)位，小車等待下一調(diào)度任務(wù)，如暫無(wú)調(diào)度任務(wù)則自動(dòng)回空車停放區(qū)，此時(shí)若小車處于待充電狀態(tài)，則自行在充電區(qū)排隊(duì)等待充電。當(dāng)同一揀選口所有訂單貨架的揀選任務(wù)全部完成后，小車及貨架由重力和亮燈次數(shù)雙重感應(yīng)自動(dòng)離開，并將該訂單貨架運(yùn)至打包區(qū)等待打包。

3.2.3出庫(kù)流程設(shè)計(jì)

在出庫(kù)環(huán)節(jié)，經(jīng)打包好的貨物由打包人員直接放置于自動(dòng)分揀線上，分揀線按輸送線路分揀貨物，每個(gè)輸送線路的貨物集中存放，由輸送機(jī)輸送至穿梭車立體倉(cāng)庫(kù)的入庫(kù)站臺(tái)，經(jīng)轉(zhuǎn)送裝置放置于穿梭車上進(jìn)行入庫(kù)操作，為了便于進(jìn)行連續(xù)出庫(kù)，將每個(gè)輸送線路貨物存放在同層貨架中，等待一定時(shí)間，配送車輛到達(dá)后，由穿梭車立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)出庫(kù)，即每層貨物分別裝車出庫(kù)。

3.2.4電商物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)對(duì)AGV工作模式及貨架設(shè)計(jì)的要求基于以上分析可知，該模式下的調(diào)度安排依賴于強(qiáng)大的后臺(tái)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，利用慣導(dǎo)和二維碼地標(biāo)識(shí)別。然而，這種特殊的作業(yè)模式對(duì)AGV的工作模式也提出了較高的要求。

首先，在有限的通道寬度內(nèi)，小車要以原地旋轉(zhuǎn)的方式舉升貨架；其次，小車在十字路口的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作亦采取原地轉(zhuǎn)向的方式，同時(shí)，為了避免轉(zhuǎn)向時(shí)貨架之間的碰撞，小車需做到轉(zhuǎn)向時(shí)“車身轉(zhuǎn)動(dòng)貨架靜止”，另外，小車需維持盡可能小的轉(zhuǎn)彎半徑方能在狹窄通道完成轉(zhuǎn)彎動(dòng)作；最后，為保證作業(yè)效率，小車的載重速度不能過(guò)低，承重不能過(guò)低同時(shí)小車自重盡量維持在較低水平。

通過(guò)上述分析及該模式下貨架、通道等基本設(shè)置情況，現(xiàn)將小車基本參數(shù)要求設(shè)置如下表所示。

AGV小車參數(shù)要求AGV小車參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)要求尺寸750×600×425mm自重 / 承重≤200kg/≥1000kg空載 / 承載速度12m/s/1ms舉升時(shí)間 / 舉升方式3～5s/車身原地旋轉(zhuǎn)舉升轉(zhuǎn)向方式原地轉(zhuǎn)向，車身轉(zhuǎn)動(dòng)貨架靜止轉(zhuǎn)彎半徑小車轉(zhuǎn)向軸軸心至車身最長(zhǎng)距離

這種潛入式物流搬運(yùn)機(jī)器人通過(guò)慣導(dǎo)和二維碼進(jìn)行室內(nèi)定位，實(shí)行六輪機(jī)構(gòu)，前后四輪為萬(wàn)向輪，中間兩輪為驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向方式為差速轉(zhuǎn)向，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)AGV協(xié)同作業(yè)，主要是針對(duì)電商物流配送中心的出入庫(kù)存取、揀選等作業(yè)，運(yùn)行在貨架的底部，可以在狹窄空間的轉(zhuǎn)向和行走，對(duì)貨架采用舉升的方式，頂部有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，確保狹窄空間貨架隨機(jī)器人旋轉(zhuǎn)發(fā)生碰撞；物流搬運(yùn)機(jī)器人四周有多個(gè)激光防碰撞傳感器。

儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)特殊的運(yùn)作模式不僅對(duì)AGV有著嚴(yán)格的要求，而且對(duì)AGV小車所承載貨架的設(shè)計(jì)也有著特殊的要求，包括貨架的尺寸、承重等。首先，貨架尺寸需與小車配套，且遵循在盡量增加存儲(chǔ)量的同時(shí)保持安全性的原則。本設(shè)計(jì)選擇960×960×1600的設(shè)計(jì)尺寸。其次，貨架層數(shù)以及各層容量可靈活調(diào)整，因電商產(chǎn)品SKU龐大且形態(tài)大小各異，因此，靈活調(diào)整各個(gè)貨格空間的做法使得貨架的利用率更高。

4結(jié)論

本文在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)電商配送中心運(yùn)作模式的現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地提出電子商務(wù)物流儲(chǔ)分一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)揀選分區(qū)的模式，而采取自動(dòng)化與人工合理結(jié)合的新型作業(yè)模式。該模式將大量標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)、搬運(yùn)等作業(yè)交給自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，而將人力集中于末端的電商行業(yè)所特有的個(gè)性化、細(xì)分化的揀選及分撥環(huán)節(jié)。這樣不僅提高了整個(gè)作業(yè)效率，而且節(jié)約了勞動(dòng)力資源，使得配送中心的運(yùn)作模式向著更加人性化的方向發(fā)展。本文還對(duì)該模式下AGV小車的工作模式及貨架設(shè)計(jì)等方面做了研究。希望本文所做的工作，能夠?qū)π滦团渌椭行倪\(yùn)作模式的研究起到拋磚引玉的作用。下一步工作將對(duì)該模式下的配送中心內(nèi)部總體布局以及具體運(yùn)作模式進(jìn)行仿真研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈長(zhǎng)鵬訂單結(jié)構(gòu)與揀選系統(tǒng)的適配問(wèn)題研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011

[2] 聶峰自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)穿梭車系統(tǒng)控制方法與優(yōu)化調(diào)度研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2009

[3] 李敬斌卷煙密集儲(chǔ)分一體庫(kù)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012

[4] 李哲物流中心揀選單處理及揀選路徑優(yōu)化研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2011

[5] 李詩(shī)珍，配送中心訂單分批揀貨模型及種籽啟發(fā)式算法[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2009（1）：45-47

[6] 魏斌，紀(jì)壽文配送中心布局及設(shè)備配置仿真優(yōu)化[J].物流技術(shù)，2010（2）：89-91