基于货到人结构某无人仓布局规划及运营效率优化研究Word文件下载.docx
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根据2019年的电子商务市场数据,去年我国的电子商务市场交易规模达到了2.8万亿,增长了48.8%,较前几年相比增长率有所下降,但仍维持在较高水平,由此可见我国的电子商务行业正在迅速发展。
随着网络购物市场的飞速发展,国内的电商呈现出强劲的成长性,加上支付体系、快递物流体系的逐渐完善,电商企业如雨后春笋般涌现。
典型电商企业向三四线城市甚至农村市场的扩张及国际化战略的布局,未来几年,中国的电商市场仍将保持27%左右的复合增长率。
随着电子商务市场的快速发展,电子商务公司拥有越来越多的客户,这意味着电子商务公司必须越来越多地处理订单,尤其是在在线网络购物节和其促销日业务中订单量更是呈现爆炸式增长,订单处理已迅速成为电子商务公司的重要任务;
与此同时,电子商务订单的种类和批次增加了,客户所需的交货时间越来越短,为了提升自身的竞争力并且满足顾客的需求,电子商务公司必须尽快完成订单的选择和分配,大部分时间和资源都在配送中心的整个订单处理过程中提取出来,因此拣选的效率直接影响着客户整个订单的处理效率和客户的满意度,设计合理的拣货流程及拣选方式能给配送带来良好的运作效率和效益。
提高订单准备效率是提高电子商务交易物流效率和客户满意度的有效途径。
传统的企业在面临大量的订单拣选任务时,大多采用“人到货”的拣选方式,由拣货员进入存储区将订单所需的货品拣选出来。
但这种拣货方式需要大量的人工,拣选时间长、效率低,而且容易出现差错。
由于订单处理错误造成的退换货操作麻烦,还会引起顾客的不满,因此在拣选的操作中应尽量减少人工的使用。
“货到人”拣选系统是通过机械自动化设备将货品直接送到拣选人员手中的拣选模式,该方式很好的解决了以上问题,并且随着电子商务订单的迅速增多,“货到人”的模式更加能够适应该发展趋势。
而使用AGV机器人的“货到人”拣选模式,也在多种拣选模式中备受青睐。
作为一种新的选择方式,AGV机器人“货到人”拣选系统被采用。
目前还没有太多的研究来优化这种模式下的收集过程,也没有对提取过程、策略和路径选择的系统规范。
由于长途运输路径和重复运输路径影响整个系统的效率,因此有必要在此模式下优化选择过程。
随着电子商务的快速发展,电子采购的效率越来越重要。
随着自动化和信息技术的发展,人们应用“货到人”系统的方式越来越广泛,针对采购过程的具体优化措施也越来越多。
配送中心有很长的取货和取货路线。
因此,本设计基于以上背景展开对使用AGV机器人的“货到人”模式下的拣选过程进行方法及优化研究。
1.2研究意义
现如今,我国物流业发展的特点之一是智慧物流进入创新爆发时期,“互联网+智慧仓储"
等创新模式全面推广应用。
随着人工智能技术的发展,其不断融入到物流行业当中,在仓储环节上,智能物流设备的使用大大节省了人力资源,提升了仓储运行效率。
目前,众多电商企业纷纷推厂实施智慧仓储运营模式,典型场景就是“互联网+智能仓储”,应用智能物流装备辅助人工作业,形成半自动化的智能仓储系统,在订单拣货环节实现“货到人”的作业模式。
在智能化仓储系统当中,用于电商物流拣选作业的机器人是一种新型的自动引导车(AutomatedGuidedVchicle,AGV)。
基于AGV的“货到人”拣选是一种全新的仓储作业模式,物品按照一些特定的规则存放在可移动式的货架上,当订单履行系统接收到需要处理的订单任务时,首先根据待拣选订单中包含的商品确定需要搬运的货架,指令单台或一系列AGV沿规划的路线来到相应货架下方,顶起货架并将其运送到工作人员所在的拣选工作台,排队等待工作人员从货架上取得订单中所需物品,然后再将货架送回仓库中适当的位置。
订单拣选作业最为关键的两个方面就是“快”和“准”,即订单拣选作业系统响应时间要短并且要做到拣选作业精准无误。
“货到人”系统在运行效率上与传统的“人到货”系统不同。
例如,据相关行业资料显示,装备有物流机器人的仓库存储效率是传统货架存储效率的五倍以上,并联机器人拣货效率相当于传统仓储作业效率的五到六倍。
国外的亚马逊在仓库中使用Kiva机器人辅助进行仓储作业,使得亚马逊仓库的拣选效率大大提高,每年可以节约上亿美元拣选成本。
国内的京东作为智慧物流的先行者和践行者,成立了京东X事业部,自主研发智慧无人仓,在上海建设了“亚洲一号”并投入使用。
还有苏宁、淘宝等也都分别成立了S事业部和E.T.物流实验室,围绕物流机器人拣选开展相关研究。
1.3研究现状
电商配送中心的拣选系统大体可分为“人到货拣选系统”和“货到人拣选系统”两大类。
人到货系统是拣选人员根据订单要求推车行走到指定货架前按照提示进行拣选;
货到人拣选系统则是将订单中需要的货品按照设计的路径及方法输送到相应拣货人员工作台,再由拣货员进行下一步操作,由于该系统通过设备间的配合及连接实现货物的出入库,自动化程度较高。
由于顾客消费习惯发生了变化,订单由大批量、小频次转变为小批量、大频次,而为适应这一改变,商品供应也随之形成少批量、多品种的特点。
因此电商企业的运行,必须有一个与之发展相匹配的灵活高效的物流支持系统,故而符合电商发展特点的配送中心应运而生。
无人仓的发展带动了整个电商物流的发展,开启了物流仓储的下一个时代。
传统物流的功能主要集中于物流的基础职能和服务上,注重实物的运输、储存和配送,以及一些具体包括运输、储存、配送、包装、装卸搬运、流通加工等辅助性的功能。
而无人仓是将货物从入库、存储、包装、分拣的全流程、全系统实现的智能化和无人化的无人仓库。
而电子商务物流的主要特征体现在现代物流的信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化、服务优质化、全球化和绿色化等方面。
只有具备这些特征的基本功能物流企业才能在在现代信息化时代和激烈的市场竞争中生存和发展。
本设计的研究针对基于AGV的货到人作业模式的特点,从货架内部的内案度以及货架在仓库中的位置两个方面综合考虑了货到人系统中的储位分配问题。
在货架在仓库中的位置分配问题上,结合货到人系统中货架可移动的特点,进步考虑了减轻AGV作业拥堵情况下的货架储位分配策略,而不是单纯考虑按照周转率进行货架储位分配。
本研究进步丰富扩展了货到人拣选模式下有关储位分配问题的研究内容。
本设计根据智能仓储系统中货到人拣选模式的特点,首先考虑根据不同商品之间的相关性,使不同货物在货架内部进行关联存储,然后考虑货架在仓库存储区城中的位置分配策略。
通过储位分配优化能够减少AGV访问货架的次数、搬运货架行驶距离和拥堵,又间接减少了AGV作业过程中的电能消耗,最终提升订单拣选作业的效率。
目前,我国许多电商企业纷纷开展无人仓和智能仓储系统试点应用,本设计主要通过研究智能仓储系统中的储位分配问题,给出商品在上架环节和货架在储区中的储位分配策略。
该研究属于仓库运行战略层面的决策,对企业的仓储决策和管理具有一定的管理意义和决策依据。
1.4研究内容与技术路线
1.4.1研究内容
本设计以苏宁无人仓作为研究参考对象,对苏宁无人仓的仓内拣货区域进行系统化的分析。
运用无人仓规划仿真系统进行仿真建模,找出在固定面积下适配AGV机器人数量的最优方案。
在AGV机器人数量最优方案的条件下对不同的储位分配策略进行建模仿真,对所得运行结果数据进行对比分析,同时对运营效率和成本进行分析得出最优结果。
本文主要分为7个章节其内容如下:
第一章主要介绍了本次研究的背景及意义,根据无人仓发展情况进行简单介绍,最后确定了本文所研究的内容及技术路线。
第二章是对本设计所用到的相关理论进行的介绍,包括对无人仓的简介、无人仓的分类及特点、无人仓的分类及特点、EIQ理论和商品关联度的介绍等。
同时也对本无人仓规划仿真软件进行了介绍和软件应用步骤的介绍。
第三章是对苏宁企业现状背景等进行分析,其中包括对苏宁物流的简介;
对苏宁现有的无人仓进行介绍,并分析出现在苏宁无人仓所存在的问题。
对“货到人”结构无人仓进行结算,并介绍储位分配的策略。
第四章重点建模解决无人仓规划问题。
首先确定本课题的仿真目标是无人仓“货到人”这一拣选过程,然后详细地说明运用AGV无人仓仿真软件建模的整个过程包括路径规划、仓库布局、基础参数设置、储位分配、货架布局、任务分配。
第五章运行搭建的仿真模型并且记录运行方案,对AGV机器人数量进行仿真,对比模型仿真后的各个方案分析后得出最优方案。
并在其基础上仿真储位分配策略,运行仿真模型并记录详细数据,最后对数据进行对比分析,得出结论。
第六章对前一章所得出的结论进行运营效率分析,从日处理单量、订单完成时间和经济效益分析等三个方面进行对比研究。
最后得出设计结论。
1.4.2研究技术路线
本设计先对无人仓及无人仓规划仿真软件进行简介,研究苏宁无人仓现状所存在的问题,应用无人仓规划仿真软件进行仿真建模,通过分析所记录的数据,最后得出结论;
研究技术路线图如下图1-1所示。
图1-1研究技术路线
第2章相关理论及方法
2.1无人仓理论概述
2.1.1无人仓简介
从字面意义上来理解,无人仓就是无人化作业的仓库,也就是仓库内所有的物流操作都实现自动化。
但是从实际来看并不是如此,真正的无人仓是把自动化技术与指挥系统互相结合,从最简单的作业上由机器代替人力,然后进一步的增加作业的难度向复杂的方向推进。
以现在来看,从传统人工无人仓到最终的形态的无人仓一共有五个阶段。
如下表2-1所示。
表2-1无人仓进化阶段简介
序号
仓库类型
基础设施设备及主要特点
应用范围
第一阶段
传统仓库
主要还是以人力为主,使用叉车、电牛等设备节省人力加快速度;
用WMS系统实现信息管理
包括现阶段国内的大部分电商物流企业都是处于传统仓库的阶段
第二阶段
智能型仓库
智能型仓库内的存储、拣货等环节采用了自动化设备,一部分环节实现了基本的无人化;
整个物流信息系统具有基本的自主决策能力
目前国内的京东天狼仓、地狼仓、亚洲一号中的shuttle仓就属于第二阶段的仓库
第三阶段
少人型仓库
其主要特点是在收货、存储、拣货、包装、分类、发货等大部分仓内的环节都实现了无人化,但是一些复杂的操作环节还是需要人力与机器共同配合完成,物流系统具有一定的自感知、自适应的基本能力
第四阶段
无人型仓库
实现了仓储作业全流程,收货、存储、拣货、包装、分类、发货都实现了无人化。
物流系统具有自感知、自适应、自修复的全套能力
目前在电商行业,京东无人仓属于全球唯一建成并使用的无人型仓库
第五阶段
终极无人型仓库
这是无人仓发展的最高阶段,特点是在第四阶段基础上,结合人工智能技术的全面应用,全品类、全业务类型都实现无人作业
京东作为电子商务物流行业的龙头企业,也拥有世界级的无人仓库建设标准,这标志着无人仓库独立于中国物流人才开发的智能控制系统开启了全球智能物流的未来。
京东有“三极”、“五自”、“一优”的原则。
三极:
技术水平极高、生产能力极强、协作能力极强;
五自:
自我感知、自我适应、自我决策、自诊断和自修复;
一个“优”:
成本、效率、经验最优,共同打造智能物流对促进产业发展、促进产业伙伴具有重要意义。
京东物流负责人也表示,要了解无人营的标准,需要从“无人化作业”、“数字化经营”和“智能决策”三个层面来理解。
在单个核心指标、设备稳定性、不同设备间分工协作等方面都能达到极致;
其次,在数字化操作方面,无人仓库需要具备自我感知、自我适应、自我确定、自我诊断和自修复。
无人存储是一个极其复杂的系统,最能反映其智能。
它不是根据指令工作和执行的能力,而是决策、评估、纠正错误和自我修复的能力。
在智能决策方面,无人仓库可以实现成本、效率和经验的优化,无人仓库大大降低了工人的劳动强度,效率是传统库存的10倍。
2.1.2无人仓分类及特点
无人仓因在物流领域所需要的功能不同,大体上分为两类,仓储型无人仓和分拣配送型无人仓。
(1)仓储型无人仓
这类无人仓主要是负责商品的仓库储存,仓内布局是满满的高层货架和自动化设备,其功能着重于对商品的储存。
商品入库,应用自动叉车对商品进行搬运,通过人员与机器的简单扫描,获取商品信息,保存数据,再有机器人进行识别信息,对货物进行上架储存,当有订单时,再通过无人叉车或堆垛机对需求数量的商品进行下架、搬运,在仓库出口进行扫描贴标签,最后出库。
(2)分拣配送型无人仓
这类无人仓是我们此次论文主要研究的类型,此类无人仓也是更为全面性的无人仓库,从入库到出库,表面上是无人操作,而实质上是高精尖技术与智慧系统的终极结合体。
从入库开始,卸货机械手臂抓取货物投送到输送线上,货物自动输送到机械手臂码垛的位置,自动码垛后,系统调度无人叉车运送至立体库的入口,由堆垛机储存到立体库中。
通过电脑导入订单,系统调度堆垛机从立体库取出货物,送到出库口处,再由无人叉车搬运货物到拣选区域。
通过机器人对订单进行识别,出送到指定城市的格口,在统一出库。
且包括最后的运用无人车等设备进行商品配送。
仓储型无人仓主要用于对大型且数量庞大的货物进行储存,整体规划与布局,使统计更为直观方便,仓库自身面积较大,所以对占地面积需求也较高,大多数建立在交通发达城市的边缘,方便大型车辆进行运输,而分拣配送型无人仓使用于货物种类多,需求量相比较小,仓内储存量小,对占地面积要求没有那么高,大多为每个城市的郊区,仓库的运转可以满足城市本身需求;
仓内布局更为繁琐有上架区、拣货区、分拣打包区等,每个区域内的无人设备相互协同运作,更能提高订单完成速度,通过人工智能和无人技术的结合,实现更高效率工作,并可以直接往城市中进行商品的配送。
2.1.3“货到人”结构特点
“货到人”结构拣货系统,从字面意思来看非常简单,就是通过机械自动化的方式将货物移动到人所在位置,而人是静止不动的,然后人将订单内所需货物拣选出来的一种拣选方式。
目前在国内外的很多配送中心已经存在很多成功的应用范例,在实际应用中,可以通过很多方式将货物移动到拣选人员面前。
亚马逊通过应用kiva机器人将一个个独立的货架搬运到拣选台前,以供拣货员从中拣取订单所需的货物;
澳大利亚的blackwoods通过使用多层穿梭车、提升机、传送带等自动化设备实现了将货品运送到拣选人员处;
还有很多医院的药房应用旋转货架,人站在货架的两端,通过旋转货架将需要拣选的药品转至工作人员面前;
以此来实现“货到人”等等。
不同的系统拥有各自的优势和适用的条件,企业想要选用更加适合的“货到人”拣选系统,需要根据企业自身的实际情况来做判断。
而本设计研究的“货到人”拣选系统,选用的是具有更好的灵活性“货到人”拣选系统,是通过应用AG机器人(类似于亚马逊的kiva机器人)将货架搬运到拣选台前,拣货员站在拣选台处将订单上所需要的货物从货架上拣选出来。
该拣系统主要由以下几部分构成:
(1)AGV机器人
AGV机器人的行走路线及行走速度都由计算机系统来控制,在需要时,AGV机器人将货架搬运到拣选台前,搬运任务完成后,在指定位置停靠或充电。
配送中心可根据日常的工作量来配备一定数量的AGV机器人,该AGV机器人通过充电来保持自身的能量。
在一个配送中心有多台如图2-1和2-2所示的AGV机器人。
图2-1AGV小车
图2-2AGV小车及货架
(2)单元货架
在使用AGV机器人的“货到人”拣选系统中,AGV机器人可以将每个单独的货架搬运起来,所有货架均为低层货架,每个货架都是独立的,通常为4-10层,结构简便轻巧易搬运,该货架称作单元货架。
在仓库中,由多个这样的货架排成整齐的一排。
在每一个独立的货架上都有多个储位,储位的数量根据品项的所占据的空间来确定,并不是固定不变的。
在接到订单后,AGV小车将订单中品项所在的货架搬运到拣选台前。
(3)拣选工作站
拣选工作站是固定不动的完成拣选任务的地方。
拣选人员站在拣选工作站处,待AGV机器人将货架搬运到拣选工作站处,拣选人员将订单内所需货品拣选出来。
当所有的拣选工作站都处于忙碌状态时,那么新到的AGV机器人就只能进入队列排队等待。
(4)周转货架
周转货架与
(1)相同,但功能不同。
(1)周转率位于货物存放的仓库内,如有必要,由AGV机器人运送到拣货点。
周转货架停在拣货点后面。
如果拣货人员选择了订购所需的货物,他们将在销售层面的不同地点下不同的订单当销售货架的存储位置被完全占据时,AGV机器人将整个销售货架运送到下一个包装工序,并根据订单进行包装。
(1)第(4)项和第(4)项中的货架可根据自身需要进行混合。
“货到人”拣选系统在正常的运行过程中,除了以上必要的硬件设施外,还需要有相应配套的控制软件来支持系统的运作,即软件部分。
本设计所研究的使用AGV机器人的“货到人”拣选模式,配送中心的拣货环境,主要由AGV机器人、单元货架、拣选工作站和周转货架等硬件设施组成。
2.2相关理论
2.2.1EIQ理论
EIQ分析理论即EIQ规划法最早由日本铃木震先生提出并积极倡导。
即是从客户订单的品项、数量与订购次数等观点出发,进行出货特性的分析,其观念在于首先针对物流中心的目的,掌握物流特性,从物流特性所衍生出的物流状态,诸如从物流中心的设备至客户为止的流程等的流动特性,探讨清楚运作方式,并规划出适合该物流系统的一套系统的方法。
EIQ规划法(E:
OrderEntryI:
Item、Q:
Quantity)即是从客户订单、品项、数量数据出发,进行出货特性的分析,其观念在于针对物流中心掌握入出库订单,从订单特性分析的物流状态,得出诸如从物流中心的规格分布及ABC分类、入出库频次及时间特征等内容,并依此进行系统平面布局、入出库设备能力计算、自动化程度等要素的设计,是规划出活合该物流系统的一套行之有效的方法。
EIQ分析可以对客户订货订单信息数据,分别进行IQ、IK、EQ、EN、TEQ、TCQ、MEIQ等项目的分析。
其具体指标解释如下表2-2。
表2-2EIQ分析指标说明
指标
解释
1
品项数量(IQ)分析
分析每一品种规格出货总数量的情况,用于ABC分类。
但IQ的分布趋势明显,品种分区储存、分拣分区拣选的策略越容易应用。
同时IQ曲线也能用来选择设备。
2
品项受订次数(IK)分析
分析每一品种规格出货次数的分析,出货次数的重要性不亚于出货量,也是确定是否是常用品种、A类品种的重要依据,考虑如何分配存储位置。
3
订单量(EQ)分析
分析单张订单出货数量的情况,了解零售户每次订货的数量分布,决定着送货包装的单位,以及分拣系统和配送系统的效率。
4
出货量(TiQ)分析
一定时间内的出货数量总量的分析,如每日、每月、高峰日、高峰月等,分析系统能力需求,用于确定分拣系统能力、搬运设备能力、各暂存区能力等。
5
出货品项数(TIK)分析
一定时间内的出货总品项数的分析,如每日、每月、高峰日、高峰月等,不管是对于手工分拣线、半自动分拣线、还是全自动分拣线的分拣货格数量确定。
6
品项受订次数(TEN)分析
一定时间内的订单个数的分析。
7
品项受订次数(TK)分析
一定时间内的配送客户数的分析。
2.2.2商品关联度
商品关联关系分析是从统计上发现数据间的潜在联系。
总体来看,关联关系分析主要应用于营销方面,主要通过订单数据或者购物篮数据挖掘客户消费商品的内在关联性。
在人到货系统中也有利用商品间关联关系分析帮助进行货物存储位置分配的研究。
不论是人到货还是货到人系统,商品在货架中的存储都要基于一定的规则,因此在货到人系统中同样可以利用此种方法进行商品关联性分析。
2.3无人仓规划仿真软件简介
2.3.1软件简介
本次进行仿真规划用到的软件是无人仓仿真规划系统,此系统是由北京物资学院设计与研发的,它与Flexsim,Witness等软件不同,在构建模型上并没有那么复杂,但却能准确构建出仓库模型,对其进行仿真,得到相应数据,由于软件还处于开发阶段,所以软件还存在着许多不足与BUG,但软件也在不断地更新中,使其变得更完善;
无人仓仿真规划系统主要是对无人仓进行定时或定量的仿真,通过搭建模型、设置参数、运行模型等操作,记录出我们所需要的仿真数据,并进行分析,通过分析数据,给出更优方案。
随着配送中心的发展,订单逐渐发展为小批量、多批次,因此对配送中心的拣选作业要求也更高。
以往配送中心采用的“人到货”的拣选模式已经不能满足如今的业务要求,因此越来越多的配送中心运用AGV拣货机器人来完成“货到人”的拣选过程,进而提升工作效率。
“货到人”是无人仓的主要拣选系统,拣货工作人员位置固定,等待AGV拣货机器人将货架搬运到拣货人员面前。
无人仓“货到人”这一拣选系统,主要是由机器人来完成整体的运输工作,包括货架的拣出与归位。
无人仓仿真规划软件由硬件系统和软件系统两部分组成,其中无人仓硬件系统构架图如下图2-3所示。
图2-3无人仓系统硬件系统构架
(1)物流AGV介绍
AGV搬运机器人融合有计算机系统、控制系统、通信机制和控制、传感系统等。
相比传统人工搬运,AGV的运用有很大的优势和广泛的应用前景。
该系统提供了一种基于移动机器人系统的将任何需要拣选的货品运送至拣选作业人员,来完成拣选仓储自动化。
通过使用机器人、可移动的货架、工作站和复杂的控制软件,完成无人仓系统的拣选、分拣作业。
物流分拣机器人由以下几部分组成:
举升装置、碰撞检测系统、导航系统、充电系统、行驶系统、控制系统。
图2-4AGV拣选机器人
相比较于物流拣选AGV,物流分拣AGV的体型尺寸较为缩小,取消了大负重的托举装置,取而代之的的是一个托盘货物投放装置。
当分拣工作人员将分拣好的货物放置在AGV分拣机器人上,由机器人托举货物到达相应的格口,并