2024长三角快递物流展
本文以实际项目为依托，从大件商品AS/RS系统、自动化混合输送系统、货到人拣选系统设计等方面，研究一种大件商品自动化仓储物流解决方案，并通过Flexsim仿真分析，对方案进行验证，为大件商品的自动化仓储系统在家居行业的应用提供思路和方法。
一、引言
相较于传统的“人到货”拣选模式，“货到人”拣选实现了数倍的拣选效率，并在大幅降低差错率的同时，节省人力成本，因此“货到人”拣选系统正成为行业主流技术。但目前该技术仍主要应用于小件商品的整件或拆零拣选，在大件商品中应用案例较少。本文以某家具物流配送中心实例为依托，研究一种大件商品货到人拣选系统的规划方案，为大件商品货到人拣选系统的应用提供思路和方法。
本项目家具物流配送中心主要服务于板式家具的仓储、分拣与配送，产品尺寸较大、形状各异，且较为笨重。本项目未实施前，企业一直在分拣环节投入大量的人力物力，由于分拣订单具有SKU多、尺寸差异大等特点，分拣区占用较大面积，拣选人员行走距离长，劳动强度大，作业效率始终无法提升，差错率也居高不下，拣选成为了困扰企业的瓶颈环节。为了解决此问题，本方案采用AS/RS系统配合自动化混合输送系统及拣选工作站的方式，提供一种大件商品“货到人”拣选系统的整体方案，成功消除物流瓶颈，为企业提高客户服务质量和市场竞争力奠定基础。
二、项目及解决方案
1. 项目简介
本文所讨论的项目需实现成品全流程入库、存储、出库、分拣、装车等各环节的自动化及数字化。规划产品包括休闲沙发、功能沙发、软床、床垫，同时需要兼顾集成产品（餐椅、按摩椅、大理石、茶几、电视柜）的入库、存储、出库等功能。整体方案如图1所示，分为生产入库、立体仓储、备货发货三个部分，形成后端入库、中间存储、前端发货的顺向流程。为了增加使用面积，备货发货区建设四层，其中一层主要为发运装车区；二层为分拣作业区，也是本文重点介绍的区域；三、四层为超大件存储及预留区。
图1 自动仓库整体布局图
2.托盘规划
图2 自动仓库内存储产品类型
如图2所示，本项目所规划产品类型具有尺寸不一、包装各异的特点，作为承载商品的标准容器，托盘的选择在自动化仓储配送中心的规划中起到至关重要的作用，不止影响到货架的排布，也决定了空间利用率的大小，并为后续拣选工具提供基础。
本文在详细分析板式家具包装尺寸数据的情况下，采用模数化的规划方法，选用W1100mm×L2500mm及W1100mm×L1200mm两种托盘尺寸。两种托盘在货架内可混合存储，提供仓储系统最大的柔性和灵活性，具体如图3所示。
图3 存储托盘尺寸和存储方式
3.分拣作业流程规划
本项目主要实现软床（纸箱包装）、床垫（纸箱包装/编织袋包装）、休闲沙发（编织袋包装）、布艺沙发（编织袋包装）、功能沙发（纸箱包装）的半自动化拆垛拣选及空托盘供应，在进行拣选系统设计时需考虑两种逻辑：其一，流量均值时拣选托盘能够自动放入至立体库；其二，流量峰值时拣选托盘不回立体库，在拣选车间存储，出库时通过垂直输送系统到达1F，通过系统排序，拉动出库。同时，兼容集成产品（餐椅、按摩椅、茶几、电视柜、餐桌、床头柜等）的拣选出库及空托盘供应。拣选流程如图4所示。
图4 拣选作业流程
4.分拣作业布局规划
图5 拣选站规划图
采用统一“U”型设计拣选站，如图5所示，多积放连续性作业，拣选效率高，兼容人工和自动化方式，可以同时处理软床、床垫、沙发、集成等品类的拣选作业，具有极大的灵活性。
5.拣选辅助工具
鉴于搬运物料尺寸范围较大、单件较重的特点，采用真空起重机进行辅助拣选，自动吸盘采用组合式吸盘，如图6所示。
图6 大件商品辅助拣选装备设计
（1）每个组合共设计5个吸盘，可根据物料尺寸范围，调整吸盘前后左右间距，可处理500～2500mm范围内物料。
（2）5个吸盘可异步控制，根据物料尺寸范围，可自行调节关闭和打开吸盘。单个吸盘承重为50kg，如处理单件尺寸在200～500mm范围内，且重量小于50kg的物料时，可将外围4个吸盘关闭，使用中间吸盘进行作业。
（3）设计吸盘覆盖200～2500mm范围的物料，范围之外的物料采用人工搬运方式。辅助工具设计提高人员作业效率，为拣选工作站个人工作节拍的设定提供依据。
三、仿真分析
本文针对整体方案进行仿真分析，已达到整体验证的效果。
1.流量要求
经过对历史订单数据分析及未来产能规划，将流量需求汇总，如表1～表5所示。
（1）车间入库能力分析（表1）
表1生产车间入库能力
（2）整托出库能力分析（表2）
表2 整托出库能力(P/H)
（3）拣选出库能力分析（表3）
表3 拣选出库能力(P/H)
（4） 库间调拨能力分析（表4）
表4 库间调拨能力(P/H)
（5） 整体能力需求分析（表5）
表5 物流设备能力(P/H)
2.布局建模
AS/RS堆垛机：44台;
立体库：4组;
库区北侧:四层出/入库输送机，参见图7;
图7 整体规划布局建模图(南侧)
库区南侧:三层出/入库输送机，参见图8。
图8 整体规划布局建模图(北侧)
3. 实验输入设备参数（表6）
表6 实验设备参数
仿真运行时间：连续正常工作8小时，最小时间单位秒。
4.实验结果
（1）整体规划方案入库端输送系统统计数据
依照整体入库端输送系统入出库量的实验前提下，通过实验数据结果可知，整体二层入库托盘作业量为194.3托盘/小时，整体空托盘垛出库托盘作业量为25.7托盘垛/小时，整体三层入库托盘作业量为175.3托盘/小时，空托盘垛出库量为22.3托盘垛/小时，整体四层入库托盘作业量为176.3托盘/小时，空托盘垛出库量为22.3托盘垛/小时。从仿真实验可知，各层均因采用环形输入线布局，并且各个库区连通布局方式，可有效避免拥堵，因此整体入库端输送系统无拥堵点。
图9 入库端输送系统实验数据
（2）整体规划方案出库端输送系统统计数据
依照整体出库端输送系统入出库量的实验前提下，通过实验数据结果可知，整体一层整托盘出库作业量为371托盘/小时，空托盘垛入库托盘作业量为31托盘垛/小时， 1#车间一层集放入库托盘作业量为194.3托盘/小时，空托盘垛出库量为23.7托盘垛/小时，整体二层和三层拣选出库托盘作业量为272.7托盘/小时，拣选尾盘回库托盘垛作业量为110.7托盘垛/小时，整体调拨托盘作业量为276.7托盘/小时。从仿真实验可知，因各层均采用环形输送线和各个库区连通的布局方式，可有效地避免拥堵，因此该出库端输送系统无拥堵点，并且整体规划方案中入库端输送系统和出库端输送系统输送托盘总作业量可达到1896.3托盘/小时。
图10 出库端输送系统实验数据
（3）整体规划方案堆垛机能力统计数据
通过实验数据结果可知，整体规划方案中44台堆垛机平均作业能力为43托盘/小时，堆垛机的平均利用率为90.6%。
图11 堆垛机系统实验数据
（4）移栽机节点能力统计数据
通过实验运行结果分析可知，移栽机最大移栽作业量可达到112.3托盘/小时。
图12 移载机实验数据
5.实验结果建议
综上所述，通过仿真建模以及数据分析的验证，依照方案入出库量的实验前提下，在峰值作业能力下堆垛机能力均可满足方案要求。方案中因输送线均采用环形布局方式可有效避免拥堵点，该系统方案无瓶颈点。考虑到入出库总量的作业情况以及设备在运行过程中存在的少量突发故障的情况，该方案充分进行了统筹规划，在作业入出库量大的情况下，托盘输送机、堆垛机等物流运输设备利用率高，满足作业的能力要求，也为以后该公司业务发展留有拓展空间。
四、结论
本文以实际项目为依托，针对大件商品提出一种自动化仓储物流解决方案，并通过Flexsim仿真验证方案可行，为大件商品的自动化仓储系统在家居行业的应用提供了思路和方法。
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承办单位：上海德途展览服务有限公司
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文章来源：北京起重运输机械设计研究院有限公司 马青、陈浙明、马丛良、张方绪
