蜂巢系统在电商行业订单履约中心的应用

吴耀华 刘 鹏/文

蜂巢系统在电商行业订单履约中心的应用

吴耀华 刘 鹏/文

本文针对平台型电商企业大批量订单处理的难点和痛点，提出了适用于电商仓储物流的“分布式自动化”物流理念；介绍了此理念下基于大规模调度算法并能够实现储分一体的兰剑“蜂巢式电商4.0系统”，及其在平台型电商企业的应用情况。该系统配置业内最先进的兰剑第四代智能巷道穿梭车、超高速转载穿梭车和高速垂直提升机，在兰剑Bee-NetTM系列调度算法驱动下实现精准、高效、集约、绿色地解决电商物流分拣难题的目的。

电商物流、分拣、储分一体、蜂巢式电商4.0系统

高速发展的电子商务已经进入了4.0时代，海量订单、海量SKU、订单行小、订单时效性高且波动性大、订单总体存量要求高等特点使其物流处理难度越来越大，订单拣选已成为制约平台型电商企业发展的物流瓶颈，直接影响到客户对企业服务的满意度。如何实现订单的高效精准拣选和快速响应，是电商仓储物流发展所面临的关键问题。另外，电商履约中心的“人到货”分区组合拣选方式导致作业占地面积大，拣选效率低、人员数量多，运营成本高等问题成为平台型电商的一大痛点。

目前，针对平台型电商订单存储分拣的自动化设备多为集中式物流系统，例如堆垛机AS/RS系统及大规模输送设备，该系统对单一设备依赖性大，适用于以存储为主、分拣为辅的存储型仓库；设备及运行成本高，解决电商物流能力有限，难以应对电商订单暴涨的现状。此外，也有借助AGV实现“货到人”拣选的做法，由传统的集中式转变为分布式，可降低部分作业成本。但由于AGV运输的货架高度有限，不能充分利用仓库上部空间，存储成本仍然较高；而且，AGV设备数量巨大所带来的高成本投入也难以实现大批量应用。

本文针对平台型电商以分拣为主、存储为辅的作业特点，引入适用于电商仓储物流的创新型分布式自动化物流系统——“蜂巢式电商4.0系统”，并介绍其应用案例，以期为高速发展的电商行业仓储分拣物流难题提供有价值的参考解决方案。

图1：兰剑高速料箱提升机

一、蜂巢式电商4.0系统设计

1.“蚂蚁雄兵”设计思路

蚂蚁虽小，但能够搬运超过其体型数倍食物，这就是“蚂蚁雄兵”思路的由来。自然界的蚂蚁其实是一种很聪明的生物，善于将一个复杂的任务分解成一个个小任务，任务与任务之间通过多个蚂蚁交接完成。蚂蚁个头虽小却能够发挥“集团军作战”的优势。正是沿着这个思路，兰剑研发团队颠覆了目前传统的集中式自动化物流系统，创新性地使用“分布式自动化物流系统”架构，搭建了一套集仓储分拣功能于一体的敏捷物流系统，蜂巢式电商4.0随之诞生。

分布式自动化物流系统中多种设备并行工作，实现货物的分布离散式输送。“蚂蚁雄兵”设计思路适用于储分一体的配送型仓库，同时支持B2B和B2C业务，提高系统投入产出比。

2. 3D式“货到人”设计规则

在传统“人到货”的分拣系统里，由分拣人员带着拣选容器按照拣货清单或在拣货系统指引下，到达待拣货物的货架处进行货物拣选，此时货物为静止状态。“人到货”方式拣选效率受制于分拣人员是否熟悉货位分布，选取的拣选路线是否合理，拣选数量是否正确等因素制约。这种作业方式占地面积大、拣选效率低、人员数量多、拣选错误率高，无法满足电商高效精准拣选要求；“平面式货到人”系统占空间利用率低，无法满足高密度存储要求；而兰剑蜂巢式电商4.0系统将平面式“货到人”系统在竖向空间上进行了叠加，形成了一个多层的3D“货到人”系统，各层子系统、多类智能运动单元并行作业。集成先进的软、硬件技术，使用超高速穿梭车进行分拣作业，拣选人员只需要根据拣选台电子标签提示的数量，从周转箱中拣选相应数量的商品放入包装盒即可，不需要考虑货位、拣选路线等因素，打破了原有人工对照订单去货位找货拣选的模式。这种方式可有效提高作业效率，降低错误率，人员至少可减少60%。

图2： 兰剑高速智能穿梭车

图3：兰剑智能快速拣选站台

3. “高效低耗”设计理念

（1）面积更省、人员更少、效益更高

蜂巢式电商4.0系统采用“密集仓储”的设计理念，消除了货物托盘或周转箱之间的冗余距离（纵向），压缩了货箱高度上设备存取的余量（上下），取消了设备穿行存取的空间（横向）。通过三维空间上的紧密压缩，使得货架与货物形成了一个密度极高的整体；有效提高空间利用率，仓储面积至少可节省80%。

（2）优化合单、环节更少、效率更高

系统通过对仓储环节和分拣备货环节的整合，取消了分拣系统所需的“备货区”或分拣前所需的“暂存区”，实现仓储和分拣无缝衔接，使仓储系统本身具备了仓储、分拣、补货以及集货缓存的功能，有效解决了常规配送模式中仓储和分拣环节间必须设置备货缓存区的问题,减少了物流环节、缩短了物流动线、有效提高了仓储容量。

（3）更安全、更绿色、更可靠、易扩展

并行式分布系统中采取多重防护措施，减少设备及用人安全问题，提高系统可靠性；系统每个环节的运行都是有意义的，减少系统等待时间及能耗，有效提高人效及设备利用率；核心设备之间并行作业、互为备份，保障订单任务的精准排序与动态调度。设备出现故障或需检修时，可将订单任务及时分派给其他设备完成，不影响系统整体作业，保证订单履行的时效性；改变以往单订单大规模连续输送的刚性模式，采用料箱类穿梭车搬运的柔性模式，效率更高、能耗更低、噪音更小、维护更易，现场整洁、扩展更易、柔性更强；系统采用模块化设计理念，多类单机设备有效组合、并行作业。当业务量翻倍时，可通过增加穿梭车、提升机、拣选站台或增加子系统，成倍提升处理能力。

二、蜂巢式电商4.0系统架构

蜂巢式电商4.0系统有两个构成要素：第一个维度是系统的硬件组成，即先进的智能装备；第二个维度是系统的软件部分，即驱动智能装备的大规模调度算法。

蜂巢式电商4.0系统主要由智能巷道穿梭车、超高速转载穿梭车、高速垂直提升机三大智能运动单元及智能拣选站台构成，智能装备依靠智能订单拣选系统（IMHS-OPS）、网络化仓储管理软件（IMHS-NWMS）、订单优化调度软件（IMHS-OMS）及大数据分析平台（IMHS-DAP）调控指挥，全面提升系统整体效率，不仅满足服装及电商企业平日多品种、多批次、小批量的物流业务特点，更能满足“双11”峰值物流业务需求，为大数据时代下企业提供更高效的物流解决方案。在不增加投资的情况下，仓储面积更省、运营人员更少、运行效率更高、运维费用更低。

图4：兰剑Bee-NetTM系列算法的三维建模及仿真分析

图5：兰剑Pro-XTM系列管理信息系统动态优化

1.先进的智能装备

蜂巢式电商4.0系统采用的是目前业内最先进的兰剑第四代智能巷道穿梭车、超高速转载穿梭车和高速垂直提升机，三类智能运动单元柔性无缝衔接、高速稳定运行，实现了对货物的精准存取。同时，兰剑基于人体工程学的原理对智能拣选站台进行了优化设计，使拣选作业识别时间最短、动作频率最低、动作幅度最小、单批次处理订单量最大，并且可同时兼容B2B和B2C业务。

（1）高速智能穿梭车ProFleX V2.0

兰剑高速智能穿梭车整车框架采用汽车级一体化焊接成型技术，牢固稳定，精密可靠，轻便易维护；车轮采用防静电聚氨酯包胶轮，四轮独立悬挂系统，平稳运行，定位准确；货叉材质采用世界最顶级的意大利Rollon导轨，铝合金一体化侧板，结构简易牢固，保证顺畅取放货；穿梭车系统基于Multi-Agent的智能柔性调度，采用第三代运动控制器及抛物曲线加减速技术，运动高速、定位准确；数据传输工艺采用工业CAN总线技术，数据传输稳定可靠；同时支持5G无线WiFi通讯，无缝漫游，抗干扰能力强；安全方面采用三重安全保护，并配以主动维护系统，操作简单、耗时短；双重定位检测方式,通过旋转编码器绝对认址配以定位孔精定位算法实现精准无误定位。

（2）高速料箱提升机ProSpeed V2.0

兰剑高速料箱提升机可以实现货物跨层运输，与出入库输送系统及转载穿梭车实现作业衔接。

（3）智能快速拣选站台 IFPTTPTM

①智能简单学习

同时支持B2C、B2B订单拣选和新品入库作业；

同时支持SS（单仓满足的单品订单）、SM（单仓满足的多品订单）、MM（多仓满足的多品订单）、退货处理等多种业务场景。

②安全舒适作业

人体工学设计，操作员无需行走及等待，且手臂和双手均在舒服的范围内活动，降低操作疲劳度；

作业高度可调节，适应不同身高的拣选人员操作。

③准确高效拣选

拣选效率可达625件/小时，8 秒/订单行；

设备配置简洁、工艺流程高效。

④主动智能维护

图像驱动、智能纠错，实现“傻瓜式”拣选；

模块化组件设计，可灵活配置，可扩展升级。

2.大规模调度算法

蜂巢式电商4.0系统通过兰剑的Pro-XTM系列软件和Bee-NetTM系列大规模调度算法及计算引擎来驱动，实现成百上千台智能运动单元的精准配合，高速准确地完成订单的“货到人”拣选。

要高效调度好成百上千台智能运动单元也要依赖两个基础：第一，基于竞争机制的多Agent协同柔性调度算法MAFDA，可实现多个智能运动单元的协同，避免作业冲突与无序；第二，基于C/S架构的多车实时动态优化算法MSRDD，随着订单的分拣或者设备的运动，实现实时的动态调度优化。

此外，核心技术三维物流仿真系统支撑方案设计，该系统既可用于设计方案的离线仿真验证，又可在系统正式运行时，作为设备的实时在线监控平台，帮助用户监控设备的实时运行状态。

图6：蜂巢式电商4.0系统应用现场

三、系统应用案例

蜂巢式电商4.0系统在国内某知名平台型电商的应用，体现了该系统相对传统“集中式物流系统”的绝对优势，代表了电商企业物流自动化的最前沿水平。

1.应用背景

某电商为全品类平台类B2C电商企业，主要为服装、化妆品、鞋类企业提供特卖平台。近年来，该企业每年均以翻番的速度快速发展，实现连续盈利及销售额一次又一次的突破。高速发展下猛增的订单量、逐年上升的用工成本及用地成本等成为该企业发展痛点及关注焦点。在企业如此快速的发展下，物流系统压力随之而来，物流作为用户衡量电商服务水平的重要指标，其重要性日益凸显。

2.系统设计

2015年底，由兰剑物流科技针对电商行业大规模、高效率、精准拆零拣选难题而打造的“蜂巢式电商4.0系统”在该企业订单履约中心正式上线。项目占地面积5040m2，存储能力可达150万件，系统完成部分货物的存储、按单配货作业；系统库位设计有8巷道16排14层双深货架，共5.1万个料箱位；系统配置112台巷道穿梭车，14台转载穿梭车，30台提升机，15个拣选站台，设计20人完成各项作业，系统出库效率达到20万件（两班）。

3.应用效果

该系统正式运行后，在操作人员减少60%的同时，拣选效率提高6倍。另外，系统对仓库的空间利用非常充分，因此占地面积较传统仓储系统大幅度减少，同时实现了存储货物的快进快出，并且十分精准。

（1）全程机器拣货，实现“货找人”式拣货

与一般仓储系统“人找货”的拣选方式不同，蜂巢系统全程采用机器小车拣货，其中包括巷道穿梭车（纵向）、转载穿梭车（横向）、提升机（立体）这三个维度的自动拣货小车。在机器拣货模式下，仓库工作人员不需要再手动拣货，因此订单处理效率大大提高。在该系统操作下，一个工作人员的处理速度是10秒内1个订单行，一个小时能处理360个订单行。

（2）高密度存储，系统容积率是传统仓库的10倍

由于蜂巢系统采用全自动机器拣选，不会受到人工拣货的限制（比如货架高度、货架间距等），因此整体货架布置非常密集。传统仓库每平方米最多能存储两个周转箱，而蜂巢系统能存储20个周转箱，容积率是传统系统的10倍。

（3）仓储、分拣一体化，节省作业面积

起初，该企业仓库整体面积巨大，利用率不足，而蜂巢仓储系统将仓储区和分拣区合二为一，节省了作业面积，同时也提高了拣货速度。

四、结论

蜂巢式电商4.0系统的创新性研发及顺利实施是对传统仓储物流的一次革命性创新，该系统有效地利用了仓库高度空间，节省了面积，容积率成倍提高；其次，系统省去了拣选人员大量行走并查找货物的环节，处理效率是传统系统的数倍；此外，系统的操作人员大幅减少、拣选准确性显著提高、安全性能得到进一步改善；同时，整个系统采用了柔性化、模块化的设计理念，可根据用户的订单分拣量配置相应数量的处理模块或模组，高效适用地完成订单分拣作业。系统流程简单、实用、高效，使用成本经济合理，能够应对新环境下电商高速发展对仓储物流提出的全新挑战，具有广阔的应用前景。

作者单位为山东兰剑物流科技股份有限公司