立体仓储中的多agv拣选系统的研究

张宏伟　孙斌

[摘要]拣货作业是配送中心最关键的作业，快捷的拣货模式和柔性的拣选设备是提升仓库作业效率的利器。立体仓库，由于存储密度大，空间利用率高，被大量电商企业所青睐，但受到提升机速度的限制，仓库效率难以提升。agv小车具有自主灵活性高、行动快捷等优点，能够在仓库中按照规划的路径快速移动，但是能量浪费严重，仓储利用率低。本文分析了现有作业模式的不足，结合立体仓库与agv的特点，提出了一种适合“多品種、小批量”的多agv拣选系统。

[关键词]物流拣选 agv小车 拣选系统

一、引言

近年来电子商务井喷式发展，一大批电商企业迅速诞生并在市场中占据了一片天地。与此同时，网购行为产生了大量订单，对仓库的快速处理能力提出了新的挑战。立体仓库是当前电商企业采用的主要仓储模式。首先，立体仓库实现了对仓库面积最大化利用，降低了企业的物流成本；其次，立体仓库存储密度高，提高了仓库的仓储能力。最后，立体仓库具有自动化程度高，适应性好，可扩展性高，柔性大，作业效率高等优点。现有的立体仓库主要采用穿梭车实现拣货作业，穿梭车具有较快的运行速度，能够实现快速的商品运输，但是拣货效率受到提升机的最大速度所限。随着订单的增加，当提升机达到最大速度后，便无法再提升拣货效率。现在很多物流企业采用agv（物流机器人）小车进行拣选，多辆agv小车同时工作，拣货效率高。首先，由于agv小车搬运货架的高度有限，多采用平面作业模式，仓储利用率低；其次，由于经常出现只是需要货架上的一件商品，但是agv小车依然需要搬运整个货架的情况，能量浪费严重。本文将立体仓库与agv相结合，提出一种采用多agv的拣选系统，能够有效解决上述问题。

二、拣选系统现状分析

伴随着互联网的高速发展，电子商务迅速崛起，仓库拣选方式也越来越智能化。拣货方式分为“人到货”和“货到人”两种。人到货方式由拣选员在仓库中行走拣货，拣货员要对仓库熟悉。武志磊等提出一种光线指引辅助拣选系统，通过光指引拣选设备在仓库中的定位安装，引导拣货员拣货，并通过腕带反馈器实现信息确认和反馈，以实现快速拣货。“货到人”拣选作业模式以及多层穿梭车均是智能物流的代表。众多学者从不同角度分析了货到人拣选系统，其中于莹莹等从优化算法的角度入手，对遗传算法的交叉算子进行改进，在一定程度上提高了寻优效率。胡彬等通过分析柔性制造系统中agv小车在运行过程中静态路径不能及时更新的不足，提出一种基于时间窗的动态路径规划算法，以此解决agv小车在运行过程中的路径冲突问题。无论是“人到货”还是“货到人”作业模式，都对该拣选系统的研究甚少，因此本拣选系统有一定研究意义，可以对以后的研究提供参考。

三、采用多agv拣选的立体仓库布局

本文提出了一种多层穿梭车模式与Kiva物流机器人模式相结合的立体仓库拣货模式。首先，用具有自主性的agv小车代替必须在轨道运行的rgv小车，将rgv小车的运行轨道替换为平台地面以方便agv小车运行。即，立体仓库的每一层地面都是平面，agv小车可以自由行走。其次，将agv小车工艺小型化，便于agv小车在立体仓库中运行。最后，根据电商产品的特性与agv小车工艺，用料箱代替货架，提高仓库竖直空间的利用率；在仓库中增加横向的巷道，提高agv行走路线的灵活性；增加提升机的数量，当agv所在巷道的提升机出现排队情况时，agv可通过增加的横向巷道运动到邻近巷道的空闲提升机，提升拣货效率。

（1）平台化运行结构。平台化运行结构，每层仓库由平台地面、料箱、承重柱等构成，每个货位对应一个料箱，只存放一个单位的货品。料箱离地距离略大于小车高度，货位宽度略大于料箱大小。agv小车在接受到任务时，行走到货品所在位置下方，将货品所在料箱通过旋转托盘顶起，运送到空闲提升机处，提升机将料箱运送到底层的流水线，小车完成任务后回到等待区等待新任务。

（2）横向巷道结构。横向巷道结构则是在仓库中增加设计横向巷道，与原有的纵向巷道十字交叉，并在横向巷道的两端也设置提升机。增加横向巷道并在两端增设提升机的目的是解决rgv小车模式中提升机导致系统瓶颈的问题。当小车所在巷道的提升机出现排队拥挤的情况，agv可根据系统的调度，通过横向巷道行走到其他巷道，就近使用邻近的空闲提升机。

四、立体仓库中多agv拣选流程

（1）获得初始订单。

（2）仓库管理系统对订单中的商品进行分配处理，将分配好的拣货任务与空闲的agv进行一一绑定。

（3）agv移动到目标位置，利用自带的顶举装置举起料箱，并反馈给仓库管理系统。

（4）仓库管理系统接收到agv的反馈后，评估各提升机的状况以确定agv是使用本巷道提升机还是使用其他巷道的空闲提升机。如果需要使用其他巷道的提升机，agv就要通过具体的行走路径由仓库管理系统规划。

（5）提升机接收到agv所取料箱，agv任务完成，回到等待区，等待下一次任务。

五、优势

这种仓库拣选系统将立体仓库中的rgv替换为高自主性的agv，不但保留了立体仓库的高效的空间利用率，又利用agv行走灵活性解决了rgv立体仓库中的提升机瓶颈问题。本文以现有的仓储作业模式为研究对象，以agv小车和提升机为研究焦点，分析了现有“货到人”模式以及多层穿梭车模式的优点与不足，将两种模式结合，取长补短，提出一种新型的仓库拣选系统。该系统采用的模式简要概括为agv小车接到任务命令，根据系统指令确定路线，取到货品并反馈系统，根据系统评估选择空闲的提升机，实现货品快速出库。

基于物流机器人的仓库拣选系统适用于订单呈现“多品种，小批量”的电商企业、零售企业，尤其是像医药烟草等货品体积小的企业，仓库拣选系统的优势较为明显。仓库拣选系统非常适合于土地成本较高的一线城市的中小型企业。