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    智能仓库人车作业效率平衡研究

      信息来源:   发布时间:2021-10-25  点击数:

    随着人力成本的提高和市场竞争的日益激烈,信息化、自动化、智能化成为各行各业降本增效的有效方法。近年来正逢我国AGV市场蓬勃发展,越来越多的汽车厂在其产前物流中投入使用AGV搬运系统,并与上层业务系统(ERP)、仓储管理系统(WMS)联动生产信息[1]。从采购订单下达到供应商预约送货、物料入库,从生产计划下达到物料出库、配送上线,实现了生产流程的信息化、自动化,有效地降低了生产物流成本,提高了企业生产物流的管理水平。以安徽江汽物流有限公司的智能仓库项目为例,AGV搬运系统的投入成本占到了项目总成本的80%。因此,充分发挥AGV搬运系统的潜力、减少AGV的空闲成为项目达到预期目标、实现精益运营的关键[2]

    一、项目简介

    智能仓库主要承担轻卡零部件的存储及分拣业务。WMS系统从ERP系统接收生产计划订单,并将处理后的订单分配到对应仓库。对进入智能仓库的订单,WMS系统向AGV搬运系统下达相对应的货架搬运指令。AGV搬运系统由机器人调度系统(RCS)和AGV构成,RCS系统负责其管控范围内所有AGV的任务分配、调度和运行维护,AGV根据RCS系统下发的调度指令执行货架搬运任务[3]

    智能仓库共划分有1库区、2库区,项目一期总占地面积4000m2。两库区业务模式相同,库区内按照功能属性划分为收货缓冲区、存储区、拣货区、器具存放区及主通道(见图1)。

    图1 AGV仓库1库区布局

    图1 AGV仓库1库区布局   下载原图


    收货缓冲区为物料入库前的排队缓冲及入库作业区域;存储区为物料的存储区域,物料码放在货架上,货架存放在存储区内的库位上,存储区内的AGV不间断地进行货架搬运作业,将与出库订单相匹配的货架搬运至拣货区;拣货区内设置有若干个工作站,拣货人员在工作站按照系统指导进行拣货,并将拣选完成的物料装载到对应的工位器具上;器具存放区与拣货区相邻,存放着当天生产计划所需的工位器具。拣选完成的物料会随着工位器具被转移到出库缓冲区,等待配送至生产线。

    引入AGV搬运系统后,仓库作业模式由原来“人找库位、人找物料”的“人到货”拣选模式改变为“物料到人、人员集中作业”的“货到人”拣选模式[4]

    二、人车作业效率平衡

    1. 订单量统计

    经过长时间积累之后,WMS系统的订单数据庞大的数据量成为分析生产的重要信息。本文通过订单量来衡量工作量的大小,即将订单量作为人员工作量的参考值。由于智能仓库两库区业务模式相同,为了便于说明,将以1库区为例进行分析。

    WMS系统详细记录了所有分配到智能仓库的订单,我们以将近半年的订单数据作为样本进行统计,得到平均订单量N=165单,最大订单量Nmax=301单。拣货区的拣货人员数量p1=3人,则平均每人订单量n=55单。“人到货”模式下订单是通过人工派发,平均每人订单量n0=50单。

    通过对“货到人”模式下平均每人订单量n与“人到货”模式下平均每人订单量n0进行对比,发现投入使用AGV搬运系统之后,人员每天工作量并没有明显的提升。

    2. 人车作业效率分析

    智能仓库工作时长为单班制,每班8h。在平均每人订单量为55单的工作量下,每天可提前2h完成当天的拣货任务,拣货人员工作量不饱和,AGV也存在着大量的任务空闲,需要增加工作量,以使拣货人员和AGV工作量饱和。当人员工作量和AGV工作量同时达到饱和状态时,人员拣货总效率与AGV搬运总效率达到平衡,即可避免“人等车”或“车等人”。

    (1)人员拣货效率。为确定能否提高人员拣货效率及每人合理的工作量,需对拣货人员进行充分的拣货作业测试。由于测试“货到人”模式下的拣货效率需保证当天有足够的排队订单量,故选取了智能仓库排队订单量最大的一天进行测试。

    为了测试每班有效工作时长5h的情况(仓库工时标准),测试时使3名拣货人员连续拣货作业5h。5h后的拣货量N1=270单,则每人订单量n1=90单,可得出每人的拣货效率v1=18单/h。

    (2)AGV小车搬运效率。AGV搬运系统执行的主要任务包括货架的出库和入库,每个订单任务由“货架到工作台”和“货架由工作台回库”两个细分任务组成。WMS系统每执行一个订单,需先向RSC调度系统下达“货架到工作台”指令,等待拣货作业端确认拣货完成后,WMS系统再向RCS调度系统下达“货架由工作台回库”指令。在搬运任务充足的场景下,AGV可以不间断地执行不同订单所对应的货架搬运任务。

    RCS系统记录了所有货架搬运任务的详细信息,包括AGV编号、任务耗时等。由于所有AGV执行的货架搬运任务都是在固定地图内进行,所以对货架搬运任务数据进行的统计结果可作为AGV搬运效率的计算依据。这里对近半年时间内所有的货架搬运任务进行了统计,结果见表1。

    表1 AGV任务耗时统计     下载原表

    表1 AGV任务耗时统计

    由表1数据可以计算出每个订单任务平均耗时231.5s,可得出每辆AGV的搬运效率v2=15.6单/h。

    3. 人车效率平衡

    调整拣货人员数量或AGV数量,可以使人员拣货效率与AGV搬运效率达到平衡。1库区共有7辆AGV,在不间断作业情况下有2辆AGV作为轮换充电使用,有效执行货架搬运任务的AGV数量a2=5辆,拣货作业人员数量p1=3人。

    (1)调整拣货人员数量。AGV数量不变,当拣货人员数量为p人时,AGV搬运总效率与人员拣货总效率相等:a2v2=pv1,得出调整后拣货人员数量p=4人(p向下取整),拣货人员调整数量△p=1人。即当前可再增加1名拣货作业人员,以达到人车作业效率平衡。

    (2)调整AGV数量。拣货人员数量不变,当AGV数量为a辆时,AGV搬运总效率与人员拣货总效率相等:av2=p1v1,得出调整后AGV数量a=4辆(a向上取整),AGV小车调整数量△a=-1辆。即当前AGV数量富余,在库区拣货人员不再增加的情况下,可以考虑将富余的1辆AGV调整到2库区,以充分利用设备资源。

    4. 增加订单量

    由于当前1库区货架存储空间充足,满足继续存储更多物料的条件,所以采取“增加拣货人员数量”的方法,以达到人车作业效率平衡,此时拣货人员数量p=4人。在单班制每班8h、有效工作时长5h的情况下,安排4人拣货作业时,1库区当天最大订单量可以增加到N1=5pv1=360单。由于订单量与物料存储量成正相关,Nmax=301单,可估算若使最大订单量提升到360单,则需要继续入库物料的品种数量约为原1库区物料品种数量的20%。

    三、结语

    每人拣货效率和每辆AGV搬运效率的值为固定值,只需通过调整拣货人员数量或AGV数量,即可实现人员拣货总效率与AGV搬运总效率相等,实现人车作业效率平衡。参考仓库实际存储空间,适当调整仓库物料存放的总量,间接控制每天进入仓库的订单数量,得到合理、饱和的工作量。

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