人机融合作业的核心是有效利用“人”这一最为智能和灵活的生产要素, 最大限度减少各作业工艺环节由于设备因素造成的对系统可靠度的影响。

应急物流中心作为应急物流体系中实现物资预储、快速转运的重要节点和作业基地, 具有“平时服务, 急时应急”的双重功能。在应急作业时, 任何延误和错误, 都可能造成不可估量的损失。确保中心各物流作业系统的可靠度, 是满足应急物流作业的基础, 在很大程度上将直接影响应急工作的成败。自动化立体仓库由于其充分利用空间, 具有储存密度大、占地面积小、自动化信息化程度高等各种优势, 以及随着其产品质量在不断提高, 使其在非应急物流作业中被广泛应用。但在应急物流领域, 由于自动化立体仓库担负应急、应灾、应战的物资预储和转运等核心功能, 具有举足轻重的地位, 长期以来, 出于对其可靠度可能造成的重大责任事故的担忧, 使自动化立体仓库技术在应急物流中的应用推进缓慢。

自动化立体仓库是由若干作业工艺环节组成, 顺序串联完成物资的入库、存取和出库作业的系统, 是典型的串联作业系统。

首先来看决定这种串联作业系统可靠度的一些关键特性, 如设定各种参数如下:A、串联作业工艺环节数为m;B、各工艺环节冗余并行作业设备配置数为n (冗余并行作业, 是指某作业工艺环节所配置的设备既能独立完成工作, 又互为备份。在某一环节工艺设备出现故障时, 其处理的物资可由该工艺环节其它设备继续完成。) ;C、系统可靠度为R;D、1-m各工艺环节可靠度为R1-Rm。则得到此类系统的系统可靠度R与串联作业工艺环节数m的关系为 (假设各作业工艺环节为单设备配置) R=1/2m;其各工艺环节可靠度Rm与该环节冗余并行作业设备配置数n的关系为Rm=1- (1/2n) 。

可知, 此类系统的串联作业工艺环节数越多, 系统可靠度越低, 每增加一个工艺环节, 系统可靠度降低一倍。而各工艺环节每增设一套冗余并行作业设备, 该工艺环节可靠度将增加一倍, 从理论上说, n→∞时, Rm→1, 使得R→1, 即系统能无限接近“可靠”。

得到其系统可靠度为R= (2n1-1) * (2 n 2-1) *…* (2 n m-1) / (2n1*2n2*…*2nm) 。

根据以上对影响系统可靠度的关键特性分析, 为便于进行研究, 现将应急物流中心自动化立体仓库按作业功能划分为入库单件输送、码盘、托盘入库输送、托盘存取、托盘出库输送、拆盘等6个主要作业工艺环节 (其分别由单件输送设备、码盘设备、托盘入库输送设备、托盘存取设备、托盘出库输送设备、拆盘设备, 以及相应的控制系统和计算机管理系统构成) , 各自对应完成相应环节的作业功能, 顺序串联完成自动化立体仓库的全部功能。

为提高自动化立体仓库的系统可靠度, 拟从三方面进行研究以下:

增加冗余并行作业设备。为便于观察自动化立体仓库的系统可靠度R与各作业工艺环节冗余并行作业设备数n之间的变化关系, 选取各个工艺环节冗余并行作业设备数相同, 即n=n1=n2=…=n6, 得到系统可靠度参数R与冗余并行作业设备数n之间的大致变化关系, 对自动化立体仓库的各工艺作业环节冗余并行作业设备越多, 系统可靠度越大, 但随着n的增加, 其可靠度上升幅度减小。

如选取各环节均按2套冗余并行作业设备进行配置, 其系统可靠度为0.178;如按4套冗余并行作业设备进行配置, 其系统可靠度为0.6789;如按10套冗余并行作业设备进行配置, 其系统可靠度则可达到0.9942。

从以上可以得出, 只增加冗余并行作业设备, 理论上系统可靠度R能无限接近1, 但由于受建设条件的限制, 不可能采用无限增加冗余并行作业设备的方案, 系统要达到“可靠”仍然存在差距。

减少作业工艺环节。减少作业工艺环节成为提高自动化立体仓库系统可靠度的另一重要途径。如选取各个环节冗余并行作业设备数相同的条件下, 观察不同工艺环节数时, 系统可靠度R与冗余并联设备作业数n之间的变化关系, 作业工艺环节的减少, 可提高系统的可靠度。为此, 在系统作业各环节中采用“统一物资单元作业标准”, 使所有作业工艺环节均按件作业或按盘作业或其它统一标准形式进行作业, 这样可有效减少作业工艺环节数到3个环节, 在各个环节冗余并行作业设备数相同的条件下, 系统可靠度R与并联设备作业数n之间的变化关系, 可以看出其比“6个环节”的系统可靠度高。但理论上仍达不到“可靠”。

人机融合作业。为实现系统的“可靠”, 需转换传统设计思路, 充分引入“人”的概念, 形成人机融合作业模式。人机融合作业的核心是有效利用“人”这一最为智能和灵活的生产要素, 最大限度减少各作业工艺环节由于设备因素造成的对系统可靠度的影响。理论上有人可介入的作业工艺环节, 可视该环节的可靠度为1, 在研究系统可靠度时, 忽略该环节的影响。在此模式下, 其系统可靠度可看着是1, 达到“可靠”。因此, 只要在系统流程设计时, 通过人机作业融合设计, 尽量保证各环节“人”的全面参与;同时在设备配置时, 选择具有人机切换功能和具备极端情况下作业能力的设备, 并使其能相互调度作业, 就能在技术上实现人机融合作业, 达到系统“可靠”的要求。

如在托盘入/出库输送作业环节, 若设计为输送线方式, 不仅在流程设计时很难实现冗余并行作业以提高系统可靠度, 而且在设备出现故障或断电时, “人”很难介入该环节的作业, 这样的系统设计基本上是不能满足应急要求的。但如设计为具有人机切换功能的柔性搬运设备完成托盘的入/出库输送, 就能很好的解决这些问题。

实践证明, 通过系统设计和新设备的应用, 完全能实现自动化立体仓库的“可靠”。

应急物流是关乎国计民生的大事, 应急物流作业出不得任何差错, 在此严格的要求下, 我们结合了应急物流作业的要求和自动化立体仓库的功能特点, 从系统角度研究了在典型条件下影响其系统可靠度的因素和程度, 提供了增加冗余并行作业设备、“统一物资单元作业标准”减少作业工艺环节和人机融合作业等多种思路和方法, 实现自动化立体仓库的“可靠”。

其中冗余并行作业设备的增加有可能增加系统的复杂性和成本, 但是如果设计得合理, 在成本增加不多的情况下, 使系统的可靠度有很大的提高, 是完全值得的;其次, “统一物资单元作业标准”以减少作业工艺环节, 可能会与传统设计思维和作业模式产生冲突, 但为提高系统的可靠度, 也有非常必要性;第三, “人”的要素全面融入系统设计中, 形成人机融合作业模式, 是保证系统“可靠”的关键。

自动化立体仓库建设牵涉的面很多, 研究中未涉及如产品质量、建设质量、单作业工艺环节中还存在多设备组合等对系统可靠度也会造成影响的其它因素, 以及如作业效率、仓库容量等业务要求等。在实际设计建设时, 情况会更为复杂, 尽管传统的设计思路、系统模式和设备形式等, 如直接用于应急物流, 不能满足应急物流作业要求, 但完全可以通过系统方案的设计和设备形式的改变, 达到在正常情况下充分发挥自动化立体仓库的高自动化、高信息化、高储存密度以及占地面积小等优势, 而在局部设备故障、甚至停电等极端情况下, 也能最大限度完成应急物流作业的目标。对推动自动化立体仓库技术在应急物流中的应用, 提高应急物流的建设水平, 提高作业的快速响应能力和有效作业能力, 以及极端情况下的应急作业能力, 促进行业技术装备水平的进步, 最大限度满足应急要求, 具有重要的参考意义。