溫州煙草以創(chuàng)新的物流系統提升客戶服務

文/鄭寒峰

在溫州煙草異地重建的新配送中心里，引入適應多批次分揀模式的物流體系成為關鍵，其中直角坐標機器人儲分一體系統的創(chuàng)新應用是該項目的最大亮點。

煙草商業(yè)配送中心的主要功能是接收煙草工業(yè)企業(yè)生產的卷煙，通過倉儲、分揀、配送等物流環(huán)節(jié)，將零售商戶的訂貨卷煙送至門店，完成商業(yè)交易最后的貨物交接。近十年來，煙草商業(yè)企業(yè)不斷引入自動化物流設備，來提高物流效率與服務質量。

為了順應時代發(fā)展，提高對零售商戶的服務水平，建立一個以滿足客戶即時響應為服務目標的客戶分類體系，并配置相應的物流系統，成為浙江省煙草公司溫州市公司（簡稱“溫州煙草”）面對的重要課題。在溫州煙草異地重建的新配送中心里，引入適應多批次分揀模式的物流體系成為關鍵，其中直角坐標機器人儲分一體系統的創(chuàng)新應用是該項目的最大亮點。

一、配送中心概況

溫州煙草新建的卷煙配送中心位于溫州市經濟開發(fā)區(qū)，占地80畝，建筑面積近50000平方米，投產后承擔全市約5萬個客戶卷煙分揀、配送工作任務。配送中心每日需處理35.8萬條卷煙，和近1萬個客戶發(fā)生交易，日處理規(guī)格數約為180個，其中常規(guī)煙規(guī)格數為120個左右，異型煙規(guī)格數約60個。整體客戶送貨響應采用T+2模式，即單日訂單，次日分揀，隔日送貨的模式。

溫州煙草配送中心在物流系統規(guī)劃建設過程中大量采用了自動化設備，如，入庫采用多關節(jié)機器人，倉儲采用巷道式堆垛機，備貨采用直角坐標機器人技術，分揀采用煙草專用半自動分揀設備，包裝采用煙草專用PE膜包裝機。上述自動化設備大幅提高了卷煙分揀、配送效率，降低了送貨差錯率和殘損率，奠定了配送中心為客戶提供優(yōu)質物流服務的技術基礎。

值得一提的是，該配送中心為了提升客戶體驗，實施了創(chuàng)新的直角坐標機器人儲分一體系統，并取得了良好效果。

二、優(yōu)化升級物流系統

（一）傳統煙草商業(yè)物流系統存在的問題

由于煙草商業(yè)企業(yè)的行業(yè)壟斷地位，傳統上對客戶的物流屬性分類一般只考慮兩個因素。一是客戶的地域因素，即所屬送貨線路和送貨車輛；二是送貨日，即一周中哪一天送貨。而分揀作為送貨的上游環(huán)節(jié)，為了發(fā)揮規(guī)模效應，減少流程風險，一般采用單批次分揀模式和T+2的響應模式。

溫州煙草卷煙配送中心效果圖

圖1 入庫多關節(jié)機器人

圖2 倉儲巷道式堆垛機

圖3 備貨直角坐標機器人

圖4 煙草專用分揀設備

圖5 煙草專用包裝機

但隨著電子商務和新零售等新業(yè)態(tài)的發(fā)展，以及煙草行業(yè)物流降本增效的內生性需求，T+2的送貨響應模式無法適應煙草行業(yè)物流的發(fā)展需要，主要存在以下幾個問題。

一是客戶體驗問題。隨著天貓、京東等電商及其配套物流體系的快速發(fā)展，在江浙滬地區(qū)，上午下單、下午到貨的高效配送方式相當普及。相對于電商物流，一直作為中國現代物流先行者的煙草物流，目前已經處于落后地位，這一狀況亟待改變。

二是客戶資金占壓問題。煙草商業(yè)企業(yè)一般采用先付款后發(fā)貨的交易模式。溫州地區(qū)一個煙包（25條卷煙）價值約4000元，大客戶訂20至30個煙包，每筆交易多達10多萬元，而客戶最快也要2天后拿到貨物，最慢4天（周四分揀的客戶）后拿到貨物。對客戶來說，資金無法達到有效利用。

三是送貨成本問題。采用“一刀切”的物流模式，部分零散小客戶往往只需1個月或者半個月訂一次貨即可滿足銷售，煙草商業(yè)物流也要一周送一次貨，大量消耗了送貨資源，增加了物流成本。

四是業(yè)務拓展問題。當前物流模式無法及時響應工地用煙、漁民用煙、婚慶用煙等臨時性的用煙需求，使溫州煙草的業(yè)務無法得到有效擴展，被市場大戶擠壓了市場份額。

因此，建立一個以滿足客戶即時響應為服務目標的物流客戶分類體系，并配置相應的物流系統，已經成為擺在溫州煙草面前的重要課題。而分揀系統作為送貨服務最重要的前置環(huán)節(jié)，對不同類別目標客戶群形成不同批次的分揀任務是硬件基礎，也是提高客戶響應的起點。但是目前煙草行業(yè)分揀系統的備貨環(huán)節(jié)一般都只支持單批次分揀，即在一個訂單批次完成之前，無法進行下一個訂單批次并即時備貨，備貨周期一般長達40分鐘至1小時，無疑是整個業(yè)務體系中最大的瓶頸。

（二）原因分析

煙草商業(yè)物流一般采用多關節(jié)機器人+重力式貨架的方式進行備貨，該方式存在以下三個問題。

表1：煙草商業(yè)物流卷煙的組態(tài)方式

1. 備貨環(huán)節(jié)組態(tài)過多

煙草商業(yè)物流卷煙商品一般具有5個組態(tài)方式，即托盤態(tài)、件煙態(tài)、條煙態(tài)、盒煙態(tài)和煙包態(tài)，參見表1。

多關節(jié)機器人+重力式貨架的備貨方式，需要將托盤態(tài)卷煙出庫，全部拆盤進入重力式貨架，所有品規(guī)完成拆盤后，件煙按訂單排序進入分揀系統。需要經過托盤至件煙（30件集合）再到件煙排序兩次組態(tài)。一個環(huán)節(jié)進行兩次物流串行組態(tài)略顯冗余。

2. 備貨節(jié)奏不匹配

在設備選型過程中，一般按補貨能力來配置機器人數量。以溫州卷煙配送中心為例：分揀產能設計為80000條/小時（1600件/小時），一般配置2臺800件/小時的關節(jié)機器人進行拆盤。上下游效率基本匹配，但規(guī)格數不匹配導致整體節(jié)奏不匹配。如關節(jié)機器人拆1托盤30件A品規(guī)卷煙，而分揀實際需求可能是10件A品規(guī)，5件B品規(guī)，15個其他品規(guī)各1件。

3. 控制系統緊耦合

表2：直角坐標機器人主要參數

物流系統供應商一般將備貨系統作為分揀系統的一個模塊，為保障分揀系統的穩(wěn)定性，在電控系統和信息系統設計上進行強關聯，導致件煙ID在多個批次之間出現沖突，無法在當前批次完成之前導入下個訂單批次。極端情況下，如果多條分揀線中有一條出現故障，所有業(yè)務將在故障排除并完成生產后方可操作。

當前物流系統設計等技術條件制約，導致煙草商業(yè)企業(yè)雖然擁有強大的物流資源，卻無法為下游送貨提供多層次的客戶服務。這就需要在整體物流規(guī)劃前期設計全新的備貨流程，實現儲分一體，并采用新型的自動化設備彌補現有硬件設備的不足。經過分析對比，直角坐標機器人儲分一體系統成為溫州煙草新配送中心的最優(yōu)選擇。

（三）解決方案

所謂儲分一體系統，是將備貨系統視為倉儲系統的一個特殊模塊，使其既可以實現倉儲功能，同時具備高效的備貨補貨功能。近幾年，煙草行業(yè)中逐步出現了直角坐標機器人、多層穿梭車、件煙密集庫+穿梭板等一系列的儲分一體技術。其中，直角坐標機器人的處理單元為托盤態(tài)，適合大平面、高空間、物流體量大的配送中心；多層穿梭車和件煙密集庫的儲存單元為件煙態(tài)，即，在入庫時就拆成件煙態(tài)來支撐分揀業(yè)務，比較適合物流體量較小的配送中心和原地技改項目。

而溫州卷煙配送中心體量較大，新中心建設采用異地技改方式，因此采用了直角坐標機器人為備貨主技術路線。

四、直角坐標機器人儲分一體系統的設計

1. 設備選型

通過綜合比較多關節(jié)機器人+重力式貨架，多穿和直角坐標機器人三種技術方式，溫州煙草初選了全直角坐標系統和直角坐標系統（處理大品規(guī)）+多穿（處理小品規(guī)）兩種方案。但在綜合考慮建筑結構設計、造價和異型煙發(fā)展趨勢（大量取代中小品規(guī)），最終確定了全直角坐標系統的方案。

2. 能力設計

根據溫州卷煙配送中心產能年銷量45萬大箱的規(guī)模，分揀產能80000條/小時（1600件/小時）的要求，備貨系統按1.5倍波動系數，備貨能力設計達到2400件/小時，共配置6臺設備分為3組，每組2臺，兩兩互備，單機能力為400件/小時。

3. 工況設計

直角坐標機器人是以XYZ直角坐標系統為基本數學模型，以伺服電機、步進電機為驅動的單軸機械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動方式所架構起來的機器人系統，可以完成在XYZ三維坐標系中任意一點的到達并遵循可控的運動軌跡。其工況設計如圖6，設備主要參數見表2。

圖6：直角坐標機器人主視圖

圖7：溫州卷煙配送中心儲分一體區(qū)整體布局

圖8：信息與控制系統總體架構

圖9 直角坐標機器人應用場景

圖10 密集式托盤存儲道和直角坐標機器人的組合應用

4. 布局設計

儲分一體區(qū)分為ABC三個區(qū)域。

A區(qū)：X軸行距35米，一軌雙機，和7＊18道托盤密集存儲道混合應用，主要處理A類大品規(guī)卷煙，占作業(yè)總量的40%。

B區(qū)：X軸行距25米，雙軌雙機，72個托盤位，場地具有卷煙保管條件，支持小A類和小C卷煙，尤其適應單托盤卷煙長期無法使用完的業(yè)務場景，占作業(yè)總量的30%。

C區(qū)：X軸行距52米，超長行距，一軌雙機，72個托盤位，支持小B類和小A類卷煙，占作業(yè)總量的30%。

三個區(qū)域總計270個托盤位，實時緩存量按50%托盤滿載率計算，約20萬條卷煙，支持配送中心0.5天作業(yè)需求，目前是行業(yè)內最大的直角坐標儲分一體系統。

5. 信息與控制系統設計

采用倉儲和儲分一體化設計方式，將3個拆盤區(qū)作為WMS系統的庫區(qū)進行管理，和分揀系統徹底剝離，信息與控制系統總體架構如圖8。

五、應用效果、難點及場景推廣

1. 應用效果

系統于2018年4月9日投入試運行，采用B區(qū)支持1#分揀線的現場實測模式，實測數據如下。

（1）最遠端件煙傳輸至分揀線完成開箱4min，符合設計指標；

（2）50件卷煙首次到達開箱機前端15min，符合設計指標；

（3）批次切換時間10min，數據在上批次分揀完成前完成優(yōu)化并同步下煙。

（4）平均拆盤節(jié)拍10s，略低于設計指標，機械機構仍有調整空間。

應用直角坐標機器人儲分一體技術，有效解決備貨系統多次串行組態(tài)的問題，大幅地縮短了備貨時間，為實現多層次的客戶服務提供了硬件基礎。

2. 應用難點

（1）該系統對建筑層高要求較高，庫房凈空要求達到6米以上，設備凈高5.5米以上。

（2）吸盤夾具建議采用多路小孔的吸盤設計，避免使用機械夾具，來提高運行穩(wěn)定性。

（3）定位技術建議采用圖像或高速測距技術提高抓取成功率，如采用計算定位則存在較大風險。

3. 應用場景推廣

（1）長跨度機器人實現小品規(guī)的自動化補貨（C區(qū)模式）。煙草行業(yè)對小品規(guī)的備貨處理一般采用人工搬運方式，在品規(guī)較多的情況下，使用直角坐標機器人儲分一體模式可以有效減少用工數量。

（2）和密集托盤道組合應用支持整托盤越庫配送（A區(qū)模式）。目前部分煙草工業(yè)公司也有采用整托盤運輸的方式，利用直角坐標機器人儲分一體和密集式托盤存儲道組合，可以支持到貨卷煙直接上線分揀，支持有效控制存銷比。