智能倉庫人車作業(yè)效率平衡研究

文/黃偉志 沈 平(安徽江汽物流有限公司）

隨著人力成本的提高和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，信息化、自動(dòng)化、智能化成為各行各業(yè)降本增效的有效方法。近年來正逢我國AGV 市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，越來越多的汽車廠在其產(chǎn)前物流中投入使用AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)，并與上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)（ERP）、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)信息。從采購訂單下達(dá)到供應(yīng)商預(yù)約送貨、物料入庫，從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到物料出庫、配送上線，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的信息化、自動(dòng)化，有效地降低了生產(chǎn)物流成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)物流的管理水平。以安徽江汽物流有限公司的智能倉庫項(xiàng)目為例，AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)的投入成本占到了項(xiàng)目總成本的80%。因此，充分發(fā)揮AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)的潛力、減少AGV的空閑成為項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)精益運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

智能倉庫主要承擔(dān)輕卡零部件的存儲(chǔ)及分揀業(yè)務(wù)。WMS 系統(tǒng)從ERP 系統(tǒng)接收生產(chǎn)計(jì)劃訂單，并將處理后的訂單分配到對(duì)應(yīng)倉庫。對(duì)進(jìn)入智能倉庫的訂單，WMS系統(tǒng)向AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)下達(dá)相對(duì)應(yīng)的貨架搬運(yùn)指令。AGV搬運(yùn)系統(tǒng)由機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)（RCS）和AGV 構(gòu)成，RCS 系統(tǒng)負(fù)責(zé)其管控范圍內(nèi)所有AGV 的任務(wù)分配、調(diào)度和運(yùn)行維護(hù)，AGV 根據(jù)RCS 系統(tǒng)下發(fā)的調(diào)度指令執(zhí)行貨架搬運(yùn)任務(wù)。

智能倉庫共劃分有1 庫區(qū)、2 庫區(qū)，項(xiàng)目一期總占地面積4000m。兩庫區(qū)業(yè)務(wù)模式相同，庫區(qū)內(nèi)按照功能屬性劃分為收貨緩沖區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、揀貨區(qū)、器具存放區(qū)及主通道（見圖1）。

圖1 AGV 倉庫1 庫區(qū)布局

收貨緩沖區(qū)為物料入庫前的排隊(duì)緩沖及入庫作業(yè)區(qū)域；存儲(chǔ)區(qū)為物料的存儲(chǔ)區(qū)域，物料碼放在貨架上，貨架存放在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的庫位上，存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的AGV 不間斷地進(jìn)行貨架搬運(yùn)作業(yè)，將與出庫訂單相匹配的貨架搬運(yùn)至揀貨區(qū)；揀貨區(qū)內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)工作站，揀貨人員在工作站按照系統(tǒng)指導(dǎo)進(jìn)行揀貨，并將揀選完成的物料裝載到對(duì)應(yīng)的工位器具上；器具存放區(qū)與揀貨區(qū)相鄰，存放著當(dāng)天生產(chǎn)計(jì)劃所需的工位器具。揀選完成的物料會(huì)隨著工位器具被轉(zhuǎn)移到出庫緩沖區(qū)，等待配送至生產(chǎn)線。

引入AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)后，倉庫作業(yè)模式由原來“人找?guī)煳弧⑷苏椅锪稀钡摹叭说截洝睊x模式改變?yōu)椤拔锪系饺恕⑷藛T集中作業(yè)”的“貨到人”揀選模式。

二、人車作業(yè)效率平衡

1.訂單量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間積累之后，WMS 系統(tǒng)的訂單數(shù)據(jù)龐大的數(shù)據(jù)量成為分析生產(chǎn)的重要信息。本文通過訂單量來衡量工作量的大小，即將訂單量作為人員工作量的參考值。由于智能倉庫兩庫區(qū)業(yè)務(wù)模式相同，為了便于說明，將以1 庫區(qū)為例進(jìn)行分析。

WMS 系統(tǒng)詳細(xì)記錄了所有分配到智能倉庫的訂單，我們以將近半年的訂單數(shù)據(jù)作為樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到平均訂單量

N

=165 單，最大訂單量

N

=301 單。揀貨區(qū)的揀貨人員數(shù)量

p

=3 人，則平均每人訂單量

n

=55 單。“人到貨”模式下訂單是通過人工派發(fā)，平均每人訂單量

n

=50 單。通過對(duì)“貨到人”模式下平均每人訂單量

n

與“人到貨”模式下平均每人訂單量

n

進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)投入使用AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)之后，人員每天工作量并沒有明顯的提升。

2.人車作業(yè)效率分析

智能倉庫工作時(shí)長(zhǎng)為單班制，每班8h。在平均每人訂單量為55 單的工作量下，每天可提前2h 完成當(dāng)天的揀貨任務(wù)，揀貨人員工作量不飽和，AGV 也存在著大量的任務(wù)空閑，需要增加工作量，以使揀貨人員和AGV 工作量飽和。當(dāng)人員工作量和AGV 工作量同時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，人員揀貨總效率與AGV 搬運(yùn)總效率達(dá)到平衡，即可避免“人等車”或“車等人”。

（1）人員揀貨效率。為確定能否提高人員揀貨效率及每人合理的工作量，需對(duì)揀貨人員進(jìn)行充分的揀貨作業(yè)測(cè)試。由于測(cè)試“貨到人”模式下的揀貨效率需保證當(dāng)天有足夠的排隊(duì)訂單量，故選取了智能倉庫排隊(duì)訂單量最大的一天進(jìn)行測(cè)試。

為了測(cè)試每班有效工作時(shí)長(zhǎng)5h 的情況（倉庫工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)），測(cè)試時(shí)使3 名揀貨人員連續(xù)揀貨作業(yè)5h。5h 后的揀貨量

N

=270 單，則每人訂單量

n

=90 單，可得出每人的揀貨效率

v

=18 單/h。

（2）AGV 小車搬運(yùn)效率。AGV 搬運(yùn)系統(tǒng)執(zhí)行的主要任務(wù)包括貨架的出庫和入庫，每個(gè)訂單任務(wù)由“貨架到工作臺(tái)”和“貨架由工作臺(tái)回庫”兩個(gè)細(xì)分任務(wù)組成。WMS系統(tǒng)每執(zhí)行一個(gè)訂單，需先向RSC 調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)“貨架到工作臺(tái)”指令，等待揀貨作業(yè)端確認(rèn)揀貨完成后，WMS系統(tǒng)再向RCS 調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)“貨架由工作臺(tái)回庫”指令。在搬運(yùn)任務(wù)充足的場(chǎng)景下，AGV 可以不間斷地執(zhí)行不同訂單所對(duì)應(yīng)的貨架搬運(yùn)任務(wù)。

RCS 系統(tǒng)記錄了所有貨架搬運(yùn)任務(wù)的詳細(xì)信息，包括AGV 編號(hào)、任務(wù)耗時(shí)等。由于所有AGV 執(zhí)行的貨架搬運(yùn)任務(wù)都是在固定地圖內(nèi)進(jìn)行，所以對(duì)貨架搬運(yùn)任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可作為AGV 搬運(yùn)效率的計(jì)算依據(jù)。這里對(duì)近半年時(shí)間內(nèi)所有的貨架搬運(yùn)任務(wù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 AGV 任務(wù)耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

由表1 數(shù)據(jù)可以計(jì)算出每個(gè)訂單任務(wù)平均耗時(shí)231.5s，可得出每輛AGV 的搬運(yùn)效率

v

=15.6 單/h。

3.人車效率平衡

調(diào)整揀貨人員數(shù)量或AGV 數(shù)量，可以使人員揀貨效率與AGV 搬運(yùn)效率達(dá)到平衡。1 庫區(qū)共有7 輛AGV，在不間斷作業(yè)情況下有2 輛AGV 作為輪換充電使用，有效執(zhí)行貨架搬運(yùn)任務(wù)的AGV 數(shù)量

a

=5 輛，揀貨作業(yè)人員數(shù)量

p

=3 人。（1）調(diào)整揀貨人員數(shù)量。AGV 數(shù)量不變，當(dāng)揀貨人員數(shù)量為

p

人時(shí)，AGV 搬運(yùn)總效率與人員揀貨總效率相等：

a

v

=

pv

，得出調(diào)整后揀貨人員數(shù)量

p

=4 人(

p

向下取整)，揀貨人員調(diào)整數(shù)量

△p

=1 人。即當(dāng)前可再增加1 名揀貨作業(yè)人員，以達(dá)到人車作業(yè)效率平衡。（2）調(diào)整AGV 數(shù)量。揀貨人員數(shù)量不變，當(dāng)AGV 數(shù)量為a 輛時(shí)，AGV 搬運(yùn)總效率與人員揀貨總效率相等：

av

=

p

，得出調(diào)整后AGV 數(shù)量

a

=4 輛（a 向上取整），AGV 小車調(diào)整數(shù)量

△a

=-1 輛。即當(dāng)前AGV 數(shù)量富余，在庫區(qū)揀貨人員不再增加的情況下，可以考慮將富余的1輛AGV 調(diào)整到2 庫區(qū)，以充分利用設(shè)備資源。

4.增加訂單量

由于當(dāng)前1 庫區(qū)貨架存儲(chǔ)空間充足，滿足繼續(xù)存儲(chǔ)更多物料的條件，所以采取“增加揀貨人員數(shù)量”的方法，以達(dá)到人車作業(yè)效率平衡，此時(shí)揀貨人員數(shù)量

p

=4 人。在單班制每班8h、有效工作時(shí)長(zhǎng)5h 的情況下，安排4 人揀貨作業(yè)時(shí)，1 庫區(qū)當(dāng)天最大訂單量可以增加到

N

=5

pv

=360 單。由于訂單量與物料存儲(chǔ)量成正相關(guān)，

N

=301 單，可估算若使最大訂單量提升到360 單，則需要繼續(xù)入庫物料的品種數(shù)量約為原1 庫區(qū)物料品種數(shù)量的20%。

三、結(jié)語

每人揀貨效率和每輛AGV 搬運(yùn)效率的值為固定值，只需通過調(diào)整揀貨人員數(shù)量或AGV 數(shù)量，即可實(shí)現(xiàn)人員揀貨總效率與AGV 搬運(yùn)總效率相等，實(shí)現(xiàn)人車作業(yè)效率平衡。參考倉庫實(shí)際存儲(chǔ)空間，適當(dāng)調(diào)整倉庫物料存放的總量，間接控制每天進(jìn)入倉庫的訂單數(shù)量，得到合理、飽和的工作量。