蜂巢系統(tǒng)在電商行業(yè)訂單履約中心的應(yīng)用

吳耀華 劉 鵬/文

蜂巢系統(tǒng)在電商行業(yè)訂單履約中心的應(yīng)用

吳耀華 劉 鵬/文

本文針對平臺型電商企業(yè)大批量訂單處理的難點和痛點，提出了適用于電商倉儲物流的“分布式自動化”物流理念；介紹了此理念下基于大規(guī)模調(diào)度算法并能夠?qū)崿F(xiàn)儲分一體的蘭劍“蜂巢式電商4.0系統(tǒng)”，及其在平臺型電商企業(yè)的應(yīng)用情況。該系統(tǒng)配置業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的蘭劍第四代智能巷道穿梭車、超高速轉(zhuǎn)載穿梭車和高速垂直提升機，在蘭劍Bee-NetTM系列調(diào)度算法驅(qū)動下實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、集約、綠色地解決電商物流分揀難題的目的。

電商物流、分揀、儲分一體、蜂巢式電商4.0系統(tǒng)

高速發(fā)展的電子商務(wù)已經(jīng)進(jìn)入了4.0時代，海量訂單、海量SKU、訂單行小、訂單時效性高且波動性大、訂單總體存量要求高等特點使其物流處理難度越來越大，訂單揀選已成為制約平臺型電商企業(yè)發(fā)展的物流瓶頸，直接影響到客戶對企業(yè)服務(wù)的滿意度。如何實現(xiàn)訂單的高效精準(zhǔn)揀選和快速響應(yīng)，是電商倉儲物流發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。另外，電商履約中心的“人到貨”分區(qū)組合揀選方式導(dǎo)致作業(yè)占地面積大，揀選效率低、人員數(shù)量多，運營成本高等問題成為平臺型電商的一大痛點。

目前，針對平臺型電商訂單存儲分揀的自動化設(shè)備多為集中式物流系統(tǒng)，例如堆垛機AS/RS系統(tǒng)及大規(guī)模輸送設(shè)備，該系統(tǒng)對單一設(shè)備依賴性大，適用于以存儲為主、分揀為輔的存儲型倉庫；設(shè)備及運行成本高，解決電商物流能力有限，難以應(yīng)對電商訂單暴漲的現(xiàn)狀。此外，也有借助AGV實現(xiàn)“貨到人”揀選的做法，由傳統(tǒng)的集中式轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际剑山档筒糠肿鳂I(yè)成本。但由于AGV運輸?shù)呢浖芨叨扔邢?，不能充分利用倉庫上部空間，存儲成本仍然較高；而且，AGV設(shè)備數(shù)量巨大所帶來的高成本投入也難以實現(xiàn)大批量應(yīng)用。

本文針對平臺型電商以分揀為主、存儲為輔的作業(yè)特點，引入適用于電商倉儲物流的創(chuàng)新型分布式自動化物流系統(tǒng)——“蜂巢式電商4.0系統(tǒng)”，并介紹其應(yīng)用案例，以期為高速發(fā)展的電商行業(yè)倉儲分揀物流難題提供有價值的參考解決方案。

圖1：蘭劍高速料箱提升機

一、蜂巢式電商4.0系統(tǒng)設(shè)計

1.“螞蟻雄兵”設(shè)計思路

螞蟻雖小，但能夠搬運超過其體型數(shù)倍食物，這就是“螞蟻雄兵”思路的由來。自然界的螞蟻其實是一種很聰明的生物，善于將一個復(fù)雜的任務(wù)分解成一個個小任務(wù)，任務(wù)與任務(wù)之間通過多個螞蟻交接完成。螞蟻個頭雖小卻能夠發(fā)揮“集團(tuán)軍作戰(zhàn)”的優(yōu)勢。正是沿著這個思路，蘭劍研發(fā)團(tuán)隊顛覆了目前傳統(tǒng)的集中式自動化物流系統(tǒng)，創(chuàng)新性地使用“分布式自動化物流系統(tǒng)”架構(gòu)，搭建了一套集倉儲分揀功能于一體的敏捷物流系統(tǒng)，蜂巢式電商4.0隨之誕生。

分布式自動化物流系統(tǒng)中多種設(shè)備并行工作，實現(xiàn)貨物的分布離散式輸送?！拔浵佇郾痹O(shè)計思路適用于儲分一體的配送型倉庫，同時支持B2B和B2C業(yè)務(wù)，提高系統(tǒng)投入產(chǎn)出比。

2. 3D式“貨到人”設(shè)計規(guī)則

在傳統(tǒng)“人到貨”的分揀系統(tǒng)里，由分揀人員帶著揀選容器按照揀貨清單或在揀貨系統(tǒng)指引下，到達(dá)待揀貨物的貨架處進(jìn)行貨物揀選，此時貨物為靜止?fàn)顟B(tài)。“人到貨”方式揀選效率受制于分揀人員是否熟悉貨位分布，選取的揀選路線是否合理，揀選數(shù)量是否正確等因素制約。這種作業(yè)方式占地面積大、揀選效率低、人員數(shù)量多、揀選錯誤率高，無法滿足電商高效精準(zhǔn)揀選要求；“平面式貨到人”系統(tǒng)占空間利用率低，無法滿足高密度存儲要求；而蘭劍蜂巢式電商4.0系統(tǒng)將平面式“貨到人”系統(tǒng)在豎向空間上進(jìn)行了疊加，形成了一個多層的3D“貨到人”系統(tǒng)，各層子系統(tǒng)、多類智能運動單元并行作業(yè)。集成先進(jìn)的軟、硬件技術(shù)，使用超高速穿梭車進(jìn)行分揀作業(yè)，揀選人員只需要根據(jù)揀選臺電子標(biāo)簽提示的數(shù)量，從周轉(zhuǎn)箱中揀選相應(yīng)數(shù)量的商品放入包裝盒即可，不需要考慮貨位、揀選路線等因素，打破了原有人工對照訂單去貨位找貨揀選的模式。這種方式可有效提高作業(yè)效率，降低錯誤率，人員至少可減少60%。

圖2： 蘭劍高速智能穿梭車

圖3：蘭劍智能快速揀選站臺

3. “高效低耗”設(shè)計理念

（1）面積更省、人員更少、效益更高

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)采用“密集倉儲”的設(shè)計理念，消除了貨物托盤或周轉(zhuǎn)箱之間的冗余距離（縱向），壓縮了貨箱高度上設(shè)備存取的余量（上下），取消了設(shè)備穿行存取的空間（橫向）。通過三維空間上的緊密壓縮，使得貨架與貨物形成了一個密度極高的整體；有效提高空間利用率，倉儲面積至少可節(jié)省80%。

（2）優(yōu)化合單、環(huán)節(jié)更少、效率更高

系統(tǒng)通過對倉儲環(huán)節(jié)和分揀備貨環(huán)節(jié)的整合，取消了分揀系統(tǒng)所需的“備貨區(qū)”或分揀前所需的“暫存區(qū)”，實現(xiàn)倉儲和分揀無縫銜接，使倉儲系統(tǒng)本身具備了倉儲、分揀、補貨以及集貨緩存的功能，有效解決了常規(guī)配送模式中倉儲和分揀環(huán)節(jié)間必須設(shè)置備貨緩存區(qū)的問題,減少了物流環(huán)節(jié)、縮短了物流動線、有效提高了倉儲容量。

（3）更安全、更綠色、更可靠、易擴展

并行式分布系統(tǒng)中采取多重防護(hù)措施，減少設(shè)備及用人安全問題，提高系統(tǒng)可靠性；系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的運行都是有意義的，減少系統(tǒng)等待時間及能耗，有效提高人效及設(shè)備利用率；核心設(shè)備之間并行作業(yè)、互為備份，保障訂單任務(wù)的精準(zhǔn)排序與動態(tài)調(diào)度。設(shè)備出現(xiàn)故障或需檢修時，可將訂單任務(wù)及時分派給其他設(shè)備完成，不影響系統(tǒng)整體作業(yè)，保證訂單履行的時效性；改變以往單訂單大規(guī)模連續(xù)輸送的剛性模式，采用料箱類穿梭車搬運的柔性模式，效率更高、能耗更低、噪音更小、維護(hù)更易，現(xiàn)場整潔、擴展更易、柔性更強；系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計理念，多類單機設(shè)備有效組合、并行作業(yè)。當(dāng)業(yè)務(wù)量翻倍時，可通過增加穿梭車、提升機、揀選站臺或增加子系統(tǒng)，成倍提升處理能力。

二、蜂巢式電商4.0系統(tǒng)架構(gòu)

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)有兩個構(gòu)成要素：第一個維度是系統(tǒng)的硬件組成，即先進(jìn)的智能裝備；第二個維度是系統(tǒng)的軟件部分，即驅(qū)動智能裝備的大規(guī)模調(diào)度算法。

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)主要由智能巷道穿梭車、超高速轉(zhuǎn)載穿梭車、高速垂直提升機三大智能運動單元及智能揀選站臺構(gòu)成，智能裝備依靠智能訂單揀選系統(tǒng)（IMHS-OPS）、網(wǎng)絡(luò)化倉儲管理軟件（IMHS-NWMS）、訂單優(yōu)化調(diào)度軟件（IMHS-OMS）及大數(shù)據(jù)分析平臺（IMHS-DAP）調(diào)控指揮，全面提升系統(tǒng)整體效率，不僅滿足服裝及電商企業(yè)平日多品種、多批次、小批量的物流業(yè)務(wù)特點，更能滿足“雙11”峰值物流業(yè)務(wù)需求，為大數(shù)據(jù)時代下企業(yè)提供更高效的物流解決方案。在不增加投資的情況下，倉儲面積更省、運營人員更少、運行效率更高、運維費用更低。

圖4：蘭劍Bee-NetTM系列算法的三維建模及仿真分析

圖5：蘭劍Pro-XTM系列管理信息系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化

1.先進(jìn)的智能裝備

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)采用的是目前業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的蘭劍第四代智能巷道穿梭車、超高速轉(zhuǎn)載穿梭車和高速垂直提升機，三類智能運動單元柔性無縫銜接、高速穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了對貨物的精準(zhǔn)存取。同時，蘭劍基于人體工程學(xué)的原理對智能揀選站臺進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使揀選作業(yè)識別時間最短、動作頻率最低、動作幅度最小、單批次處理訂單量最大，并且可同時兼容B2B和B2C業(yè)務(wù)。

（1）高速智能穿梭車ProFleX V2.0

蘭劍高速智能穿梭車整車框架采用汽車級一體化焊接成型技術(shù)，牢固穩(wěn)定，精密可靠，輕便易維護(hù)；車輪采用防靜電聚氨酯包膠輪，四輪獨立懸掛系統(tǒng)，平穩(wěn)運行，定位準(zhǔn)確；貨叉材質(zhì)采用世界最頂級的意大利Rollon導(dǎo)軌，鋁合金一體化側(cè)板，結(jié)構(gòu)簡易牢固，保證順暢取放貨；穿梭車系統(tǒng)基于Multi-Agent的智能柔性調(diào)度，采用第三代運動控制器及拋物曲線加減速技術(shù)，運動高速、定位準(zhǔn)確；數(shù)據(jù)傳輸工藝采用工業(yè)CAN總線技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠；同時支持5G無線WiFi通訊，無縫漫游，抗干擾能力強；安全方面采用三重安全保護(hù)，并配以主動維護(hù)系統(tǒng)，操作簡單、耗時短；雙重定位檢測方式,通過旋轉(zhuǎn)編碼器絕對認(rèn)址配以定位孔精定位算法實現(xiàn)精準(zhǔn)無誤定位。

（2）高速料箱提升機ProSpeed V2.0

蘭劍高速料箱提升機可以實現(xiàn)貨物跨層運輸，與出入庫輸送系統(tǒng)及轉(zhuǎn)載穿梭車實現(xiàn)作業(yè)銜接。

（3）智能快速揀選站臺 IFPTTPTM

①智能簡單學(xué)習(xí)

同時支持B2C、B2B訂單揀選和新品入庫作業(yè)；

同時支持SS（單倉滿足的單品訂單）、SM（單倉滿足的多品訂單）、MM（多倉滿足的多品訂單）、退貨處理等多種業(yè)務(wù)場景。

②安全舒適作業(yè)

人體工學(xué)設(shè)計，操作員無需行走及等待，且手臂和雙手均在舒服的范圍內(nèi)活動，降低操作疲勞度；

作業(yè)高度可調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同身高的揀選人員操作。

③準(zhǔn)確高效揀選

揀選效率可達(dá)625件/小時，8 秒/訂單行；

設(shè)備配置簡潔、工藝流程高效。

④主動智能維護(hù)

圖像驅(qū)動、智能糾錯，實現(xiàn)“傻瓜式”揀選；

模塊化組件設(shè)計，可靈活配置，可擴展升級。

2.大規(guī)模調(diào)度算法

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)通過蘭劍的Pro-XTM系列軟件和Bee-NetTM系列大規(guī)模調(diào)度算法及計算引擎來驅(qū)動，實現(xiàn)成百上千臺智能運動單元的精準(zhǔn)配合，高速準(zhǔn)確地完成訂單的“貨到人”揀選。

要高效調(diào)度好成百上千臺智能運動單元也要依賴兩個基礎(chǔ)：第一，基于競爭機制的多Agent協(xié)同柔性調(diào)度算法MAFDA，可實現(xiàn)多個智能運動單元的協(xié)同，避免作業(yè)沖突與無序；第二，基于C/S架構(gòu)的多車實時動態(tài)優(yōu)化算法MSRDD，隨著訂單的分揀或者設(shè)備的運動，實現(xiàn)實時的動態(tài)調(diào)度優(yōu)化。

此外，核心技術(shù)三維物流仿真系統(tǒng)支撐方案設(shè)計，該系統(tǒng)既可用于設(shè)計方案的離線仿真驗證，又可在系統(tǒng)正式運行時，作為設(shè)備的實時在線監(jiān)控平臺，幫助用戶監(jiān)控設(shè)備的實時運行狀態(tài)。

圖6：蜂巢式電商4.0系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場

三、系統(tǒng)應(yīng)用案例

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)在國內(nèi)某知名平臺型電商的應(yīng)用，體現(xiàn)了該系統(tǒng)相對傳統(tǒng)“集中式物流系統(tǒng)”的絕對優(yōu)勢，代表了電商企業(yè)物流自動化的最前沿水平。

1.應(yīng)用背景

某電商為全品類平臺類B2C電商企業(yè)，主要為服裝、化妝品、鞋類企業(yè)提供特賣平臺。近年來，該企業(yè)每年均以翻番的速度快速發(fā)展，實現(xiàn)連續(xù)盈利及銷售額一次又一次的突破。高速發(fā)展下猛增的訂單量、逐年上升的用工成本及用地成本等成為該企業(yè)發(fā)展痛點及關(guān)注焦點。在企業(yè)如此快速的發(fā)展下，物流系統(tǒng)壓力隨之而來，物流作為用戶衡量電商服務(wù)水平的重要指標(biāo)，其重要性日益凸顯。

2.系統(tǒng)設(shè)計

2015年底，由蘭劍物流科技針對電商行業(yè)大規(guī)模、高效率、精準(zhǔn)拆零揀選難題而打造的“蜂巢式電商4.0系統(tǒng)”在該企業(yè)訂單履約中心正式上線。項目占地面積5040m2，存儲能力可達(dá)150萬件，系統(tǒng)完成部分貨物的存儲、按單配貨作業(yè)；系統(tǒng)庫位設(shè)計有8巷道16排14層雙深貨架，共5.1萬個料箱位；系統(tǒng)配置112臺巷道穿梭車，14臺轉(zhuǎn)載穿梭車，30臺提升機，15個揀選站臺，設(shè)計20人完成各項作業(yè)，系統(tǒng)出庫效率達(dá)到20萬件（兩班）。

3.應(yīng)用效果

該系統(tǒng)正式運行后，在操作人員減少60%的同時，揀選效率提高6倍。另外，系統(tǒng)對倉庫的空間利用非常充分，因此占地面積較傳統(tǒng)倉儲系統(tǒng)大幅度減少，同時實現(xiàn)了存儲貨物的快進(jìn)快出，并且十分精準(zhǔn)。

（1）全程機器揀貨，實現(xiàn)“貨找人”式揀貨

與一般倉儲系統(tǒng)“人找貨”的揀選方式不同，蜂巢系統(tǒng)全程采用機器小車揀貨，其中包括巷道穿梭車（縱向）、轉(zhuǎn)載穿梭車（橫向）、提升機（立體）這三個維度的自動揀貨小車。在機器揀貨模式下，倉庫工作人員不需要再手動揀貨，因此訂單處理效率大大提高。在該系統(tǒng)操作下，一個工作人員的處理速度是10秒內(nèi)1個訂單行，一個小時能處理360個訂單行。

（2）高密度存儲，系統(tǒng)容積率是傳統(tǒng)倉庫的10倍

由于蜂巢系統(tǒng)采用全自動機器揀選，不會受到人工揀貨的限制（比如貨架高度、貨架間距等），因此整體貨架布置非常密集。傳統(tǒng)倉庫每平方米最多能存儲兩個周轉(zhuǎn)箱，而蜂巢系統(tǒng)能存儲20個周轉(zhuǎn)箱，容積率是傳統(tǒng)系統(tǒng)的10倍。

（3）倉儲、分揀一體化，節(jié)省作業(yè)面積

起初，該企業(yè)倉庫整體面積巨大，利用率不足，而蜂巢倉儲系統(tǒng)將倉儲區(qū)和分揀區(qū)合二為一，節(jié)省了作業(yè)面積，同時也提高了揀貨速度。

四、結(jié)論

蜂巢式電商4.0系統(tǒng)的創(chuàng)新性研發(fā)及順利實施是對傳統(tǒng)倉儲物流的一次革命性創(chuàng)新，該系統(tǒng)有效地利用了倉庫高度空間，節(jié)省了面積，容積率成倍提高；其次，系統(tǒng)省去了揀選人員大量行走并查找貨物的環(huán)節(jié)，處理效率是傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)倍；此外，系統(tǒng)的操作人員大幅減少、揀選準(zhǔn)確性顯著提高、安全性能得到進(jìn)一步改善；同時，整個系統(tǒng)采用了柔性化、模塊化的設(shè)計理念，可根據(jù)用戶的訂單分揀量配置相應(yīng)數(shù)量的處理模塊或模組，高效適用地完成訂單分揀作業(yè)。系統(tǒng)流程簡單、實用、高效，使用成本經(jīng)濟合理，能夠應(yīng)對新環(huán)境下電商高速發(fā)展對倉儲物流提出的全新挑戰(zhàn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者單位為山東蘭劍物流科技股份有限公司