ＡＧＶ 系统在物流分拣作业中的应用研究
王 洪１０１１４９） （北京物资学院，北京
ＡＧＶ ［摘要］随着国内快递行业迅速发展，传统的分拣作业模式已经无法满足日益增长的用户对速度的需求， 作为现ＡＧＶ代自动化物流设备，具有灵活性、可靠性等特征，减少了工作人员的数量并极大地提高了工作效率。文章构建了一个ＡＧＶ系统，应用于快递分拣作业，详细阐述了应用的业务流程以及网络结构，基于任务调度一系列的算法设计，最终，通过仿真软件，分析分拣效率以及系统的稳定性。ＡＧＶ； ［关键词］ 物流；分拣；快递业务ＤＯＩ １０ １３９３９／ ｊ ｃｎｋｉ ｚｇｓｃ ２０１７ １７ １９７ ［ ］ １ 引 言
随着电子商务的繁荣发展，特别是人们的个性化需求，使得电子商务的规模越来越大并趋向“多品种小批量”的特征，从而推动着快递行业高速发展，快递业对国家经济以及人们的日常生活起着越来越重要的作用。与此同时，在电商与消费者之间出现了一系列的问题，比如物流配送费用高、物流配送时间长等，特别是订单的集中爆发对物流配送能力提出了更高的１ １ ［ ］要求。据统计，我国近五年来的快递量如图 所示。 顾客对于快递行业服务质量评价的一个重要方面为速度，其中，分拣作业处理快件的时效直接影响到整个快件的２ ３ ［ ］ ［ ］速度。 在配送中心搬运成本中，分拣作业搬运成本约占９０％，而在劳动密集型配送中心，直接参与分拣操作的人力５０％， ３０％ ～ ４０％，占 整个配送中心作业时间为 更是被分４ ［ ］拣作业时间所占。 分拣作业是依据顾客的订货要求或配送中心的送货计划，尽可能迅速、准确地将商品从其存储区域５ ［ ］拣选出来分类、集中作业的处理过程。 针对分拣作业模６ ７ ［ ］ ［ ］式， 传统的模式主要靠人工进行分拣，自动化水平低，优点为成本低，缺点为效率低、差错率高；自动分拣机、立体仓库等，依靠传输设备以及物流信息技术，虽然有着较高的分拣效率，但占地面积大，一旦建成不可改变，并且灵活性以及鲁棒性太差等。随着快递量的增多，会出现分拣效率低，出错率高等问题，自动导引小车，是一种先进的自动化物流设备，可以很 好地满足物流分拣作业的要求，将分拣模式由“人到货” ＡＧＶ转变为“货到人”。目前，在国内 主要应用于光电制８ ［ ］造、烟草、汽车、银行、印刷等行业， 在这些传统行业ＡＧＶ中，的应用大多表现为独立工作，固定的轨道，以及ＡＧＶ ＡＧＶ ＡＧＶ应用规模小等特点。 系统是指多个 通过相互ＡＧＶ协作共同完成指定的任务，最终实现整体效益最大。系统的自动化、线路灵活、鲁棒性高以及柔性化等特征能够很好地满足业务量越来越大的快递分拣业务。基于大批量、外形规则的物流分拣的业务模式，本文将ＡＧＶ ＡＧＶ系统运用到物流分拣业务中，从仓储布局、 的任务分配，路径规划以及壁障等方面进行研究，并利用分布式的通信方式，最终实现系统的效益最高，完成物流分拣业ｃ＃ ＡＧＶ务。最后，通过实验仿真平台，进行 系统在分拣作业中的效率分析。
２业务流程描述
ｍ ｈ假设 个任务（不可分割的任务单元） ，个入库口； ＡＧＶ； ｍ个 个格口。其中，个任务单元随机到达，不同的格口代表不同的地区。根据各入库口的剩余任务量的情况， ｍ ｎ ＡＧＶ将个任务均匀分配给个入库口。停放在暂停区的ｎ ＡＧＶ均匀分配给个入库口，一个 一次只能完成一个任务， ＡＧＶ一个任务只能由一个 完成，在入库口，自动识别任务ＡＧＶ， ＡＧＶ的信息，并将任务对应的格口位置发送给 将货ＡＧＶ物运送到指定的格口位置。完成任务的 根据任务分配的规则，返回指定的入库口进行下一次的任务，直到所有的ＡＧＶ任务都被分拣完成，返回到暂停区或者是充电桩自动２充电。分拣作业的流程如图 所示。２ ［ ］利用栅格法建立环境地图模型，栅格法地图建模 是指将环境地图划分为各个大小相同的栅格，利用二维网络形式描述机器人工作环境的周围信息，并将这些信息转化为机器人系统能够理解的机器特征语言，其中，栅格的尺寸与数目根据机器人以及工作空间的大小来确定的，其表面分布着已知静态的障碍物，包括格口、入库口、暂停区、充电桩ＡＧＶ等，箭头所指向的方向代表 的行驶方向。本文的仿真３平台的布局如图 所示。其中，红色的表示入库口，绿色的表示格口，紫色的表ＡＧＶ示暂停区，箭头所指的方向代表 可以行使的方向。ＡＧＶ从暂停区进入入库口等待任务分配，将分配的任务放
入所对应的格口，再到下一个指定的入库口进行任务的分配，直到所有入库口的任务都被执行，程序结束。
３系统描述
ＡＧＶ
系统分拣作业采用分布式的控制方式，中央控制单元，承担返回的数据处理，任务指派以及故障处理等功
ＡＧＶ能，每个具有各自的处理器，可以进行自身的效益值的计算，并与中央控制单元通过无线局域网进行实时通信， ＡＧＶ
随时将自身的状态信息和任务完成情况以及效益函数反馈给中央处理单元。中央处理单元根据各入库口已完成任
ＡＧＶ ＡＧＶ务个数和剩余任务个数以及 的自身位置等信息将分配给整体效益最大的入库口进行下一个任务的分拣作业。ＡＧＶ ４ ＡＧＶ
系统分拣作业架构如图所示。本文所构建的 分拣作业系统，通过多个入库口并行作业可以提高任务拣选的效率，适合快递业务大批量的特性。４任务调度４ １任务分配ＡＧＶ
完成当前任务，需要选择下一个入库口执行新 的任务，这一过程涉及任务的分配规则。主要考虑两个ＡＧＶ方面的因素，的效率以及入库口工作人员的工作效ＡＧＶ率，达到人机协同，使得总的效益值最大。其中， ＡＧＶ的效率主要由各 到各个入库口的实际距离进行衡量，工作人员的工作效率主要考虑已完成任务个数以及剩余任务个数。４ ２路径规划Ａ 任务分配结束，即确定起始点和终止点，利用 算法进行最短路径规划，并结合时间窗的概念，进行目标函数的修改，达到动态路径规划的效果，主要考虑两个方面的因素，当前点到目标点的距离以及各条可行路径上车辆的个数，在交叉路口，对小车的路径进行重新规划，检测到所有可能的路线，并加入一个关于车辆共用道路的惩罚值，惩罚值的大小由离小车的距离不同而确定。４ ３避障规划ＡＧＶ在多系统中，结合路径规划并利用提前设定的优ＡＧＶ ＡＧＶ先级进行 之间的冲突处理，其中， 之间的优先级① ｓｔａｔｕｓ（ ＞ ｓｔａｔｕｓ（设定要求为以下三方面： 载任务） 未载② ③ ＡＧＶ任务） ；任务完成时间长短。 当两 为相同方向运动ＡＧＶ ＡＧＶ时，后一个 必须选择等待策略； 所在的位置不在ＡＧＶ对方行驶的方向上，则优先级低的 需要等待。通过对任务分配、路径规划以及避障规划的研究，在任务调度有序进行的基础上，使得完成总的时间尽量地缩短，最终达到效益最大化。
５系统仿真
Ｃｓｈａｒｐ ＡＧＶ在 软件平台上，将 的任务分配、路径规划以及避碰规划算法进行整合。左侧为菜单栏，可以实时ＡＧＶ ＡＧＶ监控 的运行状态以及调整 的速度和加速度；右侧为工作区域，可以模拟真实的分拣环境；另外，系统可ＡＧＶ以根据需要自行设置 的应用环境以及所需要的任务ＡＧＶ ＡＧＶ量。 的不同颜色是根据 的当前的状态（暂停、ＡＧＶ转弯、托货、空载等）进行设置的，可以通过 的颜色ＡＧＶ不同，对进行进一步的分析以及故障检测。本文分别１２０ ８ ＡＧＶ ２ｍ／ ｓ，利用 台小车，个拣选口， 的速度设置为１从时间，分拣效率，差错率等方面进行分析得到表 结果。Ｐ２００） （下转
由统计数据以及效率值和差错率的计算，可以看出ＡＧＶ系统的分拣效率高，容错能力好。在分拣效率方面， ＡＧＶＳ的分拣效率与自动分拣机的效率相当，但比自动分拣机在成本以及柔性等方面有着明显的优势。
６ 结 论
ＡＧＶ本文将系统应用与物流快递分拣作业中，从业务 流程设计，网络架构以及任务调度三个方面，说明该系统的
ＡＧＶ可行性，并最终通过仿真验证， 系统应用与物流快递分拣作业具有较高的效率和稳定性。对于系统的效率方面的提升将是接下来研究的重点，将从具体的任务调度算法进行
ＡＧＶ改进与完善，最终得到更高效率的 系统。
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１９９２—）， ，２０１５ ［作者简介］王洪 （ 男，山东德州人 年考入北京物资学院攻读物流工程硕士学位。研究方向：智能物流系统。