在温州烟草异地重建的新配送中心里，引入适应多批次分拣模式的物流体系成为关键，其中直角坐标机器人储分一体系统的创新应用是该项目的最大亮点。

　　烟草商业配送中心的主要功能是接收烟草工业企业生产的卷烟，通过仓储、分拣、配送等物流环节，将零售商户的订货卷烟送至门店，完成商业交易最后的货物交接。近十年来，烟草商业企业不断引入自动化物流设备，来提高物流效率与服务质量。

　　为了顺应时代发展，提高对零售商户的服务水平，建立一个以满足客户即时响应为服务目标的客户分类体系，并配置相应的物流系统，成为浙江省烟草公司温州市公司(简称“温州烟草”)面对的重要课题。在温州烟草异地重建的新配送中心里，引入适应多批次分拣模式的物流体系成为关键，其中直角坐标机器人储分一体系统的创新应用是该项目的最大亮点。

　　一、配送中心概况

　　温州烟草新建的卷烟配送中心位于温州市经济开发区，占地80亩，建筑面积近50000平方米，投产后承担全市约5万个客户卷烟分拣、配送工作任务。配送中心每日需处理35.8万条卷烟，和近1万个客户发生交易，日处理规格数约为180个，其中常规烟规格数为120个左右，异型烟规格数约60个。整体客户送货响应采用T+2模式，即单日订单，次日分拣，隔日送货的模式。

　　温州烟草配送中心在物流系统规划建设过程中大量采用了自动化设备，如，入库采用多关节机器人，仓储采用巷道式堆垛机，备货采用直角坐标机器人技术，分拣采用烟草专用半自动分拣设备，包装采用烟草专用PE膜包装机。

　　上述自动化设备大幅提高了卷烟分拣、配送效率，降低了送货差错率和残损率，奠定了配送中心为客户提供优质物流服务的技术基础。

　　值得一提的是，该配送中心为了提升客户体验，实施了创新的直角坐标机器人储分一体系统，并取得了良好效果。

　　二、优化升级物流系统

　　(一)传统烟草商业物流系统存在的问题

　　由于烟草商业企业的行业垄断地位，传统上对客户的物流属性分类一般只考虑两个因素。一是客户的地域因素，即所属送货线路和送货车辆;二是送货日，即一周中哪一天送货。而分拣作为送货的上游环节，为了发挥规模效应，减少流程风险，一般采用单批次分拣模式和T+2的响应模式。

　　但随着电子商务和新零售等新业态的发展，以及烟草行业物流降本增效的内生性需求，T+2的送货响应模式无法适应烟草行业物流的发展需要，主要存在以下几个问题。

　　一是客户体验问题。随着天猫、京东等电商及其配套物流体系的快速发展，在江浙沪地区，上午下单、下午到货的高效配送方式相当普及。相对于电商物流，一直作为中国现代物流先行者的烟草物流，目前已经处于落后地位，这一状况亟待改变。

　　二是客户资金占压问题。烟草商业企业一般采用先付款后发货的交易模式。温州地区一个烟包(25条卷烟)价值约4000元，大客户订20至30个烟包，每笔交易多达10多万元，而客户最快也要2天后拿到货物，最慢4天(周四分拣的客户)后拿到货物。对客户来说，资金无法达到有效利用。

　　三是送货成本问题。采用“一刀切”的物流模式，部分零散小客户往往只需1个月或者半个月订一次货即可满足销售，烟草商业物流也要一周送一次货，大量消耗了送货资源，增加了物流成本。

　　四是业务拓展问题。当前物流模式无法及时响应工地用烟、渔民用烟、婚庆用烟等临时性的用烟需求，使温州烟草的业务无法得到有效扩展，被市场大户挤压了市场份额。

　　因此，建立一个以满足客户即时响应为服务目标的物流客户分类体系，并配置相应的物流系统，已经成为摆在温州烟草面前的重要课题。而分拣系统作为送货服务最重要的前置环节，对不同类别目标客户群形成不同批次的分拣任务是硬件基础，也是提高客户响应的起点。但是目前烟草行业分拣系统的备货环节一般都只支持单批次分拣，即在一个订单批次完成之前，无法进行下一个订单批次并即时备货，备货周期一般长达40分钟至1小时，无疑是整个业务体系中最大的瓶颈。

　　(二)原因分析

　　烟草商业物流一般采用多关节机器人+重力式货架的方式进行备货，该方式存在以下三个问题。

　　1.备货环节组态过多

　　烟草商业物流卷烟商品一般具有5个组态方式，即托盘态、件烟态、条烟态、盒烟态和烟包态，参见表1。

　　多关节机器人+重力式货架的备货方式，需要将托盘态卷烟出库，全部拆盘进入重力式货架，所有品规完成拆盘后，件烟按订单排序进入分拣系统。需要经过托盘至件烟(30件集合)再到件烟排序两次组态。一个环节进行两次物流串行组态略显冗余。

　　2.备货节奏不匹配

　　在设备选型过程中，一般按补货能力来配置机器人数量。以温州卷烟配送中心为例：分拣产能设计为80000条/小时(1600件/小时)，一般配置2台800件/小时的关节机器人进行拆盘。上下游效率基本匹配，但规格数不匹配导致整体节奏不匹配。如关节机器人拆1托盘30件A品规卷烟，而分拣实际需求可能是10件A品规，5件B品规，15个其他品规各1件。

　　3.控制系统紧耦合

　　物流系统供应商一般将备货系统作为分拣系统的一个模块，为保障分拣系统的稳定性，在电控系统和信息系统设计上进行强关联，导致件烟ID在多个批次之间出现冲突，无法在当前批次完成之前导入下个订单批次。极端情况下，如果多条分拣线中有一条出现故障，所有业务将在故障排除并完成生产后方可操作。

　　当前物流系统设计等技术条件制约，导致烟草商业企业虽然拥有强大的物流资源，却无法为下游送货提供多层次的客户服务。这就需要在整体物流规划前期设计全新的备货流程，实现储分一体，并采用新型的自动化设备弥补现有硬件设备的不足。经过分析对比，直角坐标机器人储分一体系统成为温州烟草新配送中心的最优选择。

　　(三)解决方案

　　所谓储分一体系统，是将备货系统视为仓储系统的一个特殊模块，使其既可以实现仓储功能，同时具备高效的备货补货功能。近几年，烟草行业中逐步出现了直角坐标机器人、多层穿梭车、件烟密集库+穿梭板等一系列的储分一体技术。其中，直角坐标机器人的处理单元为托盘态，适合大平面、高空间、物流体量大的配送中心;多层穿梭车和件烟密集库的储存单元为件烟态，即，在入库时就拆成件烟态来支撑分拣业务，比较适合物流体量较小的配送中心和原地技改项目。

　　而温州卷烟配送中心体量较大，新中心建设采用异地技改方式，因此采用了直角坐标机器人为备货主技术路线。

　　三、直角坐标机器人储分一体系统的设计

　　1.设备选型

　　通过综合比较多关节机器人+重力式货架，多穿和直角坐标机器人三种技术方式，温州烟草初选了全直角坐标系统和直角坐标系统(处理大品规)+多穿(处理小品规)两种方案。但在综合考虑建筑结构设计、造价和异型烟发展趋势(大量取代中小品规)，最终确定了全直角坐标系统的方案。

　　2.能力设计

　　根据温州卷烟配送中心产能年销量45万大箱的规模，分拣产能80000条/小时(1600件/小时)的要求，备货系统按1.5倍波动系数，备货能力设计达到2400件/小时，共配置6台设备分为3组，每组2台，两两互备，单机能力为400件/小时。

　　3.工况设计

　　直角坐标机器人是以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，以伺服电机、步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达并遵循可控的运动轨迹。其工况设计如图6，设备主要参数见表2。

　　4.布局设计

　　储分一体区分为ABC三个区域。

　　A区：X轴行距35米，一轨双机，和7*18道托盘密集存储道混合应用，主要处理A类大品规卷烟，占作业总量的40%。

　　B区：X轴行距25米，双轨双机，72个托盘位，场地具有卷烟保管条件，支持小A类和小C卷烟，尤其适应单托盘卷烟长期无法使用完的业务场景，占作业总量的30%。

　　C区：X轴行距52米，超长行距，一轨双机，72个托盘位，支持小B类和小A类卷烟，占作业总量的30%。

　　三个区域总计270个托盘位，实时缓存量按50%托盘满载率计算，约20万条卷烟，支持配送中心0.5天作业需求，目前是行业内最大的直角坐标储分一体系统。

　　5. 信息与控制系统设计

　　采用仓储和储分一体化设计方式，将3个拆盘区作为WMS系统的库区进行管理，和分拣系统彻底剥离，信息与控制系统总体架构如图8。

　　四、应用效果、难点及场景推广

　　1.应用效果

　　系统于2018年4月9日投入试运行，采用B区支持1#分拣线的现场实测模式，实测数据如下。

　　(1)最远端件烟传输至分拣线完成开箱4min，符合设计指标;

　　(2)50件卷烟首次到达开箱机前端15min，符合设计指标;

　　(3)批次切换时间10min，数据在上批次分拣完成前完成优化并同步下烟。

　　(4)平均拆盘节拍10s，略低于设计指标，机械机构仍有调整空间。

　　应用直角坐标机器人储分一体技术，有效解决备货系统多次串行组态的问题，大幅地缩短了备货时间，为实现多层次的客户服务提供了硬件基础。

　　2.应用难点

　　(1)该系统对建筑层高要求较高，库房净空要求达到6米以上，设备净高5.5米以上。

　　(2)吸盘夹具建议采用多路小孔的吸盘设计，避免使用机械夹具，来提高运行稳定性。

　　(3)定位技术建议采用图像或高速测距技术提高抓取成功率，如采用计算定位则存在较大风险。

　　3.应用场景推广

　　(1)长跨度机器人实现小品规的自动化补货(C区模式)。烟草行业对小品规的备货处理一般采用人工搬运方式，在品规较多的情况下，使用直角坐标机器人储分一体模式可以有效减少用工数量。

　　(2)和密集托盘道组合应用支持整托盘越库配送(A区模式)。

　　目前部分烟草工业公司也有采用整托盘运输的方式，利用直角坐标机器人储分一体和密集式托盘存储道组合，可以支持到货卷烟直接上线分拣，支持有效控制存销比。