物流工程-某电商企业仓库AGV系统路径规划及仿真分析论文

时间：2021-01-27 05:05:18 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　Abstract Today, with the continuous development of science and technique and economic, the upsurge of online shopping follows, the constant collision and integration of physical stores and e-commerce enterprises.With the continuous development of the Internet and the advent of the intelligent era, the e-commerce industry has risen rapidly. Appeared, the rapid development of electrical business orders, order picking packing much faster than the speed of growth, warehouse staff led to the deficiency of the backlog of orders, the traditional “goods to people” chosen mode can"t satisfy the growing orders, it will need to use the AGV car to achieve “goods to people” picking mode, improve the electrical contractor warehouse picking and outbound efficiency. This graduation design firstly introduces the background and significance of the research on e-commerce enterprises, and summarizes the research contents of scholars under the “goods arrive person” selection model at home and abroad.According to the research contents at home and abroad under the "goods arrive person" selection mode, we have found a suitable research direction.The research content and purpose of this paper is to plan the path and guidanee mode of AGV vehicle and use Flexsim to simulate the operation of e-eotmmmrce enterprises to find the optimal number of AGV vehicles.Then it summarizes the relevant theories needed for the research content, and describes the definition and process of e-eotmmmrce distribution center, the operation process of “delivery person” selection mode, the guidance mode of AGV vehicle and the use of simulation software. Then the known s electri business process ,and the information of enterprise to the current situation of the enterprise “the arrival of the” chosen patterns of data with “goods to people” choose model carries on the analysis comparison, calculates the “goods to people” have chosen mode of AGV car need mobile shelves, use Visio to map the tape s electricity enterprise warehouse layout and laid the path of the plan. Finally, Flexsim is used to simulate the AV warehouse in the mode of “goods to people” selection. From the constructian of the simulation system to the operation of the simulation system, the munber of available AGV trolls is enumerated one by one using enumeration method,and the date comparison is conducted to obtain the optimal munber of AGV trolls .

　Key words:Tape guidance；Route planning；AGV；Flexsim

　目

　录 第 1 章 绪论 ............................................................................................................................. 1 1.1 研究背景及研究意义 ............................................................................................... 1 1.1.1 研究背景 ................................................................................................................ 1 1.1.2 研究意义 ....................................................................................................... 1 1.2 研究现状 ................................................................................................................... 3 1.3 研究内容 ................................................................................................................... 5 1.4 研究目的 .................................................................................................................... 5 第 2 章 相关理论综述 ............................................................................................................. 6 2.1 电商配送中心研究 ................................................................................................... 6 2.1.1 电商配送中心定义 ....................................................................................... 6 2.1.2 电商配送中心流程 ....................................................................................... 6 2.2 “货到人”拣选模式分析 ....................................................................................... 8 2.2.1 “货到人”拣选模式概念 ........................................................................... 8 2.2.2“货到人”拣选模式运作流程 ..................................................................... 8 2.2.3 “货到人”拣选模式与“人到货”拣选模式比较 ................................... 9 2.3 AGV 小车路径规划及导航方式研究概述 .............................................................. 10 2.3.1 AGV 小车路径规划意义 .............................................................................. 10 2.3.2 AGV 小车导航方式 ...................................................................................... 10 2.4 电商配送中心仿真研究概述 ................................................................................. 13 2.4.1 电商配送中心仿真意义 ............................................................................. 13 2.4.2 电商配送中心仿真方法 ............................................................................. 13 2.4.3 FlexSim 仿真方法的使用 .......................................................................... 15 第 3 章 S 电商企业概述及现状分析 .................................................................................... 20 3.1 S 电商企业概述 ...................................................................................................... 20 3.1.1 S 电商企业简介 .......................................................................................... 20

　3.1.2 S 电商企业配送中心流程 .......................................................................... 20 3.2 S 电商企业现状分析 .............................................................................................. 22 3.2.1 S 电商企业数据分析 .................................................................................. 22 3.2.2 S 电商企业面临问题及初步解决方法 ...................................................... 24 第 4 章 S 电商企业基于 AGV 的路径规划研究 .................................................................... 26 4.1 S 电商企业 AGV 路径规划分析 ............................................................................. 26 4.2 S 电商企业 AGV 路径规划结果 .............................................................................. 28 第 5 章 基于 FlexSim 的 AGV 小车模型构建及数量选择 ................................................... 31 5.1 S 电商企业仿真模型分析 ...................................................................................... 31 5.1.1 问题描述 ..................................................................................................... 31 5.1.2 仿真数据分析 ............................................................................................. 31 5.2 S 电商企业仿真模型构建 ...................................................................................... 31 5.3 S 电商企业基于 FlexSim 仿真的 AGV 最优数量选择 .......................................... 37 5.3.1 AGV 最优数量选择思路 .............................................................................. 37 5.3.2 基于 FlexSim 仿真的 AGV 最优数量选择 ................................................. 37 5.3.3 S 电商企业基于 FlexSim 仿真的 AGV 最优数量结果 ............................... 47 总

　结 ..................................................................................................................................... 48 参考文献 ................................................................................................................................. 49 致

　谢 ..................................................................................................................................... 50 附录一 中文译文 ................................................................................................................... 50 附录二 外文原文 ................................................................................................................... 50

　 第 第 1 1 章

　绪论

　1.1 研究背景及研究意义

　1 1.1.1 研究背景 在科技与经济实力不断发展的时代，从步行到小汽车，从听广播到液晶彩电，从人群拥挤的集市买东西到光洁明亮的大商场，再到如今的线上购物。无不例外的证明社会经济的发展一定会提高人民的生活水平，因此网络购物一定会迅速发展，随之而来的一定是电商企业的巨大变革。

　全世界电商企业的研究报告中在 2020 年按照去年一年对各个网络购物平台交易额的统计得出，全世界两大巅峰电商企业购物平台是淘宝和天猫，都在阿里巴巴旗下的，去年一年这两个平台的 GMV 高达 4300 亿美金和 5100 亿美金之多，而京东商城紧随其后，GMV 高达 3460 亿美金。

　从上面的资料浅而易见的可以看出电商企业随着科技的提高、经济的崛起以及智能化的普及，电子商务发展迅猛，势如破竹。随着网上购物人群的不断增长，网络行业发展日渐成熟。电商企业在不断丰富产品类别的同时也关注于减少运输时间以及解决货物售出后的质量问题，甚至于还实现外国人于本国之间网上的贸易流通。阿里巴巴的创始人马云称：“没有任何人可以阻止全球化，没有任何人可以制止贸易。事实证明电子商务产业具有市场全球化是毫无疑问的”。

　电商的迅猛发展，出现了订单量剧增，拣选货物人员及打包的速度远远比不上订单增长的速度，仓库人手的不足导致订单积压，传统的“货到人”拣选模式满足不了日益剧增的订单，这就需要使用 AGV 小车来实现“货到人”的拣选模式，提升电商仓库的拣选及出库效率。

　1.1.2 研究意义

　随着电子商务行业的不断发展，其已经成为我国经济命脉中不可缺少的一部分。然而由于电商企业的发展越来越迅速，但是仓库人手的不足会导致订单积压，货物拣选打包速度远远比不上订单增长的速度，给客户带来不好的购物体验。从而怎么提高订单拣选已经成为一个电商企业是否成功的重要因素。自动导航运输车（AGV）的出现无疑很好的解决了这个问题。

　(1)理论研究意义

　 现今科技的发展犹如竹子生长一样势不可挡，在如今的大部分行业领域中人工被机器代替的趋势已经越来越明显。例如在电商领域中，随着 AGV 自动导航运输车的出现，便逐渐替代了拣货员的工作，甚至在种类齐全、功能繁多的 AGV 小车的带领下，仓库拣选运输货物的安全性和规范性有了很大的提高，毕竟当订单量极大时，拣货员为了工作效率会降低了安全防范意识。

　(2)实践研究意义 ○1 准确率高 AGV 小车能够灵活准确的实现可移动式货架与拣选台之间的货物流转，几乎不会出现拣错货物的情况，与人工拣货相比，省去了人工拣货出错后差异处理这一步骤，极大的减少了货物的流转时间，实现了从订单下达—AGV 小车拣货—打包—出库这一货物配送作业。

　○2 自动化程度高 与人工拣选货物并运送到拣选台相比，自动导航运输车 AGV 是十分智能和自动化的。比如当购物订单到达电商仓库系统，系统收到订单信息并且将订单所需要的货物所在货架位置发送给 AGV 小车，AGV 小车接受并执行将货架自动搬运到打包台前面的拣选去，然后等待拣选并打包订单上的货物，完成出库任务。相比人工拣货来说 AGV小车只要系统下达的需要捡取的订单信息正确，就可以找到订单所需要的货物位置，AGV 小车不会像人工拣货一样出现拣错货物、多拣货物、少捡货物的问题，避免了人工拣货的各种错误的发生，免去了传统的“人到货”模式下复核人员的工作，降低了不必要的人力、物力、财力的开支。

　除此以外，AGV 小车还可以自动充电。AGV 小车不繁忙时或者电量低于安全值时被系统监听到，系统就会自动下达充电命令，AGV 小车就会自动前往充电桩排队等待充电，不需要人力干预。这样就不必担心 AGV 小车因为没电而导致的拣货运输作业中断，需要设置好最低安全充电值在使用 AGV 小车之前，因为电量过低会导致 AGV 小车停止运行，不能保证 AGV 小车一天不停的工作。锂电池是大多数 AGV 小车使用的，由于锂电池运行时间远远大于普通电池，并且只要 AGV 小车充电十几分钟就能保证四小时左右的工作时间，还能保护 AGV 小车零件。

　○3 安全性能好 AGV 小车具有比人工拣货较为安全的作业能力，其有智能的死锁碰撞避让、报告

　 故障、出现问题自我警示、强制停止运行等功能。尤其是能够在有毒物品、危险物品等不适合人工作的场所使用，帮助人们减少危险。AGV 小车的使用还能提高电商企业信息化、安全化、标注化的规范、 ○4 拣选效率高 相同时间内，AGV 小车拣选货物的效率是传统“人到货”拣选货物的 3—4 倍左右，增加了电商企业订单处理件数，很大程度上提高了电商配送中心的拣选和出库的效率。

　1.2 研究现状

　“货到人”拣选模式近些年来炙手可热，比如电商行业的三大巨头之一的京东企业自主研究的一种典型的“货到人”拣选系统（地狼项目），它就是在电商仓库的配送作业中，使用 AGV 小车将所需要选取的货物所在的货架运输到拣选区进行挑选，然后让打包人员进行简易的包装。京东在华南、东北多地都建造了地狼项目。由此可见，我国的“货到人”拣选模式正逐步普及于电商企业。“货到人”拣选模式已经超过 40 多年的发展历史，主要工作内容是货架和纸箱被自动运输到拣选工作站，打包工人拣选货物完成后，剩余的部分再由 AGV 小车送回到原地。直至今天这种拣选方式也没有被淘汰，甚至越发的在拣选作业中显露头角，成为必不可少的一种方式。在科技与经济实力同时发展的今天，“货到人”拣选技术已经发展到了一个全新阶段。

　（1）国外研究现状 对于“货到人”系统下的拣选模式优化问题，国外研究时间比国内要早，自动存储及取货系统（AS/RS）是早期“货到人”拣选系统的主要研究方向，得出货物拣选的效率主要有不同的分配策略来决定。在工业 4.0 的背景之下，外国开始使用 AGV 自动导航车在制造业、工业等系统中的广泛应用，使得原本用人工劳动来搬运重物的模式转换成了利用 AGV 小车搬运货物到目的地的自动化模式。BoySen[1] 等提出在基于移动机器人的可移动货架环境中，根据商品的周转率来进行商品的分类存在一定优胜性，因为一旦商品的需求率发生变化，则货架可以不断重新定位。Meneghetti[2] 等提出仓库改变仓储运营管理来达到节能制造的要求，从基于时间的传统角度转变为基于能源的角度。在自动化存取系统当中，需要改变货物以前的存储策略，以达到搬运机器在负载移动过程当中减少能源的消耗。Zou[3] 等以机器人的移动履行系统为研究背景，提出了机器人以电池来供电提供运行动力情况下，电池电量的消耗程度影响系统性能。通过构建半开放式排队网络模型来评估该系统的性能。

　 随着现代化科技的不断发展，自动导航小车（AGV）系统打破了传统的堆垛机只能拣选货架两边货物的限制，实现了货物不同层数、不同货架之间的拣货，提高了系统的灵活性。储存货物区域与拣选货物区域构成了自动存储及取货系统（AS/RS），拣选区域有拣选台和操作人员，存储区主要摆放装有货品的可移动式货架，自动导航小车AGV 小车是将拣选区的可移动式货架送到拣选台，按照订单拣选货物后，再由 AGV小车将货架送到储存区。可以设计了一套系统且流程化的方法来研究自动存储及取货系统的效率，如仓库的储存原则、货架尺寸、AGV 小车数量及行走路线等。

　（2）国内研究现状 虽然我国国内关于“货到人”的拣选模式研究比国外晚几年，相比较下缺乏一定的技术知识，但也有很多自己创新的研究成果。袁瑞萍[4] 等研究了电商物流配送中心的订单拣选作业的流程，基于物流配送中心的 AGV 小车在仓库中的使用来研究多个异步拣选作业和拣选台同步中 AGV 的调度问题。吴颖颖[5] 等提出了“货到人”拣选系统中“订单指令下达－AGV 拣选－送回货架”是其订单拣选的流程，其中影响订单拣选效率的关键因素之一是货箱的出入库频率。通过研究每个拣选台的订单排队问题，并将该问题转换为旅行商问题来优化订单序列，以达到提高拣选效率的目的。周方圆[6] 等结合“货到人”拣选系统的特点研究了关于静态货位分配的问题，基于复杂网络理论来建立货位分配问题的优化模型，并设计了一个启发式贪婪算法。杨琼华[7] 等利用仿真对拣选过程中的拣选时间等待、货物破损等问题进行了研究，对人工、半自动化和自动化拣选等几种拣选方式进行了对比，最终得出了目前拣选中心最优的一种选择是半自动化的拣选方式。李铮[8] 等对“货到人”拣选系统 AGV 模式下的整体布局进行了研究，介绍了设备的选型问题，但是研究的重点还是在于整个系统的运作方式。刘金平[9] 等结合在线自动化立体仓库实例，分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求，提出了一种应用存储特征码进行储位分配的方法，并与随机储位分配策略进行对比，结果表明应用存储特征码的储位分配方法可显著减少出入库的作业时间。于洋[10] 提出新型 AGV“货到人”拣选系统中在电商背景下，其为了满足多品种、小批量的订单拣选，需要提高拣选货物的效率。文章重点对“人到货”和“货到人”拣选模式进行了数据的比较分析，提出了基于 AGV的“货到人”系统的货位分配原则不仅需要考虑货架中上架货物的相关性，还要考虑AGV 小车在货物运输次数多的情况下,可以将 AGV 小车经常需要捡取的货架摆放在靠近拣选台的位置来达到减少能源的消耗。

　 1.3 研究内容

　随着社会经济及科技的不断提供，线上购物成了社会不可或缺的一部分。由于电商企业越来越普及，电商配送逐步崭露头角，自动导航运输车（AGV）由此而生。“货到人”拣选系统身为采用 AGV 小车运输装有订单所需货物货架的一种拣选系统，电商企业对其拣选路径的优化没有相应的规范的系统化操作，因此拣选路径跟“人到货”模式存在相同的难点。而 FlexSim 仿真软件随着客户的不断需求，增加了自动导航运输车（AGV）可以在所设计的路线中寻找最短路径，正好弥补了“货到人”拣选系统 AGV小车拣选最短路径的缺点。因此只要设计出路径来，FlexSim 仿真软件就可以让 AGV小车拣选货物时选择最短的路径。但是设计好路线，AGV 小车不能沿着设计好的路线走，那就前功尽弃了，因此怎么让自动导航运输车（AGV）沿着设计的路线走就是需要研究的路径之一，另一个问题就是在让自动导航运输车（AGV）沿着设计的路线捡取货物选择最短路径时，用 FlexSim 仿真软件模拟 S 电商企业仓库出库所需要的的最优AGV 小车数量。

　4 1.4 研究目的

　随着电子商务的普及，“货到人”拣选模式逐渐应用到电商企业中，为了应对与日俱增的网上购物订单量给电商配送中心带来的挑战以及人工成本的增加等诸多问题，自动化物流显露出其效率高、准确率高的优势，成为电商企业配送中心炙手可热的宠儿。但是身为一种新兴的“货到人”拣选模式，还有许多不成熟的地方。尽管电商企业正在朝着 AGV 小车自动拣选努力，但是要真正实现规模化的商业应用，还需要突破技术瓶颈以及成本较高等的制约因素。

　研究目的就是将电商然后利用 FlexSim 仿真软件模拟自动导航运输车（AGV）来选择最合适数量的小车。旨在研究“货到人”模式下自动导航运输车（AGV）的拣选路径优化以及运用 FlexSim 仿真软件模拟自动导航运输车（AGV）运输过程来选取最优AGV 小车数量。

　 第 第 2 2 章

　相关理论综述 2.1 电商配送中心研究

　2.1.1 电商配送中心定义

　配送中心的定义：配送中心是指接受供应者所提供的多品种大批量的货物，通过储存、保管、分拣、配货以及流通加工、信息处理等作业后，将按需要者订货要求配齐的货物送交顾客的组织机构和物流设施。

　大多数人有可能会把电商的配送中心与其物流中心混淆，他们之间的区别与联系如下表所示：

　表 2-1 电商配送中心与物流中心区别

　项目 电商配送中心 物流中心 功能 较为全面 可单可全 规模 可大可小 一般较大 在供应链中位置 在供应链的上游 在供应链的下游 物流特点 多品种、小批量、多供应商 少品种、大批量、少供应商 服务对象 一般为公司内部服务 通常提供第三方服务 总的来说电商配送就是从客户下单-系统接收订单-捡取订单所需货物-打包-出库，物流配送是将仓库出库后的货物派送到客户手里，大部分电商企业物流服务都是外包的，除了京东是自营式电商企业。

　2.1.2 电商配送中心流程

　电商配送中心与传统的仓库是不同的，它除了拥有传统仓库的仓储功能外，还可以将商品打包、运转进行流通。为了完成这些商品信息的流转和分配，配送中心需要有以下几点功能：

　（1）仓储功能 不同的货物需要利于货物本身存储的方式，而且也存在两种货品相互排斥，不能存放在一起的。例如易碎的货物和坚硬的货物不能同时存放，生鲜食品需要单独放。

　（2）分配流转功能 拣货员通过计算机系统下达的订单捡取该订单所需货，然后送到打包台，进行出库流转。

　 （3）运输功能 将打包好的货物出库后，用车辆进行运输到物流运行环集中点，然后进行派送到客户手里。

　（4）其它的辅助功能 配送中心的的其他辅助功能，比如资金流转、结算功能和信息跟踪等。

　配送中心的作业流程主要包括采购货物、货物入库、库存管理、订单指令下达、拣选包装货物、出库管理、退换货管理、配送管理以及财务会计作业等。

　（1）采购货物 电商企业一般会设置安全库存，系统检测到安全库存低于一定值时就会发出警示，采购人员就会向供应商或者入驻平台的第三方商家进行采购，用来维持仓库的安全库存值，避免缺货的发生，尤其是大促时，会根据往年数据和每年流行趋势来预测销售情况，进行囤货，防止无货可发。这种情况，能够使用只要输入货物数据正确就可以自动计算仓库安全库存值以及预测销售额的 WMS 系统的库存功能，来下达采购任务量，这样还能避免人工计算出现的错误，采购人员只要按照系统给出的采购单直接采购就可以。

　（2）货物入库 货物从供应商或者入驻平台的第三方商家被送到仓库时，仓库管理员要检查货物是否破损过期，核对数量是否正确，没有问题后将货物送入仓库中的存放同类同品牌货物的储存区货架上，不能随意乱放，防止拣货出错，这一操作流程可采用 WMS 系统和 PDA，来确保准确高效率的货物入库作业。

　（3）在库管理 仓库管理员是在库管理的灵魂，他们主要负责每天盘点货物的质量以及数量，将拣选多的货物送回原地，补充货物等，货物能安全的储存在仓库都依靠于仓管员是否认真对待工作。

　（4）订单指令下达 电商企业正常情况下都会有适合自己的 OMS 仓储系统，客户和仓库的之间的货物流转和订单指令的下达都依靠它， （5）拣选包装货物 订单指令下达给拣货人员后，拣货员按照订单拣选货物，送到复核人员手中，经由其在进行一遍分拣作业，然后将货物装盒贴条送到传送带上，运输到等待发货区。

　 （6）出库管理 在等待发货区中，出库管理人员将目的地不同的货物稍加分类并检查货物质量以及核对数量后，没有问题等待运输车来将其运走。

　（7）配送管理 配送就是将出库的货物运输到流转中心，根据目的的不同运输到不同城市，在由各自城市运输到客户手中，可以是自营物流，也可以承包给第三方物流。

　（8）退换货管理 顾客经过与商家友好的沟通后，将不喜欢的货物或者破损的货物送回到仓库中，仓管员查看后，给商家退款或者换货。

　（9）财务会计作业 电商企业仓库的收入和支出都由财务会计掌管，例如员工工资的支付、采购货物资金、仓库的租金以及第三方物流的邮费等。

　2.2 “货到人”拣选模式分析

　2.2.1 “货到人”拣选模式概念

　如果说订单是电商企业生存的根本，那么拣选货物效率则是电商企业立足于不败之地的基础。拣选货物的方式分为纯人工拣货、半自动拣货、全自动拣货这三种，本毕设主要探讨“货到人”拣选模式下的半自动拣货（即 AGV 小车拣货）。

　“货到人”拣选模式按照字面意义来说就是在货物的拣选过程中，人不需要走动，装有所需货物的可移动式货架就会自动的输送到拣选台，拣选人员挑选后，再将货架送回拣货区，电商企业配送中心提高拣选及出库效率的关键因素就是“货到人”拣选方式。

　2.2.2 “货到人”拣选模式运作流程

　“货到人”拣选模式主要包括可移动式货架、AGV 小车和拣选台。“货到人”拣选模式的原理是将货物储存在可移动式货架中，AGV 小车系统接收到订单所需要的的货物信息，沿着已经规划好的路线走到可移动式货架前，将订单所需要的的货物所在货架移动到拣选货物区，等待拣选人员拣选订单所需要的的货物，然后进行打包出库，这样就完成了电商企业半自动拣货从系统接收到货物，然后用 AGV 小车拣选订单所需要的的货物，然后打包出库，最后送到顾客手中这一过程。

　 2.2.3 “货到人”拣选模式与“人到货”拣选模式比较

　“货到人”拣选模式与“人到货”拣选模式的优点比较：

　（1）拣选效率高效 以京东落地在大连 FDC 仓的地狼项目为例，在京东双十一购物大促销中，完美的解决了拣选效率慢导致的订单的积压问题，实现了一天高达 1.6 万订单出库，是以前拣选速率三倍还多，在大促期间，没有发生像以前一样工人 24 小时不间断连轴转的情况下仍然有大量订单积压的问题。与传统的“货到人”拣选模式相比，京东的地狼仓可以在仓库的面积和拣选人员都减半的状态下，拣货出库的效率仍然达到两倍以上与传统仓库相比。这对于动不动订单就可以达到千万以上的大型电商企业来讲，不用怀疑采用AGV 小车的拣选模式简直是十分受欢迎。除了拣选效率高效外，AGV 小车准确率远远高于人工，拣选货物又快又多，总之不用担心 AGV 小车会拣错货物，老是拣错货物，反而比人工拣选慢，导致其更浪费时间。由此可见，使用 AGV 小车拣选系统可以从根本上去掉复核环节，进一步减少工作人员。

　（2）劳动者强度降低 “货到人”下AGV小车拣选模式能够减少人工的压力，保障了劳动者的身心健康，实现了电商公司不剥削、不强迫劳动者，体现了电商公司“以人为本”的理念。传统的“人到货”拣选模式，因为拣选区很大，拣货员想要完成系统下达的一批拣货单的货物需要推着拣选小车走很远，而且没有固定的路线，拣选人员会多次走重复的路，浪费体力。但是货到人”拣选模式根本不需要人走路，只要 AGV 小车搬运货物送到拣选台即可。并且拣选台人性化的考虑到不同身高的工作人员对拣选台高度有不同需求，同时也为了方便身高不高的拣选员从货架上取货，拣选台的高度像老板椅一样是可以调节的，使拣选人员快速适应 AGV 小车拣选模式。

　（3）存储高效 由于“货到人”拣选系统不需要拣选小车，使用了 AGV 小车拣选货物，传统的拣选小车体积是 AGV 小车 5 倍大，货架之间的过道长度因此减少，拣选区占地面积减少，拣选路径变短，AGV 小车拣货时间随之缩短。传统的“人到货”拣选系统与“货到人”拣选系统都采用阁楼式货架，但是空间利用率却有着天壤之别，传统的“人到货”拣选系统大约最多在 25%以下，甚至有的空间利用率仅仅在 15%以下。而“货到人”拣选系统采用可移动式货架存储的方式，空间利用率可以达到 50%以上，是传统“货到人”拣

　 选方式的 3—4 倍左右。像京东、天猫这些大型的电商企业，他们的配送中心仓库面积十分大，货架之间的过道减少的路径长度积少成多，可以极大的提高空间利用率，减少电商企业成本资金的浪费，从而提高经济效益。

　“货到人”拣选模式与“人到货”拣选模式的缺点比较：

　“货到人”拣选模式唯一缺点就是 AGV 小车价格不菲，大约 10000 多一台，还有买可移动式货架，建造 AGV 充电桩，电商企业一个仓使用“货到人”拣选模式花费大约能够支持这个电商企业整个仓储的 4-5 个月的支出。“人到货”拣选模式优点是对于小型的流动资金较少的仓储中心来说人工拣货是可以负担得起的，而“货到人”拣选模式太昂贵，可能小型的仓储中心接受到的订单，AGV 小车几个小时就能干完。

　V 2.3 AGV 小车路径规划及导航方式研究概述

　V 2.3.1 AGV 小车路径规划意义 “人到货”拣选模式下拣货人员推着拣选小车行走，没有规划好的路线，拣选工人按照自己的意愿随意行走，导致工人行走的路程较远，有时拣选小车较多，在过道之间各种穿梭碰撞，甚至拣选小车较多碰撞造成家庭堵塞，浪费时间。而且拣选工人没有固定的拣选货物，全是自己松散的拣选，浪费了很多的时间，还消耗了自己的体力。

　因此“货到人”拣选模式下要规划好 AGV 小车的路径。一方面防止 AGV 小车没有规划好的路线，AGV 小车按照自己的意愿随意乱窜，导致 AGV 小车的行走路径重复或者绕远。另一方面防止 AGV 小车与另一台 AGV 小车发生碰撞。只有规划好 AGV小车的行走路径，系统就会根据最短路径的算法让 AGV 小车在装载可移动货架到拣选区走最短距离，更加提高电商企业的拣选效率。而且系统可以根据 AGV 小车的行走路径自动分析是否 AGV 小车之间会产生死锁和碰撞，若有情况发生系统会提前让 AGV小车停止行走，为其规划新的路线。

　 V 2.3.2 AGV 小车导航方式

　AGV 小车的导航技术是其重要的技术之一，采用什么样的导航模式是 AGV 系统中首先要解决的问题，这也是实现 AGV 自动化的关键环节。AGV 小车的导航模式从最早的有轨导航到后来的电磁导航，随着科技和传感器技术的发展，越来越多的导航方式出现，比如惯性、超声波光学、激光以及 GPS 等导航方式。下面是近些年各种 AGV小车导航方式的原理及特点：

　 惯性导航是一种自包含的导航技术，其主要依靠内部的传感器通过航位推算来实现AGV 小车的相对定位。其通常采用陀螺仪、编码器等，来实现自由路径导航。这样柔性更好，也容易实现。在已知起始点、方向和速度的前提下，通过陀螺仪和加速度计提供的测量结果来跟踪 AGV 小车的当前位置及方向。但是此导航方式会下会出现不可控制的累积误差，AGV 小车长时间的工作会导致其偏离原有的定位，从而影响导航的精度，因此需要有相应的算法来校正 AGV 小车的位置。

　光学导航是 AGV 小车更为传统的导航方式，其作为一种轨迹固定的导航方式，它的结构复杂程度较为小，成本更低，其主要的难点体现为光敏传感器对于光带路径的识别，不过由于这种导航方式光带的路径是固定的、容易受到外界的污染，时间长了很难实现 AGV 准确的实时定位。

　视觉导航主要原理是通过 AGV 小车自身的装载相机以方便感知周围的行驶环境，利用其自身的装载相机作为“眼睛”来识别路径获取道路信息，接着在系统的图像处理后将路径信息传达给控制器，这种方法类似于人类的视觉系统。在工业的应用中，主要是通过采集图片或视频数据，系统收集到信息后让计算机观察并判断周围的环境，或者说利用环境的特征提取并且进行图像匹配等完成对周围环境的识别，来获取 AGV 小车自身的位置和行驶路径。视觉传感器可以较为完整的保存现场的环境信息，但是其没有广泛使用的主要原因是它们有效地使用和处理信息技术不成熟。

　激光导航（激光导航）是一种轨迹不固定的引导方式，它是由车体、车载控制器、行走和转向驱动单元、激光定位扫描器、激光安全保护装置、传感器等构成。主要原理是在 AGV 小车的上部安装的激光扫描器随着 AGV 小车的行走,发出旋转的激光束。发出的激光束被沿 AGV 小车行驶路径铺设的多组反光板（即全向反光板）直接反射回来，触发控制器记录旋转激光头遇到反光板时的角度，控制器根据这些角度值与实际的这组反光板的位置相匹配，计算出 AGV 的绝对坐标，这样来实现 AGV 小车的绝对定位。由于激光导航需要人工首先安装反射板，因此这种导航方式并不是真正意义上的 AGV 小车自主导航。而基于 SLAM 的激光导航 AGV 则是在其自身上搭载激光传感器，AGV 小车通过逐步的行走以便于获取 AGV 行驶路径的环境信息，建立出环境模型，然后计算机系统用其里程表来估算出 AGV 小车在地图中的位置，得到下一步的行走路径。由于激光传感器的精度准确、可靠性强、重量轻便、体积较小、安装方便、使用容易等优点而被广泛应用在 AGV 小车的导航系统中，但是激光的成本比较高以及部署的难度和使

　 用环境要求严格，其应用仍然受到很多的限制。

　卫星导航使用卫星来进行定位和导航，信号覆盖范围十分广，可是由于建筑物遮挡，导致卫星的信号严重衰减，定位技术 GPS 目前只能用于没有遮挡的三维码和惯性导航的系统来实现准确的定位，卫星导航已广泛应用于申通、京东等公司。

　二维码导航是指使用二维码技术对信息进行编码并将其存储在二维码图像中,然后将二维码图像附着在 AGV 小车行走路径上来作为地标。在 AGV 小车行走期间，通过其自身携带的相机来获取二维码图像，接着对获取的图像信息进行处理和解码。通过解码来解析出二维码图像中传达的信息。将所有关于路径的二维码信息附着在地面上来达到对全局环境的标识，AGV 小车通过对图像的处理解析，可以得到 AGV 小车在全部环境下的自身位置和周围状态信息，从而实现对 AGV 小车的定位。由于二维码的信息容量十分大，还可以在二维码图像中其他的较为有用的信息。并且二维码解析具有高效的算法，及时行驶的环境中存在数量庞大的二维码，也不会出现大量占用系统控制器的存储空间的问题。持此以外，二维码图像的组成是由简单的黑白色像素方块，AGV 小车十分容易到提取处其特征信息，二维码无论包含的信息量有多少，图像处理和解密都不会浪费时间，可以在一个适宜的时间内完成，所以二维码导航是有定位准确率高、效率快、存储空间小等诸多优点。

　电磁导航是一种比较传统的引导方式，通过在 AGV 小车的行驶路径中埋设金属导线，并加载低频、低压的电流，使埋设的金属导线周围产生磁场，AGV 小车感应线圈就会通过对磁场强弱的识别和分析，来实现 AGV 小车的导航。其在行驶路径下面埋设金属导线，不容易因为 AGV 小车经常行驶中的摩擦损坏金属导线，而且导航的原理简单又安全，控制和传递信息容易，不会受到外界环境的干扰，成本不贵，小型电商企业都可以接受。但是电磁导航在行驶路径下面铺设导航线比较麻烦，是一个大的工程量，会耽误电商企业的工作，而且换金属导线比较复杂，对于以后的改变路径是一件麻烦事，从长远利益来看，不利于大型电商企业的发展。

　磁带导航的技术与电磁导航技术有异曲同工之妙，唯一不同的地方在于电磁导航是在行驶路径下面埋设金属线，而磁带导航使用原理是在行驶路径上贴磁带，AGV 小车直接在磁带上面行驶，接受磁带传递给它的下一步行驶信息。磁带导航的铺设路径十分简单、直接将带有位置信息的磁带贴在路径上就可以了，不到一天时间就可以铺设完，而且不会耽误电商企业的工作，磁带成本比金属导线更加便宜，改变路径只需要重新在

　 规划新的行驶路径上贴磁带就可以了，比金属导线容易多了，AGV 小车需要定期的维护，因为磁带易于受到 AGV 小车或其他外界环境的摩擦而破损。由于 AGV 小车只能按磁带铺设的路径行走，当两台 AGV 小车产生死锁碰撞问题时，系统不能换一条路径使小车行走，十分不灵活性，不适合大型电商 AGV 小车数量多的企业使用。

　在工业迅猛发展科技日益更新的今天，AGV 小车在电商中的应用越来越普及，在不久的将来 AGV 小车一定会取代人工拣货，因此成本低、准确率高、不易损坏的 AGV小车导航方式就尤为重要。目前二维码导航以及磁带导航是国内最受欢迎的 AGV 小车导航方式。

　2.4 电商配送中心仿真研究概述

　2.4.1 电商配送中心仿真意义

　仿真（Simulation），即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。仿真方法可以分为连续系统的仿真和离散事件系统的仿真。随着科技与智能化的迅猛发展，仿真成为研究复杂系统的炙手可热的方法。尤其是在电商配送中心随处可见，经常使用 FlexSim 和Witness 的等诸多仿真软件来模拟电商企业仓库的运行来提高其效率。仿真主要是可以在准备更改电商仓库布局或者引进 AGV 小车数量时先模拟仿真仓库的运行，通过数据对比来查看改变后的仓库布局拣选效率是否提高或者得到最优的引进 AGV 小车数量，总的来说，仿真就是你将想法应用在现实的布局之前先在软件上模拟真是的运行，看是否达到预期的想法，一点点的调整，直至达到最满意。这样可以防止直接进行改变，发现不合适后还要调整，避免了人力、物力、财力的浪费。

　人们了解当今电商配送改革的重要手段就是仿真与建模技术，当代有关研究物流的学者几乎都研究过仿真，仿真一词已经家喻户晓。现如今物流行业的领先学者都将仿真应用于物流配送中心的规划、物流配送中心的拣选效率提高等方面，因为这样可以模拟仿真出建设配送中心的各个成本，用最小的成本建造出效率高的电商配送中心，提高电商企业的经济效益，这样的可以先模拟电商配送中心来选择性价比最高的设置方案的仿真软件十分受欢迎。

　2.4.2 电商配送中心仿真方法

　在科技不断发展的今天，越来越多的电商企业向着自动化仓库看齐，为了更方便直

　 观的对比传统的“货到人”拣选效率与“人到货”拣选效率的数据，各种仿真软件应运而生，下面是常用的几种软件介绍：

　（1）FlexSim FlexSim 是由美国 FlexSim Software Production 公司研发的一种离散事件系统仿真软件，到现在仍然是全球第一个用户可以使用 C++IDE 和编译器的仿真软件。FlexSim是一个面向对象建模的软件，拥有直观的、易懂的用户窗口，用户可以轻松地建立出3D 模型来。FlexSim 兼容性能强，可以和很多的软件共享信息，比如将 Auto CAD 和Excel 的数据信息导入进来。FlexSim 可塑性强，可以识别 C++语言，只要用 C++语言编程出的算法就可以导入进去 FlexSim 中，即使 FlexSim 中没有这个算法，也可以利用C++语言编程来达到想要的仿真模型。FlexSim 跟其他仿真只能用系统自带的软件不一样，FlexSim 可以根据自己的主观意向来改变，目前在市场上，像 FlexSim 一样能让用户根据自己的意愿改变图像的仿真软件几乎没有。FlexSim 软件的所有可视窗体都可以根据自己的意愿定制的，建模人员可以随心所欲的拖动实体、改变参数和实体的形状以及调用 PF 等，实体允许改变已有的代码设置，甚至还可以使用自己设计的代码。比如想要一个新型的 AGV 小车外观，但是 FlexSim 实体窗口中没有，可以将想要的模型图片导入进来，拖入的实体就会变成想要的模样。FlexSim 还拥有强大的数据分析功能，有条形图、饼状图、折线图等，每一个数据统计都可以自己选择需要统计的实体，甚至还可以自定义统计图。FlexSim 就是一个基于 Windows 的，面向对象的建立离散事件的仿真软件，适用于生产行业、仓库配送、实施监控以及供应链系统的仿真。

　（2）Witness Witness 是由英国 Lanner 公司推出的功能强大的仿真软件系统。它不仅可以用于离散系统的仿真，还可以用于连续流体系统的仿真。建模元素输出输入的方式简单易懂以及还有各种各样的随机函数可以选择等特点。它不像其他软件是面向过程的，它直接面向对象，操作简单，没有系统学过软件的人根据页面操作指令也可以轻松仿真。Witness窗口里面还提供了大量的关于工业系统的模型元素,例如工厂生产线上的生产中心、加工中心、检验设备以及逻辑控制元素等，用户不需要自己寻找，页面直接显示工业系统的模型元素，用户直接将模型元素拖拽出来就可以建立工业系统，并进行逻辑描述，操作简单，适合新手。Witness 主要用于系统规划、运输、调动、服务机构的设计与模拟运行、三维建模、方案优化、工业企业等。

　 （3）RaLC（乐龙）

　RaLC(乐龙)软件是上海乐龙人工智能软件有限公司(即日本人工智能服务有限公司在华子公司)提供的。它是面向对象的,模型元素都在工具栏上包含物流配送中心所使用的基本元件,例如传送带、打包台、货架、多种多样的类似叉车功能的设备、堆垛机等,还可以对对象物体的配置进行简单更改,简洁直观的显示了对象物体的形状，不是很复杂难懂。RaLC 乐龙系列软件在仿真准确度、操作易懂性以及灵活性远远高于其他仿真软件。

　m 2.4.3 FlexSim 仿真方法的 使用

　本毕设主要使用 FlexSim 软件模拟仿真电商企业的运行，下面是 FlexSim 2019 版本软件的使用步骤及方法：

　（1）FlexSim 建模环境 图 2-1 FlexSim 全局图 打开 FlexSim 2019，出现如图 2-1 的页面，FlexSim 的建模界面主要由 5 个部分组成：工具栏、菜单区、工作区、实体库区和运行控制区。

　（2）实体库

　图 2-2 FlexSim 实体库 图 2-2 为 FlexSim 2019 版本的实体库，实体分为临时实体和固定实体，临时实体是流动的货物，在页面中找不到，只有运行时才有，固定实体图 2-2 所示，是模型中固定不动的实体，参与模型运行的步骤，的想要建立什么样的模型，就把需要的实体拖到FlexSim 页面中即可。

　（3）常用固定实体介绍 电商配送中心常用的固定实体有发生器、暂存区、货架、处理器、合成器、吸收器、操作员、网络节点、任务执行器等。

　○1 发生器 发生器是 FlexSim 中产生货物的装置，可以作为供应商送货或者产生订单量来使用，发生器是 FlexSim 仿真电商配送的基础，没有发生器就没有接下来的操作流程，还可以设置临时实体（货物或者订单）到达时间以及改变货物颜色。

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