物流中心拣选系统解决方案综述

来源:用户上传      作者: 吕龚栋

　　随着中国经济的高速发展及国内企业的迅速成长、扩张与并购，国内物流特别是商业配送、邮政及快递行业对配送设施的建设越来越重视和关注。这些企业的管理层已经把物流配送作为企业核心竞争力的重要组成，而不仅作为传统的仓库作业模式。
　　作为配送设施的主要组成部分，分拣系统和订单管理/拣选系统的合理设计和配置是至关重要的。其他如存储系统、收发货环节设计则相对简单些，而配套的建筑则需要服从于整体工艺设计需要。
　　
　　拣选系统解决方案的设计思路
　　
　　现阶段，中国市场上的零售商和批发商在供应链中扮演着举足轻重的角色，但不断增加的品规(SKU)范围、频繁的小额订单、紧迫的交货时间、混合进行拆零和整箱拣选的要求，使得零售商和批发商面临的物流问题越来越复杂。
　　影响配送领域的全球发展趋势如下：
　　1．有关人工搬运的职业健康安全法规的限制日益严格；
　　2．降低成本的压力迫使存货水平不断下降；
　　3．随着消费者口味的多样化，产品系列(品规)日渐增多；
　　4．劳动力成本不断上升；
　　5．城市用地，特别是零售商品的货架空间的价格越来越高；
　　6．采用相似战略的第三方物流供应商、批发商和零售商出现了纵向整合。
　　从全球发展趋势中获得的启示：
　　1．供应链中的交货时间大大降低；
　　2．零售商和批发商借助提供增值服务，寻求自身特色，如更短的响应时间、可靠的配送服务、更高的准确性、批次追踪、质量控制；
　　3．对小额高频订单的响应成为行业发展的必然。
　　因此，快捷、精确、高效的物流中心拣选系统解决方案逐渐受到商业零售业用户的关注。这样一套解决方案必须将精密的机械加工、可靠的电气控制、先进的IT技术集成在一起，依据合理的需求进行分析和方案设计。这才能保证项目是以预期的处理能力和准确率来建设的，从而保证项目的成功。
　　在设计配送中心的分拣系统时，首先需要考虑的是商品的特性、分拣能力的要求、需要配置分拣格口的数量、和上游拣选系统末端输送的无缝衔接。为了能够清楚地获知预期的处理能力水平，需要对整个物料流程进行完整的分析，应考虑以下因素：处理物品的类型、客户业务波动所引起的系统/设备处理流量水平的波动、如何将物品导入系统、在输入/输出点物流系统能否与分拣系统的速度相匹配、在发货程序中产品分组能否避免不必要的延迟从而降低销售点的存货。在收集并评估了所有相关数据后，可通过系统仿真来验证不同的可选方案，并找出潜在的瓶颈。最后可得出配有流量要求的流程图，并在此时才进行设备选型，以提供最有效的解决方案。
　　订单履行是从大宗货中拣取客户所需物品的操作。通常订单履行会同时涉及高物动量和低物动量的物料，其中可能出现一个订单的某些规格同时需要拣选以托盘为单位(整托盘拣选)、以件/箱为单位(整件拣选)及从件/箱中拣取物品(拆零拣选)。对于涉及品规范围宽泛、包含许多小额订单行的配送中心，需要集成多种拣选方式来优化系统性能。这项工作的核心是订单履行，即复杂、成本高的拣选和分拣配送工作。而成功实施订单履行的关键就是整个系统物料和订单的高效流转和有效管理。
　　多种技术应用会带来不同效果的多种解决方案。比如，超高的作业水平需要储备额外的存货，以避免存货不足的窘境；极短的交货时间需要具备能在紧急情况下灵活插入订单的高效系统。要找到适合自己的解决方案，用户需要着眼于自己的战略性业务计划。作为系统集成商，应当在提供系统解决方案前，帮助客户归纳其业务驱动因素，以确保解决方案适用。
　　
　　影响拣选系统效率的因素与对策
　　
　　影响拣选效率的因素主要有以下几方面：
　　首先，无论哪种产品，零售商和批发商都会遇到：配送中心的供应商数量比较多；品规(SKU)数量巨大；客户群庞大、工作量繁重；订单拣选频率低、数量小；季节性变化和促销活动；劳动密集型的订单拣选等问题。 　其次，拣选人员在进行拣选的同时要做许多杂务，需要接受拣选指令、获得所需设备、找到存货位置、检查货物是否正确、拣取所需要的货物、核对并对订单进行标记。多数时候，他们都在拣选货位之间走动。提高订单履行效率最好的方法是解决所做的不能产生增值的杂务，首先是货位间的走动。
　　有几种策略可以用于提高订单履行的效率，同时把成本降到最低：
　　1．综合订单管理和物流的智能化软件与控制；
　　2．通过帮助拣选员以更快的速度行进来减少走行时间；
　　3．减少拣选面来缩短走动距离；
　　4．实行货到人；
　　5．一次拣选多个订单；
　　6．实时订单拣选；
　　7．使用自动化设备来提高拣选效率；
　　8．通过物流设备来管理物料流。
　　为此，规划、设计拣选解决方案应当包括两项主要内容：
　　1．分析订单类型、产品物动量、高峰时段系统/设备能力要求、产品尺寸、体积、搬运特征等，以优化系统性能并实现拣选的灵活性；
　　
　　2．软件集成：软件对包括语音拣选、电子标签、播种式拣选和无线射频拣选在内的技术进行集成，并将包括自动化立体库、旋转货柜、机器人拣选、A字型分拣机及一些特定行业所适用的专机设备在内的自动化拣选系统，接入到订单履行系统(从而只需要单一设备/控制接口)。软件还允许在不同的区域使用不同的拣选技术，并支持不同的订单履行方式，提高工作效率、如：整箱货物使用“批次拣选”，拆零货物使用“集中拣选”。
　　除将订单拣选技术接入单一接口的订单履行系统中外，软件还能控制物流设备的运作，包括输送机、多层穿梭车、自动化立体库和分拣系统，并通过提供“中央”和“全局”订单导入功能来优化工作流。特别是在拆零拣选操作中，通过智能化区域管理功能来选择和管理订单装载容器的输送路线，使输送设备只将订单装载容器输送到需要进行拣选的品规存放区域。
　　
　　软件可以用来协助订单管理和决策过程，主要包含：各区域完成状态的订单详情；每种品规的拣选员姓名和拣选时间在内的装载容器内容；装载容器位置追踪；拣选员和区域效率报告；协助资源分配和不同拣选区域的工作量报告，以协助平衡工作量；订单缺货报告；分拣道的目的地图示等。
　　
　　最佳拣选系统解决方案的实现方法
　　
　　以下对最佳效果拣选系统解决方案的实现方法进行介绍。
　　1．减少拣选员的行走距离与时间。
　　为加快拣货员完成订单拣选任务而必须满足的行进速度，可以考虑选择包括使用托盘搬运车、叉车、多层拣选模块、载人堆垛机，以及无线设备与设计合理的存储系统一同使用，以提高工作效率并加快订单周转率。
　　可使用流力式货架来设计拣选面。与静止货架不同，流力式货架是一种动态的存储设备，存放在

上面的货物通过倾斜的流力轨道自动流向订单拣选员，从流利架后面进行补货。当从流利架上拿走一件货物后，后续货物可以平稳地滑到拣选位置，从而确保产品获得性。
　　流力式货架系统保证了货物的自动流转，这在货物的上架时间有限的情况下非常重要。因为每种品规所需存储空间的宽度和高度比产品或包含产品的纸箱略大，并且不存在交叉巷道，流力式货架系统的空间利用率很高。采用这种形式的货架一般最多可将拣选面的长度降低80％，减少每次拣选之间的行走距离和补货的距离。托盘流力式货架可为以单元(托盘)形式存储的货物提供相同的优点。
　　此外，“集中拣选”技术能被应用在“货到人”的拣选模式中。通过“货到人”方式，消除了在拣选任务间浪费的走动时间，这也是提高订单拣选效率和处理量的一种有效的方法。比如，采用旋转和垂直升降货柜、多层穿梭车、托盘/料箱应用自动化立体库。
　　“货到人”技术除了具有减少走动时间这一优势明显的优点外，还能提高人工订单拣选的人性化程度。当与电子标签(PTL)系统一同使用时，可大大提高工作效率。该方案一般应用在高处理能力要求的系统中，并与自动化立体库(AS/RS)相连，自动化立体库将货物送到操作员前端，供他们拣选订单所需要的数量，然后将货物返回到仓库中。
　　2．一次拣选多个订单。
　　当多个订单要求相同的货物时，可通过订单分组的方法大大减少与拣选这些货物相关的走动时间。订单分组能允许多个订单的所有货物同时进行拣选，然后再按照每个订单的数量拆分。该方法在整箱拣选情况下称为“批次拣选”，在拆零拣选情况下称为“集中拣选”。集中拣选允许多个订单在一次作业中完成拣选。一般情况下，集中拣选采用无线导引小车的形式，使用电子标签显示器指示出放入每个装载容器的物品数量。
　　
　　随着订单数量增多、订单额减少的趋势，一种集中拣选的形式正变得越来越重要，就是多单料箱(MOPT)。MOPT允许多个小额订单被拣入一个料箱的多个货格中，这是一种处理单行拆零订单的绝佳方法。
　　
　　3．采用半自动化拣选解决方案提高效率。
　　电子标签、无线射频、语音导引拣选都属于人工的、半自动化的拣选系统解决方案。
　　在选择人工拣选方式的情况下，通过配备输送设备来进行批次拣选，可实现非常高的整箱拣选工作效率和处理量。使用无线或语音设备的集中拣选，对于拆零订单有同样的效果。无线射频、RFID语音指示的无纸化操作可减少失误，改善职业健康安全环境，提高工作效率，并提供从收货到发货的追踪和追溯功能。
　　实时的无线数据网络用于配送中心内的数据传输已成为当今众多配送中心的标准配置。而语音指示的操作优点在于，语音引导的订单拣选以清晰的口头指令向操作员提出一系列任务。这些指令通过与用户的主机平台(一般为WMS或ERP系统)连接的无线射频(RF)系统进行传输。操作员只需头戴一个小型耳机，腰带上附一个轻型的便携式语音计算机，就可以将双手解放出来，自由地拣选物品。同时，不需要他们浪费时间读取屏幕或拣选清单上的数据。
　　与传统的无线射频技术相比，语音引导操作的主要优点是不需要太多的培训。操作员只需要打开耳机和语音计算机，花大约15分钟的时间让计算机一次性熟悉他的声音，然后马上就可以开始工作了。这在配送中心的运作管理中十分有用，因为配送中心通常会在繁忙季节雇佣大量的临时工。
　　
　　4．采用自动化拣选系统。
　　随着物流技术的不断进步和用户需求的改变，自动化拣选正在成为一种新的应用趋势。自动化拣选具有如下优点：节省空间，降低建筑成本；提高工作效率和处理量；更高效的物料流；减少存货；精确无误的操作；降低产品折损率；更安全、更清洁的操作环境；更少的人力配置，降低成本(人力、维护、电力)，增加安全性；更高的投资回报率，更低的生命周期成本等。
　　
　　自动化拣选系统通常由托盘单元货和小件单元(料箱和纸箱)的自动化立体库、作为单元货取货新概念的多层穿梭车、小件货物拣选的A字型分拣机、拆零/整箱和机器人拣选等一系列自动化设备组成。在某些行业的配送中心中，还可以选用“层拣选机器人”来帮助用户实现整层拣选等更为高效的拣选作业。比如，对于数量更小、更频繁的送货要求，显示出订单处理以“层”为单位而不是以整托盘为单位的趋势。但是，采用人工码垛托盘层是一项劳动密集、体力消耗大并且成本高昂的工作。而机械手和自动化层拣选/拆垛设备速度快、可靠性强并节约成本，是几乎所有产品(从纸箱到压缩包装的瓶装和罐装产品)整层拣选的理想方案。使用单位能够根据客户订单拼装包含多种产品的托盘，而无需考虑人工操作中涉及的成本、职业健康安全和产品拆损等问题。设计水平在每小时处理150层货物的层拣选/拆垛设备，使用夹钳或特制的低压真空装置能够轻柔、安全地夹起整层物品。
　　
　　自动分拣机的分类及其特点
　　
　　近年来，国内制造商通过向国外厂家学习，使一些低速分拣设备的速度及可靠性有了十分显著的改善；而国外制造商们不断地开发一些高端的产品来应对市场需要和提高竞争力，而同时国内制造商也在根据自己的技术理解和掌握，开发一些类似的产品。相对而言，进口设备的品质较好但更贵些，而国内设备的品质要差些但更经济。面对这些产品不同的质量和价格差异性，如何衡量性价比而选择满足自己需要的设备，对客户来说也是一种困惑。
　　尽管不断出现一些新的分拣机型号，但大体上可分为两类――直线型和环型。
　　直线型分拣机
　　直线型分拣输送系统是最具有成本效益的系统。在该系统中，分拣口数量相对较少，如：10～40个分拣格口(一般一个分拣格口对应一个发货路径或装车)。
　　直线型分拣机可以使用许多不同类型的分拣道口转向装置，可以依据一系列因素，如商品特性和所要求的分拣能力来选择转向装置类型。配置内嵌式转向装置分拣机的分拣能力可从5～20件/分钟直至超过200件/分钟。 　最常见的是滑靴式(或叫推块式)分拣机，使用辊筒或平板来输送产品，通过滑块在辊筒或平板上的滑动，将物品分拣到指定的分拣道口(可以位于分拣输送主线的任意一侧)。该种类型分拣机适用于9000～12000件／小时处理能力要求的项目应用上。
　　滑靴式分拣机不仅能够提供低噪音和可靠的操作，还能够处理规格迥异的物品，小至150毫米长、重50克的包裹，大至长1米、重50千克的包裹。通过可变长度的窗口来进行物品的追踪(取决于物品的长度)。但作为直线型分拣机，不能进行物品在分拣系统中的再循环，除非为此将输送机连接起来。
　　第二种直线型分拣机为转向轮式(或转向辊式)分拣机。
　　在输送机床架中，转向轮/辊子

的分流器为上跃式机械，通过轮/辊子的升降及左右转向运动，将物品分拣到指定的分拣道口。该种类型分拣机的处理能力可达到每小时7500件，通过可变窗口进行货物追踪。
　　但是，大多数典型分拣输送系统的应用要求采用更简单的解决方案，用于中等处理能力要求的项目，即40～80件/分钟(2400～4800件/小时)。
　　德马泰克根据其在分拣输送系统设计方面丰富的经验，已经为此种类型的应用开发出了全新形式的分拣输送机，叫做枢轴摆臂式“PivotArm”分拣机，这是一种相当简洁且通用的系统。
　　由于该枢轴摆臂式分拣机是为适应不同输送机型号及分拣要求而设计的，所以，该分拣机不仅能够在新系统中安装，还能够在现有的输送机上进行翻新，或在任何时间在新的位置上拆卸或重新安装，以满足新的需求变化。
　　为适合包括辊子及皮带输送机在内的所有输送机系统所设计的枢轴摆臂式分拣机是一个完全模块化且独立工作的系统，该分拣机可以紧锢在床架宽度在550～900mm之间的输送机机架上。该种设备通过枢轴摆臂与同输送方向垂直横截的动力皮带机协同作业来实现精确分拣。
　　枢轴摆臂式分拣机可以通过各种方式进行配置，以便提供单边、双边或双向分拣，且能够根据所分拣料箱/纸箱的长度及操作参数，以40～80件/分钟的速度处理重达25千克的物品。所适用的应用包括发货分拣、输送路径转向、区域转向及补货。
　　环型分拣机
　　环型分拣系统要比直线型分拣系统更贵些，但它具有比直线型分拣机更高级且更灵活的功能。该类分拣机为更大处理能力要求而设计，其处理能力可达8万件/小时之多，并能够分拣至上百个出货口。
　　环型分拣输送系统更易于导入货物，因为该设备不仅能作为分拣装置，还能作为将多端输入合流起来的装置，这就使得该设备尤其适用于越库配送。
　　除了能够分拣需要配送的货物外，环型分拣机还能够用于其他用途，如将货物从设施的一部分输送到另一部分，或从一个处理流程输送到另一个处理流程。同时还能将其用于把从不同区域得到的货物进行合单，并根据货物的特性，提供在线集放。同时，输送单元可在每一次循环中得到多次利用，以增加其处理能力，其潜在处理能力可达400％。
　　环型分拣机最新的开发成果为横移带式分拣机。这是一种高性能、双向分拣输送机，可安全且柔性地将货物分拣到指定目的地，不受物品形状、大小及表面特征的影响。
　　横移带式分拣机最主要的特征为精确物件控制。带皮带输送机的独立载货台允许横移带式分拣机准确地将货物分拣到指定目的地。正因为这一原因，分拣道口能够集中设置，且间距小，使横移带式分拣机能够减少占地面积，节省空间。
　　横移带式分拣机的设计也使处理各种产品变为可能，其中也包含许多以前认为不可输送的商品，从而使得这些商品可以被分拣，甚至可以将其拆零，如拆零成小瓶或小包装。
　　通过增加导入点及使用双板载货台，横移带式分拣系统可达到4万件/小时以上的处理能力。通过应用最先进的横移带式分拣工艺――QUAD分拣机，甚至还能达到8万件/小时的处理能力，该QUAD分拣机由四个位于单个载货装置上的横移带载货单元组成。四个单元可单独使用，也可成对或作为一个大的单元用来处理较大规格的物品。
　　横移带式分拣机的主要优点在于其可靠性。多线性电机的使用意味着该系统拥有较高的内置冗余：一台电机出现故障，不会导致整个系统停机。相同的，整个环线上某个载货装置出现故障，对整个环线的运作影响很小，因为其余的载货装置会继续运作。
　　近年来，翻盘式分拣机的设计上也有一些发展。它和横移带式分拣机都允许货物循环，提供一定的货物在线储存功能，并能够按照特定的顺序分拣货物。
　　翻盘式分拣输送系统通过单个托板载货，在相应的出货输送点翻转卸货，同时，该系统还能够处理范围更广的产品。
　　由于翻盘分拣机是通过重力作用卸货，所以最适用于处理不易碎的且不规则的产品，如散件衣服及许多其他在一般情况下被认为是不可输送的货物。该种类型分拣机处理能力可达到1.2万件/小时，可通过使用多导入点及不同的卸货道配置来进一步提高处理能力。
　　当然，无论是何种需求范围的应用，最好的方式总是先确定系统要求，然后再选择符合该要求的分拣系统类型和具体配置。比如，对于处理能力仅为几百件/小时的应用，也可以使用简单的气动推臂/摆臂方式来配置分拣系统。

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