尹军琪:“货到人”拣选技术及其应用

作者:尹军琪 时间:2015/10/27 来源:物流技术与应用

编者按语: CeMat Asia 2015开幕在即,《物流技术与应用》杂志推出聚焦“货到人”拣选专刊,和记娱乐怡情愽-和记电讯澳门-缅甸和记娱乐平台总裁尹军琪先生应邀撰写专题文章,阐述目前“货到人”技术的发展。

“货到人”拣选的技术特点与适应性

     顾名思义,“货到人”(Goods to person or Goods to man,G2P or G2M)拣选,即在物流拣选过程中,人不动,货物被自动输送到拣选人面前,供人拣选。“货到人”拣选是物流配送中心中的一种重要拣选方式,与其对应的拣选方式是“人到货”(P2G or M2G)拣选。
     “货到人”拣选有超过40年的发展历史。最早的“货到人”拣选是由自动化立体库完成的,托盘或料箱被自动输送到拣选工作站,完成拣选后,剩余的部分仍然自动返回立体库中储存。这种拣选方法一直沿用到现在,并逐渐显示其重要性。
     “货到人”拣选系统由三部分组成,即:储存系统,输送系统,拣选系统。今天,“货到人”拣选技术已经发展到了一个新的阶段。

1.储存系统

     从过去比较单一的立体库存储,目前已发展到多种存储方式,包括平面存储、立体存储、密集存储等。存储形式也由过去主要以托盘存储转变为主要以料箱(或纸箱)存储。然而,不管是哪一种存储方式,存储作业的自动化是实现“货到人”的基础。存取技术的发展,焦点在于如何实现快速存取,由此诞生了许多令人眼花缭乱的存取方式和技术。
     (1)AS/RS:自动化立体库是最传统的存储方式,主要以托盘存储为主,其本身有很多种形式,如单深度和多深度立体库,长大件立体库,桥式堆垛立体库等。因为堆垛机本身存取能力的限制,这种储存方式主要用于整件拣选,很少用于拆零拣选。
     (2)Miniload:以料箱存储为对象的AS/RS系统被单独命名为Miniload,这是因为它的特殊性和几乎完全不同的作业能力。Miniload在上世纪80至90年代已经在日本被广泛应用于拆零拣选,其中尤其以“货到人”拣选为主。Miniload有很多种形式,尤其是其货叉和载货台形式多达数十种,使其具有广泛的适应性,其存取能力最高可达每小时250次。Miniload在今天仍然是“货到人”拆零拣选的重要存取方式。
     (3)垂直旋转式货柜:这是一种更加“迷你”的“货到人”拣选存储系统,其形式千变万化,有数十种之多,但仍然受限于其存取能力和储存能力,在工厂的应用最为广泛。
     (4)AGVs:AGV开始是作为一种输送系统存在的,广泛应用于汽车装配、烟草等制造工厂以及港口等场合。随着AGV的不断发展,不仅其形式发生了巨变,其应用场合亦发生了根本性的变化。去年亚马逊推出的Kiva系列机器人,实际上已将AGV的应用从单纯的输送变为一个集存取与输送于一体的“货到人”系统,其应用前景广阔。
     (5)MultiShuttle多层穿梭车:取代Miniload完成存取作业,以满足每小时多达1000次的存取作业的需求。这是一个革命性的成果,将存取效率提升了一大步。随着这一理念的提出,相似的技术层出不穷,比较有名的如旋转货架系统、Autostore系统、纵向穿梭车系统等。这些系统的一个共同特点是高效、柔性,是“货到人”拣选系统的主要发展方向。

     (6)2D和3D密集存储系统:这是一个集Miniload、穿梭车、提升机等多种系统于一体的全新一代存储系统,分为托盘和料箱两种方式。其存储效率是传统立体库存储的1.5-3倍,被称为是存储系统的里程碑成果。目前的形式有多种,并已得到初步应用,其前途无量。

2.输送系统

     “货到人”拣选技术的关键技术之一是如何解决快速存储与快速输送之间的匹配问题。对于以电子商务为特点的物流系统来说,要求匹配每小时1000次的输送任务并不是一件很困难的事情,事实上,采用多层输送系统和并行子输送系统的方式,可完成多达每小时3000次以上的输送任务,更大的输送量客观上是有需求的,但需要采用一些特殊的手段,如配合3D密集存储系统等。

     一个比较令人困惑的问题是,“货到人”输送系统由于输送流量大,会导致设备成本大幅度增加,导致物流系统整体成本大幅度增加。因此,降低输送成本、简化输送系统是研究的重点。

3.拣选工作站

     拣选工作站的设计非常重要。一个工作站要完成每小时多达1000次的拣选任务,依靠传统的方法是无法想象的。目前设计的拣选工作站采用电子标签、照相、RFID、称重、快速输送等一系列技术,已经完全可以满足实际需求。

     很多著名的物流装备和系统集成企业都把拣选工作站作为研究“货到人”系统的重要内容,并为此绞尽脑汁,从而诞生了很多具有革命性的拣选工作站(参见图1)。

图1货到人拣选工作站

“货到人”拣选技术的优势

    “货到人”拣选有十分明显的优势,以前限于自动化实现的难度和高昂的成本而难以推广。随着人工成本的不断攀升,以及实现自动化作业的难度和成本降低,“货到人”拣选技术有了全面应用的现实基础。

1.拣选高效

    以拆零拣选为例,“货到人”拣选每小时可以大约完成800-1000订单行,是传统拆零拣选(包括纸单拣选、RF拣选)的8-15倍。这对于大型电子商务物流配送中心动辄数百人的拣选队伍来说,无疑具有巨大的优势。
    高效的另一个指标是准确性。配合电子标签、RF终端、称重系统等辅助拣选系统,“货到人”拣选系统具有非常高的准确性。传统拣选系统的准确率一般徘徊在99.5%-99.9%,而“货到人”拣选系统一般可以提高一个量级,其误差可控制在万分之五以内。由此,可以从根本上去掉复核环节,从而进一步减少作业人员。

2.存储高效

    “货到人”拣选系统由于采用立体存储方式和密集存储方式,所以其存储密度可以大大提高。以拆零拣选为例,传统的拣选方式作业空间最多维持在2米以内,即使采用阁楼货架系统,其空间利用率也非常有限,大致仅维持在25%以下,有的系统的空间利用率甚至在15%以下。而采用立体存储,空间利用率可以达到45%以上,如果采用密集存储技术,更是可以达到60%以上,是传统方式的4-5倍。考虑到大型物流配送中心的作业面积可达5万平方米以上,空间利用率的大幅度提升,其经济效益将非常明显(参见图2)。

图2密集存储系统

3.降低劳动强度

    “货到人”拣选的另一重要优势是大幅度降低了作业人员的劳动强度,是物流系统“以人为本”的设计理念的具体体现。
基于自动化立体库作业的整件“货到人”拣选,可以大幅度减少人工搬运,尤其是托盘的搬运。以北京高等教育出版社项目为例,由于货物(图书)单件的重量一般在20-25kg,作业劳动强度非常大。采用“货到人”拣选技术后,搬运距离得到严格限制,作业高度保持在一个非常舒适的范围内,大大降低了操作者的劳动强度,其效果非常明显。
    传统的“人到货”拆零拣选作业,由于作业场地很大,完成一个班次的作业往往需要走很长路,员工苦不堪言。以某大型电子商务配送中心为例,其位于北京的配送中心面积达数万平方米,工人一个班次的行走路程达到12-15公里,劳动强度非常高,工人离职率也非常高,主要是难以承受每天如此高强度的作业。而“货到人”拆零拣选作业几乎没有行走路程,其作业平台充分考虑人体的舒适度,有的对平台高度做到随意调节,以适应不同高度作业人员的需求,劳动强度大大降低。
    此外,“货到人”拣选系统还具有安全存储、快速存储等诸多优势,是传统拣选系统所不可比拟的。
    物流追求的目标是快捷和准确,而企业关注的却是利润和成本,物流技术的发展无不围绕这些目标和需求进行。“货到人”技术的发展,正是体现了这一根本需求,从而具有很强的实用性。

“货到人”拣选技术的应用实例

    “货到人”拣选具有广泛的适用性。以下试举几个例子加以说明。

1.整件拣选

    北京高等教育出版社拥有一个大型图书配送中心,每年配送图书超过25亿码洋,高峰时期日配送量达到约260万册,整件量达到80%。该项目设计仓库面积约6万平方米,库容量1.2亿册,是中国最大的图书配送中心。
    由于图书整件重量达到20-25kg,员工拣选工作非常繁重,为此,系统设计“货到人”和准“货到人”两套系统,大幅度减少人员搬运和拣选劳动强度。
    “货到人”拣选系统采用固定拣选站模式,自动化立体库将拣选托盘输送到拣选工作站,计算机打印拣选标签,人工将待拣选货物从托盘上取出后放到旁边的输送线上,输送线再自动将货物送到分拣系统。整个系统仅设计了4个拣选工作站,工作效率提高6倍以上。

    所谓准“货到人”系统,则主要针对A类货物进行,首先通过计算系统运算,将A类货物从立体库整托盘上取出并放置在固定的拣选工位。拣选时,先打印好拣选标签,人工将货物从拣选工位拣选到旁边的输送线上。由于采用“波次”拣选策略,所以每个波次仅需对拣选工位进行一次操作,大大减少了作业路径,从而达到提高效率和降低劳动强度的作用。该系统“货到人”拣选完成了80%以上的整件拣选工作量,从整体上大大提升了拣选效率,减少了作业人员。(参见图3)

图3 高教社整件货到人拣选系统

2.拆零拣选

    国药集团是中国最大的医药企业,2014年销售额已经超过2400亿元,占全国全部医药配送量的25%以上。为了解决日益增长的拆零拣选需求,国药集团2013年在上海建设了新物流中心,引进了最新一代MultiShuttle系统,每天完成多达30000次的拆零拣选。这是中国第一个采用拆零“货到人”拣选系统的医药物流中心,4个拣选工作站可以完成每小时多达3500次的拣选作业,相当于30人以上的工作量。
    医药物流要求拣选的准确性非常高,但传统的拣选系统,无论是采用RF拣选还是采用电子标签拣选,其准确率都在99.9%以内。为了解决这一问题,通常做法是采用细致的复核程序,但是效率非常低,远不能满足实际要求。而“货到人”拣选系统可以达到99.95%以上的准确率。国药集团率先采用新一代“货到人”拣选系统,将开启中国医药物流新的时代,未来这一模式将成为国药乃至中国医药物流的示范并全面推广。

3.特殊拣选(长大件和旋转货架)

    中国航天运载火箭研究院物流中心面对的难题是长大件棒材的拣选问题,重量在数百公斤到数吨的钢材很难靠人工搬运,采用堆场和桥式起重机的作业方式效率极低。新建成的自动化立体库不仅解决了高密度存储问题,而且解决了“货到人”拣选问题。货物被自动输送到拣选工作站,通过机械臂和起重机,可以轻易完成棒材的拣选工作。在国外,这一系统得到广泛应用(参见图4)

图4 长大件货到人拣选系统

    垂直旋转式货柜一直是“货到人”拣选的重要方式,除了可以满足货物的立体存放需求、提高了空间利用率外,封闭性仓库很好地解决了货物的防护问题,因此在工厂、银行有着广泛的应用。类似这样的例子还有很多,不再赘述。

 

“货到人”拣选技术的市场需求和发展趋势

    国内外许多专家在展望物流技术发展的前景时,比较一致的看法是“自动化”、“智能化”和“标准化”是主要方向。“货到人”拣选很好地诠释了这一发展趋势。
    从“货到人”独有的优势看,几乎所有的行业都适宜采用“货到人”技术,以提高效率和降低劳动强度。但在现阶段,考虑到作业成本问题,并非所有系统都具备采用“货到人”技术的条件。
    大型电子商务配送中心是未来“货到人”技术的重要应用领域,因为其拆零拣选将占拣选总量的95%以上,是最合适采用“货到人”拣选技术的行业。
    医药物流,尤其是以拆零为主的配送中心,由于对物流效率和拣选准确性的高要求,是未来“货到人”拣选应用的另一重要领域。
    此外,冷链物流由于作业环境恶劣,对于“货到人”拣选有特别的需求,拣选区相对较高的温度将使作业变得相对舒适。
    当然,传统行业还有很多具备采用“货到人”拣选的场合,如服装、食品、化妆品、前面提到的长大件以及贵重品拣选等,均有应用“货到人”拣选的需求。
    然而,量化市场需求是困难的,因为即使在一个行业,拆零拣选的需求也是不一样的。但作为一种高效的拣选技术,“货到人”系统的应用前景非常广阔。
    应该指出的是,未来的拆零拣选还会出现“自动拣选”趋势,这是“货到人”的更为高级的表现形式,只是这时的“人”已不是普通的人,而是机器人。

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