尹军琪:物流中心拆零拣选技术

作者:尹军琪 时间:2019/06/24 来源:和记娱乐怡情愽科技

        编者按:本文发表在2012年“物流技术与应用”杂志,在过去的7年里,我们体验到了B2C电子商务尤其是拆零拣选技术的飞速发展。今天重新阅读此文,对行业,对和记娱乐怡情愽科技,仍然具有非常重要的意义。

        尹军琪先生,教授级高级工程师,曾任北京交通大学客座教授、北京起重运输机械研究院副总工程师。现任全国物流标准化委员会仓储技术与管理分技术委员会副主任,中国物流与采购联合会常务理事,和记娱乐怡情愽-和记电讯澳门-缅甸和记娱乐平台董事、总经理。主要研究方向:物流机械产品与物流系统的计算机辅助设计,物流园区与物流配送中心总体规划,物流配送中心系统集成,物流系统及关键设备优化设计,物流配送中心库存管理系统(WMS)研究开发等。

        配送中心的一个订单行一般可拆分为两部分:够整箱部分和不够整箱部分(也称为拆零部分或零头)。一般情况下,够整箱部分的拣选可在整箱区单独进行,拆零部分则要求与订单的其他行的零头合并拣选,并组合成箱。这种关于拆零部分的拣选,包括组箱和包装过程,统称为拆零拣选作业。

        拆零拣选作业是配送中心的核心业务形态之一。拆零作业广泛存在于医药、零售、图书、服装服饰、化妆品、烟草等行业领域的配送中心。拆零作业在不同的配送中心里所占比例有很大差异,例如,在以大卖场配送为主的零售业配送中心里,其所占整个配送量的比例约为5%~8%,但在B2C电子商务配送中心,其所占比例会高达99%!

        不同于整件拣选,拆零作业耗时耗力,但以拣选数量作为衡量标准的效果却不好。在实际作业中,每天订单中拆零作业的行数往往高达数万甚至数十万,而折合箱数却很少。拆零拣选是导致配送中心作业成本上升的重要原因之一。正因为如此,拆零拣选技术在配送中心中备受关注。如何提高拆零拣选效率,成为提高配送中心总体作业效率的关键因素。

        长期以来,工程师们绞尽脑汁开发了各种拆零拣选技术,有的非常朴素,有的非常精妙,且均在实际应用中发挥了重大作用。这些发明创造是人类宝贵的财富。本文将对这些技术和方法进行系统介绍,希望有助于读者加深对拆零拣选技术的了解。

        拆零拣选技术的主要模式、特点与适用范围

        拆零拣选按照自动化程度可以分为全自动拣选和人工拣选两大类。顾名思义,全自动拣选是完全由自动化设备完成的拣选,拣选和装箱过程无需人工干预;人工拣选则需要人工最后从货架上或载体中(周转箱、纸箱、托盘等)完成拣选工作。

        1.全自动拆零拣选技术

        全自动拆零拣选是拆零拣选技术中的重大发明,对拆零拣选技术的发展影响重大。目前在应用的全自动拆零方式种类较多。但总体归纳起来分为两种:其一是以A字架为基本原理的自动拆零拣选技术,其二是以堆垛机为基础的自动拆零拣选技术。目前,以A字架为基本原理的自动拆零拣选技术应用最为广泛。这种技术的组成部分包括:A字架储存装置;物料自动弹出装置;皮带输送系统;周转箱输送系统以及自动控制系统等(见图1——A字架自动拣选系统)。

        图1——A字架自动拣选系统

        由于客观条件的限制,全自动拆零拣选技术有其局限性:其一是要求包装规范,且要求包装后的物品应有一定的刚度,不能有明显的变形;其二是商品有一定的抗摔撞能力,不易碎;其三是产品体积不宜太大或太小。因此,A字架自动分拣系统主要适应于医药、化妆品、烟草等行业的拆零拣选,对于服装服饰、日用百货、图书等并不合适。此外,由于A字架受布局空间影响,拣选品种受限制,因此并不适应SKU数量太多的系统,如B2C等业务。

        A字架拆零拣选系统的拣选能力取决于输送系统的速度。一般来说,一条拣选线每小时完成1000个周转箱的拣选是没有问题的。这相当于电子标签系统下约35~40人的工作能力,相当于传统拣选方式100~120人的拣选能力,由此可见其效率之高。

        2.人工拆零拣选技术

        相对于自动拣选技术,人工拣选技术应用更为广泛。人们根据拣选的基本特点,将人工拣选分为“人到货拣选”和“货到人拣选”两大类。

        所谓“人到货拣选”是指被拣选货物不动,拣选者到达指定货位,完成拣选。“货到人拣选”则相反,拣选人员基本不移动,被拣选货物被自动送到拣选者面前,再由人工完成拣选。从实际应用情况看,“人到货拣选”是目前的主要拣选方式。

        (1)“人到货”拣选

        人到货拣选有很多种实现方式,其中主要有“按单拣选”、“提总拣选”和“自由拣选”几种。每种拣选方式均有多种拣选技术支撑,如拣选标签、DPS电子标签、RF手持终端、语音辅助、输送设备等。下面分别介绍其特点。

        按单拣选:这是最古老的拣选方式之一,因为它可繁可简,系统配置相对简单,因此也是目前应用最广泛的拣选技术。拣选者根据订单需要,完成所有拣选,并组合成箱,完成复核包装,然后进入集货状态。在实际应用中,可以直接打印拣选单,辅助以RF、DPS、语音等技术,完成拣选。对于多箱情形,也可以事先计算好箱数,完成组箱运算,然后分区拣选。在大型配送中心里,输送系统是必不可少的辅助设备之一。

        提总拣选:这是一种高效的拣选方式。其基本原理是首先打破订单的概念,先以物品为目标完成拣选(称为“摘果”),然后再按照订单完成“播种”。这种拣选方式在订单数较多、拣选品种相对集中的配送中心应用广泛。目前在B2C电子商务应用中,提总拣选是主要的拣选技术。B2C电子商务企业每天动辄数万个订单,拆零率达到99%以上,如果按照单个订单进行拣选则非常困难。

        自由拣选:自由拣选可以视为提总拣选的一种特殊形式。其基本原理也是按照品规进行拣选,然后通过高速分拣设备将拣选货物按照订单进行分配,从而完成拣选作业。这种拣选方式有一个明显优点是拣选路线非常短,拣选效率非常高。但其缺点也非常明显:即投资非常高,且由于受分拣能力的限制,该方法并不适应于订单行非常大的场合;另一方面,由于投资高,因此该方法也不适合于订单量很小的场合。

        (2)“货到人”拣选

        真正的“货到人”拣选技术并不多。目前应用最广泛的一种“货到人”拣选是KNAPP公司OSR穿梭存取系统(见图2),德马泰克、大福、SWISSLOG等公司也推出了类似的技术。

        “货到人”技术的一般原理是:在计算机系统的控制下,利用堆垛机、输送机系统完成周转箱或者托盘等载体的快速搬运,把货物载体送到拣选人员面前,并设置DPS电子标签辅助拣选系统,从而完成整个拆零拣选。

        “货到人”拣选可以按单拣选,也可以提总拣选。其拣选速度不仅取决于堆垛机和输送机的总体能力,也取决于计算机系统的调度能力。一般情况下,其拣选速度将是普通电子标签拣选的3~5倍,是RF拣选的10倍以上。

        “货到人”拣选技术对计算机系统、堆垛机系统、输送机系统的要求很高,这也制约了它的发展。但由于其具有广泛的适应性、较高的拣选效率和准确性、较低的劳动强度,必将在未来被广泛采用。

        图2 KNAPP公司OSR穿梭存取系统

        拆零拣选解决方案的规划与实施要点

        总体来说,拆零拣选解决方案的选择要考虑以下几个方面:

        1.方案的适应性

        企业在选择拆零拣选方案时,适应性应该是首先要考虑的。适应性主要包括如下几个方面:

        产品是否适应:前文所述,很多先进的拣选技术都存在局限,如对包装、体积、重量、SKU数量、订单及订单行等的限制,所以,在设计拣选方案时应根据产品特性选择合适的拣选技术和系统配置。适应性也是总体设计所应遵循的基本原则。

        综合效率是否满足:适应性的另一方面是系统的综合效率,通常配送中心越大,综合效率就越难以保证。拆零拣选方案的选择应优先考虑总体效率与系统是否匹配,既不能不足,也不能太过,既要考虑眼前的需求,也要考虑今后的发展。如采用电子标签辅助拣选时,应考虑SKU的数量、并行拣选的组数(即分区的数量)、本区域与其他区域拣选效率的匹配等。只有性能指标相互匹配的系统才是比较合适和均衡的系统。

        劳动强度是否适应:很多配送中心在进行设计时,往往忽略了劳动强度因素。劳动强度包括行走的距离、拣选的频率、拣选负荷等多方面因素。合适的劳动强度不仅是保护劳动者,同时也是保障综合效率和拣选性能的关键因素。

        服务水平是否满足:拆零拣选工作量大,由此带来的差错在所难免。不同的拣选技术其系统差错率是不一样的。因此,在选择拣选技术和进行相应的系统配置时,应充分考虑企业对服务水平的要求。一般情况下,全自动拣选的准确性要远高于人工拣选。人工拣选情形下,“货到人”拣选的准确性要高于“人到货”拣选,而采用RF、DPS、语音技术等辅助设备的拣选准确率要高于采用纸单拣选。

        当然,拣选的准确性也与操作人员本身的职业素养、拣选习惯等有关。因此,加强人员培训,使其养成良好的作业习惯非常必要。

        2.成本

        配送中心是一个成本中心。在满足效率和服务水平的前提下,应寻求控制成本最低的技术和策略。概略来说,配送中心的成本分为投资成本和运营成本两部分。选择不同的拆零拣选技术,其成本会有很大的差异。甚至一个企业的不同时期、不同的企业类型、不同地区的企业,其成本的构成都不一样。所以我们看到,在国外自动化拆零拣选技术的应用比较多;在国内,沿海经济发达地区采用的拆零拣选技术要高于内地,烟草、医药等行业的拆零拣选水平要高于零售行业等。

        一般来说,自动化水平越高,作业效率越高,设备的投资和维护成本相对也越高,但需要的人力成本就会降低。具体设计拣选方案时,应对此进行详细分析,找到成本的平衡点。需要特别提示的是:现阶段随着我国人工成本的不断提高,自动化技术会越来越具有成本优势。这一点,也将决定我国拆零拣选技术发展和应用的基本走势。

        3.场地条件限制

        有些配送中心场地条件的限制也决定了其拣选技术的选择。这是因为很多先进的拣选技术对场地有特殊的要求,受场地的长度、宽度、高度、柱网、朝向等因素的影响。有些场地条件不好的配送中心如果硬性地采用不适宜的技术,就会很不适应,也很不经济,这一点值得注意。

        拆零拣选技术市场需求分析

        现代物流配送中心出现了两个大的发展趋势:其一是规模越来越大,其二是拣选越来越散。这两个趋势决定了拆零技术具有广阔的市场应用前景。但是,要定量地描述拆零拣选技术的市场应用前景显然是一件不容易的事。我们或许可以从当前如火如荼的B2C电子商务配送中心的发展看出其端倪。

        B2C电子商务在过去10年间取得了突飞猛进的增长,2011年的统计表明,我国B2C电子商务交易额已经超过2000亿元。然而,作为电子商务两大支撑体系之一的物流配送体系,却远远落后于实际需求,已经成为制约B2C电子商务发展的首要因素。

        B2C电子商务配送中心的关键技术在于拆零拣选,目前规模以上的B2C网购企业每天订单量都在几万个以上。以京东商城为例,2012年5月,日最大订单量超过60万。如此规模的订单量,对拆零技术的要求越来越高。京东商城目前拥有面积在20000平方米以上的配送中心多达8个,正在建设的“亚洲一号”由5个面积超过5万平方米的配送中心组成,分布在北京、上海、广州、武汉和沈阳。

        据有关机构预测,未来10年,我国B2C电子商务交易额将超过2万亿元,是2011年的10倍。届时,年交易规模超过1000亿元的电子商务企业将有若干家,大规模的配送中心建设势在必行,拆零拣选技术将大有用武之地。

        当然,考虑到技术因素和综合成本,全自动拆零技术在B2C行业中的应用暂时还将受到一定限制,目前仍主要以“人到货”的拣选作业为主。但与之配套的RF系统、DPS电子标签系统、语音拣选系统以及高速分拣系统将得到广泛应用。

        拆零拣选货位

        拆零拣选技术发展趋势

        拆零拣选技术历经数十年的发展,成果显著。尤其是最近10年以来,随着烟草、医药、化妆品、零售、B2C电子商务等领域的巨大市场需求,拆零拣选技术出现了跨越式的发展。其中“自动拣选技术”、“货到人拣选技术”、“DPS电子标签技术”、“语音拣选技术”、“高速分拣技术”将拆零拣选水平推到了前所未有的高度。可以预见,随着B2C电子商务业务的蓬勃兴起,拆零拣选技术将会在自动化、高效率等方面取得新的突破。而传统的拣选技术则会得到更加合理的应用,并在拣选效率和准确度方面有本质的提高。

        另一方面,随着先进拆零拣选技术的广泛应用,其在流程优化、适应性研究等方面的成果将引导企业更加乐于接受新的技术,并在新技术应用中获得更大的收益。

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