基于連續物料的個性化定制糧食配送中心研究—以面向重慶為例

（云南財經大學 物流學院，云南 昆明 650221）

1 緒論

1.1 背景及意義

中國人口總量世界第一，約占世界總人口的1/5，制定高效的糧食安全策略是社會穩定的基礎條件。2014年，世界銀行發布的《中國經濟簡報》中指出：目前，中國的糧食總需求為6億t，預計2020年會達到6.7億t。因此，中國是糧食生產大國和人口大國，糧食問題對于我國經濟社會的發展具有舉足輕重的影響。

傳統糧食供應鏈屬于典型的功能型產品供應鏈，以推動策略、預測囤貨型生產為主，通過采購、生產、配送的平穩運作來降低成本。食品供應鏈的設計主要著眼于各環節綜合成本最小化，強調的是規模經濟。但是，在供給側改革背景下，現有糧食供應鏈“層層批發”的流通體制不能滿足消費者個性化需求。食品產業鏈的垂直整合使得該產業將迎來個性化的大規模定制時代，未來倡導個性化和定制化的新流通模式，即按需定制，以此來實現糧食產業的供給側改革。

為了滿足消費者個性化需求，連續物料的精準、高效分揀包裝將推動“新流通”模式的發展。商家可以在超市網絡，或者社區網絡按個性定制的頁面布置，消費者可以根據自己的需要靈活的選擇想要購買的商品數量，也可以按照金額進行購買。這樣可以不再使消費者被動消費，而是以消費者的個性定制化定量需求為基礎，提供周到的服務。我們對食品的需求大部分都為連續性物料，即各種散裝物料，于是需要一種可以按訂單對連續性物料進行自動定量分揀的配送中心，來滿足消費者的個性定制化定量需求。

本文研究與消費者密切相關的大米的分揀配單方式。大米作為連續性物料，目前消費者能購買到的都是按一定固定量包裝好的產品，這是一種被動消費。隨著電子商務的發展，在以消費者個性化需求為核心的背景下，怎樣更高效的滿足消費者的個性化需求，而不是拘泥于固定量包裝的產品，將形成嶄新的流通商務模式，對連續性物料按訂單進行定量包裝提出了新的要求。

1.2 國內外研究現狀

李永偉[1]認為在工農業生產、倉儲和產品流通等環節需要對連續輸送物料進行快速準確地計量稱重。傳統連續輸送物料計量稱重系統，要么計量精度差，要么運行速度慢，不能滿足精確計量和快速稱重的要求。夏靜[2]認為連續物料輸送裝置應廣泛應用于鹽業、糧食業、建筑業、煤炭業等生產及運輸中。目前，輸送機上采用的稱量方法有多種，傳統的方式有托架式、托板式定長重量測量法和參數計算法。張強[3]認為配送中心是一種多功能、集約化、全方位服務的貨物配送設施。在糧食物流系統中，糧食配送中心居于重要的樞紐地位，較佳的糧食配送中心選址方案可以有效地節省費用，解決生產和消費中的一些復雜優化問題。張聞秋[4]指出我國傳統的糧食物流體系是在計劃經濟環境下建立、發展起來的，在計劃經濟時代，我國對糧食物流的規劃采用表上作業法，與目前的社會主義市場經濟體制及糧食流通體制改革已不相適應。許德剛[5]研究了糧食配送中心選址問題，并將環境、交通、人口、建造費用等影響因素作為輸入，物流中心的綜合效益作為輸出，建立兩者之間的非線性關系。

J.C.Wortmann等[6]學者在1992年提出一種個性化定制的生產模式，即單件生產模式OKP（one-of-akind production），這種生產管理模式，要求企業的生產系統在能夠完成高度定制的單件生產的同時，還可以通過一系列工具控制生產過程的效率、質量、成本。這些工具方法中，最重要的兩項是生產調度與產品設計[7]。Y.L.Tu[8]總結個性化定制生產的特征主要有：面向客戶，客戶參與設計并始終影響產品生產；產品的設計與生產加工一次完成；高效率的運用生產技術和資源；能動態、實時的對生產計劃進行落實與變更等。當前，根據個性化定制模式進行產品設計生產與企業組織架構，已經發展出一系列個性化定制企業，如船舶、航空航天、大型先進機械裝備制造業是典型的個性化定制企業。隨著經濟發展和企業信息化管理水平的提高，當前世界經濟對個性化定制企業提出了更高的要求，即以接近大規模定制（MC）生產模式的效率完成少量客戶的個性化定制需求[9-10]。個性化定制企業需要面對產品復雜化、生產流程復雜化、設計需求多樣化的挑戰，與此同時，生產系統還存在著不確定性與擾動的問題。在保證高效率、高質量與可控成本的同時完成生產調度，是當前的一大熱點。Alfieri等[10]通過分析個性化定制C2M系統中客戶給出的定制產品的信息不完備給項目調度帶來的影響，研發了一套新的個性化定制產品制造計劃與調度方法。

國內外學者對個性化定制、作業調度等問題進行了許多前沿性的研究，為進一步的研究提供了理論基礎，得到了很多優化策略，在解決包括大規模定制在內的多種生產模式的調度問題中取得了較好的效果。但是，目前在個性化定制背景下，關于連續物料個性化定制的相關研究文獻還比較少，本文整合了現有技術，將連續性物料定量分揀包裝與個性化定制放在一起，設計出糧食配送中心。

2 項目概述及設計依據

2.1 項目概述

配送中心是整個物流體系中非常重要的一環，一個物流中心的選址好壞也從根本上決定了配送中心的搭建成本以及成本水平，同時一個高效的配送中心也可以大幅度節約成本，并且加快整個物流作業的效率。本文所設計的配送中心以依托于電子商務平臺的糧食交易為主。以面向重慶為例，需要支持整個重慶市的網絡糧食訂單處理，完成客戶網絡個性化定制訂單的分揀配送。

配送中心的設計從以下幾個方面出發：首先收集數據信息，統計重慶糧食的需求量、產出量作為設計基礎；其次根據數據基礎進行系統流量的計算并劃分功能區域，設計儲存單元以及整個的工藝流程，并繪制工藝平面圖，最后選擇配送中心需要的各種系統設施。

2.2 設計依據

本配送中心依托于電子商務平臺的訂單對糧食進行分揀、包裝與配送。2017年重慶糧食總量30%的份額來源于電商平臺的客戶訂單，所以2018年，該配送中心要負擔的總分揀總量為120.0萬t。

分析得出以下數據：

（1）分揀能力。

①日分揀總量：4 780t。

②年生產時間：251d。

③工作班制度：入庫時間為2班制/d，有效工作時間為16h；出庫時間為1班制/d，有效工作時間為8h。

④日峰發貨量：3 000個。

⑤碼垛機器人、穿梭車綜合利用系數：0.85。

⑥存儲量：不少于10 000貨位。

⑦信息載體：RFID。

（2）產品結構。產品分為兩種，一種為客戶定制的個性化糧食搭配訂單，另一種為固定的糧食搭配訂單。兩種產品可同時進行分揀。

（3）庫容。按20d庫容量設計，設計時需考慮1.25的綜合不均衡系數，信息載體采用RFID。

3 方案設計

3.1 功能區域化分

整個配送中心分為5大核心板塊，分別為集裝箱堆場、定量包裝區、分揀區、立體倉庫儲存區以及發貨區。此外還為航車控制室、收貨質檢區、集裝箱AGV行駛路徑、中央控制室、物料單元緩存區等劃分了區域。

航車控制室用來調度拉集裝箱的貨車，收發貨區是收發貨的地點，并在集裝箱緩存區存儲空的集裝箱，定量包裝區和分揀區是配送中心的主體，處理客戶訂單，而自動化立體倉庫用來緩存訂單以及物料。

3.2 儲存單元

（1）托盤。托盤尺寸見表1。

表1 托盤尺寸

①承載工具：1 200×1 000×160mm四向進叉歐式塑料托盤。

②空托盤組：1 200×1 000×1 280mm（max.8個/組）。

③輔料實托盤：1 200×1 000×1 280mm，重量：max.1 000kg。

（2）集裝箱。集裝箱尺寸見表2。

表2 集裝箱

3.3 系統流量設計

本物流中心按照一年工作251d計算，糧食日分揀量為4 780t。按照立體倉庫可緩存20d訂單計算，立體倉庫至少能夠緩存9.56萬t糧食。

集裝箱容積為28m3，糧食每立方的重量為0.8t，每個集裝箱能夠承載的糧食為22.4t，所以每日需要的集裝箱量為215個。

配送中心日分揀量為4 780t，以每日工作16h為例，每小時的分揀量為298.75t。該配送中心設計10條定量包裝線，每一條線的峰值包裝量為29.875t/h。

3.4 立體倉庫設計

本物流中心按照一年工作251d計算，糧食日分揀量為4 780t。按照立體倉庫可緩存20d訂單計算，且有10%的訂單需要存入立體倉庫緩存，則立體倉庫至少能夠緩存1萬t糧食。一個托盤組能夠存儲訂單12個，每個周轉箱能夠容納糧食70kg，每個貨位能儲存糧食1 680kg，設計立體倉庫高6層，有7個巷道14排，每排40個貨位，每個貨位能放兩組托盤組，能夠緩存9 600t貨物。每日分揀量為4 780t，且有10%入庫緩存，所以每日吞吐量為960t。每日吞吐托盤組96個每日工作16h，則每小時吞吐量為6個托盤組。一個穿梭車足夠承擔吞吐量。

3.5 工藝流程設計

（1）總體工藝流程。整個糧食配送中心工作流程從網絡客戶訂單下達開始，接收到網絡訂單后，雙梁橋式起重機開始工作，將集裝箱從集裝箱堆場搬運到集裝箱AGV上，整個過程在集裝箱堆場完成。

集裝箱AGV將集裝箱背運到定量包裝區，由定量包裝區的雙梁橋式起重機將集裝箱搬運至定量包裝設備上，定量包裝設備開始工作。

定量包裝結束后，訂單商品為已包裝好的袋裝物料，通過皮帶輸送機輸送至分揀區，并由機械臂機器人將訂單商品放入鏈式輸送機上的周轉箱中完成分揀過程。

鏈式輸送機后連接有一個碼垛機器人，將分揀好的周轉箱進行碼垛，放在托盤上，當托盤上的周轉箱碼垛完成后，AGV會將整個托盤組根據訂單要求托運至配送發貨區或者立體倉庫儲存區存儲。

（2）混合式定量的工藝流程。圖1所示的就是混合式自動稱量包裝的工藝流程，每次的定量循環都包含了5個主要的工藝流程：

①主加料。在主加料環節，采用容積式定量的工作機理，根據物料的體積和密度進行定量，快速的向稱量盤內加入訂單量M0的大部分物料M1，所用的時間為T1。

②穩定。主加料結束后，稱量裝置穩定一段時間T2。

圖1 混合式定量工藝流程

③稱量。稱量裝置對穩定下來的物料進行靜態稱量得到物料的實際重量M2，耗費的時間為T3。

④補加料。計算機將主加料的重量M2與訂單要求量M0進行比較，需要補加的物料量為M3=M0-M2，然后由補加料機構依舊按照容積式定量的工作機理在T4的時間內向稱量盤補加需要的物料M3。

⑤投料。其中，補加料和投料同時進行，節省了定量的時間。

在計算機的協調控制下完成的整個工藝流程由客戶訂單驅動開始，直到滿足客戶的個性化需求，流程是由客戶的訂單驅動開始的，而不是固定的批量生產，整個定量過程旨在滿足客戶的需求。由計算機控制投料機構工作，在時間T5內完成物料從稱量盤到包裝袋的投料。

（3）定量及吸料包裝的工藝流程

①產品的定量。通過分析現有的粉粒狀物料的定量機理，分析不同的定量方法的優缺點，取長補短進行結合，提出新的混合式自動定量方法，以便更好的滿足消費者個性化的要求，使得該定量設備可以按照消費者訂單需求定量物料。

②產品的自動包裝。本文對自動給袋設備進行設計改進，使其可以按照訂單要求物料的多少選擇合適的包裝對定量好的物料進行包裝，避免包裝浪費。具體工藝流程如圖2所示。

③工藝平面布局圖。配送中心的工藝平面布局圖如圖3所示。

3.6 信息系統

（1）網絡訂單信息管理系統

圖2 工藝流程圖

圖3 工藝平面布局圖

①系統構架介紹。本網絡訂單管理系統基于B/S瀏覽器服務結構,能夠根據需求調研結果確定訂單管理系統的結構，如圖4所示。

圖4 網絡訂單管理系統框架

②B/S結構。本系統采用的是B/S結構，由數據層和表現層開發，采用3層架構邏輯人物層。用這種結構開發使得每一層相對來說更加獨立，層層之間的相互影響更小。

B/S結構有以下特點：可以通過www來打開瀏覽器，并訪問英特網上的文字、圖形、視頻、音頻信息，海量信息都儲存在服務器中。B/S結構有著簡單的維護和升級方式，具有強大的優勢和可用性。

③功能構架介紹。客戶資料、商品信息、訂單信息以及訂單的處理狀態等基本信息在網絡訂單管理信息系統中可以在任何時間、地點查看，并且能夠向分揀線傳輸訂單信息。

一個良好的訂單管理信息系統能夠加快整個作業流程的反應速度，提高工作效率，為企業經營打造一個良好的溝通環境。

（2）分揀線信息系統。分揀線信息管理系統通過以太網分別與網絡訂單信息管理系統和立體倉庫信息管理系統進行信息連接和傳遞，并通過RFID等技術與分揀、配送環節相連接，具體的功能和運作模式如圖5所示。

圖5 分揀線信息管理系統的功能與運作模式

4 結束語

在糧食自動化生產包裝普及的背景下，本文通過探討糧食的自動化定量包裝技術，該自動定量包裝的裝置不僅可以應用在企業的大規模生產中，也可以布置在社區中做自動售賣裝置，這樣的應用可以改變消費者的消費習慣，消費者完全可以按照自己的需求進行消費，其購買時可以按需要物料的多少來購買，也可以按照自己想要購買多少金額的產品來進行購買，只需在設備上進行簡單的輸入就能得到想要的產品。通過這種方式，可以有效的將某些食品供應鏈從推動型向拉動型進行改變，使其在滿足消費者個性化定制需求的基礎上，能夠更好的適合社會經濟的發展，促進我國食品供應鏈向著自動化、信息化的要求發展，提高企業的競爭力，更好的滿足未來社會的需求。