柔性拆零揀選系統的構建

文/江蘇華章物流科技股份有限公司總經理華聚良博士

拆零揀選是物流中心最復雜的作業環節，也是人工成本占比最高的環節。隨著拆零揀選作業占比越來越大，使得倉庫作業量成倍增長；同時業務波峰波谷差距日益巨大，物流中心對柔性化拆零揀選系統的需求越來越高。

隨著社會經濟的發展，訂單碎片化、個性化的現象越來越突出，倉儲作業中拆零揀選作業占比越來越大，從原先的10%增長到現在普遍的50%，甚至部分物流中心超過90%，拆零揀選比例的增加致使倉庫作業量成倍增長，同時業務發展的波峰波谷差距卻日益巨大，柔性化拆零揀選系統的需求越來越高。本文針對柔性拆零揀選系統的設計問題展開討論，首先需要搞清楚典型拆零揀選系統的組成，然后討論柔性拆零揀選系統的設計，最后舉例說明。拆零揀選系統的組成。

由江蘇華章承接的博世-聯合汽車電子公司產線物流項目，是全球典范的汽車行業電子類多層穿梭車箱式立庫貨到人系統項目

1.拆零揀選的概念

“拆零揀選”術語從brokencasepicking翻譯而來，字面應該稱為“拆件揀選”，對應“整件揀選”。拆零揀選是物流中心最復雜的作業環節，也是人工成本占比最高的環節，拆零揀選方案的合理性將直接決定整個物流中心的運營成本和效率，如何規劃合理的拆零揀選方案，是物流中心建設的重中之重。

2.典型拆零揀選系統的組成

拆零揀選系統涉及整個物流中心的全流程，不能僅僅從揀貨這一個環節上考慮問題，還要考慮上架、補貨、輸送、包裝等一系列復雜的流程，典型的拆零揀選系統由存儲系統、運輸系統、揀選系統、訂單處理系統四部分組成。

1）存儲系統

存儲系統根據自動化程度分兩類：普通貨架（如中型擱板貨架、重型托盤貨架、懸臂式貨架、閣樓式貨架、移動式貨架、重力式貨架、駛入/駛出式貨架等）；自動化存儲系統AS/RS（如托盤自動化立庫、箱式自動化立庫、箱式穿梭車自動化立庫、托盤穿梭車自動化立庫等）。

2）運輸系統

運輸系統主要有輸送機系統、AGV系統、叉車三類。叉車是最通用的運輸工具，應用范圍也最廣；輸送機系統主要用于貨物的水平/垂直輸送，也可以通過坡度進行不同樓層的傳輸，常用的輸送機有皮帶機、滾筒輸送機、鏈式輸送機、螺旋輸送機等；AGV是AutomatedGuided Vehicle的縮寫、意即 “自動導引運輸車”，AGV是裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，導引方式主要采用磁條、二維碼、激光/圖像SLAM 等，具有快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強，安全性好等優勢。

3）揀選系統

揀選系統主要由人工揀選、半自動化的揀選站系統、全自動化的機器人揀選系統和分揀機系統三大類組成。

人工揀選由作業人員通過貨單、RF終端、電子標簽揀貨系統等手段，進行摘果式、播種式揀選，這是比較傳統的揀貨方式；半自動化的揀選站系統通過輸送機、類kiva機器人等運輸貨物到工作站，由人進行揀選，完成揀選工作，此系統大幅度減少工作人員的行走，提高揀選效率；機器人揀選、分揀機揀選等全自動揀選方式，是信息化、智能化化的體現，融入了互聯網、大數據、AI、物聯網等諸多先進技術，揀選準確性可以接近100%。

4）訂單處理系統

訂單處理系統（OrderProcessingSystem）是為達到訂單高效揀選的一種調度系統，該系統核心采用合適算法處理訂單批次、SKU批次、揀選組合等。如何衡量拆零揀選系統的柔性化我們要討論拆零揀選系統的柔性化就需要先把什么是柔性化搞清楚，與系統柔性相對的是系統剛性，我們需要把剛性和柔性兩個角度一起來認識拆零揀選系統。

產線物料校核入庫

GTP工作站

目前不少業內同行的認識里似乎只有類KIVA的AGV系統才是柔性的系統，筆者覺得這種認識還不夠全面，類KIVA系統僅僅是滿足了部分庫內貨物運輸功能，我們下面從投資、作業能力、場地、用工四個角度去衡量不同系統或解決方案的柔性化。

1.投資角度

投資角度看，剛性的系統一次投資后更換功能或者搬遷成本巨大、而且很難進行分布投資；柔性化的系統投資后更換功能或者搬遷成本較低、而且可以進行分步投資。從這個角度看，托盤自動化立體倉庫，就屬于剛性系統，多層穿梭車自動化立庫，就屬于柔性系統。

2.作業能力角度

作業能力角度看，設備是否能夠單元化，能否進行自由組合的系統是衡量剛性和柔性的關鍵，首先柔性系統一定是可以單元化、至少可以模組化的系統，單元或者模組之間的耦合性越低，系統柔性化程度越高。從這個角度看，半自動化的揀選站和類KIVA機器人都是柔性系統，但是類KIVA系統耦合性低，柔性化程度更高。

3.場地角度

場地角度看，剛性系統的作業場地用途是固定的，無法改變或者極難改變的（改變需要改變建筑結構），柔性的系統相對來說作業場地用途很容易改變。從這個角度看，我們日常采用地堆方式平鋪托盤形式存儲貨物就是柔性最大的存儲系統，而托盤自動化立庫就是剛性的。

4.用工角度

用工角度看，柔性化系統在業務量暴增時，可通過靈活增加用工數量的方式解決自動化設備滿足不了的場景，以達到業務需求；剛性化系統可能無法增加人工，或者增加人工受限于系統效率極低。從這個角度，一個純粹的機器人揀選站或者半自動化的揀選站就是剛性的，而人工RF揀選就是柔性的。

如何進行拆零揀選系統柔性化設計

1.拆零揀選系統各個環節常用設備的柔性化程度分析（見表1）

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2.拆零揀選系統的柔性化設計原則

1）系統柔性化設計要首先從系統需求和總體工藝角度去考慮，不需要追求絕對的柔性，柔性系統的設計都是相對的，也不存在所謂純粹的柔性系統；

2)柔性設計不一定是最優設計，剛性設計也不是較差設計，一切評價的出發點是客戶需求；

3)拆零揀選系統的柔性化設計要考慮把剛性和柔性的有機結合，對業務需求穩定且業務量較大的部分建議采用剛性的設計，對業務需求變化較大或者業務量較小的部分建議盡量采用柔性化設計；

4)拆零揀選系統的柔性化設計要善于從工藝角度把柔性化程度不同的部分進行組合，才能最大程度地做出柔性化的系統，并不是高柔性化的部分系統才能組成總的柔性化系統；

5)我們不僅要關注各個環節的柔性化，也要從總體工藝上考慮柔性化，但是工藝上沒有柔性化的高低區別。

3.拆零揀選系統的柔性化發展趨勢

1)低耦合性的系統：各個環節子系統之間耦合性很低，有利于最大程度的提高系統柔性；

2）作業能力自動彈性調節的系統：

未來會出現作業能力會根據業務需求自動化調節的子系統。

3）作業屬性可配置的系統：未來會出現作業屬性可配置的子系統，比如集輸送、揀選、存儲等功能于一體的系統設備。

拆零揀選系統的柔性化設計案例

為更深入的說明柔性拆零揀選系統的規劃，本文以昆藥集團醫藥物流中心和博世-聯合汽車電子產線物流的拆零揀選系統設計舉例說明。

1.昆藥集團醫藥商業公司現代化醫藥物流中心項目

昆藥集團成立于1951年，上交所上市企業，是中國最大的植物藥企業，中國醫藥工業百強企業。由江蘇華章承接的昆藥集團醫藥商業公司現代化商業物流中心項目定位于滿足昆藥集團商業公司2B業務為主的物流配送業務。

項目規劃在滿足基本業務前提下在彈性要求較高的拆零揀選部分盡可能考慮了柔性化設計。根據不同的業務形態，有針對性的提供拆零揀選的解決方案，充分利用了托盤庫的存儲能力，多穿及揀選站的拆零揀選能力以及配套人工揀選的整件貨架及平庫擴展能力，在提供強大物流吞吐能力的同時，應對業務形態的變化，整個系統的伸縮性較強。在擴充存儲能力的同時，減少用地、人工和時間成本。

2.博世-聯合汽車電子公司產線物流項目

博世-聯合汽車電子公司（簡稱UAES）是中聯汽車電子有限公司和德國羅伯特?博世有限公司在中國的合資企業。公司主要從事汽油發動機管理系統、變速箱控制系統、車身電子、混合動力和電力驅動控制系統的開發、生產和銷售。由江蘇華章承接的博世-聯合汽車電子公司產線物流項目，占地面積4萬多平方米，是全球典范的汽車行業電子類多層穿梭車箱式立庫貨到人系統項目。

項目規劃設計中充分考慮客戶物流效率與成本投入比率，為客戶提供流量上更彈性的換層多穿立庫、可配置的半自動化揀選站的解決方案，在保證業務能力的前提下，為客戶將來的業務能力擴展預留了充分的空間，節約了投資，提高自動化設備的利用率。