（控制科学与工程专业论文）卷烟配送中心自动分拣系统的规划设计研究.pdf

摘要 随着用户需求向小批量多样化方向发展，配送中心卷烟的种类 和数量剧增，分拣作业在配送中心作业中所占比例也越来越大，成 为最耗费人力和时间的作业，即分拣作业的效率直接影响配送中心 的作业效率和经营效益及配送中心服务水平。因此分拣系统的规划 设计在配送中心作业的各环节的设计中成为非常重要的一环，分拣 成本占物流搬运成本的4 0 ，成为整个配送中心作业系统设计的核 - 心。 本文首先运用物流系统的分析方法与理论，对配送中心分拣系 统( 如分拣单位、分拣方式、分拣策略和分拣设备等) 进行了详细分析 和研究。由于在配送中心系统规划资料分析中多依靠决策者的主观 意志和经验，缺少切实可行的定量化分析工具，针对这个问题，本 文引入一种规划资料分析法一订单资料e i q 分析方法，概括和总 结了基于配送中心系统规划的订单资料e i q 分析思想，分析了 e q e n i q i k e i q 的统计数据、图表及其各自对应的规划方案，并 结合某卷烟配送中心建设项目，对其提供的实际订单资料进行了详 细的e i q 分析，得出了有效的自动分拣系统规划方案。为了验证所 规划的分拣系统方案的可行性，应用p e t r i 网对分拣系统进行建模分 析，并借助物流仿真软件f l e x s i m ，完成此卷烟自动分拣系统的计算 机仿真。通过对分拣系统模型的3 d 仿真，找出了该系统作业过程的 “瓶颈 所在，并提出了一些改进措施。改进后模型的仿真结果表 明，这些措施能有效地消除系统的“瓶颈”，并为该配送中心自动分 拣系统的改进方案和决策提供参考依据。最后，本文设计了基于p l c 卷烟自动分拣系统的控制系统，并应用工业组态软件w i n c c 设计了 现场监控系统。 本文设计的卷烟自动分拣系统弥补了现有卷烟分拣作业模式的 缺陷，提高了卷烟分拣作业的效率，降低了工人的劳动强度。作为 一种先进的分拣系统，它实现了准确、快捷、合理的条烟分拣。 关键词卷烟自动分拣系统，e 1 0 分析，p e t r i 网，f l e x s i m ，建模仿 真 a b s t r a c t d u et oc o n s u m e r s h i f t i n gt h e i rd e m a n dt o w a r d ss m a l lb a t c ha n d l a r g ec a t e g o r y , t h ec i g a r e t t e d i s t r i b u t e d b yd i s t r i b u t i o n c e n t e rh a s i n c r e a s i n gr a p i d l yi nt e r m so fb o t hc a t e g o r ya n dq u a n t i t y t h es o r t i n g p r o c e s st a k e sl a r g e ra n dl a r g e rp r o p o r t i o ni n t h ed i s t r i b u t i o nc e n t e rw o r k ， w h i c hi s b e c o m i n g t h em o s tl a b o ra n dt i m e t a k e n p r o c e s s t h e e f f i c i e n c yo fo r d e r - p i c k i n gt a s kt e n d st ot a k ead i r e c t e f f e c to nt h e e f f i c i e n c yo ft h ew h o l et a s k ，e c o n o m i cb e n e f i t sa n ds e r v i c el e v e l s ot h e c i g a r e t t ed e s i g no fs o r t i n gs y s t e mi sv e r yi m p o r t a n ti ne a c ht a c h eo f d i s t r i b u t i o nc e n t e r , i t sc o s ta c c o u n t sf o r4 0 o ft h ew h o l el o g i s t i c sc o s t a n di ti st h ec o r eo ft h ed e s i g no ft h ed i s t r i b u t i o nc e n t e r f i r s t l y , t h ep a p e ra n a t o m i z e se a c ht a c h eo fd i s t r i b u t i o nc e n t e r , s u c h a ss o r t i n gu n i t ，s o r tm o d e ，s o r t i n gs t r a t e g ya n ds o r t i n ge q u i p m e n t ，b y m e a n so ft h ea n a l y t i cm e t h o do fl o g i s t i c ss y s t e m h o w e v e r i nt h ee a r l y p e r i o do fp l a n n i n g ，d e c i s i o n m a k e r st e n d e dt or e l yo nt h e i ro w n e x p e r i e n c eb e c a u s eo ft h el a c ko fe f f e c t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s t o o l s t o s o l v et h ea b o v eq u e s t i o n ，t h i s p a p e ri n t r o d u c e sak i n do f p l a n n i n gd a t aa n a l y s i sm e t h o d ：e i qa n a l y t i c a lm e t h o d s u m m a r i z ee 1 q p r i n c i p l eb a s e d o no r d e r - p i c k i n gd a t af r o mt h es y s t e mp l a n n i n go f d i s t r i b u t i o nc e n t e r , a n da n a l y z et h ee q e n i q i k e i qs t a t i s t i cc h a r t s a n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gd e s i g ns c h e m e s t h i sp a p e r a p p l i e se i qa n a l y s i s w a yi np r o c e s so fo r d e r - p i c k i n gd a t af r o ms o m ec i g a r e t t ed i s t r i b u t i o n c e n t e ra n dd e s i g n sa ne f f e c t i v ea u t o m a t i cs o r t i n gs y s t e ms c h e m e i n o r d e rt ov a l i d a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h es c h e m e ，t h ea u t h o rb u i l d sa m o d e l i n go ft h es o r t i n gs y s t e mu s i n gp e t r i n e t t h e nd ot h es i m u l a t i o n o fs o r t i n gs y s t e mo ft h ed i s t r i b u t i o nc e n t e rb yd i n to ff l e x s i ms o f t w a r e a c c o r d i n gt ot h er e s u l to f t h e r ed i m e n s i o n ss i m u l a t i o n ，t h e “b o t t l e - n e c k p h e n o m e n o ni sd i s c o v e r e d m a n ym e a s u r e sw h i c hc a ne l i m i n a t et h i s p h e n o m e n o na r eb r o u g h tf o r w a r d ，a n dp r o v i d et h ei m p r o v e dp l a na n d t h ed e c i s i o ns u p p o r tf o rt h et e r m i n a l l a s t l y , t h ep a p e rd e s i g n st h ep l c c o n t r o l l i n gs y s t e m o ft h e s o r t i n gs y s t e m ，a n dd e s i g n s t h ef i e l d m o n i t o r i n gs y s t e mb yu s i n gi n d u s t r i a lc o n t r o l l i n gc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e w i n c c i i t h ea u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t ed i s t r i b u t i o nc e n t e rh a s r e m e d i e dt h ee x i s t i n g d e f e c to ft h em o d eo fs o r t i n gs y s t e m ，a n d i m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo f t h eh o m e w o r k i th a sr e d u c e dw o r k e r s l a b o r i n t e n s i t y a sa na d v a n c e dm o d e l o fp i c k i n gs y s t e m ，i tr e a l i z e sc i g a r e t t e d i s t r i b u t i o nw i t he x a c t ，f a s ta n d r e a s o n a b l e k e yw o r da u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t e ，e i qm e t h o d ， p e t r i n e t ，f l e x s i m ，m o d e l i n ga n d s i m u l a t i o n 1 1 1 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特另, i d n 以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：蕉塑阵 日期：盟年i 二月旦日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位 论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用 复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 作者签名：幽 导师签名至自 日期：竺篁年上月卫日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 我国加入w t o 以来，市场经济体制不断深入发展并日趋完善，同时中国 烟草行业的改革逐步深化，传统的流通模式越来越不能适应新形势的要求，烟 草流通企业纷纷准备或开始筹建物流配送中心，以降低成本，提高服务质量和 水平，扩大经营规模，改进物流与信息流系统【l 】【2 1 。现代物流是现代化生产的重 要组成部分，它通过对商品的运输、保管、装载、搬运、流通加工、配送、订 单处理和信息处理等工作的统一管理，可以大大减轻作业劳动强度，减少商品 损耗率，提高库存周转率，加速商品流通，降低流通成本，提高社会需求的蔓 延度，给消费者带来更多选择，因此，对物流配送中心的设计研究具有很重要 的意义。 2 0 0 5 年4 月，国家烟草专卖局国烟办下发了 2 0 0 5 】2 1 5 号文件全国 卷烟销售网络建设整体推进、全面提升的工作方案。“整体推进、全面提升 工作精神中对烟草物流配送提出了明确的要求，归结起来就是要实现“五化管 理 ，即：仓储管理数字化、卷烟库存合理化、卷烟分拣电子化、配送线路最优 化、车辆配载经济化。 随着用户需求向小批量多样化方向发展，物流中心配送货品的种类和数量 急剧增加，分拣作业在物流中心作业中所占的比例也越来越大，成为最耗费人 力和时问的作业。分拣作业的目的在于正确而迅速把用户所需商品集中起来并 配送到户【3 1 【4 1 ，于是分拣作业的效率将直接影响着物流中心的作业效率和经营效 益，也是物流中心服务水平高低的重要因素。 目前，国内外对卷烟生产环节的物流系统自动化和信息化技术研究比较深 入，也初步形成了一套系统的理论研究方法，但是对于烟草销售商业环节的物 流系统自动化和信息化的研究却是仍然处于起步阶段。因此，烟草商业系统现 代物流自动化和信息化建设成为了摆在烟草系统面前的一项紧迫任务，能否建 立一套适用的高效的现代化物流系统，将直接决定烟草商业系统能否长期持续 稳定发展。 卷烟自动分拣作业系统作为烟草物流配送系统中的核心组成部分具有着重 要的作用，而且由于我国卷烟专卖专销的特殊性和对卷烟的巨大消费量，造成 了我国卷烟销售配送的特殊性，国外的一些卷烟分拣系统往往不适用于我国的 现状，而目前我国的卷烟分拣研究仍处在起步阶段，多数卷烟分拣设备是根据 硕士学位论文第一章绪论 国外分拣系统或者邮政分拣系统改造而来，均不同程度存在着不适应卷烟分拣 的问题。因此，能否针对我国卷烟销售分拣的实际情况，研制开发适用于我国 卷烟商业行业的新型卷烟分拣作业系统就成了制约卷烟商业系统物流配送发展 的重要问题。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内卷烟物流自动化发展现状及趋势 我国物流业现在正处于发展起步阶段，由于烟草行业的特殊性，烟草物流 在我国的综合物流业当中属于发展相对比较规范的一个行业。烟草制造业己经 在上个世纪9 0 年代末基本上完成了企业的生产物流体系的建设，实现了卷烟生 产物流的自动化和信息化；但是对于烟草商业系统来说，物流系统的建设滞后 了一些，在2 0 0 0 年之后才开始受到重视，由于烟草商业系统遍布全国，而且各 地的发展差异很大，因此，烟草商业系统的物流系统建设存在着严重的不均衡 性。目前，在全国的地市级的烟草商业系统中，大多数还没有实现物流作业的 机械化，对于在商业物流系统中，作业量最大的物流环节分拣作业，仍然 大量的停留在人工手工作业的模式上，有一部分虽然已经实现了分拣作业的机 械化，但也只是使用了简单的电子标签分拣设备，其关键作业仍然需要人工来 完成。目前，实现物流系统自动化程度较高的地市也只有上海、北京、深圳、 青岛、大连等少数中心城市。从总体上来看，我国的卷烟配送中心因缺乏科学 的规划和设计，在经营管理上都不同程度地存在一些问题，经营不规范的配送 中心约占总数的8 0 t 5 】【6 】，这不仅造成了配送中心设备资源的浪费，同时也给 配送中心的业务开拓、设备更新等方面带来不必要的麻烦【7 】【8 】。 而我国台湾地区推崇“本土化物流”观念，认为“自动化 不是万能，必 须考虑自身的财力规模、土地成本、建筑成本、设备成本等条件【9 】f 。因此， 台湾的配送中心多为中小规模的平房仓库，并采用适合本地区特点的拣选设备， 甚至可能采用人工拣选方式，完全根据自己的需求出发，缺什么充实什么。 在物流中心分拣系统的研究中，主要有三方面内容。一方面是物流分拣设 备和控制技术的研究，如用于邮政系统的交叉带式分拣机研究【l l 】、应用于烟草 行业的通道式分拣机研究【1 2 1 等等。第二方面是对物流中心存储策略【1 3 】【1 4 】【1 5 】和分 拣路径优化的研究，如用b o m 表进行仓储位置优化的研究【1 6 】，用蚁群算法实 现分拣路径的优化【l 7 】【l8 】等等。第三方面是对分拣作业数据信息与分析决策问 题，华南理工大学【1 9 1 、中国人民大学【2 0 1 、华中科技大学【2 1 1 、浙江大学【捌等国内 高等院校的学者都进行了定性与定量的研究。如马士华、文坚的分批策略根据 2 硕士学位论文 第一章绪论 时间延迟思想，综合考虑了拣货作业环节和分拣包装环节的工作效率，提出了 一种消除因时窗分批不平衡而导致的等待时间和闲忙不均的动态时窗设计与判 断方法，从而保证分拣系统的连续性和均衡性【2 3 】【2 4 】。李凯就卷烟分拣的几种优 化模型展开了较深入的探讨，并以仿真的手段进行了验证【2 引。朱岩就卷烟分拣 机的控制策略和不同设备参数下的分拣系统整体性能进行了研究，并通过仿真 程序模拟验证1 2 引。 但是从这些文献和其他相应文章中的成果看，他们在分拣系统规划研究过 程中，考虑了硬件设备与控制系统的设计与应用，但在分拣系统规划过程中使 用的定量分析方法很少，并且没有形成体系，这导致了可操作性不强。项目实 际规划中，凭决策者的主观意志和经验确定的成分较多，有可能使分拣系统乃 至整个物流系统效率低下。 1 2 2 国外卷烟物流自动化发展研究现状 在欧美和日本等发达国家，卷烟物流的自动化程度相当高，他们的烟草物 流中心一般占地面积不大，但立体化和自动化程度较高，他们普遍采用自动立 体化仓库进行卷烟的存储和出入库；卷烟分拣普遍采用自动化程度相当高的分 拣设备进行作业，在他们的一个物流中心中，需要人工进行的作业很少，基本 都由计算机和各种自动化设备来完成。 例如日本的东京烟草物流中心【2 7 】，位于东京千叶县船桥市，占地面积2 7 3 8 3 平方米，建筑面积1 1 3 7 3 平方米，共4 层，总楼层建筑面积4 2 0 1 9 平方米。 该配送中心是一个精密、快速、无人化、综合了高科技的自动化物流中心。 每天来自全日本香烟制造公司和保税仓库的6 0 辆大型货车的香烟，通过高级计 算机的处理和自动化设备的作业，从入库到出库，物流量的9 0 完全实现自动 化处理。平均一年处理六百亿支香烟，为三万个香烟零售店配送货品。平均分 拣一条香烟的时间仅为0 1 1s 。该配送中心每天有6 0 辆大型货车的香烟入库， 同时按照香烟零售店要求，分别进行分拣、分类、包装和配送到中转店或零售 店，一年处理的香烟数量相当于全日本销售量的1 5 。此配送中心效率高，上午 接到定单，下午立即分拣、包装，并配送到中转站，次日中午送到分店，因此 大大减少了商品损耗率，提高了库存周转率，加速了商品流通，降低流通成本。 该配送中心的分拣作业根据品种分类的不同采用多种不同的分拣方式共同 进行分拣作业。对于销售量最大的8 0 种香烟占物流中心处理量的6 8 ，采用条 烟自动分拣设备在四层进行分拣，首先自动进行拆卸托盘，进入整箱流动式货 架，开箱机开箱处理，以条为单位分拣装箱，再把箱装在托盘上，实现无人化 的发货。在三楼是人工分拣设备即电子标签分拣设备，用于处理比较难用自动 3 硕士学位论文 第一章绪论 化设备处理的产品如异型卷烟，以条为单位或5 条一装，按照货架上亮灯显示 的数量分拣。 在分拣系统等物流中心子系统规划设计中，各发达国家的规划原则有很大 的差异。日本的物流中心大都规模适中，采用先进的自动分拣系统和无线通讯 设割2 8 1 ，美国主要采用立体仓库以节约地价支出，但分拣等设备大都采用机械 化或半自动化，不盲目采用全自动设备【2 9 】【3 0 1 。他们共同的特点是均实现较成熟 的电脑网络化管理，保证了配送的及时准确性，节约劳动力成本。国外的学者 专家如g o e t s c h a l c k xa n dr a t l i f f 提出利用动态规划法来求解宽通道内的拣货路 径问题【3 ，r o o d b e r g e na n dk o s t e r 研究在多横向通道仓储系统环境下，针对各 种分拣策略比较在不同通道数目、不同货物品项及不同通道宽度的拣货路径的 问题【3 2 1 ，e l i z a b e t hj e w k e s 等对商品储存位置等对分拣的影响展开研究【3 3 】，l o o n c t a n g 等论述了分批与存储分配策略对分拣的影响【3 4 】【3 5 】【3 6 】，r i c h a r dl d a n i e l s 等对仓库订单分拣的研究【，7 1 ，m i j o h a n s s o n 对货物存储位置的分配对减少 分拣时间的作用进行了研究【3 8 1 ，美国麻省理工学院d i m i t r i s b e r t s i m a s 3 9 ， r o b e r t m f r e u n d 4 0 】和m a r c h j ga 【4 l 】，w l w i n s t o n 4 2 1 ，j e r e m v s h a p i r o 4 3 1 ， l a c k s o n e nt m j ，w h i t l e yd 【4 5 】等学者也做了部分相关内容的研究工作。 就目前来讲，发达国家的卷烟物流正向着更加自动化、更加集约化、更加 及时化和更加经济化的方向发展，真正的是卷烟物流配送成为烟草行业的第三 利润源，成为为优质客户服务的窗口。 1 3 本文主要研究内容 本文正是基于以上背景，以某正在建设的卷烟物流中心自动分拣系统为研 究对象，针对国家烟草专卖局提出的烟草商业销售网络物流“五化”管理中的 “卷烟分拣电子化 这一要求进行深入研究。本文的主要研究方向是：运用订 单资料对分拣系统进行定性和定量分析，规划和设计卷烟自动分拣系统，然后 对该系统进行建模仿真分析，并设计和研究基于p l c 的卷烟自动分拣系统。 围绕本课题的研究方向，本课题主要有以下四方面的研究内容： 1 介绍配送中心卷烟分拣系统规划设计的基本理论及系统分析方法 e i q 分析法，对配送中心分拣系统进行分析评价； 2 卷烟配送中心自动分拣系统的总体方案规划设计研究； 3 卷烟自动分拣系统建模分析及p e t r i 网模型的建立，并应用f l e x s i m 系统 仿真软件对自动分拣系统进行可视化仿真； 4 卷烟自动分拣系统p l c 控制系统及监控系统的设计。 4 硕士学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 第二章卷烟配送中心分拣方法基础理论 在配送中心内部所涵盖的作业范围里，分拣作业是其中十分重要的一环， 其所扮演的角色相当于人体内的心脏，空调系统中的压缩机，而其动力的产生 来自于客户的订单，分拣作业的目的也就在于正确且迅速地集合顾客所订购的 商品。 由成本分析的角度来看，物流成本约占商品最终销售成本的3 0 ，其中包 括配送、搬运、储存等成本项目。一般而言，分拣成本约是其他堆叠、装卸、 运输等成本总和的9 倍m 1 ，占物流搬运成本的绝大部份。因此若要降低物流成 本，由分拣作业上着手改进应可达事半功倍之效。 从人力需求的角度来看目前大多数的物流中心仍属于劳力密集的产业，其 中分拣作业直接相关的人力更占5 0 以上，且分拣作业的时间投入也占整个物 流中心的3 0 4 0 【4 6 1 。随着用户需求向小批量多样化方向发展，分拣作业的 “时间投入”也越来越大，由此可见规划合理的分拣作业方法，对于日后物流 中心的运作效率和服务水平具有决定性的影响。 2 1 卷烟配送中心分拣系统分析方法e iq 分析法 e i q 分析方法1 4 7 1 1 4 8 1 首先是由日本铃木震先生倡导提出的，所谓e i q 即是订 单件数e n t r y ，货品种类i t e m 和数量q u a n t i t y 。e i q 规划方法是针对不确定和 波动条件的配送中心系统的一种规划方法1 4 9 】。其意义在于根据配送中心的目的， 掌握物流特性，从物流特性衍生出来物流状态( 诸如从配送中心设备到用户为止 的物流特性) 到运作方式，均能有效的规划出系统的大的框架结构，从宏观上有 效掌握系统特色。 e i q 分析以量化分析为主，常用的统计方法包括：平均值法、最大最小值 法、总数法、柏拉图分析法【5 、次数分布法及a b c 分析法等。 要了解配送中心实际运作的物流特性，单从一天的资料分析将无法有效判 断及产生结论，但是若分析一年以上的资料，往往因资料量庞大，使分析过程 旷同费时。因此可先就单同的出货量先进行初步的分析，找出可能的作业周期 及其波动幅度，若各周期内出货量大致相似，则可缩小资料范围，以一较小周 期内的资料进行分析，若各周期内趋势相近，但是作业量仍有很大的差异，则 应对资料作适当分组，再于各群组中找出代表性的资料进行分析，这就是定单 资料的取样。 在进行订单品项数量分析时，首先必须考虑时间的范围与单位，在以某一 硕士学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 工作天为单位的分析数据中，主要的订单出货资料可以进行分解成表2 1 格式， 并由此展开e q 、e n 、i q 、i k 四个类别的分析。 蓑2 - 1e i q 资料统计格式( 单日) 出货订单出货品项 订单出货数量订单出货品项 i l1 21 31 41 5 e lq l lq 1 2q 1 3q 1 4q 1 5q ln i e 2q ：jq 2 aq 2 3q 2 4q 2 5 q 2 n 2 e 3 q 3 1q 3 2q 3 3q 3 4q 3 5q 3n 3 单品出货量 q lq 2q 3q 4q sq n 单品出货次数 k i k 2 k 3 k 4 k 5k 注：q l ( 订单e l 的出货量) = q i i + q 1 2 + q 1 3 + q 1 4 + q 1 5 + q l ( 品项i l 的出货量) = q i i + q 2 1 + q 3 1 + q 4 l + q s l + n l ( 订单e l 的出货项数) = 计数( q u ，q 1 2 ，q 1 3 ，q 1 4 ，q 1 5 ，) 0 者 k l ( 品项i i 的出货次数) = 计数( q t l ，q 2 1 ，q 3 1 ，q 4 1 ，q 5 l ，) o 者 n ( 所有订单的出货总项数) = 计数( k l ，k 2 ，k 3 ，k ，k 5 ，) 0 者 k ( 所有产品的出货总次数) = k l + k 2 + k 3 + k 4 + k 5 + 主要分析项目及意义如下： 1 订单量( e q ) 分析：单张订单出货数量的分析，可用于决定订单处理的原 则、分拣系统的规划，并影响出货方式及出货区的规划，通常以单一营业日的 e q 分析为主。 2 订单品项数( e n ) 分析：单张订单出货品项数分析，分析产品的重要程度 及运量规模。可用于储存系统的规划选用、储位空间的估算，并影响分拣方式 及分拣区的规划。 3 品项数量( i q ) 分析：每单一品项出货总数量分析，对订单处理的原则及 分拣系统的规划有很大的影响，并将影响出货方式及出货区的规划。 4 品项受定次数( i k ) 分析：单一品项出货次数分析，对于了解产品的出货 频率有很大的帮助，主要功能可配合i q 分析决定储存区与分拣系统的选择。 由e q e n i q i k 综合分析，即可确定卷烟配送中心的整体布局及规划。 2 2 配送中，b 分拣系统规划基础理论概述 分拣作业就是依据顾客的订货要求或配送中心的作业计划，尽可能迅速、 6 硕+ 学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 准确地将商品从其储位或其他区域拣取出来分类集中的作业过程。分拣作业流 程如图2 1 所示。 _ - - - - - - - _ - _ - - - 一一一一。1 一一一一。+ 一- 一一一一一一+ 一+ - _ - - 一。一一一一一_ - - - 一一一一一一一一- - 一一一- - 一一一一一一，一- - 信息流 指定出货作i1 确定拣货策ll 安排订单出 业流程r 1略h货流程 叫：釜兰h 兰兰h 兰差兰 物流 图2 - 1 卷烟分拣系统作业流程图 由以上分拣作业流程图所示，本文下面将就其中的主要环节分拣系统 的分拣单位、作业方法、分拣策略、分拣设备等进行重点阐述。 2 2 1 卷烟分拣单位的划分 通常基本分拣单位【5 1 】可分成托盘( p a l l e t ，p ) 、箱( c a s e ，c ) 及单品( b o x ，b ) 三种。一般而言以托盘为分拣单位的货品体积及重量最大，其次为箱，最小单 位为单品，为了能够做出明确的判别，进一步作以下划分： 1 ) 单品：分拣的最小单位，单品可由箱中取出，可以用人手单手拣取者。 在卷烟分拣中即指条烟。 2 ) 箱：由单品所组成，可由托盘上取出，人手必须用双手拣取者。对卷烟 配送中心即为件烟，一件烟一般装5 0 条烟。 3 ) 托盘：由箱叠栈而成，无法用人手直接搬运必须利用堆高机或拖板车等 机械设备。 在实际的作业中，分拣单位是根据订单分析结果而作决定的，如果订货的 最小单位是箱，则不能以单品为分拣单位。库存的每一品项皆须作以上的分析， 以判断分拣的单位，但一些品项可能因为需要而有两种以上的分拣单位，则在 设计上要针对每一种情况作分别的考虑。 由上所述我们知道基本的分拣单位可分为托盘( p ) 、箱( c ) 、单品( b ) 三种， 当配送中心的货物储存单位和分拣单位均确定后，那么基本的分拣模式也就可 以确定了。一般以托盘为分拣单位的货品体积和重量最大，其次为箱，最小者 为单品。其基本分拣模式见表2 2 所示。 7 发 一 库货一 一 出 一 鱼皂 硕士学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 表2 - 2p c b 基本分拣模式分类 序号储存单位分拣单位记号 1 托盘托盘 p p 2 托盘托盘+ 箱 p ，p + c 3 托盘箱 p c 4 箱箱 c c 5 箱单品 c b 6 箱 箱+ 单品 c c + b 7 单品 单品 b b 通过订单资料分析，可知卷烟订单的最小单位基本为条烟，因此我们将条 烟确定为卷烟的主要分拣单位，对于整件卷烟我们作为辅助分拣单位，进行单 独处理。由于卷烟的存储单位为托盘，而卷烟的分拣单位为条烟和少量整件烟， 因此我们可以得出卷烟的分拣模式为：p c + b 。 2 2 2 分拣系统作业方法 配送中心拣选的种类，随着科学技术的发展也在不断地演变，拣选作业种 类越来越多。拣选方式1 5 2 j 【5 3 j 可以从不同角度进行分类：按订单组合，可分为按 单拣选和批量拣选；按人员组合，可分为单独拣选方式( 一人一件式) 和接力拣 选式( 分区按单拣选) ；按运动方式，可分为人至货前拣选和货至人前拣选等； 按拣选信息不同又可以分为拣选单拣选、标签拣选、电子标签拣选、r f 拣选等 很多种【5 4 儿”j 。各种拣选方式之间的关系如图2 2 所示。 图2 - 2 分拣作业分类 1 按单拣选 这种作业方式是针对每一张订单，作业员巡回于仓库内，将客户所订购的 8 硕士学位论文 第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 商品逐一由仓储区挑出集中的方式，是较传统的分拣方式，俗称“摘取式分拣”， 也称为一次分拣。 优点： 作业方法单纯，导入容易且弹性大 订单处理前置时间短 作业员责任明确，派工容易、公平 分拣后不必再进行分类作业，适用于少品种大批量订单的处理 缺点： 商品品项多时，分拣行走路径加长，拣取效率降低 拣取区域大时，搬运系统设计困难 少量多次拣取时，造成分拣路径重复费时，效率降低 2 批量拣选 把多张订单集合成一批次，按商品品项将数量加总后再进行拣取，拣取完 后按客户订单别作分类处理，称为二次分拣，其中第一段按产品类别汇总后一 次拣出，第二段将同一产品按客户订单进行分配，俗称为“播种式拣取 。此种 作业方式之优缺点如下： 优点： 适合订单数量庞大的系统 可以缩短拣取时行走搬运的距离，增加单位时间的拣取量 对少量，多频率的配送，批量拣取非常有效 可以实现复核功能 缺点： 对到来的订单无法做及时的反应，必须等订单达到一定数量时才做 一次处理，因此会有停滞的时间产生。( 只有根据订单到达的状况做等候分 析，决定出适当的批量大小，才能将停滞时间减至最低) 3 单独拣选 单独拣选方式即一人持分拣单进入分拣区分拣货物，直至将取货单中内容 完成为止；此种作业方式的优缺点如下： 优点： 分拣简单，出错率低 不需要进一步分类处理 缺点： 分拣过程的不固定性 需要耗费更长的行走时间 9 硕士学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 4 分区拣选( 接力拣选) 分区分拣方式是将分拣区分为若干区，由若干名作业者分别操作，每个作 业者只负责本区货物的分拣，携带分拣单的分拣小车依次在各区巡回，各区作 业者按分拣单的要求分拣本区段存放的货物。 分区分拣有两种方式：分区接力分拣、分区汇总分拣。 分区接力分拣指一个区域分拣完移至下一区段，直至将分拣单中所列货物 全部分拣完。该分拣方式分拣单即订单，不需要对订单拆分。 分区汇总分拣指将一张订单拆成各区域所需的分拣单，再将各区域所拣取 的商品汇集一起。 此种作业方式的优缺点如下： 优点： 将订单分解，能降低总的行走时间 每个人负责自己熟悉的一部分，能够提高分拣效率、降低出错率 缺点： 需要进行二次分拣 货物的分区原则需要不断改进，才能最大限度提高效率 5 复合分拣方式 上面的四种分拣方式为基本的分拣方式，按单分拣与批量分拣为按订单一 次处理多少划分。单独分拣和分区分拣为按分拣人员多少划分。 复合分拣为四种基本分拣方式的组合运用。组合方式如表2 - 3 所示： 表2 - 3 分拣作业方式比较 按单拣选批量拣选单独拣选分区拣选 ( 一单)( 多单)( 一人)( 多人) 按单拣选( 一单) 方式1方式3 订单 批量拣选( 多单)方式2方式4 单独拣选( 一人)方式1方式2 人员 分区拣选( 多人)方式3方式4 方式l ：一人一单式分拣 一张订单由一个人从头到尾，负责拣取完毕。此种分拣方式的分拣单，只 需将订单资料转为分拣需求资料即可。 方式2 ：一人多单式分拣 主要是应用在一天中每一订单只有少数品项的场合，为了提高输配送的装 载效率，故将多张订单汇整成一张分拣单，由一人一次拣取后，集中捆包出库。 方式3 ：多区一单式分拣 1 0 硕士学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 将储存或分拣区划分成几个区域，一张订单由各区人员采前后接力式或分 区汇总式完成。前者只需一张分拣单，不需将一张订单拆成几张分拣单；后者 需要将一张订单拆成各区域所需的分拣单，再将各区域所拣取的商品汇集一起。 方式4 ：多区多单式分拣 多张订单合并后按照分区分拣方式分拣完成，同样分为接力式和汇总式两 种。 按单分拣和批量分拣是两种最基本的分拣方式。比较而言，按单分拣弹性 交大，临时性的生产调整较为容易，适合少品种、大批量的客户订货，订货大 小差异较大，订单数量变化频繁，有季节性趋势，且货品外形体积变化较大， 货品特性差异较大，分类作业较难进行的物流中心。批量分拣的作业方式适用 于订单大小变化小，订单数量稳定，且货品外形体积较规则，及需流通加工的 物流中心。 以上5 大类分拣方式，可以组合使用。在物流中心规划中要根据不同类别 的商品属性选择不同的分拣作业方式，一个物流中心可以有多种分拣方式共同 运作。 2 2 3 卷烟分拣策略 分拣策略【2 5 】【2 6 】的运用是分拣作业系统规划中最重要的环节，对不同的订单 需求应采取不同分拣策略。决定分拣策略得四个主要因素是：分区、订单分割、 订单分批和分类。这四个主要因素交互运用可产生多个分拣策略。 1 分区策略 分拣分区的设计要充分考虑储存分区的设黄，使其能够和储存分区相配合。 按照不同的方式我们可以有以下几种分区步骤和方法。 1 ) 货品特性分区：就是根据货品原有的性质，将需要特别储存搬运或分离 储存的货品进行分隔，以保证货品的品质在储存期间保持一定。在分拣单位的 决定过程中，货品特性分组己将货品按其特性分类完成，接下来要做的就是根 据不同的分组特性设计储存区域，该过程的原则是尽可能使用共同设备，以使 设置操作成本降低。 2 ) 储存单位分区：同一货品在特性分区内可能因储存单位不同而分别储放 在两个以上的区域，这种按储存单位划分的区域称为储存单位分区。货品储存 单位已在分拣单位的决定中求出，因此只需将货品特性分区中具有相同储存单 位的货品集中，便可形成储存单位分区。 3 ) 分拣单位的分区：在同一储存单位分区内，有时又可按分拣单位的差异 再作分区设计，如a s r s 自动仓储系统及托盘货架都是以托盘为储存单位， 硕+ 学位论文第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 a s r s 自动仓储系统又以托盘为取出单位，而托盘货架则以箱作为分拣单位。 4 ) 分拣方式分区：分拣方式除有批量分拣和按单分拣的分别外，还包括搬 运、分拣机器设备等差异，如想在同一分拣单位分区之内，采取不同的分拣方 式或设备时就必须考虑分拣方式的分区。通常分拣方式分区中要考虑的重要因 素是货品被订购的机率以及订购量。机率和订购量越高应采取越具时效的分拣 方式和设备。 5 ) 工作分区：按分拣人员负责的分拣工作范围进行分区，一般先订出工作 分区的组合并预计其分拣能力，再计算出所需的工作分区数。一般工作分区数= 总分拣能力需求单一工作分区预估分拣能力。 2 订单分割策略 当订单上的货品项目较多，或者分拣系统要求及时快速处理时，为使其能 在短时间内完成分拣处理，可将订单分成若干子订单交由不同分拣区域同时进 行分拣作业。将订单案分拣区域进行分拣的过程叫订单分割。 订单分割一般是与分拣分区相对应的，对于采用分拣分区的配送中心，其 订单处理过程的第一步就是按区进行订单分割，各个分拣区域根据分割后的子 订单进行分拣作业，各分拣区域子订单分拣完成后，再进行订单汇总。 3 订单分批策略 配送中心分拣作业中的订单分批是为了提高分拣作业效率而把多张订单集 合成一批，进行批次拣取作业，其目的是缩短拣取时平均行走搬运的距离和时 间。若再将每批次订单中的同一商品品项加总后拣取，然后再把货品分类给每 一个顾客订单，则形成批量拣取，这样不仅缩短了拣取时平均行走搬运的距离， 也减少了重复寻找储位的时间，而使拣货效率提高。批量拣取特别适合于品项 数少而订单数量大的系统，愈是少量多次的配送，批量拣取就愈有效。 1 ) 总合计分批 合计分拣作业前所有累积订单中每一商品项目的总量，再根据这一总量进 行拣取，以将拣取路径减至最短；同时储存区域的储存单位也可以单纯化，但 需要有功能强大的分类系统来支持。这种方式适用于固定点之间的周期性配送， 可以将所有的订单在中午前收集，下午作总合计量分批拣取单据的打印等资讯 处理，第二天一早进行拣取分类等工作。 2 ) 时窗分批 当从订单到达到分拣完成出货所需的时间非常紧迫时，可利用此策略开启 短暂而固定的时窗，如五分钟或十分钟，再将此时窗中所到达的订单做成一批， 进行批量拣取。这一方式常与分区及订单分割联合运用，特别适合于到达时间 短而平均的订单形态，同时订购量和品项数不宜太大。 1 2 硕士学位论文 第二章卷烟配送中心分局方法基础理论 3 ) 固定量订单分批 订单分批按先到先处理的基本原则，当累计订单量到达设定的固定量时， 再开始进行分拣作业。适合的订单形态类似于时窗分批，但这种订单分批的方 式更注重在维持较稳定的作业效率，而在处理的速度上平均较前者慢。 4 ) 智能型分批 智能型分批是将订单汇总后经过较复杂的计算机计算，将分拣路径相近的 订单分成一批同时处理，可大量缩短分拣行走搬运距离。采用这种分批方式的 配送中心通常将前一天的订单汇总后，经计算机处理在当天下班前产生次日的 分拣单据，因此对紧急插单作业处理较为困难。 4 分类 当采用批量分拣作业方式时，分拣完后还必须进行分类，因此需要相配合 的分类策略。分类方式大概可以分成两类。 1 ) 分拣时分类 在分拣的同时将货品按各订单分类，这种分类方式常与固定量分批或智能 型分批方式联用，因此需使用电脑辅助台车作为分拣设备，才能加快分拣速度， 同时避免错误发生。较适用于少量多样的场合，且由于分拣台车不可能太大， 所以每批次的客户订单量不宜过大。 2 ) 分拣后集中分类 分批按合计量分拣后再集中分类。一般有两种分类方法，一是以人工作业 为主，将货品总量搬运到空地上进行分发，而每批次的订单量及货品数量不宜 过大，以免超出人员负荷。另一种方法是利用分类输送机系统进行集中分类， 是较自动化的作业方式。当订单分割愈细，分批批量品项愈多时，常使用后一 种方式。 以上四大类分拣策略因素可单独或联合运用，也可以不采用任何策略，直 接按单分拣。 2 2 4 常用卷烟自动半自动分拣设备 1 电子标签卷烟分拣系统 电子标签分拣系统【5 6 】是目前在国内应用较早较为广泛的卷烟分拣系统，电 子标签分拣系统具有投资少、易操作、效率高等特点，比较适应中小配送中心 的分拣需要。该系统是由数字化辅助分拣系统( d p s ，又称电子标签) 、带式输送 机、货架、激光打码机、控制p c 、标签打印机