（机械设计及理论专业论文）基于电子标签的配送中心分拣系统的研究与设计.pdf

武汉理丁人学硕士学位论文 摘要 基于电子标签的配送中心分拣系统以中央计算机为控制上位机，以多组安 装在货物储位上的电子标签为下位机。该系统通过中央计算机控制电子标签的 指示灯信号、蜂鸣器声音、数码显示等信号，使作业人员正确、快速、轻松地 完成补货和出货任务。它具有弹性控制作业时间、即时现场控制、紧急定单处 理等功能，从而达到有效降低拣货错误率、加快拣货速度、提高工作效率、合 理安排拣货人员行走路线等目的。 统计数据表明，配送中心的拣货作业是最繁重、最易出错的工作。电子标 签辅助分拣系统是计算机辅助拣货最常用的方式之一。在配送中心出入库作业 时，系统通过电子标签显示订单号、订货数量等信息，向拣选作业人员及时、 明确地下达补货和出货指示，因此具有加快拣货速度，降低拣货错误率，免除 表单作业等优点。 首先，本文对配送中心分拣系统的理论基础做了详细的整理与论述，提出 并分析了影响分拣系统高效运作的主要因素及分拣系统的效率评估方法。在这 一部分，重点研究了各种不同的分拣策略及其实现条件，以及拣选信息的不同 处理方法，作为后文引入电子标签辅助分拣系统的铺垫。 然后，本文对电子标签辅助分拣系统中的下位机主元件的硬件结构作出科 学的解析，包括电子标签中通信部分、人机交互部分、存储部分、声光部分、 电源部分的单片机结构的介绍与研究。 第三，本文重点研究了电子标签辅助分拣系统的组成结构及工作流程，以 及适用于本系统的通信总线方案及通信协议，设计出一套可行的通信格式，经 实验证明能使主控p c 机与电子标签正常通信。本文在此基础上，设计出一套 完整的上位机控制程序，实现了订单数据的分批、分割处理，以及拣货作业中 上、下位机之间的信息发送与反馈。 最后，本文提出了对拣选作业系统科学评估的各种指标及模型，对电子标 签辅助分拣系统所采用的不同订单分批策略进行比较、评价，并研究了对配送 中心出货资料进行统计分析的t e i q 方法及其实旌应用过程。 关键词：电子标签，分拣系统，通信协议，管理信息 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t 乃ep i c k i n gs y s t e mi nd i s t r i b u t i o nc e n t e rw h i c 矗b a s e d0 1 1e l e c t r o n i cl a b e lt a k e s c e n t r a lc o m p u t e ra sc o n t r o l l e ra n de l e c t r i a ll a b e l sa ss l a v ee q u i p m e n tw h i c ha t t a c h o ns t o r a g e i nt h es y s t e m ，t h ec e n t r a lc o m p u t e rh e l pw o r k e r sd e a l i n gw i t ht a s k so f r e p l e n i s h m e n ta n dp i c k i n gc o r r e c t l ya n dq u i c k l yb ys h o w i n gs i g n a l ss u c ha sd i g i t a l l i g h ta n dv o i c eo fb u z z e r t h es y s t e mc a np e r f o r mc o n t r o l l i n go p e r a t i o nf l e x i b l y , r e a l i z i n gr e a l - t i m ef e e d b a c k ，h a n d l i n ge m e r g e n c yo r d e rs oa st oa c h i e v et h ep u r p o s e o fa v o i d i n gm i s t a k e ，a c c e l e r a t i n go p e r a t i o n ，i m p r o v i n ge f f i c e n c ya n da r r a n g i n gp a t h o fw a l k i n gr a t i o n a l l y t h es t a t i s t i cd a t ai n d i c a t et h a tp i c k i n gi st h em o s to n e r o u sa n df a l l i b l ep r o c e s s i nd i s t r i b u t i o nc e n t e r e l e c t r o n - l a b e l - a i d e dp i c k i n gs y s t e mi st h em o s tu s u a lm e t h o d s i nc o m p u t e r - a i d e dp i c k i n g i ts e n di n d i c a t i o n so f r e p l e n i s h m e n to rp i c k i n gt ow o r k e r s p r o m p t l ya n dd e f i n i t e l yb ym a k i n ge l e c t r o n i cl a b e l ss h o wt h ei n f o r m a t i o ns u c ha s o r d e rn u m b e ra n dq u a n t i t y s oi th a st h ea d v a n t a g e so fp a p e r l e s s ，f e wm i s t a k ea n d l l i g he f f i c i e n c y f i r s to fa l l ，t h i sa r t i c l es t a t e st h et h e o r yo fp i c k i n gs y s t e ma n dp u tf o r w a r d f a c t o r sw h i c he f f e c tp i c k i n ge f f i c i e n c ya n dp r o p o s ee v a l u a t i o nm e t h o d s e m p h a s i si s p l a c e d o nt h e s t r a t e g i cp l a n n i n ga n dr e a l i z i n ga n dt h ep r o c e s s i n gm e t h o d o f o r d e r s a l lt h e s ea r eu s e dt ol e a du st ot h ef o l l o w i n gr e s e a r c ho fe l e c t r o n 1 a b e l a i d e d s y s t e m s e c o n d l y , t h ea r t i c l ea n a l y z e s 也eh a r d w a r e ss t r u c t u r eo ft h es l a v ee q u i p m e n ti n t h es y s t e m ，s u c ha st h es i n g l e c h i p sw h i c ha r eu s e dt oc o m m u n i c a t i o n ，o rt h ep a r t so f h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n m e m o r y , a c o u s t o - o p t i ca n de l e c t r i cp o w e rs o u r c e t h i r d l y , i tc a r r i e so u tas t u d yo nt h ec o m p o s i t i o na n dw o r kf l o wo ft h e e l e c t r o n 1 a b e l a i d e ds y s t e m ，c o m m u n i c a t i o nb u sa n dp r o t o c o lt h a tf i tt h i ss y s t e mi s a l s os t a t e s as u i to fc o m m u n i c a t i o nf o r m a ti sd e s i g n e da n dt h ee x p e r i m e n tr e s u l t s h o w e dt h a ti tc a l lb e u s e dv e r yw e l lo nt h ep r o c e s so fi n f o r m a t i o ne x c h a n 西n g f i n a l l y , i td o e sm u c hr e s e a r c ho nt h ei n d e xa n dm o d e l sw h i c ha r eu s e df o r e v a l u a t i n gp i c k i n ge f f i c i e n c y i tc o m p a r e dd i f f e r e n tw a y so fb a t c ho p e r a t i o nt o w a r d o r d e r s t e l e ，ak i n do fs t a t i s t i c a la n a l y s i sm e t h o dw h i c ha c c o r d i n gt ot h ep i c k i n g s y s t e m ，i su s e dt od e a lw i t ht h eh i s t o r yp i c k i n gd a t aw h i l et h i sa n a l y s i sc a np r o v i d e q u a n t i f i c a t i o nr e f e f e n c ef o rp l a n n i n gt h es y s t e mt om a k ei tl n nm o r ee f f e c t i v e k e yw o r d s ：e l e c t r o n l a b e l ，p i c k i n gs y s t e m ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ， m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个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，除了文中特别加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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生( 签名) ：逝日期：掣 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ： 纨叠导1 ) i l i ( 签名) ：e l 期：掣 武汉理工火学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的与意义 1 1 1 课题的来源 本研究课题来源于河南中新环保物流设备有限公司。 1 1 2 问题的提出 配送中心的拣选作业，即在配送中心发货的过程中，针对客户的订单，将 每个订单上所需的不同种类的商品，由仓库或配送中心取出集中在一起，包括 拆包或再包装等作业。随着市场竞争日趋激烈，零售点对于商品配送的需求， 转为多样少量、高频率的配送方式。为了满足诸如便利商店、百货公司、超级 市场、量贩店的配送方式，使得整个拣选作业更趋于复杂化。 对于如何满足客户，以达到在正确的时间内，将正确的商品及数量，以最 好的产品状态与服务品质，在最低的运送成本下，送到正确的场地，正确的客 户，依赖于整个仓库或配送中心各项作业的相互配合。但不可否认的是，拣选 作业的快慢及正确与否，将直接影响对客户的服务品质。 从仓库或配送中心的运作成本分析角度来看，在整个仓库或配送中心的作 业中，拣选作业可以说是人力、时间及成本投入最多的作业。根据统计资料显 示，拣选作业的人力投人占整个仓库或配送中心的4 0 一5 0 1 1 1 ，时间投入则占 3 0 一4 0 ，人工成本则占整个仓库或配送中心作业成本的1 5 2 0 。在收发 货、存储和拣选的总成本对比中，拣选成本比例最高，见图1 - 1 。而对拣选作 业进一步分析表明，各动作占拣选全部作业时间的统计比例如图1 2 所示。 武汉理t 人学哦l 哔位论文 图1 - 1 拣选作业的成本比例图1 - 2 拣选作、i i = 各项动作的时问构成 拣货作业的成本在物流费用中占的比例很大，为了减少这一部分的成本， 目前越来越多的企业已经关注如何让拣货员以最短的时间内完成拣货流程。欲 提高拣选效率必须设法减少哥找、拣取和搬运商品的时间。电子标签辅助拣 选正是为满足这一要求而出现的一种先进的拣选方式，它依靠明显易辨的储位 视觉导引，可简化拣货作业为看、拣、按三个单纯的动作。电子标签辅助拣选 系统中策略的有效实施可以实现拣选流程的无纸化操作，简化拣货动作，降低 拣货员思考和判断的时间，降低拣错率并节省人员找寻商品存放位置所花的走 动及寻找时间。根据行业经验，导入电子标签辅助拣选后，拣选正确率至少可 以提高1 0 倍，拣选作业效率是普通按单拣选的8 1 0 倍，是r f 辅助拣选的3 5 倍，可以大幅降低从订单收取至发货的准各时间。而且使用电子标签辅助拣 选系统可以减少对新拣货员工的培训时间，减少工作人员的数量，从而降低企 业的成本。 1 13 课题研究的目的 物流配送中心在全世界范围内蓬勃发展，新的运作与应用导致了一大批理 论与应用问题，从而推动了一系列的研究课题，如订单处理作业、采购作业、 进货作业、仓储管理作业、拣货及补货作业、流通加工作业、出货作业、配送 作业、会计作业等一系列配送中心作业流程的研究。 配送中心的核心是分拣作业。分拣作业是依据顾客的订赞要求或配送中心 的送货计划，尽可能迅速、准确地将商品从其储位或其他区域拣取出来，并按 一定的方式进行分类、集中、等待装送的作业过程。在配送作业的各环节中， 分拣是非常重要的一环，它是整个配送中心作业系统的核心。分拣作业系统则 武汉理工大学硕j ：学位论文 是描述进行拣货作业所采用的方法。不同的方法形成不同的分拣作业系统。配 送中心分拣系统规划是否合理、订单处理速度快慢、货物分拣的信息是否得当， 直接影响配送中心的服务质量、作业效率和物流成本。 分拣作业设计的目标是提升作业效率，降低误拣率。现代制造流通体制下 的仓库已经从保管型走向流通型，分拣作业所扮演的角色有如人体内的心脏， 其动力来自于客户的订单。根据所接受的订单信息，经由物流信息系统处理后 产生拣货单，再依据拣货单选取货品，搬运出库。即将正确的货品，在正确的 时间内配送给供应链的下一个节点。分拣作业设计的关键步骤是：订单资料分 析分拣规划条件设定分拣策略规划设备与信息系统功能规划 分拣系统决策的绩效评估。 本文将对基于电子标签的配送中心分拣系统的应用环境、分拣方法与技术、 分拣策略实现条件、电子标签系统结构、上位机管理控制以及系统绩效等方面 作详细的研究和分析。 1 1 4 课题研究的意义 物流配送在我国的发展时间较短，与经济发达的国家相比还存在着很大的 距离。几乎绝大多数的配送中心都只是充当着储存商品的仓库和按规定简单送 货的运输工具，在作业和管理方面还相当落后，对配送中心分拣作业系统的管 理和调度更是缺乏系统的研究和实践。有些配送中心虽然购置了先进的物流设 备，但由于对基础理论认识不深，未经仔细研究就盲目仿效，或不知如何着手 规划，结果造成系统效益不大，难以扩展或成本太高等问题。主要表现在： 储位没有编号或编号缺乏标准，按品名寻找商品不但费时，而且新手无法 胜任； 采用订购单拣货，订购单的品名顺序与储位顺序不符，需来回多趟才能拣 完一张订单； 储位不分区，单品拣货与整箱拣货混合在一起，导致作业混乱； 特卖品存放在货架上，储位空间太小，需要经常补货，造成拣货作业中断； 部分储位过高，需要借助梯子才能拣货，造成拣货费时； 拣货路线不流畅，拣货员常因相同的拣货路线，需要相互等待，或拣货路 径不明，致使拣货员行走搬运的距离过长； 拣货时采用徒手搬运，费时又费力； 3 武汉理工大学硕士学位论文 现代化程度极低：配送中心的作业基本上是手工辅以叉车和托盘作业；单 元化程度低，托盘的利用仅限于企业内部；货物的入库、出库、拣选、组配、 盘点等作业多为人工管理，差错率高；出货的外包装不加贴用于运输、送货的 条码。 因此，良好的分拣作业规划，对提高分拣效率乃至整个配送中心作业效率 起关键作用。 此外，良好的物流信息系统的支持与决策作用主要表现在几个方面：为物 流战略规划提供决策依据【2 】；为建立以顾客为中心的服务战略提供实施依据， 确立正确的顾客服务水平和物流保障系统【3 1 ；为客户的订单处理提供准确可靠 的作业指令，订单处理过程是作业指令的发出和进行具体的生产、运输、仓储、 配送等方面的执行命令过程，有了及时准确的作业命令，才会有准确率高的物 流作业活动1 4 】；为物流基础设施投资提供项目可行性建议；为物流绩效评价提 供基础数据和指标体烈引。 电子标签辅助拣选系统的引入，成功地提高了拣选作业的效率。此系统是 一套安装在货物储位上的电子装置，由与p c 机连接的d a t a 数据控制器连接 并控制这些电子装置，借助指示灯与数字显示引导拣货员快速、准确、轻松地 完成拣货工作。在系统中电子标签取代拣货单，可以在储架上显示拣货信息， 拣货员只需依照电脑指示执行拣货作业，电子标签上有- , 5 灯，灯亮表示该储 位的商品是待拣商品；电子标签中间有多个字位的数码显示器，可显示拣货数 量：如此，拣货员可根据通道指示，跳过无拣货指示的通道，进入有拣货指示 的通道，在储架通道行走，看到灯亮的电子标签就停下来，并按显示数字来拣 取该商品所需的数量。整个系统具有弹性控制拣货作业流程，即时现场监控、 紧急订单处理和缺货通知等强大的功能。 1 2 课题研究现状 随着用户需求向小批量多样化方向发展，配送中心配送货品的种类和数量 急剧增加，分拣作业在配送中心作业中所占的比例也越来越大，成为最耗费人 力和时间的作业。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， 于是分拣作业的效率将直接影响着配送中心的作业效率和经营效益，也是配送 中心服务水平高低的重要因素。 4 武汉理工大学硕士学位论文 在配送中心的拣选业务的研究中，目前国内外主要有两方面的研究方向。 一方面是针对硬件设备与控制系统的拣选路径优化问题，如利用蚁群算法实现 拣选路径优化；另一方面是对拣选作业数据信息与分析决策问题，华南理工大 学、中国人民大学、华中科技大学、浙江大学等国内高等院校的学者都进行了 定性与定量的研究，国外的学者专家如美国麻省理工学院d i m i t r i s b e r t s i m a s 、 r o b c r t m f r e u n d 和m a r c h ，j g a ，w ：l w i n s t o n ，j e r e m y s h a p i r o 6 j 1 7 j 等学者也 做了部分相关内容的研究工作。 欧美日等国的配送在配送规模、配送手段先进和配送方式多样方面己发展 到了很高的水平，已经成为一种普遍的现代化物流方式。在分拣作业系统中主 要表现在充分运用条码技术、e d i ( e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ，电子数据交换) 、 p o s ( p o i n to f s e l l s ，销售点) 系统；自动识别系统、自动分拣系统、自动存取 系统、自动导向车、货物自动跟踪系统；计算机辅助拣货、配货等。 上海海烟物流发展有限公司【8 1 1 9 l 在物流中心系统建设之初的需求分析阶 段，对出库的卷烟品种数、出入库频率以及配送订单结构进行了科学细致的分 析，发现订单之间差异很大，有些品种出库量很大，要求快速出库；出库频率 高的卷烟集中在某几个品种；有些订单又是多品种、小批量的。针对这样的订 单结构，设计了三种不同的拣选系统，大批量出库的品种由s e n z a n _ i 高速拣 选系统处理，品种分散、订单量小的品种由a - f r a m e 系统处理，其它品种使用 电子标签拣选系统，而且在处理订单时考虑到了三个拣选系统时间的匹配。， 上海可的便利店物流中心【1 0 1 分：整箱商品拣货作业流水线和拆零商品拣货 作业流水线。前者：在对拣货频率分析和a b c 分类后，对拣货频率最高的1 0 种商品，直接在集货区用播种法配货。后者：对拣货频率高的a 类商品，采用 流利式货架、一对一电子标签和动力输送线，拆零后的空纸箱在流水线上层当 即回收。对拣货频率低的c 类商品，采用隔板式货架、多电子标签和动力输送 线。 同济大学的赵炯、张树京等1 1 1 】提出了一种新颖的利用网络技术和触摸屏进 行载人巷道堆垛机上的可视化拣选操作方案，配合存储货位分配策略和执行批 量拣选作业的优化顺序方式，可以提高自动化立体仓库中载人拣选作业方式的 工作效率，增加拣选操作的吞吐率。 宁波工程学院傅静芳1 1 2 】根据理想拣货作业的7 个要点，对电子标签加台车 的拣货模式效率低下的原因进行了分析，在此基础上提出电子标签加输送带的 5 武汉理工大学硕士学位论文 拣货模式，并设计工作流程。 李诗珍、李莉等【1 3 】【1 4 】1 1 5 】紧扣拣货作业的关键目标，介绍了8 种低成本的单 品拣货模式，并从生产力指标和人员配置两个方面对各种模式的效能进行了计 算分析，能为配送中心拣货系统的设计和选择合适的单品拣货模式提供依据。 宋齐军，胡声艳1 1 6 】针对零散拣货作业效率分析在物流中心流程设计中的意 义，给出了效率计算公式和影响零散拣货效率的参数，并绘制了不同参数对拣 货效率的影响曲线，为物流中心作业方式的选择提供一个参考依据。 早在2 0 世纪7 0 年代，西方发达国家即已开始应用物流配送系统，并在9 0 年代普遍应用。物流配送系统，尤其是自动化物流配送系统的发展和应用，从 技术方面讲，主要得益于两方面技术的快速发展：其一是微电子技术的发展， 即计算机技术、自动控制技术、数字识别技术、光电技术等；其二是计算机软 件技术的发展，主要是数据库技术、网络技术和信息系统技术等，这两者构成 了所谓的软硬件支持环境。随着物流配送系统的自动化，电子标签辅助拣选系 统也就诞生了，它也是物流系统无纸化的基础技术。当然，电子标签辅助拣选 系统只是物流配送自动化系统的一部分，它结合其他现代物流技术，如自动化 立体库系统、自动化输送系统、计算机技术及网络技术，共同形成现代物流系 统。 国外辅助拣货系统研究方面开始得比较早，比较典型的是日本爱鸥( a i o i ) 公司的l - p i c k 辅助拣货系统。该系统由p c 机、连接盒、电子标签组成，采用 t w 两线制电子标签。趟o i 公司是世界上最先开创d p s 应用的公司，自1 9 8 4 年成立以来，一直专注于电子标签产品的开发、生产和完善，其产品种类之多、 质量之稳定、应用领域之广，一直占据行业主导地位。该公司的l - p i c k 电子标 签拣货系统是含有电子标签硬件、计算机设备及电子标签应用软件的拣货系统。 是一套先进的、无纸化的电脑辅助拣货系统。该方案可以使仓库和分配中心的 订单处理过程简单化。具有快速的出库效率、简单的操作性和近于零的差错率 等特点。已经广泛地应用到物流配送的各个领域，包括医药、烟草、零配件、 日用百货、食品、服装等连锁行业。 国内在辅助拣货系统领域的研究起步较晚，主要集中在沿海经济较为发达 的区域，且多为引进技术。如上海上尚公司的a b l e p i c k 电脑辅助拣选系统。 上海上尚公司的a b l e p i c k 电子辅助拣货系统是一套安装在货物储位上的电 子装置，由电脑上安插的一片界面卡连接并控制这些电子装置，借由灯号与数 6 武汉理工大学硕士学位论文 字显示引导拣货人员快速、准确、轻松地完成拣货工作。a b l e p i c k 能弹性地 控制拣货流程，并对现场的拣货状况进行即时性的监控，而且能降低拣货错误 率，加快拣货速度，免除表单作业的不便与浪费，可节省部分的人力资源。该 系统有两种不同的应用模组：摘取式系统( d i g i t a lp i c k i n gs y s t e m ，d p s ) 、播种 式系统( d i g i t a la s s o r t i n gs y s t e m ，d a s ) ，具有弹性控制拣货作业流程、即时现 场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能。 1 3 本课题研究内容与路线 在物流配送中心，拣货作业是最繁重，也是最易出错的工作。传统的拣货 作业中，拣货员是根据拣货单上的数据进行拣货，工作量大，效率低，而且易 出错；同时，在管理上造成许多不便，使管理效率降低。因此，为提高物流分 拣系统的运行效率，实现物流分拣系统的现代化、信息化，实现物流分拣系统 与其他商务系统的接轨，有必要对传统的物流分拣作业模式、分拣策略进行一 些改造，融入现代的电子信息技术和设备。 本研究课题通过对配送中心分拣系统规划各环节进行分析研究，结合配送 中心分拣业务规划相关理论，从电子标签辅助拣选系统的分拣要素、分拣策略 的实现条件及实现方式、分拣系统管理、绩效分析、电子标签组成结构、管理 信息系统设计等方面做出了相关的分析与研究。 首先，本文对配送中心分拣系统的理论基础做了详细的整理与论述；提出 并分析了影响分拣系统高效运作的主要因素及拣选系统的效率评估方法。 然后，本文对电子标签辅助拣选系统中的下位机主元件的硬件结构作出科 学的解析，包括电子标签中通信部分、人机交互部分、存储部分、声光部分、 电源部分的单片机结构的介绍与研究。 第三，本文重点研究了电子标签辅助拣选系统的组成结构及工作流程，以 及适用于本系统的通信总线方案及通信协议，设计出一套可行的通信格式，经 实验证明能使主控p c 机与电子标签正常通信。本文在此基础上，设计出一套 完整的上位机控制程序，实现了订单数据的分批、分割处理，以及拣货作业中 上、下位机之间的信息发送与反馈。 最后，本文提出了对拣选作业系统科学评估的各种指标及模型，对电子标 签辅助拣选系统所采用的不同订单分批策略进行比较、评价，及出货资料的 t e i q 分析方法及其应用过程。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章配送中心分拣系统理论基础 2 1 拣选作业的功能、流程与要求 2 1 1 拣选的功能 拣选作业是按订单将一种或多种存储货物取出，按顾客要求整理组合，包 括拆包或再包装，并放置在指定地点的整套作业。 这里所说的订单是指拣选单、顾客订单、配送中心发货单、车间发料单等， 它是拣选所依赖的信息。订单对手工作业来说是不可或缺的，订单中每种要拣 取的货品单独一行列出，并列有数量，称为一个订单行或一笔，每次拣货员只 能拣取一种货品，即一个订单行。现代仓库或配送中心面向商店、工厂等客户， 一般来说，每张订单只一种货物的可能性很少，因此拣选主要是多行订单，拣 取作业包括查找存储在不同地方的货物、向货物存储处的多次来回行走、提取 货物和拣货确认等订单文件处理和其他工作。 从图2 - 1 可以看出拣选作业是仓库物料搬运和信息处理两种活动的综合， 拣选作业的目的在于正确且迅速地集合顾客所订购的商品。这也说明拣选作业 的难度，既要有搬运的费力过程，又要有信息的准确：同时拣选还与保管和发 货作业紧密相连，作业之间相互影响。从仓库或配送中心的运作成本分析角度 来看，在整个仓库或配送中心的作业中，拣选作业可以说是人力、时间及成本 投入最多的作业。 剐 裂 厂 蹈 倒 迎 圈 物料搬运f 司 l 一臣习匪圈曰7 i 订单状态| i 报告i 图2 1 拣选作业是物料搬运和信息处理的综合作业 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2 拣选的流程 拣选作业动作可以归纳分析出完整的拣选流程，即：生成拣货信息一查找 一行走一提取一分类与集中一文件处理【1 7 1 。 ( 1 ) 拣选信息的形成 拣选作业开始前，必须根据订单完成指示拣选作业的单据和信息。虽然有 些配送中心直接根据订单或公司的交货单作为人工拣选的工作单，但由于此类 订单容易在拣选作业过程中受到污损而导致错误发生，更重要的是无法标示出 产品的货位，指导拣货员缩短拣选路径，所以必须将原始的订单转换成拣选单 或电子信号，以便拣货员或自动拣取系统进行更有效的拣选作业。 根据拣货出货单位的不同、拣选信息表现手段的不同，以及对订单的处理 的不同方式( 即拣货策略) ，可以组合得到多种拣选方法。 ( 2 ) 查找 仓库内货物存储有不同的位置，尤其是大型仓库货架等存储位置非常多， 要找到所需的货物，必须进行查找。如上一个步骤中已由w m s ( w a r e h o s e m a n a g es y s t e m ，仓库管理系统) 生成包含货位信息的拣选资料，或者有电子标 签显示，查找很容易；否则必须建立规范的货位设置与管理方法，以简化查找。 ( 3 ) 行走 在拣选时移动最频繁，按行走时有无货物可分为行走和搬运。进行拣选时， 要拣取的货物必须出现在拣货员面前，这可以由“人至货 和“货至人 两类 不同的方式来实现。 。 ( 4 ) 拣取 当货物出现在拣货员面前时，接下来的动作就是接近货物、抓取与确认。 确认的目的是为了确定抓取的货物、数量是否与指示拣选的信息相同。实际作 业时利用拣货员读取品名与拣选单对比，或电子标签的按钮确认，更先进的方 法是利用无线传输终端读取条形码由计算机进行对比，或采用货品重量检测的 方式。准确的确认动作可以大幅度降低拣选的错误率，同时也比出库验货作业 发现更及时有效。 ( 5 ) 分类与集中 由于拣选策略的不同，拣取出的货品可能还需要按订单类别进行分类与集 中，拣选作业到此告一段落。分类完成的每一批订单的类别和货品经过检验、 9 武汉理工大学硕士学位论文 包装等作业然后发货出库。 ( 6 ) 文件处理 手工完成拣选作业，并核对无误后，需要作业者在相关单据上签字确认。 当然，在提取时如已采用电子确认方式，则由计算机进行处理。 2 1 3 拣选的要求 从上述功能及成本分析可以看出，所谓仓库或配送中心作业的自动化、省 力化，通常是以拣选作业及相应的存储和搬运方式为实施重点；此外，拣选的 时程及拣选策略的应用也往往是接单出货的时间长短的最主要的因素。同样的， 拣选的精确度更是影响出货品质重要环节之一。 现代物流对拣选作业的要求，从顾客服务的方向来看，主要有： 无差错地拣出正确的货物； 时间快，至少不影响后面的送货； 拣选后必要的包装和贴标签； 品种多，数量少； 订单跟踪； 完整的供应链服务和管理。 当然，前两项是最基本的要求，后几项是顾客提出的更高要求。现代物流 服务要满足，但又要有利润，作为成本占仓库总成本一半的拣选作业，应认真 对待。 从拣选作业系统设计来说，可以提供以满足上述要求的资源主要是人力、 信息、空间、设备和技术。要满足现代仓储物流作业对拣选提出的越来越高的 要求，就必须要考虑设备技术的选择和设施的详细布置，具体有以下工作： 仓库内部布置存储一拣选策略组合逻辑的研究，以提高拣选速度； 人工一拣选单位的各种组合的对比与选择： 空间质量或者说货物价值与空间成本的匹配。 其次，从拣选作业本身来说，拣选作业除了少数自动化设备逐渐被开发应 用外，大多是靠人工的劳力密集作业，以下“七不一无 1 1 8 】是仓库或配送中心 努力的方向。 不要等待一零闲置时间，以动作时间分析，人机时间分析方式改善。 不要拿取一尽量减少人工搬运( 多利用输送带、无人搬运车) 。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 不要走动一作业人员或机械行走距离尽量缩短，分区拣货，物至人拣取或 导入自动仓库等自动化设备。 不要思考一拣选作业时尽量不要有对拣选物的判断，即不依赖熟练工，且 降低差错率。 不要寻找一加强储位管理，减少作业人员寻找的时间。如拣选的w m s 自 动查找储位和电子标签显示的功能。 不要书写一尽量不要拣选单，实现无纸化作业。这要求要有自动化的 w m s 和p d a 手持条形码扫描设备和机载拣选显示计算机等先进设备。 不要检查一尽量利用条形码由计算机检查，同样也要有p d a 手持条形码 扫描等设备。 无缺货一做好商品管理、储位管理、库存管理、拣货管理。安全库存量、 订购时机、补货频率等状况利用计算机随时掌握。 因为目前拣选作业的自动化程度低，大量是人工作业。从图1 2 拣选作业 的动作分析来看，行走占据了拣选作业的最大比例，而它是不增值的活动，应 当是拣选作业中重点关注的动作和改进提高的主方向。 对于拣选作业，可参考以下合理化的原n - 存放时应考虑易于出库和拣选。这是在仓库设计时就要考虑的存储策略。 提高保管效率，充分利用存储空间。可采用立体化储存，减少通道所占 用的空间和采用一些专门的保管和搬运设备。鼍 ? 减少搬运错误。人工拣选时错误在所难免，除可用自动化方法外，还要 求拣货员能减少目视取物操作上的错误。可采用工业工程的方法，在作业批示 和货物的放置方面仔细研究。 作业应力求平衡，避免忙闲不均的现象。这要求计划安排、事务处理和 上下游作业环节的协调与配合。 2 2 拣选单位与方式 2 2 1 拣选单位 拣选单位与存货单位基本对应，但可能会因用户需要的细分而趋更小。一 般来说，拣选单位可分成托盘( p a l l e t ) 、箱( c a s e ) 及单品( b u l k ) 三种，即通 武汉理工大学硕士学位论文 常说的p c b 。以托盘为拣选单位的体积及重量最大，其次为箱，最小单位为 单品。这三种是标准的集装形式，除此之外，还要考虑非标准的货物。总之， 共有以下4 种拣选单位。 单品：拣选的最小单位，单品可由箱中取出，可以用人工单手拣取，尺 寸一般在1 0 c r a 3 以下，单边长不超过2 0 c m ，重量在1k g 以下。 箱：由单品所组成，可由托盘上取出，人工必须用双手拣取，尺寸一般 在1 0 c m 3 - 1m 3 之间，单边长不超过l m ，重量在l 。3 0 k g 。 托盘：由箱叠码而成，人无法用手直接搬运而必须利用叉车或托盘搬运 车等机械设备。 特殊品：体积大、形状特殊，无法按托盘、箱归类，或必须在特殊条件 下作业者，如大型家具、桶装油料、长杆形货物、冷冻货品等，都属于特殊商 品特性，存储和拣选时都必须特殊考虑。 按拣货单位划分的拣货方法有整盘拣货( p p ) 、整箱拣货( p c ) 、拆箱 拣货( c c ) 和( b b ) 等。 。 这里的箱是货物常见的包装形式，可以由工人手工方便搬运，而且可以规 则地堆码在托盘上，或者由传送带输运。箱子大量地堆在托盘上，拣选时一次 只能搬一个箱子，拣取数量多时就需要多次重复来回动作，而且需要较大的空 间容纳拣出的货物。这种作业可以描述为作业者( 可以是人或机械手) 的输入 是一个订单行，输出动作1 是提取一箱货物，动作2 是将该箱转移到另一个地 方( 拣选小车、人上型叉车、传送带等) 。此外，还有就是单品拣选，单品有一 种情况是包装在箱子内的，拣选时必须拆箱，因此又称为拆箱拣选( s p l i t t i n g c a s c p i c k i n g ) ，不像整箱货物是立方体可以由机械自动处理，拆箱拣选只能依靠人工。 根据这种人机物三者的组合特点划分出不同的拣选方法。 拣选单位是根据订单分析出来的结果而做决定的，如果订货的最小单位是 箱，则不要以单品为拣选单位。对库存的每一品项，都要作以上的p c b 分析， 以判断出拣选的单位，但有些同类货物可能因为有两种以上的拣选单位，则在 设计上要针对每一种情况作分区的考虑。 拣选单位越小，拣选工作量越大。，一般来说，在总库c d c ( c e n t r a l d i s t r i b u t i o nc e n t e r ，中央配送中心) 拣选单位较大；而在r d c ( r e g i o nd i s t r i b u t i o n c e n t e r ，区域配送中心) 中拣选往往是多品种小批量，拣选单位小，且要求时 间短，拣选作业最繁重。图2 2 是以箱为拣选单位的例子，左边是利用传送带 武汉理工人学顺1 学位论文 实现大量数量的拣选，右边是拣选量小时利用人上型叉车拣选f ”1 以_ 制警弋髑 鲤糖 荡：疆 在仓库或配送中心中，因为客户的订单大小不一，实际的拣选单位可能是 p c b 等的混合。例如在图2 - 4 中，左上部的托盘货架用于存储大量货物，可以 整托盘进出( 拣选) ；左中部是重力式货架，可用于以箱或单件作为单位拣选： 左下部重力式货架的托盘货物用于大量拣取，直接放到最右边的传送带上。拣 货员无纸化拣选，接受语音指令或电子标签显示。中间传送带上有一个物流周 转箱，用于装拣取的数量不多的货物，然后手工推走。 武汉月t 大学硕上学位论文 图2 4 综合拣选单位的作业 应当注意，拣选单位与基本库存单位( s k u ，s t o c kk e e p i n gu n i t ，或称最 小存货单位) 的联系与区别。对仓库旱的s k u ，不但要按货物名称，还要按型 号和规格来区分。例如可乐，单件商品包装有2 l 、12 5 l 、6 0 0m l 、5 5 0 m l 、 3 3 0m l 和2 2 5m l 等多种型号规格，则此6 种包装规格，每一种在仓库早都是 一个独立的s k u 。再如同一款式的服装，有规格、型号之分，还有颜色、搭 配之分，往往一款服装的s k u 就有几十种。对拣选来说，s k u 是订单上的一 行，即一种货品。而拣选单位可能是上述s k u 的最小单位。例如，上面提到 的可乐，以6 0 0 m l 是单瓶的，最小的拣选单位可能是单瓶的，也可能是整箱的， 如1 2 瓶一箱，还可能是整托盘的。 2 2 2 拣选行走方式 从图2 - 1 可以看到，拣选与存储和发货直接相连，互相影响，无论是采用 何种作业单位，这中间都伴随着一系列的物料搬运作业。就拣货来说，必须考 虑行走方式。行走方式主要有人至货、货至人m 晒大类。 ( 1 ) 人至货方式 人至货方式是最常见的，拣货员通过步行或搭乘拣选车辆到达货品储存位 置。人至货拣选肘，拣选货架是静止的，而拣货员带着活动的拣货车或容器到 拣选区拣选，然后将货物送到静止的集货点，或者将拣选的货物放置到输送机 械l ，前面图2 - 2 图2 - 4 都是人至货方式。 人至货的系统构成简单柔性高，可以不用机械设备和计算机支持。但所 需的作业面积较大、补货不方便、劳动强度高。人至货系统的存储设备有托盘 武汉理工大学硕士学位论文 货架、轻型货架、橱柜、流动货架或高层货架等静态存储设备；拣选搬运设备 有无动力拣选台车、动力牵引车、叉车、拣选车、有动力或无动力的输送机、 拣选式堆垛机和计算机辅助拣选台车。 图2 4 右边的方式也称为“货到传送带 法。拣选工作在输送机两边进行， 拣出的货物由作业者直接送到输送机( 集货点) ，或用容器集中后送到输送机( 集 货点) ，由输送机送到集货中心。因有输送机的帮助，拣货员的行走距离短，劳 动强度低，拣选的效率高，每小时每人可拣选1 0 0 0 件货物。 由于输送机将拣选作业区分成两个部分，在拣选任务不是均匀分布在两边 的货架时，不能协调两旁拣货员的工作节奏，同时也造成系统的柔性差、补货 不方便、所需的作业面积大。它的拣选搬运设备是“传送带 。因为有它们的存 在，存储区同时也是拣选区的通道较宽，以布置输送机械。 ( 2 ) 货至人方式 货至人方式则相反，主要行走的一方为被拣货物，拣取者在固定位置内作 业，无须去寻找货位。托盘( 或拣选选架) 带着货物来到拣选人员面前，供不 同的拣选人员拣取，拣出的货物集中在集货点的托盘上，然后由搬运车辆送走。 货至人方式可分为普通、闭环和活动的三种，对普通的货至人方式，拣货 员不用行走，拣选效率高，工作面积紧凑，补货容易，空箱和空托盘的清理也 容易进行，可以优化拣选人员的工作条件与环境。不足之处在于投资大，拣选 周期长。这种拣选方法的应用系统称为小件自动化仓储系统( m i n i l o a d a s r s 或a u t o m a t i cs m a l lc o n t a i n e rw a r c h o u s e ) 。 在闭环“货至人的拣选方法，载货托盘( 即集货点) 有序地放在地上或 搁架上，处在固定位置。输送机将拣选货架( 或托盘) 送到集货区，拣选人员 根据拣选单拣取货架中的货物，放到载货托盘上，然后移动拣选货架，再由其 他拣选人员拣选，最后通过另一条输送机，将拣空后的拣选货架送回。这种方 法的优点在于：拣选路线短，拣选效率高，系统柔性好，空箱和无货托盘的清 理容易，所需作业面积小，劳动组织简单。其缺点是：为了解决拣选货架的出 货和返回问题，仓库、输送机和控制系统的投资大；因顺序作业，造成作业时 间长等。提高这种系统的效率的关键，可通过拣选任务的批处理，减少移动的 拣选货架的数量，缩短拣选作业的时间。 活动的“人至货 拣选方法是拣货员( 或拣选机器入、高架堆垛机) 带着 集货容器( 集货点) 在搬运机械的帮助下，按照订单的要求，到货位拣选，当 武汉理工大学硕士学位论文 集货容器装满后，到集货点卸下所拣选物。由于此系统一般由机器人拣选，但 机器人取物装置的柔性较差，不能同时满足箱状货物、球状货物、柱状货物的 拣取，限制了它的应用。这种系统一般用在出库频率很高且货种单的场合， 是托