（机械设计及理论专业论文）基于电子标签的分拣系统的策略分析与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 基于电子标签的辅助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，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( 入 库) 和出货( 出库) 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。 通常，配送中心的拣货作业是最繁重、最易出差错的工作。电子标签辅助 分拣系统是计算机辅助拣货系统最常用的方式。配送中心计算机的出入库作业 管理通过电子标签显示订单、货名、数量等信息，向拣选作业人员及时、明确 地下达向货架内补货( 入库) 和出货( 出库) 指示。具有加快拣货速度，降低 拣货错误率，免除表单作业等优点。 本文以基于电子标签的分拣系统的策略实现为应用背景，着重介绍了此系 统的策略研究实现条件，并对数据库的设计、订单的查询处理以及发送、系统 的绩效方面作出了重点研究。主要工作如下： 首先介绍了基于电子标签的辅助分拣系统的应用背景，提出了在分拣系统 初步选择过程中涉及到的分拣方法与分拣技术的应用环境、不同分拣策略( 订 单分批、与订单分割以及订单下派等) 实现的条件、以及分拣系统的管理方法。 进而对电子标签辅助分拣系统的分析方法和系统通信协议进行了详细的介绍。 其次针对基于电子标签的分拣系统策略实现的关键策略与方法的研究，设 计了数据库，实现了订单的有效调用，分割以及发送。通过试验，有效的完成 了基于电子标签辅助分拣系统策略的实现研究。 最后文章对此分拣系统的绩效评估方法和指标作出了研究分析，定性分析 了不同指标在基于电子标签分析系统中的策略实现的影响。此外，本文还对订 单分批策略研究作出了一定的分析研究。 关键词：电子标签，分拣系统，策略，实现，绩效 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep i c k i n gs y s t e mb a s e do ne l e c t r i c a l l a b e lt a k e sc e n t r a lc o m p u t e ra s c o n t r o l l e ra n de l e c t r i a ll a b e l si nt h ep l a c eo fs t o c k i n g sa sc o n t r o l l e df a c i l i t i e s t h e c e n t r a lc o m p u t e rc a nc o n t r o li n d i c a t o rl i g h t ，v o i c eo fb u z z e ra n dd i 班a ld i s p l a yo f t h es y s t e m s ot h ew o r k e r s 啪c o m p l e t et h es u p p l ya n dp i c k i n gw i t he a s ea n dh j i g h e f f i c i e n c y t h es y s t e ma r ea l s oo ff l e x i b l ew o r k i n gt i m e ，j u s t - i n t i m ec o n r t r o l ， o p e r a t i n go fe m e r g e n c yo r d e ra n do t h e rf u n c t i o n s ，s oi tw i l lr e d u c et h em i s t a k eo f p i c k i n g , s p e e du pp i c k i n g , i m p r o v et h ee f f i c e n c ya n da r r a n g et h ep a t ho fp i c k i n g r a t i o n a l l y u s u a l l y , m o s tm i s t a k e sa p p e a ri np i c k i n g i nt h ed i s t r i b u t i o nc e n t r e ，b mt h e p i c k i n gs y s t e m b a s e df i l le l e c t r i c a ll a b e lc a l li m p r o v et h i ss i t u a t i o n c o m p u t e rp a s s e s t h ei n f o r m a t i o no fo r d e rn u m b e r n a m eo fg o o d sa n dt h eq u a n t i t yt oe l e c t r o n i cl a b e l s , a n ds h o w sw o r k e r sm a n yd e t a i l s s ot h i sc a ns p e e du pp i c k i n g , r e d u c em i s t a k e s ， m a k ef o r m su n n e c e s s a r ya n ds oo n t h ep a p e rt a k e st h es t r a t e ：g i e sr e a l i z a t i o ni nt h es y s t e mb a s e do ne l e c t r i c a l 船i t s b a c k g r o u n d , a n dt h e np r o v i d e sa ni n t r o d u c t i o no fl i m i t so fs t r a t e g i e sr e a l i z a t i o n t h e d e s i g no fd a t a b a s e ，i n q u i r yo fo r d e r , o p e r a t i o na n ds e n do fo r d e ri n f o r m a t i o na n d s y s t e me f f i c i e n c ya p p e a r e di nt h ep a p e r t h em a i nj o b so ft h ep a p e ra l ea sf o l l o w s ： b a c k g r o u n do fu s i n gt h es y s t e mi si n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h eo p e r a t i o ns i t u t i o no f p i c k i n gm e t h o d sa n dp i c k i n gt e c h n o l o g y , t h el i m i t so fp j e k i n gs t r a t e g i e sa n dt h e m a n a g e m e n to ft h es y s t e m s o m ee x p l a n a t i o n t ot h e a n a l y s i s m e t h o d sa n d c o m m u n i c a t i o nc o n t r a c t so ft h es y s t e ma r ea l s os h o w e dl a t e f d a t a b a s ea n dt h ei n q u i r yo ft h eo r d e ri m f o r m a t i o na l es o tu p ，a l s oi t so p e r a t i o n , w h i c ha r ea l lb a s e do ne l e c t r i c a ll a b e ls y s t e m a f e rm a n yt e s t s ，t h es t r a t e g i e s r e a l i z a t i o no fp i c k i n gs y s t e mb a s e do ne l e c t r i c a ll a b e l sc a no p e r a t es u c c e s s f u l l y t h ep a p e rp r e s e n t st h ee v a l u a t i o nm e t h o d sa n di n d e xo ft h es y s t e m ，a n da l s o p r o v i d e st h ei n f l u e n c eo fe v e r yi n d e x a tt h ee n d ，s o m ej o b sa r ed o n eo ns t r a t e g y o p t i m i z i n go fo r d e r sa s s o r l i n g k e yw o r d s ：e l e c t r o n i cl a b e l ，p i c k i n gs y s t e m ，s t r a t e g y , r e a l i z a t i o n ，e f f i c i e n c y i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 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、会计作业到经营监控等一系列配送中心作业流程【1 l 的研究。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，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 i 课题研究背景 1 1 1 国内外配送中心发展概况 物流配送中心是重要的现代物流基础设施。它从供应商处采购或进货，通 过拆装、归类、保管、流通加工和处理等作业，然后按照客户订货要求备齐货 物，以令人满意的服务水平进行配送。随着商品消费市场的不断发达，仓储周 转速度的逐渐加快，过去大批量的货物运输改为多批次、少批量，这就造成物 流成本上升、城市交通堵塞和环境污染等各项问题，采用“配送中心”这种新 型高效的物流模式是有效的解决办法。 1 ) 国外配送中心发展 世界上发达国家配送中心的发展各具特点，其除了具备基本功能外，为了 适应各国的需求特点，还发展了其他专项功制2 1 。例如，日本配送中心的特色 功能有：通过提高商品质量、增加商品品种、提高供货频率等方式强化供货枢 纽的战略功能，通过综合物流管理方式以控制物流成本的功能，通过增强应变 能力以适应物流量常随经营规模的发展不断变化的应变功能【3 l 。美国配送中心 的特色功能是特别重视单个消费者服务功能，即尽力满足顾客提出的各种要求。 加拿大配送中心的特色功能是重视批发商和零售商服务的功能。 同时在分拣系统等配送中心子系统规划设计中，各发达国家的规划原则也 有很大的差异。日本的配送中心大都规模适中，采用先进的自动分拣系统和无 线通讯设备。美国主要采用立体仓库以节约地价支出，但拣选等设备大都是采 用机械化或半自动化的，不盲目采用全自动设备【4 】。他们共同特点是均实现较 武汉理工大学硕士学位论文 成熟的电脑网络化管理，保证了配送的即时准确性，节约劳动力成本。我国的 台湾地区则推崇“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【5 i 。因此，台湾地区的 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。 2 ) 国内配送中心发展现状 我国配送中心发展较国外发达国家有明显滞后。实践证明，发展信息化、 现代化、社会化的新型物流配送中心是建立和健全社会主义市场经济条件下新 型流通体系的重要内容【6 】。经过近十年的实践探索，我国己建成了一批融商流、 物流、信息流为一体，集储存保管、集散转运、流通加工、商品配送、信息传 递、代购代销、连带服务等多功能于一体的现代化物流配送中心。但从总体上 看，我国的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 ，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 的麻烦川。 目前，配送中心优化问题的研究主要集中在六个方面：一是运用线性规划、 非线性规划，制定最优运输计划，实现物流合理化，如直达和可中转运输优化 问题研列“】【1 n l 。二是运用系统分析技术，选择货物的最佳配比及路径，实现优 化配送，如配送车辆调度问题的研究1 1 6 1 。三是运用存储论，确定经济合理的库 存量，实现物流的优化库存，如对多级库存控制问题的研究【1 7 1 。四是运用模拟 技术，对整个物流系统进行研究，实现物流系统的最优化，如物流配送中心规 划、配送体系建立问题的研纠2 1 i z z l 。五是通过电子商务模式，以配送中心为核 心，通过综合前端环境中的客户需求、供货商和后端的运输服务、质量和产品， 形成一个融企业业务流程为一体的综合配送体系刚。六是采用群组层次分析法， 运用二级模糊综合评判法，得到百分制数值的评价结果，用来表示配送中心配 送活动的绩效水平【3 1 l 。 但在我国物流配送中心优化理论研究中，仍存在一个巨大的问题，即部分 理论研究成果的可操作性不强。现代物流理论研究应该突破传统数学模型的框 架，运用各有关学科的最新成果，采用学科交叉的方式，开发符合我国物流配 送中心本身特点的研究方法和思路，将我国物流配送中心整体规划的理论水平 提高到一个新的层次，为我国物流规划工作提供切实可行的理论工具。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 2 配送中心分拣系统研究现状 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丽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。 分拣作业是依据顾客的订货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。 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1 2 5 j ：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 3 2 1 、r o b e r t m f r e u n d 3 3 j 和m a r c h j g a 【3 4 1 ，w l w i n s t o n 3 5 1 ， j e r e m y s h a p i r o ”j 等学者也做了部分相关内容的研究工作。 企业在物流作业中的成本包括运输、搬运、仓储、分拣等项成本。与此同 时，根据数据统计，一件商品的最终售价中的3 0 来源于物流成本。而在物流 成本的结构分析中，分拣作业和配送作业所占的比重又最大，分别为4 0 和3 9 、两项合计，商品价格中的几乎有1 4 的费用来自于物流作业中的分拣和配送 1 1 0 1 1 1 l 。进而从管理角度分析可知，物流的配送作业、包装运输、搬运等项目大 都发生在企业外或由第三方提供，影响成本的因素较多且不易利用管理手段进 行控制；另一方面，仓储的营运成本除了直接受到企业生产，销售和内部管理 的因素影响外，更直接取决于分拣质量和订单处理速度。所以，改进和优化分 拣作业，对于降低物流成本，具有事半功倍的效果。 分拣作业集中在配送中心内部完成。如何高水平地完成商品拣取、分货、 配货等理货工作，是配送中心的核心。由于大体积、大批量需求多采用直达、 壹送的供应方式，因此，配送的主要对象是中、小件货物，即配送多为多品种、 小体积、小批量的物流作业，这样使得分拣作业工作量占配送中心作业量的比 重非常大、而且工艺复杂，特别是对于客户多、需求批量小、需求频率高、送 3 武汉理工大学硕士学位论文 货时间要求高的配送服务，分拣作业的速度和质量不仅对配送中心的作业效率 起决定性的作用，而且直接影响到整个配送中心的信誉和服务水平。因此，迅 速准确地将顾客所要求的商品集中起来，通过分类配装及时送交顾客，是分拣 作业最终的目的。 在未来一段时间内，受生产要求和成本因素的制约。人工作业和自动化设 备相结合的作业形态仍是大多数物流配送中心的主要生产方式，物流中心是一 个劳动力相对密集的场所，其中5 0 的人力劳动直接和分拣作业相关，3 0 至 的工作时间也将消耗在分拣工作中。为分拣作业人员支付的企业成本占到 物流配送中心总成本的1 5 至2 0 。合理的分拣作业管理和规划模式，对于物 流配送中心的生产效率，是一个值得研究的课题。提高分拣准确率和订单处理 能力，也是物流配送中心工作的重点。 1 1 3 电子标签辅助分拣系统简介 电子标签辅助拣货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 货人员快速、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 上有一小灯，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：拣货员可根据通道指示，跳过无拣货的的通道， 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。 早在20 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，电子标签辅助拣货系 统也就诞生了，它也是物流系统无纸化的基础技术。当然，电子标签辅助拣货 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。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 4 国内外电子标签辅助拣货系统发展概况 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 l o d 公司【8 1 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。a i 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i 卅。 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 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式：摘取式系统( d p s ) 、播种式系统( 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 2 本课题研究主要内容和研究意义 1 ，2 。1 研究内容 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，拣货人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 5 武汉理工大学硕士学位论文 一些改造，融入现代的电子信息技术和设备。 本研究课题通过对其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，从电子标签辅助拣货系统的分拣要素、分拣策 略的实现条件及实现方式、分拣系统管理、绩效分析、数据库简单设计面向对 象实现等方面做出了相关的分析与研究。 1 2 2 论文研究意义 拣货作业的成本在流通业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企业如何让拣货员以最短的时间内完成拣货动 作。欲提高拣货效率，必须设法减少寻找、拣取和搬运商品的时间。目前常见 的拣货方式有订货单拣货、拣货单拣货、电子标签辅助拣货、r f 辅助拣货和 自动拣货等。 电子标签辅助拣货正是为满足当前物品流通的要求而出现的一种先进的拣 货方式。电子标签拣货系统是一种无纸化作业，藉由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。电子标签辅助拣货系统中策略 的有效实施可以实现拣货过程的无纸化操作，简化拣货动作，降低拣货人员思 考和判断的时间，以降低拣错率并能提高拣货效率，以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 拣货后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备时间。由于 使用电子标签辅助拣货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。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章配送中心分拣系统基础理论 2 1 配送中心分拣系统初步决策 2 1 1 分拣系统概述 在配送作业的各环节中，分拣作业是非常重要的一环，它是整个配送作业 系统的核心。在配送搬运成本中，分拣作业的搬运成本约占9 0 ，分拣时间约 占整个配送中心作业时间的3 0 4 0 。因此，合理规划分拣作业区，对满足 配送中心的能力要求和服务水平的提高具有决定性的影响。 分拣区内共有三个系统：分拣物流系统( 货架、补货、集货、输送) 、信息 系统和作业管理系统。分拣物流系统和信息系统决定了分拣作业的结构框架， 而系统的运作则由管理系统控制。分拣系统的规划包括分拣商品的储位规划、 作业规划和分拣物流系统规划。在此提出分拣系统作业合理化的几点原则： 1 ) 存放时应考虑易于出库和拣选。存放时对出入库频繁的货物应放在距离 出口较近的地方，这样可以缩短取货时间。 2 ) 减少拣选错误。拣选作业中，因品种多、数量大，时间紧、出错难免。 为了减少拣选错误，除利用机械化和自动化实现拣选效率外，优化拣货作业流 程和拣货策略也有一定的作用。 3 ) 作业力求平衡，避免忙闲不均的现象。拣选作业区合理规划，均匀分布 出货量较大的品种，避免作业不平衡现象。 4 ) 事务处理和作业环节要协调配合。调整物流和信息流，使两方面的作业 都没有等待时间。 5 ) 拣选作业的安排要和配送路线的顺序一致。配送车辆装货时必须考虑配 送顺序，而在出库区理货时也要考虑装载方便。 2 1 2 分拣方法与分拣技术 分拣系统的基本构成只有三个元素；分拣货架、集货点( 集货货架) 、分拣 人员。将其中一个元素静止不动，再和其它两个元素组合：或将其中两个元素 静止不动，与其它一个元素组合，就给出六种不同的分拣方法，即“人到货” 7 武汉理工大学硕士学位论文 分拣方法、分布式的“人到货”分拣方法、“货到人”的分拣方法、闭环“货到 人”分拣方法、活动的“人到货”分拣方法和分拣货架与集货点合一的分拣方 法。本节图示中的a 均表示空托盘，b 均表示储货货架。k 均表示分拣人员。 2 1 2 1 传统分拣方法 1 ) “人到货”分拣方法 这是一种传统的分拣方法。这种方法是分拣货架不动，通过人力拣取货物。 在这种情况下，分拣货架是静止的，而分拣人员带着活动的集货货架或容器到 分拣区拣货，然后将货物送到静止的集货点。如图2 - 1 所示。 o 盛翌巨登匿莲蹬圈 图2 - 1 人到货分拣方法图2 - 2 分布式的人到货分拣方法 这种作业系统构成简单，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。这种作业方式通过电子标签辅 助形式可以有效的控制作业劳动强度，提高正确率和拣货效率。 2 ) 分布式的“人到货”分拣方法 分拣货架静止不动，但分货作业区被输送机分开，如图2 - 2 所示。这种分 拣方法也简称为“货到皮带”法。 分拣工作在输送机两边进行，拣出的货物由人直接送到输送机( 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，分拣人员的行走距离短，劳动强度低，拣货的效率高，每小时每人可分 拣1 0 0 0 件货物。但输送机将拣货作业区分成两个部分，在分拣任务不是均匀分 布在两边的货架时，不能协调两旁分拣人员的工作节奏，同时也造成系统的柔 性差、补货不方便、所需的作业面积大。此分拣方法通过电子标签辅助的形式， 可以有效控制协调分区区域内的工作量，可以缓解作业的不均衡性，同时可以 提高正确率和拣货效率。 3 ) “货至人”的分拣方法 s 武汉理工大学硕士学位论文 人不动，托盘( 或分拣货架) 带着货物来到分拣人员面前，供不同的分拣 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( 图2 3 ) 。 囡一。国圉。闺 图2 3 货到人的分拣方法图2 - 4a s w 系统的实现 采用这种方法，分拣人员不用行走，分拣效率高、工作面积紧凑、补货容 易、空箱和空托盘的清理也容易进行，可以优化分拣人员的工作条件与环境。 不足之处在于投资大，分拣周期长。这种分拣方法的应用系统( 图2 _ 4 ) 称为小 容量自动化仓储系统( a u t o m a t i c s m a l lc o n t a i n e r - w a r e h o u s e ) 。这种分拣方式不 适合用电子标签辅助分拣的方式来进行分拣，因为采用货到人的分拣方法，货 物需要跟着托盘移动，而辅助分拣的电子标签是有电源线支撑的元件，这样通 过货物不断通过拣货人员的身旁进行拣货实现起来非常困难，目前来说不具可 操作性。 4 ) 闭环“货到人”的分拣方法 图2 5 闭环货到人的分拣方法图2 - 6 活动的人到货分拣方法 闭环“货到人”的分拣方法中载货托盘( 即集货点) 总是有序地放在地上 或搁架上，处在固定位置。输送机将分拣货架( 或托盘) 送到集货区，拣货人 9 武汉理工大学硕士学位论文 员根据拣货单拣取货架中的货物，放到载货托盘上，然后移动分拣货架，再由 其它的分拣人员拣选，最后通过另一条输送机，将拣空后的分拣货架( 拣选货 架) 送回( 图2 5 ) 。 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。其缺点有：为了解决分 拣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。同样这种分拣方式也不是很适合运用电子标签辅助分拣， 它存在与“货到人”的分拣方式相同的问题。 5 ) 活动的“人到货”分拣方法 这种分拣方法是分拣人员( 或分拣机器人、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，到分拣货架拣货，当集货容器 装满后，到集货点卸下所拣货物。系统简图见图2 6 。 由于此系统一般是由机器人拣货。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，这也就限制了它的应用。这种 系统一般用在出库频率很高、且货种单一的场合。此种方式采用电子标签辅助 分拣，可以极大的提高工作效率。 6 ) 分拣货架与集货点合一的分拣方法 这种分拣方法是分拣货架与集货货架一起运动，来到分拣人员( 或分拣机) 前，进行分拣的方式。这种方法仅是种基于理论的构想，因控制和输送技术 上的原因，在实际上并不可行。 传统得分拣方法是以人为中心，采用的是人工分拣方式。人工分拣不仅效 率低，费劳动力，而且拣错率很高。为了提高分拣效率和准确率，提高仓储的 服务水平，缩短分拣时间，必需采用自动化的分拣系统。 2 1 2 2 分拣物流技术 现代的分拣方法因其构成的物流技术不同，与传统的分拣方法存在很大差 别，可选择的技术有如下几种： ( 1 )分拣货架的运动状态：静态或动态； ( 2 )拣货运动方式：一维或二维； ( 3 )拣货方式：人工或机械： ( 4 )集货方式：集中或分布。 由此构成了如图2 7 所示的1 6 种结构，这些结构可包含所有的分拣方法和 所有的技术变异。 i o 武汉理工大学硕士学位论文 图2 7 分拣系统的结构分类 将各种分拣方法和分拣技术进行组合，可得到上百种的分拣系统。但从技 术可行性出发，只有少于5 0 种的方案具有使用价值。 1 ) 分拣货架的运动 图2 - 1 、2 - 2 ，2 - 8 表示的是静态货架，图2 3 、2 5 表示的是动态货架两种 方式。前面已经提到，动态的方式实际上不适合采用电子标签辅助分拣。静态 货架可以是分拣系统中的地面上的一个位置，也可以是组合示货架或抽屉式货 架。这种货架可在空间上将拣货区与补货区分开，如图2 8 、2 - 9 所示。 采用空间分割方式的缺点是要为补货专门增加通道。通道的宽度与补货单 元的大小及所采用的补货技术有关。如果将补货和拣货空间合一，则没有了专 门的补货通道。这种空间合一安排的优点是节约了土建面积，缺点是会降低分 拣的效率、不能做到及时补货、不能使补货过程实现自动化，但这些缺点可通 过随机安排货位及并排轮换补货的方法解决。 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 誊斤 彳霜 分捌 阐 嘲 用货集 空托盘 敷反匦鳗 图2 - 9 静态货架的补货方式 图2 8 静态货架的空间划分图2 - 1 0 步行拣货方式 2 ) 拣货运动 在静态货架的分拣系统中，分拣人员或机械到分拣货架的方式有如下几种： ( 1 ) 如图2 1 0 所示，分拣人员带着手推车步行拣货； ( 2 ) 如图2 1 1 所示，拣货机械如堆垛机在水平方向和垂直方向同时运动， 到达指定货位后，由人取货或将货叉伸出取货。其中，第一种方式属一维的拣 货运动方式；第二种方式属二维的拣货运动方式。 图2 1 1 堆垛机人力拣货方式 武汉理工大学硕士学位论文 与人员行走拣货相比，使用堆垛机运动拣货可充分利用仓储空间，并可缩 小拣货行走通道的宽度与长度。 3 ) 拣货及拣货技术 拣货可通过如下方式进行： ( 1 ) 人力拣货。如图2 1 2 所示，这种方式不需要技术支持； ( 2 ) 机械拣货。即人力操纵可回转的拣货设备，通过拣取装置拣货； ( 3 ) 自动拣货。如图2 1 3 所示，由机器人按计算机指令拣货；或通过分类 装置拣货。 图2 - 1 2 人力拣货图2 1 3 机器人与a g v 组成的分拣系统 人力拣货或机械拣货，应按人机工程学的要求，对拣货的空间进行设计。 机器人拣货时，货物的存放地点不能随意变动，但如果采用了c c d ( 电子耦合 器件) 后，机器人可通过传感器了解货物储位和包装的变化，并向机器人发出指 令，机器人就可自行变更预定的运动路线。分类装置拣货时，则应考虑每种分 类装置的适应范围，选择合适的分类装置。电子标签是辅助人力拣货，机械和 自动拣货则不需要电子标签辅助来拣货。 武汉理工大学硕士学位论文 b 、 c ) a 1 托盘、电瓶搬运车集货系统 b 滞货架的小车集货系统 曲集货容器与输送机构成的分布式系统 m 无集货容器的括动集货系统 c ) 自动集货系统 图2 1 4集货系统的几种可行方案 4 ) 集货技术与系统 集货系统包含集货地点、集货容器和集货输送系统。图2 1 4 给出了几种可 行方案。总之，可行的技术方案有： ( 1 ) 图2 - 1 ，2 - 3 ，2 - 1 0 所示的集中集货方式；图2 - 2 、和图2 1 2 所示的分 布式集货方式； ( 2 ) 货物的形态可以是松散状态和无容器的捆绑状态，或在集货容器中及 发货单元中： ( 3 ) 集货输送可采用拣货小车或输送机。 采用容器集货可使无包装的货物处于包装状态，从而减少包装所需要的人 工投入，达到降低分拣成本的效果。但集货过程中的货物不一定要用容器盛装， 拣取的货物可直接放在输送机上，由输送机送到集货点。采用这种方式，拣货 过程中，拣取货物的数量不受容器容积的限制，从而可使分拣工作不间断进行。 如果分拣装置有足够的空间。可设计一个蜂房结构，放置多个托盘或容器。 通过这种方式可同时完成一些较小的分拣任务。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 3 分拣策略研究 近年来客户导向的市场形态发展日愈成熟，为应对客户需求的多样性，物 流中心必须经过连续的集货、保管、拣取、分类、加工、配送等作业。拣货作 业的目的是在有限的时间内迅速正确的收集客户订单货品，以缩短客户从下订 单到收到货品的时间，同时能降低相关的作业成本。 2 1 3 1 分拣需求的采集 采集数据是为了有效地生成分拣指令。因此，能否及时收集客户的需求被 视为配送中心的服务水平高低的一个标志。数据采集的最简单方式是人工采集， 如指派专人通过邮件、通过电话或传真与客户建立联系，了解客户的订货要求 等。这种方式简单，但存在信息错误传递的可能，而这种错误还不易被发现。 同时信息采集过程是不连续的，因而存在着客户需求不能及时满足的可能。所 以有效的数据采集方式应该是自动的，如通过电子订货系统( w e b e d i ) 了解 客户的库存，达到连续补充库存的目的。同时也能便捷的发送及时的拣货数据 到电子标签，便于分拣。 2 1 3 2 分拣指令下派方式 根据客户需求的紧急程度、批量的大小和种类的多少，并考虑分拣的效率， 基于电子标签的辅助分拣方式的分拣指令下派可选择单订单、分拣单和多订单 混合三种方式。 1 ) 单订单方式 即针对每一份订单，分拣人员巡回于仓库内，按订单所列货物及数量，将 客户要求订购的货物逐一拣出，然后集中的拣货方式。 ( 1 ) 单订单拣取方式的特点 作业方法单纯，接到订单可立即拣货、送货，所以作业前置时间短； 作业人员责任明确，易于安排人力； 拣货区与商品存放区可以同时共用，不必进行事后二次分类作业； 商品品类多时，拣货行走路径加长，拣取效率较低； 拣货区域大时，搬运系统设计困难，而且为了保证拣货正确率，必须增 加核对流程。 ( 2 ) 适用条件 单订单拣取方式的处理弹性比较大，临时性的生产能力调整较为容易。适 合订单大小差异较大，订单数量变化频繁，季节性强的商品配送。商品外形体 武汉理工大学硕士学位论文 积变化较大，商品差异较大的情况下宜采用单订单拣取方式，如：化妆品、家 具、电器、百货、高级服饰等。如果订单中的货物种类较多，需要跨区分拣， 也可采用串联作业方式，提高分拣效率。 2 ) 批处理方式 批处理是通过延时方式，将多个订单集合，依商品类别将数量相加后，待 形成一定的批量后，再按照分拣分区下达分拣单，然后再按订单分类集中的一 种方法。采用这种方式，可以分区并行作业，缩短分拣周期，提高分拣效率。 ( 1 ) 批处理方式的特点 可以缩短拣取行走距离，单位时间的拣货量增加，尤其是在储位优化之 后，对生产率提高较为明显； 拣货完毕后一般会进行二次分类，如此两阶段作业闻可以互相检查，使 整体拣货作业的准确率提高； 必须等订单累积到一定数量再做处理，会有停滞时间产生。 ( 2 ) 适用条件 批处理方式通常在系统化、自动化设置之后，作业速度提高，而产能调整 能力减小的情况下的情况下采用，适合订单变化较小，订单数量稳定的配送中 心和外形较规则、固定的商品出货，如：箱装、扁袋装的商品。其次需要进行 流通加工的商品也适合批量拣取，再批量进行加工，然后分类配送，有利于提 高分拣效率及加工效率。 3 ) 多订单复合方式 为克服单订单拣取和批量拣取的缺点，配送中心也可以采用将单订单拣取 和批处理拣取组合起来的复合拣取方式。复合拣取即根据订单的品种、数量及 出库频率，确定哪些订单适应于单订单拣取，哪些适应于批量拣取，分别采取 不同的拣货方式。 2 1 3 3 拣选策略实施 拣选策略的运用是拣选作业系统规划中的最重要的环节，对不同的订单需 求应采取不同拣选策略。决定拣选策略的四个主要因素是：分区、订单分割、 订单分批及分类。 1 ) 分区策略 拣选作业系统中分区设计是按拣选作业场地作区域划分，应考虑拣选分区 和储存分区的部分。因此在设计拣选分区之前，必须先对储存分区进行了解、 规划，并配合物品电子标签物品和非电子标签物品的分区，才能使系统整体的 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 配合更加完善。具体可以分为如下5 种方法： ( 1 ) 货品特性分区； ( 2 ) 储存单位分区； ( 3 ) 拣选单位分区； ( 4 ) 拣选方式分区； ( 5 ) 工作分区。 2 ) 订单分割策略 当订单上订购货品项目较多，或是拣选系统要求及时快速处理时，为使其 能在短时间内完成拣选处理，可将订单分成若干予订单交由不同拣选区域同时 进行拣选作业，同时也要按照标签区和非标签区进行分割。将订单按拣选区域 进行分解的过程叫订单分割。订单分割要配合拣选分区结果，再决定订单分割 的大小范围。业务过程为：拣选分区订单分割子订单拣选订单汇 总。具体订单分割的方法很多，图2 1 5 ，2 1 6 示例两种主要的分割策略：。 图2 - 1 5 拣货单位分区订单分割图2 - 1 6 拣选方式分区订单分割 3 ) 订单分批策略 订单分批是把多张订单集合成一批，进行批次拣选作业，其目的是缩短拣 选时平均行走搬运的距离和时间，提高拣选效率。分批后要发送给电子标签的 数据就是一个总计的数据，而不再是单个订单的数据。分批处理有如下四种参 考原则： ( 1 ) 总量分批原则：即按货物品项，累积订单中的数量，待到达一定总量后 再进行拣货。适合于固定点间的周期性配送，需要有功能强大的分类系统来支 持； ( 2 ) 时窗分批原则：即按订单的发货时间要求，将某一固定时间窗内( 如5 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 分钟或者1 0 分钟) 能完成的订单作一批，进行拣货。这一方式常与分区及订单 分割联合运用，特别适合到达时间短而量平均的订单状态，同时订购量和品项 数不宜太大，此方式也适合于密集频繁的订单，且能应付紧急插单的需求； ( 3 ) 固定量分批原则：即按订单先进先出的原则，待订单数达到一定数量后， 再开始进行拣货，适合的订单状态类似于时窗分批，但这种订单分批的方式更 注重在维持较稳定的作业效率，而在处理速度上平均较前者慢； ( 4 ) 智慧型的分批原则：即在订单到达后，通过计算机将拣货路径相近的订 单集中处理，求得行走路线最优的订单分批。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拣选单据， 因此对紧急插单作业处理较为困难。 除以上的分批方式外，还有其他可能的方式，如按配送的地区、路线分批， 按配送的数量、车趟次、金额分批或按货品内容种类特性分批等。 4 ) 分类 当采用批量拣选作业方式时，拣选完后还必须进行分类，因此需要相配合 的分类策略。其大概可分为拣选后分类( s a p ) 和拣选时分类( s w p ) 两种。拣选后 集中分类可以由分类输送机完成或在空地上以人工方式分类。拣选时分类，一 般由计算机辅助拣选台车来进行，这种分类方式较适合与固定订单量分批及智 能型分批方式配合。 2 1 4 分拣系统的绩效分析 分拣系统的绩效可以用单位时间内拣取货物的数量表示，或用单位时间的 拣货单元，或周转箱数量、或拣货点访问数、或完成分拣任务数表示( 具体评 定指标详见第5 章) 。从人力分拣作业的四个基本过程可以看出，影响分拣绩效 的主要因素有如下四个方面： 1 ) 形成分拣指令的订单信息处理过程所需时间； 2 ) 行走或货物运动的时间； 3 ) 准确找到货位并确认所拣货物及其数量所需时问； 4 ) 拣取完毕，将货物集中分类的时间。 要提高分拣系统的绩效，应缩短上述四类作业所需要的时间。其中，订单 处理所需要的时间约占分拣时间的5 1 0 ，该时间可通过强化管理、优化分拣 货物的储位分配减少；分拣人员运动所需时间约占分拣时问的5 0 9 6 ，是影响分拣 绩效的最大部分。在采用静止货架分拣系统时，采用堆垛机进行二维的分拣运 武汉理工大学硕士学位论文 动、或采用带集货货架的电动小车，如 2 - 1 7 所示、或采用面积紧凑的贯通式 货架、或优化拣货巷道、或根据货物的出入库频率、对客户或商品进行a b c 分类 存储，将a 类货物放在离出口最近的地方，如图2 一1 8 所示。均可有效地减少分拣 人员的运动时间。 图2 - 1 7 带集货货架的电动小车图2 1 8 商品的a b c 分类存储 拣货过程包括伸手、拣取、搬运和放下。附加的工作