【快递物流展资讯】物流配送中心的拣选技术与策略分析主题一

 

专题目录

(主持人/本刊记者 任芳)

  • 物流配送中心的拣选技术与策略分析

  • 基于仿真建模分析的订单拣选策略选择方法

  • 汽车物流供应链下的零部件拣选策略研究

  • 卷烟物流配送中心的柔性化分拣策略

  • 制造企业物料分拣策略与约束条件

  • 先进拣选技术背后的拣选策略与应用

  • 服装行业物流中心的机器人拣选策略

  • 仓储物流多机协同拣选策略解析

物流配送中心的拣选作业,是仓储作业中一个非常重要的环节,其工作量约占整个仓储作业的40%以上,因此也是最受关注的作业环节。在电商、定制化需求的推动下,物流配送中心的拣选技术成为过去20年来发展最快速的物流技术之一。本文主要介绍常见于各领域的拣选技术,并试图分析这些技术在不同环境下的应用以及背后的逻辑,以期帮助企业选定不同的策略,设计出不同的解决方案,以达到预设的目标。

一、概述

一般来说,按照不同的货物包装状态,拣选可以简单地分为两种主要形式:整箱拣选和拆零拣选。所谓整箱拣选,就是指对于订单中达到整箱部分的货物的拣选,而拆零拣选则是指不足整箱部分需要拆箱的货物的拣选。

货物的包装,一般按照两级包装设计,即箱和件,件是最小包装单位EA,也有其它单位,如盒、个、支等,一般情况下,一箱包含若干件;显然,也有一箱只有一件的特殊情形。有些货物,为了便于计数和销售,还设计了所谓的中包装,这时事实上成了三级包装单位。需要说明的是,不同行业对于箱、件等计量单位的叫法是不同的。比如,在服装行业,件就是最小单位,而对于很多食品批发行业,其实件与箱的概念是一致的,读者切不可产生混淆。

货物在物流配送中心中的储存方式,一般采用托盘,或采用箱的形式(以箱为单元,如纸箱、周转箱、隔板货架等),也有散堆的情形,尤其在早期的仓库中,散堆的情况比较普遍。在存放形式上,有货架存储,也有直接堆地的。货架的类型多种多样,若以大类来区分,主要是托盘货架、隔板货架和周转箱货架几种。此外,还有无托盘货架(如储存长条形货物的货架),以及各式各样的旋转货柜、Kiva货架等。但若以规格形式来区分,则变化万千。

本文主要对常见于各领域的物流中心拣选技术做一综述,并试图分析这些技术在不同环境下的应用以及背后的逻辑。单纯的技术也许过于抽象,而背后的逻辑可能会帮助人们做出正确的选择。

 

北京伍强智能科技有限公司董事长尹军琪

二、整箱拣选和拆零拣选的基本要求

一个订单的基本构成,可以分为多行,每行详细描述拣选货物的要求,包括名称及代码、规格、批号(可选)、数量等关键字段。

对于不同订单类型来说,B2B订单行数可能会比较多,几十行甚至几百行都是常态;而B2C订单行数就很少,平均在2~3行,这种结构上的差异会对拣选技术和策略产生很大的影响。

对一个订单行来说,基本上可以分为两部分,即构成整箱的部分和不足整箱的部分,对这两部分分别制定不同的拣选策略,分开拣选,是现代物流拣选方式的重大变革,也是提升整体效率的关键。

1.整箱拣选

整箱拣选的方式很多。事实上,物流配送中心的设计,从一定程度上是由拣选策略决定的。整件货物一般会储存在自动化立体库,或叉车货架,或地堆的货位之中,无论何种情形,整箱拣选时,总是期望拣选效率越高越好。有两种典型的拣选策略可以参考:其一是按订单拣选,即一次完成整个订单的所有SKU的拣选;其二是按SKU提总拣选,即对一次拣选来说,将当前所有订单(也可以分波次)关于本SKU的需求一次拣选完成,然后再对订单进行分配。

按订单拣选的好处是集货简单,缺点是行走路径可能会比较远。按SKU提总拣选的好处是可能会减少拣选次数和行走路径,缺点是还要进行二次分配。正因为如此,要针对具体案例进行总体分析,根据综合效率来决定采用哪种策略。一般情形下,A类货物适宜采用提总拣选,而BC类货物则适宜采用按订单拣选。

有时,不同的储存形式也对拣选策略产生影响,比如立体库的在线拣选和高层货架的拣选,一般都会采用按SKU提总拣选,这样可以大大减少堆垛机和叉车的作业次数。

对于不同行业和不同产品而言,整箱的占比差异会比较大。相对于拆零拣选,整箱拣选效率会高很多。所以,如果要提升物流配送中心的拣选效率,提升整箱占比会取得非常明显的效果。要实现这一点,只要引导客户尽量按照整箱订货即可。非常遗憾的是,很多销售经理不理解这一点的巨大价值。

2.拆零拣选

与整箱拣选不同,拆零拣选不仅仅要拆箱,还要对拣选结果进行复核和重新包装或装箱,难度会增大很多。因此,往往拆零拣选的效率决定了整个物流配送中心的效率。

 

传统的仓库通常倾向于“存拣合一”模式,这一模式在有些情况下至今还适用,但现代物流更加强调“存拣分离”,即拣选区的库存量比较小,若拣选区库存不够时,由存储区补充。这一模式看似增加了一个环节,却有很多的优点:其一是减少了拣选空间,从而大大缩短拣选路径;其二是有利于实现自动化,控制总体投资;其三是提升了存储区的存储效率,拣选区的存储效率一般不高。

一个有一定规模的物流配送中心都会设计拆零拣选区。拣选时,会存在多种策略,与整箱拣选情形类似,大的策略分类仍然是按订单拣选和按SKU提总拣选。但拆零拣选要考虑的问题显然更多。

(1)重新装箱问题

一个订单的拆零部分要重新组成若干个新的箱子,以便于运输和交割,哪些订单行合并成一个箱子就成为一个既影响拣选效率,又影响装箱效率的现实问题。于是,诞生了各种各样的策略。在所有的策略中,可以大致分为“事先成箱法”和“事后成箱法”两类,事先成箱就是根据订单的分布情况,事先决定哪些订单行组成一个新的箱子,然后进行拣选和包装,而事后成箱就是对所有拣选项完成后的结果进行重新装箱。显然,事先成箱要更为复杂和困难,但带来的效益会更大。

有些时候,并不是所有的商品都可以装在一个箱子里,如冷冻品和常温的分离,食品和用品的分离等,会增加计算和处理的难度。

(2)技术选择问题

近年来,围绕着拆零拣选的技术如雨后春笋,成为物流技术的一大热点。各种技术的适应性成为人们难以决策的难题。这也是本文所要论述的重点。

三、主要的拣选技术及其应用场景

要在一篇短文中将所有拣选技术详细、清楚地进行介绍是非常困难的,所以本文只能将注意力集中在几个主要技术上,不强调面面俱到,避免综述的目标变得分散。以下的拣选技术,不仅是针对拆零拣选而言,大部分对整箱拣选也是有效的。

1.纸单拣选

没有什么方式比纸单拣选更加传统和简单。但纸单拣选显然是非常有效的,并且至今仍然被很多人采用。并且作为重要的应急备份,纸单拣选技术一般会保留。

尽管如此,纸单拣选毕竟是属于第一代的拣选技术,存在很多的局限性。比如对纠错和保持库存的实时性有其天然的不足。

纸单拣选并非没有优化的可能和必要。其实,很多策略,如路径优化对纸单拣选即具有非常重要的作用。现在我们发现,很多应用在现代拣选技术中的策略,在纸单拣选中也非常有效。

值得一提的是,对于整箱拣选,还可以采用标签拣选,这与纸单拣选有一点类似,但原理和要求不一样。

2.RF拣选

RF拣选大约开始于20年前(2000年左右),因为直到此时移动终端才被研发出来,这是一次革命性的技术升级。

RF系统自带显示和条码扫描功能,显示器显示作业指令,通过扫描器确认作业完成。RF的用途很多,可以完成收货、上架、拣选、补货、盘点等众多作业。

RF拣选第一次解决了物流仓储系统中账物的实时性和一致性问题,使库内作业的准确性大幅度提升。此外,RF使得动态盘点、无纸化作业等成为可能。

3.电子标签拣选

实际上,电子标签拣选(pick to light,灯光辅助拣选)要比RF早出现很多年,其基本原理是通过货位上的电子标签(数码显示器),提示要拣选的货物的位置及其数量,拣选人员按照要求进行拣选即可。便利性是电子标签拣选的最大优势。

电子标签的应用很广泛,不仅可以作为拣选之用,还可以作为播种提示,上架提示,以及其它提示等。

电子标签大幅度提升了拣选效率和准确性,相对于传统的纸单拣选,电子标签大概可以提升拣选效率3~4倍。

为了提升其适应性和降低成本,电子标签不仅可以提供一对一的拣选,还提供一对多的拣选。目前该技术正朝着更加实用和透明的方面发展。

4.分拣机分拣

采用分拣机完成件分拣的应用历史也比较长,至少可以追溯到50年前。分拣机最早用于订单分拣,其基本原理是将提总后的货物,通过分拣机分配到各订单。

分拣机的快速分拣能力,将使得拣选作业更加高效。但分拣机也有其局限性,比如被分拣的货物都要求具备条码,分拣能力一般受限制,格口数量有限,价格昂贵,且需要占据一定的空间等,使得分拣机的应用场合受到限制;另一局限是对拆零货物的分拣受到包装规格的限制,件的规格过小时,拣选效果都不太好。

5.货到人拣选

前面介绍的拣选方式都是采用“人到货”的模式,“货到人”拣选对于拣选技术来说,是又一次革命性的创新。

货到人拣选系统主要由3部分构成,即:快速存取系统、输送系统、拣选工作站。其核心是快速存取系统。一般要求一个拣选站的能力超过500件/小时,因此,存取能力也要与此相匹配,传统的托盘堆垛机、miniload等设备无法胜任。

为了解决这一问题,最早被开发出来的是多层穿梭车,此后,Kiva系统、四向穿梭车、旋转货架系统等技术相继推出,特别是Kiva系统,自2014年左右进入中国市场后,其柔性化表现深得市场欢迎,经过几年的发展,已经成为主要的货到人拣选系统的存取技术。

6.自动拣选

自动拣选一直是行业追求的目标。A字架拣选系统是最早的自动拣选系统,在医药、烟草、化妆品等领域深受欢迎,但其局限性也很明显,一方面是受SKU的限制,另一方面也受产品包装的限制。

采用机械臂或机器人进行自动拣选,是最近几年取得的主要进步。其根本原因是3D视觉技术逐渐成熟,与2D视觉不同,3D视觉系统使得机器人一举突破了对货物位置和角度识别的障碍。随着技术的进一步完善,未来机器人自动拣选将是大势所趋。

7.其它拣选技术

除以上技术外,还有多种拣选技术,如语音拣选、AR眼镜拣选是其中比较典型的两种技术。

语音拣选是通过耳机提示来完成拣选,与RF相比较,语音拣选具有更好的操作性,并解放了双手。语音拣选比较受限制的是耳机佩戴令操作者不舒适,而且价格比较高,但在特殊场合下,如冷冻环境下的确有用武之地。

AR眼镜拣选是通过视觉提示来完成拣选,其特点和缺点与语音拣选相似,总体说来在市场的应用有限。

更多的拣选技术是一种组合技术,比如通过AGV来完成货物或托盘的搬运,使拣选工作更加轻松等,在此不做过多的说明。

四、拣选技术背后的逻辑

 

物流配送中心的拣选策略,总体目的是为了提升拣选效率、降低成本、减少作业人员和提高拣选准确性。其中拣选效率是通过单位小时的拣选数量(包括订单行数和拣选件数)来体现的;降低成本与提升效率异曲同工;减少作业人员有两方面的考虑,其一是与成本有关,第二是减少管理的难度,并降低不确定性;提高拣选准确性是一个独立的指标。除此之外,还有减少损耗,提升仓库利用率等指标,不一而足。每种拣选策略都有其存在的理由和适应的场合,其内在逻辑就在于它适应了部分场景,没有一种策略是万能的和亘古不变的。

关于拣选场景,大致可以通过订单结构及数量(包括订单行)、仓库结构与布局、SKU数量及分布、拆零比例、货物尺寸、运输限制等方面来定义,从而指导人们选定不同的策略,设计出不同的解决方案,以达到预设的目标。

1.电商问题

电商业务是当下最重要的业务之一,每天多达几亿个包裹,大量需要通过配送中心拣选完成。B2C电子商务的订单是非常独特的一种订单结构,订单量大,每个订单的行数相对较少,拆零比例很高,采用集合单进行拣选是当前的主要方式。所谓集合单,就是将多个订单组合在一起进行拣选。根据行业不同,一个集合单可能包括10~100个订单,这样,即使每天有50万个订单,其集合单量也会降低到几千个,变得容易处理。当然,按照集合单拣选后,还要进行拆分作业,这个工作量也不容忽视。伍强智能科技在某电商巨头的项目上,设计了50个订单为一个集合单,使得原本期望日拣选量20万单的系统,实际达到了60万单以上。

2.库存问题

拣选需要库存,这是非常浅显的事情。但在实际过程中,库存问题至少带来了3个关键的问题,不仅影响了拣选策略,同时也对拣选效率产生影响。

第一个问题是库存分级,即拣选库存和存储库存的关系问题,一方面要降低拣选库存,以提升拣选效率;另一方面,要考虑到补货对效率的制约,存拣合一的模式固不可取,但过于频繁地补货,事实上也是不能容忍的。

第二个问题是库存周转天数。一个合理的库存天数,是建立在综合考虑拣选效率、安全以及成本等多种因素的基础之上的一种平衡结果。

第三个问题是库存的分布会影响拣选效率,不同的拣选技术对于库存的分布要求不同,如果不考虑这一点,即使再好的技术,也不能充分发挥其作用。

3.关注的焦点

每个行业和每个客户,由于业务性质的差异,所关注的焦点是不同的,这也影响拣选策略。

在所有设计指标中,包括效率、综合成本、人员数量、响应速度、准确性、安全性、柔性、先进性以及工期等,有的特别关注效率和成本,有的则对准确性非常在意,还有的会对柔性特别看重。这时,拣选技术的选择就会变得比较清晰。

比如,对柔性更加重视的企业,如电商的拣选,采用Kiva系统完成货到人拣选就比较符合期望,因为Kiva系统的一大好处就是柔性高,既可以有充分扩充的空间,也可以随时进行搬迁,尤其对于租赁的仓库进行改造,一般不愿意投入太多的刚性设备。

自动拣选是人们普遍关注的问题,但自动拣选的适应性、效率、准确性以及成本等,在大多数情况下,都还未达到临界水平。所以,现在强调全自动拣选为时尚早。

在设计中,多方案的比较是必要的。有时人们所担忧的问题,与实际情况并不一致,这时,如果能够做一个多方案比较,对不同拣选技术导致的结果进行客观分析,就会一目了然。

作为客户,有时因为了解的背后逻辑并不全面和客观,往往会做出错误的判断和选择。我们经常会遇到这样的问题,比如说四向穿梭车和多层穿梭车的选择,常常会有非常对立的结论出现,客户有时会倾向于感性而非理性做出决策。但正确的做法是,要对自身强烈关注的问题点进行论证,包括多方案比较,然后得出结论。

物流问题,大都会将成本放在第一位。只有在特别紧急的场合下,如重大自然灾害,重大安全事故,战争等,成本的受关注度降低,取而代之的是速度和效率。军事物流、应急物流要充分考虑到这一点。

4.多策略问题

一个物流配送中心的业务需求,往往是多样的而非单一的,因为构成系统的元素是多样的。因此,一个系统内往往会是多种拣选技术的综合应用,才会取得较好的结果。

我们常常做ABC分析,有关于库存的,也有关于发货的。每个项目的ABC分布是不一样的,其分布曲线有的平缓,有的陡峭。从操作上讲,有的适合于直接按订单拣选,有的则提总后再分播比较高效,这些因素对拣选方法的要求是不同的。

有的策略的选择与产品的外形和物理特性相关联,比如异形品、易碎品、长大件、超重件、冷冻品等等,这些特征对拣选策略产生影响。不要强求整齐划一的策略,多元并存往往是最合理的选择。

规模越大、业务越复杂的系统,越要分类进行处理,以便化繁为简,化整为零,寻求在每个分类中的解决方案。比如在电商物流中心,单件订单是一个特例,往往占比高达40%~60%,如果将单件订单分开来处理,系统的难度将变得较低,从而有利于采用更经济的手段解决拣选问题。有些系统SKU很多,但头部的SKU相对较少,如果将头部的分开处理,整个系统也会变得相对简单。类似的问题几乎在每个项目中均会遇到。追求总体的优化和简约,是物流系统的精髓。

五、结束语

物流配送中心的拣选技术,是过去20年来发展最快速的物流技术之一,其背后的推动力一方面来自电商,另一方面则是定制化需求。电商提供了海量的SKU和订单,而且以拆零作业为主,因此各种拣选技术应运而生。毋庸置疑,货到人拣选和全自动拣选是未来发展的方向,但这并不意味着其它拣选技术的消亡。前几年大家都在预测和津津乐道的定制化的前景,其实,真正的定制化不在于“千人千面”的产品个性化需求,这只是表面现象,真正驱动定制化发展的仍然是技术的进步,即按单生产取代批量生产的能力。对物流来说,电子商务已经是最高层级的定制化需求了,只是有些需求还没有被挖掘出来,或为大众所认知而已。

从技术层面看,物流技术(包括拣选技术)的发展,有两个典型的时代,即过去的时代和未来的时代,过去的时代强调流程、技巧、方案和人的经验,是一个以客户需求为主的时代;而未来的时代,更强调标准化、自动化、数字化和智能化,AI的强大能力足以弥补流程和布局的不足,物流的规划设计将变得相对简单,是一个以技术为主的时代。那些曾经引以为傲的经验和技巧,其作用将大打折扣,甚至再无用武之地。当然我们也不必过于乐观和悲观,即现在我们还处于过渡时期,各种拣选技术的并存将是常态,传统的拣选技术仍然具有很强的生命力。

2022上海国际快递物流产业博览会

快递物流与供应链|自动分拣|智能搬运|自动识别|智慧仓储|智能配送|智慧物流|绿色包装

时间:2022317-19日

地点:上海新国际博览中心

主办单位:上海市快递行业协会、上海市仓储与配送协会、上海市物流协会、上海现代服务业联合会物流与供应链服务专业委员会

上海信世展览服务有限公司

承办单位:上海德途展览服务有限公司

协办单位:中国仓储与配送协会、中国交通运输协会、江苏省快递协会、浙江省快递行业协会、安徽省快递协会、河南省物流协会

展会介绍

关于guo务院办公厅印发《关于推进电子商务与快递物流协同发展的意见》。提出了六个方面的政策措施,完善电子商务快递物流基础设施建设,加强快递物流标准化智能化设备高效提升,优化电子商务配送,提升快递物流末端服务能力,发展快递物流绿色包装生态链,促进电子商务与快递物流协同发展。

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文章来源:物流技术与应用

文|北京伍强智能科技有限公司尹军琪

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