【快递物流展资讯】卷烟物流配送中心的柔性化分拣策略|拣选技术与策略分析专题(四)

文|上海海烟物流发展有限公司

柳捷

分拣是卷烟物流配送中心最核心的工作,也是所有物流设备中投资比重最大的一个环节。在处理分拣作业时,不仅要考虑分拣设备的特点,还要综合平衡仓储和出货的衔接,这使卷烟分拣策略以及任务分配的复杂程度大幅提升。一个完整的分拣策略应包含分拣模式选择、任务调度策略、备货策略、烟仓优化策略等方面,本文对此一一详细解读;再以海烟物流的实践为例,介绍兼顾柔性与效率的分拣策略如何实现;最后结合不断变化的市场需求,对卷烟分拣策略面临的三大挑战作了分析。

卷烟物流配送中心一般以地市级为单位,承担区域内成品卷烟的物流配送业务,它集仓储、分拣、送货于一体,为零售户提供按订单实施的卷烟配送服务。物流作为最贴近客户的环节,烟草行业早在2010年就明确了物流在业务发展中的核心地位,近年来又提出了建设科技物流、精益物流和人本物流的要求。随着技术进步以及社会化物流的普及,烟草行业的物流得到了长足的发展,但也面临着极大的机遇与挑战。特别是分拣方面,一方面,碎片化、个性化的订单需求不断增长;另一方面,随着劳动力成本的提升,物流运作提质降本的问题更为紧迫,对服务的同质化、规范化要求更趋明显,大批量、集约化的物流作业势在必行。这些变化对物流作业的关键环节即卷烟分拣带来了新的挑战。

结合新的变化和要求,行业提出了分拣决策智慧化的设想,即通过分拣作业信息采集系统,构建满足多种类分拣任务需求的分拣模型,提升对分拣安排的前瞻性决策能力。

卷烟分拣的特点与设备应用

分拣是卷烟物流配送中心最为核心的工作,其复杂程度高,用工人数多,受到多种因素的制约,也是物流系统设备中投资比重最大的一个环节。具体而言,卷烟分拣的主要任务就是将不同品牌、不同规格的卷烟,按照客户订单的要求,以条为单位进行分拣、包装。它包括备货、开箱、分拣、打码、包装、贴标签、码垛等步骤。

与高度市场化的其它行业物流不同,卷烟产品有着较好的标准化基础,物流运作的计划性也很强。首先,卷烟的规格和种类不多,一般物流中心所处理的卷烟规格在100~400个之间,而且卷烟的件、条包装极为规整。其次,客户数量以及每个客户的订单量也是较为固定的。这些因素使得卷烟分拣有着鲜明的行业特点。

从设备应用而言,卷烟分拣经历了从人工分拣向大规模、高速、自动分拣的历程。与快消品的分拣作业一样,最初,卷烟的分拣主要由人工来完成,无论是播种式还是摘果式的分拣方式,在上世纪90年代的各个卷烟销售送货单位有着广泛的应用。随着销售量的增长和技术的发展,卷烟物流配送中心引入了电子标签(PTL,Pick-to-Light)辅助的拣选系统,使人工分拣的作业效率和准确率大幅提升。在部分物流中心,通过精细化的管理作业安排,电子标签辅助拣选系统的能力被发挥到极致,单线的分拣效率达到了1万条/小时卷烟。在这个阶段,由于分拣集成度不高,订单的处理主要考虑的是工位的作业平衡以及送货路线的排序,分拣策略也比较简单。

随着自动化程度的不断提升,从2001年起,部分物流中心开始采用先进的自动分拣设备,常规的卷烟分拣线处理能力也从原来的1万条/小时左右提升为3万条/小时以上。再加上区域的整合,单个物流配送中心的作业量大幅提升,大型的卷烟物流配送中心年配送量已达到80万箱(每箱5件),个别区域中心超过了100万箱。这需要多条分拣线协同作业,路线安排也更为复杂。

卷烟分拣策略的构成

卷烟物流系统是一个复杂的物流体系,不仅有多个不同功能的信息系统,负责处理订单接收、任务处理、车辆配载、路线排程、运行监控等任务,而且大量先进的自动化物流设备也被广泛应用,自动化立体库、AGV、机械手、自动开箱、高速分拣、图像识别、飞行打码、高速包装等技术的应用,在提高作业效率的同时,也保证了分拣的质量。

 

激光打码

 

自动开箱

由于物流作业环环相扣,高速衔接,因此在处理分拣作业时,不仅要考虑分拣设备的特点,还要综合平衡仓储和出货的衔接,分拣策略以及任务分配的复杂程度大幅提升。一个完整的分拣策略中应包含:分拣模式选择、任务调度策略、备货策略、烟仓优化策略等。

环节的增多,订单结构对包括仓储、备货和分拣在内的作业产生显著的影响,特别是分拣效率,因此卷烟订单的处理也更为复杂。在选择分拣策略之前,应根据历史订单情况进行充分的分析。EIQ分析是最常用的方法,它围绕着物流中心的关键特征以及重要的物流特性进行,对分拣策略的确定有着重要的指导意义。

以一个典型的卷烟物流配送中心为例,分拣要处理的卷烟产品分为标准烟、异型烟和雪茄等。在异型烟里,由于产品形状的差异,还可以分为细支卷烟、中支卷烟和特异型卷烟。标准烟和异型烟在外形尺寸上差异很大,用于分拣的设备类型和特点也各不相同,因此通过数据分析,来选择分拣设备或者决策采用什么样的分拣模式,就成为关键。

卷烟的EIQ特征分析是从客户订单、卷烟规格以及数量的数据出发,进行分拣、配送等物流特性的分析。主要分析指标包括:EN分析,即每张订单的订货品项分析,在选择拣货方式上非常关键;每一品规出货总数量的IQ分析,以确定不同品规的处理方法;另外,每一品规的受订次数(IK)分析有助于了解每个产品的出货频率,对储位、备货和烟仓的设置有着重要的指导意义。出货量(TIQ)是对一定时间内的出货总量的分析,淡旺季以及典型日期的TIQ分析,可用于确定物流系统的建设规模。

卷烟分拣策略中,最重要的一环是拣选策略的选择,即采用哪种方式以及设备来完成卷烟的分拣。

分拣模式的选择

基于EIQ的分析以及多年的实践,行业的卷烟分拣已经形成了合并分拣模式、并行分拣模式和复合分拣模式等多种模式。

合并分拣模式,即单一分拣系统处理所有需要分拣的卷烟产品。具体而言,是由一条分拣线的不同模块分别完成标准烟、细支烟、中支卷烟以及特异型卷烟的分拣,然后进行在线合单、合并包装的模式。

 

全品规的合并分拣模式

并行分拣模式,即根据各类型的卷烟特点配置与之匹配的分拣设备,独立分拣,分拣后分别包装,再进行离线合单的模式。换言之,一个客户的订单,按照卷烟规格的不同,分为多个部分,在不同类型的分拣线进行分拣,然后将分拣好的各部分,按路线及客户进行合并,形成客户的完整订单。

复合分拣模式,即将并行分拣与合并分拣进行合理的匹配。将物流特性相近的卷烟进行合并分拣,而尺寸差异较大的卷烟采用特定的分拣方式进行独立分拣;然后在线下按客户进行订单的合并。

完全并行的分拣模式虽然在分拣效率上有比较大的优势,但无论场地占用还是线下合单的工作量都比较大,实际应用较少。行业内采用复合分拣模式的方案比较常见,部分单位也进行了合并分拣模式的探索。这两种模式,在应用中各有特点:

1.合并分拣策略

由一个分拣系统完成所有的分拣作业任务,从作业流程上来看,设备种类少,流程简单,减少了大量的合单工作,人员安排简单,管理方便。一些物流中心进行了积极的尝试,取得一定的成果。由于条烟的尺寸各异,在设备设计上,主要是采用不同形式的烟仓和出烟机构来处理不同规格尺寸的条烟。这种方式需要解决大量的技术难点,首先是自动开箱问题,其次是分拣效率平衡、线上合单同步以及包装等问题。系统的设计要兼顾分拣效率和系统柔性,对建设单位的物流系统规划能力和设备制造能力要求很高。

2.复合分拣策略

最大的优势是各分拣线相对独立作业,互不影响,各分拣线所处理的订单变化小,保证了分拣效率的实现。与合并分拣策略不同,其线下合单的工作量大,在装车前需要一定的时间和场地进行核对,将在不同分拣线完成的包裹按客户进行合并,作业较为繁琐。

从以上对比可以看出,合并分拣策略的作业流程较为简单,设备的一致性高,由于可以处理全品规(除手工雪茄),线下合单的作业少,但单线的分拣效率受到一定的制约,目前已投入实际应用的项目中,分拣效率最高在每小时1.4万条左右。因此它适用于对分拣效率不敏感的中小型卷烟物流配送中心,在投资可控的前提下,利用统一的设备,将全品规并线处理,减少作业环节,有效提升物流运作质量。

复合分拣策略,虽然需要线下合单,但合理的品规组合保证了分拣系统中各单线效率的实现,目前已投产的分拣线中,标准烟或者细标合一分拣线的处理能力超过了每小时3万条卷烟,规划中的标细中短分拣线的能力也达到了每小时2.4万条。采用复合分拣策略的物流中心可以很灵活地根据订单情况,安排投产的分拣线数量和种类,以达到分拣进程的同步。复合分拣策略适用于分拣量大、订单结构变化复杂的大型卷烟物流配送中心。

任务调度策略

任务调度策略,是一个综合性的策略,它涉及物流各环节的配合。它分为物流环节任务调度和分拣线任务调度。物流环节任务调度是从作业流程来看,分拣的实现和仓储、输送、拆盘、备货、补货、出货等环节密切相连。因此,任务调度是将整个物流中心的运作视作一个整体来系统地考虑。在不同的作业阶段,应采用不同的调度策略。比如,在备货区到分拣线环节,由于高速分拣要求件烟的排序和供应必须无缝对接,因此在这一环节,宜采用“推动式”的补货方式,由系统根据订单执行情况,准确测算分拣线所需卷烟的品种、数量以及顺序。在分拣实施之前,完成补货卷烟的排序,并输送至分拣线。在分拣开始后,以“推动式”的方式,不断为分拣线补货,确保分拣的连续进行。而仓储至备货阶段,则可以采用“拉动式”补货方式,即在备货区为每个规格的产品设置不同的安全库存,当库存降低到某一特定值时,触发仓储的出货和托盘的输送作业。这种方式充分发挥了缓冲区的功能,降低了物流节拍的匹配要求,当面对多线补货时,还可以动态地根据实际消耗来进行货物的补充,应对变化的能力较强。

分拣线任务调度策略主要适用于具有多条分拣线的物流系统,具体而言是将总的分拣任务按照每条分拣线的工作特点和实际状态,进行精准的任务安排。

首先,在多线分拣时,不同分拣线的工作能力和特点不尽相同,任务调度系统应为各分拣线匹配合适的任务种类以及任务量。比如,在应用复合式分拣策略的物流系统中,为提高任务分配的灵活性,标准烟分拣线和异型烟分拣线所处理卷烟规格一般会设置少量重叠,分拣任务调度可以基于作业同步的目标,经过测算后合理安排这些任务,使同一路线的订单完成时间相同,有利于合单作业的开展。

其次,分拣线任务调度还可以实时监控每条分拣线任务的实际执行进度,在必要的情况下,动态调整任务的分配,实现作业时间的均衡。在个别分拣线突发严重故障时,分拣线任务调度还可以对订单数据进行回收,核对处理后重新派发给其它的工作区域。

任务调度系统,就像物流中心的总指挥,其调度策略的应用效果对物流运作的连续性和系统运作效率起到了至关重要的作用。

备货策略

备货环节,是仓储与分拣之间的中间环节,起到承上启下的作用,一方面为分拣线提供及时的卷烟(件烟形式)补充;另一方面,作为缓冲,也有助于解决仓储批量出货与分拣连续补货之间的节拍匹配难题。正因如此,备货环节更需要与分拣策略密切配合。特别是高速分拣线,要求供货严格按照分拣需要,及时准确地将件烟供应到分拣线。由于其流量大、速度快、连续性要求高,一旦缺烟会导致分拣无法正常进行,严重影响分拣效率的实现,所以采用人工备货的方式远远不能满足需要。

在大型卷烟物流配送中心,通常会采用备货与分拣一体化的设计方案。因此,备货方式的选择以及备货道的分配策略的构建,成为分拣策略的重要组成部分。行业内常见的自动化备货方案主要有全通道式备货模式和备货道+多层穿梭车模式。

全通道式备货模式,故名思议,即备货环节采用备货道作为件烟缓存区,每个备货道储存35~50件卷烟,作为分拣的储备,一旦由于分拣消耗,备货道内存量减少到设定的下限值,就会触发整托盘的补货和拆盘等作业。这种方式,设备简单,故障率低,但因为备货的线路较长,需要在备货区设置较大的储存量。

备货道+多层穿梭车是近年来较为新颖的一种备货方式。它的主要原理是结合ABC分类,将出货量大、规格数少的A类产品,用备货道进行储备,发挥备货道储量大、进出货物连续性强、速度快的特点;而BC类产品,出货量少,但规格数很多的卷烟,则采用多层穿梭车进行储备,充分发挥多层穿梭车取货面多、机动灵活的特点。二者结合,减少了总的备货区的卷烟储量。

但无论哪种方式,同分拣策略选择过程中遇到的情况一样,订单结构的变化会直接影响到备货的效率。因此,需要科学选择备货方式,以解决无法根据分拣量动态利用备货道或者多层穿梭车资源,导致缺烟、或个别品规占用大量备货资源的问题。通过构建备货资源的分配策略,研究单品规分拣量对备货资源配置的影响关系,构建按时间轴与ABC分类的动态结合,实现分拣与备货的吞吐平衡,确保补货时间小于出货时间,实现分拣的连续进行,成为备货策略的研究主题。

烟仓优化策略

烟仓优化策略主要用于分拣线的分拣单元设置。作为分拣线的重要执行单元,烟仓承担了条烟储备和分拣的职能。在实际作业过程中,烟仓的分配主要存在补货小车任务分配不均衡、单一订单处理时间长、烟仓分配数量与产品的流量不匹配等问题。

以标准烟分拣为例,标准烟的分拣有规格多、流量各异的特点,烟仓分配合理与否直接影响分拣效率和设备稳定性。在烟仓优化策略中,要结合订单特点进行合理布局,首先要考虑到任务的均衡,确保不同分拣模块之间的任务量相对平衡,才能充分发挥每个分拣模块的效能,这也有利于自动开箱以及补货小车的使用。其次,要根据流量,为不同规格的卷烟配置合适的槽道,在设计上可以基于ABC分类,通盘考虑备货道、条烟缓存和补货响应等因素,为每个规格的卷烟产品确定合适的槽道数量。最后,由于订单执行过程中还存在卷烟产品的平均结构和个体结构的差异,因此动态换仓功能成为保证分拣效率的重要手段。所谓动态换仓,主要是基于不同卷烟产品在分拣执行的时间线上存在物流特性转换的情况,由系统监控关键品规的物流特性,动态调整其分配的烟仓数量和位置,更好地保证了任务的均衡。升级版的动态换仓功能,还可以在突发故障时自动封闭问题点,将任务切换至其它烟仓,确保了分拣的连续进行。

可以说烟仓优化策略的应用,以烟仓资源全利用为原则,综合多子线均衡与动态换仓,做到各烟仓分拣压力均衡、子线汇流连续、条烟输送密集、订单间隔适当,提高了订单的完成效率,在分拣线能力的实现中发挥了至关重要的作用。

海烟物流案例

基于卷烟分拣的特点,对物流系统的稳定性和柔性都提出了极高的要求。特别是备货和分拣环节,因此方案设计与分拣策略的选择和设备的稳定性一样重要,必须系统考虑,整体推进。下面以海烟物流的实践为例进行具体介绍。

海烟物流承担了上海市的卷烟分拣与配送任务,年分拣规模达到了80万箱,配送路线覆盖全市近5万家门店。为确保项目建设目标的实现,在物流系统规划以及运作方案的制定中,海烟物流对分拣策略的应用进行了充分的考量。

首先,在备货策略的选择上重点体现了柔性和快速反应能力。

海烟物流在烟草行业第一次采用了AGV+备货道的分布式备货模式。这是一种全新的备货方式,它采用了AGV、托盘提升机、机械手和积放式倍速链等设备,创新地将AGV与备货道相结合,充分发挥托盘储存密度高、件烟缓存反应速度快的优势,利用分布式的设计,将自动仓库到备货道的响应时间从原来的4分10秒缩短到2分25秒,大幅提升了补货的响应速度。

 

AGV 托盘搬运

在备货时,利用潜伏式AGV将出货托盘运送到拆盘机械手位置。充分发挥了AGV灵活搬运的特点,在机械手抓取订单分拣所需的件烟后,AGV还可以将托盘转运至暂存位,或将空托盘送至空托盘叠垛工位。件烟则自动运送至积放式备货道。这样,在很小的空间内实现了卷烟拆盘、暂存、排序等功能。这套备货系统可以同时为6条高速分拣线补货,补货能力达到每小时3600件。

 

机械手拆盘

 

高速分拣

其次,在分拣策略的选择上重点兼顾柔性和效率。

基于对历史订单的分析,我们发现异型烟和细支卷烟在上海卷烟销售中占比较小,而且异型烟中的细支卷烟的比重也不大。因此,为保障分拣效率的实现,在分拣系统的设计上,采用了标准烟和异型烟独立分拣的复合分拣模式。即标准烟采用传统的卧式分拣线,包装环节采用叠条的方式;而细支卷烟与异型烟共线分拣,利用摆臂式机械手进行叠条,在确保分拣效率的同时,大幅提升了异型烟分拣的柔性。

 

柔性吸盘

这个方案的可靠性与柔性在实践中得到了充分的验证,复合式的分拣策略使标准烟分拣能力稳定在25000条/小时以上,而异型烟分拣即使在订单结构离散度很高的情况下也能达到5000条/小时的额定设计能力。整体分拣效率的表现并不会由于订单结构变化产生大幅的变化,系统运行效果的可预测性极强,设备投用后很快就达到了设计能力,一个月后顺利通过销售高峰的考验。另外,稳定的效率,给日常的工作安排也带来了便利。特别是在运作管理上,由于设备能力受订单结构影响小,在生产调度中,每天投用的设备数量可以根据分拣任务量来准确核定。这给作业人员的安排和生产调度也带来了便利,对于拥有多套分拣线的大型卷烟物流配送中心来说,意义重大。

未来的挑战

经历了数十年的发展,卷烟物流配送中心的规划以及运作已经趋向成熟,卷烟分拣设备和工作模式也更加完善。但和不断变化的市场需求相比,卷烟分拣策略仍面临着不小的挑战。

在近期的一次调查中,有约80%的地市反映,当前物流运作中存在的最大困难是旺季分拣产能不足、淡季分拣产能过剩,特别是元春期间异型烟来不及分拣。“卷烟订单结构变化导致分拣效率不高”的情况,在所有物流中心的痛点问题中名列前茅。

结合实际应用,在卷烟分拣策略的选择和改进中还要应对以下情况:

1.淡旺季的订单量波动幅度大。

卷烟的生产和销售具有明显的淡旺季特征,特别是元春期间,这时的物流量可能是淡季的数倍,物流中心的分拣以及配送环节都需要积极调整,以满足营销的需要。卷烟的销售在这期间也有着典型的集聚特点,而非是简单地对淡季订单结构的放大。这是因为在此期间,各卷烟工业单位采取不同的营销策略,而商业公司在销售上也有个性化的安排,所以销量的增加往往集中在某几个规格。分拣总量的大幅增加和个别规格卷烟的销售集聚,对自动化的分拣设备和生产调度都是极大的挑战。因此,淡旺季的差异化分拣任务分配策略也将成为卷烟分拣策略的重要组成部分。

2.不同客户类型的订单偏好差异明显。

常见的是城网与农网的差异,订单结构的IQ分析,是基于订单汇总后,对每个规格卷烟的数量、频次的分析。但实际工作中,不同客户的采购订单的偏好非常明显,汇总后的品规结构,缺乏按时间轴的物流特性分类,无法真实反映实际分拣时的订单情况。这个问题在区域物流配送中心更加突出。在区域物流配送中心,订单结构的差异不仅体现在不同类型客户之间的偏好,还由于不同地市公司在营销上的策略不同,各地市公司在销售卷烟品牌和规格上都有独立的选择权。因此,不同的地市公司销售的卷烟规格、品牌不尽相同。而在区域物流卷烟配送中心,不可能为每个地市公司安排独立的分拣设备,这样,区域物流配送中心的分拣系统规划以及分拣策略的设计就要兼顾各种分拣需求,这对备货策略的选择和烟仓优化策略都提出了更高的要求。

3.分拣产品比例以及包装尺寸的不确定性仍然存在。

近年来随着卷烟消费习惯的变化,异型烟销量井喷式增长,呈现出标准烟和异型烟此消彼长的形势。这必然导致卷烟分拣的周期性变化和结构性调整。卷烟的销售从最初的主要以软包卷烟和硬包卷烟为主,逐渐发展为软包、硬包、细支、中支、雪茄多种规格并存的情况,甚至未来还会出现其它形式的烟草制品。虽然总的销量并没有增加,但卷烟分拣最为敏感的产品规格与尺寸却变得更多,未来品牌发展的不确定性,对分拣系统的柔性化设计带来极大的挑战。

 

异型烟拣选

结束语

卷烟分拣策略是物流中心规划和运作的重要策略之一,它所包含的内容和方法,一定会伴随着需求的变化和技术的发展而不断充实、完善。对于烟草物流企业而言,要及时研究客户需求变化的情况,通过对订单信息、作业数据的持续挖掘和分析,打造可靠准确的智能分拣模型和具有动态优化功能的智慧分拣策略,努力创新,继续为客户提供优质的、多样化的敏捷物流服务。

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