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尹軍琪：“貨到人”揀選技術(shù)及其應(yīng)用

項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間：2015-10-27

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編者按語(yǔ)： CeMat Asia 2015開(kāi)幕在即，《物流技術(shù)與應(yīng)用》雜志推出聚焦“貨到人”揀選專(zhuān)刊，北京伍強(qiáng)科技有限公司總裁尹軍琪先生應(yīng)邀撰寫(xiě)專(zhuān)題文章，闡述目前“貨到人”技術(shù)的發(fā)展。

“貨到人”揀選的技術(shù)特點(diǎn)與適應(yīng)性

顧名思義，“貨到人”（Goods to person or Goods to man，G2P or G2M）揀選，即在物流揀選過(guò)程中，人不動(dòng)，貨物被自動(dòng)輸送到揀選人面前，供人揀選?！柏浀饺恕睊x是物流配送中心中的一種重要揀選方式，與其對(duì)應(yīng)的揀選方式是“人到貨”（P2G or M2G）揀選。

“貨到人”揀選有超過(guò)40年的發(fā)展歷史。最早的“貨到人”揀選是由自動(dòng)化立體庫(kù)完成的，托盤(pán)或料箱被自動(dòng)輸送到揀選工作站，完成揀選后，剩余的部分仍然自動(dòng)返回立體庫(kù)中儲(chǔ)存。這種揀選方法一直沿用到現(xiàn)在，并逐漸顯示其重要性。

“貨到人”揀選系統(tǒng)由三部分組成，即：儲(chǔ)存系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)，揀選系統(tǒng)。今天，“貨到人”揀選技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的階段。

1.儲(chǔ)存系統(tǒng)

從過(guò)去比較單一的立體庫(kù)存儲(chǔ)，目前已發(fā)展到多種存儲(chǔ)方式，包括平面存儲(chǔ)、立體存儲(chǔ)、密集存儲(chǔ)等。存儲(chǔ)形式也由過(guò)去主要以托盤(pán)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕粤舷洌ɑ蚣埾洌┐鎯?chǔ)。然而，不管是哪一種存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)作業(yè)的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)“貨到人”的基礎(chǔ)。存取技術(shù)的發(fā)展，焦點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)快速存取，由此誕生了許多令人眼花繚亂的存取方式和技術(shù)。

（1）AS/RS：自動(dòng)化立體庫(kù)是最傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式，主要以托盤(pán)存儲(chǔ)為主，其本身有很多種形式，如單深度和多深度立體庫(kù)，長(zhǎng)大件立體庫(kù)，橋式堆垛立體庫(kù)等。因?yàn)槎讯鈾C(jī)本身存取能力的限制，這種儲(chǔ)存方式主要用于整件揀選，很少用于拆零揀選。

（2）Miniload：以料箱存儲(chǔ)為對(duì)象的AS/RS系統(tǒng)被單獨(dú)命名為Miniload，這是因?yàn)樗奶厥庑院蛶缀跬耆煌淖鳂I(yè)能力。Miniload在上世紀(jì)80至90年代已經(jīng)在日本被廣泛應(yīng)用于拆零揀選，其中尤其以“貨到人”揀選為主。Miniload有很多種形式，尤其是其貨叉和載貨臺(tái)形式多達(dá)數(shù)十種，使其具有廣泛的適應(yīng)性，其存取能力最高可達(dá)每小時(shí)250次。Miniload在今天仍然是“貨到人”拆零揀選的重要存取方式。

（3）垂直旋轉(zhuǎn)式貨柜：這是一種更加“迷你”的“貨到人”揀選存儲(chǔ)系統(tǒng)，其形式千變?nèi)f化，有數(shù)十種之多，但仍然受限于其存取能力和儲(chǔ)存能力，在工廠的應(yīng)用最為廣泛。

（4）AGVs：AGV開(kāi)始是作為一種輸送系統(tǒng)存在的，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)裝配、煙草等制造工廠以及港口等場(chǎng)合。隨著AGV的不斷發(fā)展，不僅其形式發(fā)生了巨變，其應(yīng)用場(chǎng)合亦發(fā)生了根本性的變化。去年亞馬遜推出的Kiva系列機(jī)器人，實(shí)際上已將AGV的應(yīng)用從單純的輸送變?yōu)橐粋€(gè)集存取與輸送于一體的“貨到人”系統(tǒng)，其應(yīng)用前景廣闊。

（5）MultiShuttle多層穿梭車(chē)：取代Miniload完成存取作業(yè)，以滿(mǎn)足每小時(shí)多達(dá)1000次的存取作業(yè)的需求。這是一個(gè)革命性的成果，將存取效率提升了一大步。隨著這一理念的提出，相似的技術(shù)層出不窮，比較有名的如旋轉(zhuǎn)貨架系統(tǒng)、Autostore系統(tǒng)、縱向穿梭車(chē)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的一個(gè)共同特點(diǎn)是高效、柔性，是“貨到人”揀選系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

（6）2D和3D密集存儲(chǔ)系統(tǒng)：這是一個(gè)集Miniload、穿梭車(chē)、提升機(jī)等多種系統(tǒng)于一體的全新一代存儲(chǔ)系統(tǒng)，分為托盤(pán)和料箱兩種方式。其存儲(chǔ)效率是傳統(tǒng)立體庫(kù)存儲(chǔ)的1.5-3倍，被稱(chēng)為是存儲(chǔ)系統(tǒng)的里程碑成果。目前的形式有多種，并已得到初步應(yīng)用，其前途無(wú)量。

2.輸送系統(tǒng)

“貨到人”揀選技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何解決快速存儲(chǔ)與快速輸送之間的匹配問(wèn)題。對(duì)于以電子商務(wù)為特點(diǎn)的物流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求匹配每小時(shí)1000次的輸送任務(wù)并不是一件很困難的事情，事實(shí)上，采用多層輸送系統(tǒng)和并行子輸送系統(tǒng)的方式，可完成多達(dá)每小時(shí)3000次以上的輸送任務(wù)，更大的輸送量客觀上是有需求的，但需要采用一些特殊的手段，如配合3D密集存儲(chǔ)系統(tǒng)等。

一個(gè)比較令人困惑的問(wèn)題是，“貨到人”輸送系統(tǒng)由于輸送流量大，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成本大幅度增加，導(dǎo)致物流系統(tǒng)整體成本大幅度增加。因此，降低輸送成本、簡(jiǎn)化輸送系統(tǒng)是研究的重點(diǎn)。

3.揀選工作站

揀選工作站的設(shè)計(jì)非常重要。一個(gè)工作站要完成每小時(shí)多達(dá)1000次的揀選任務(wù)，依靠傳統(tǒng)的方法是無(wú)法想象的。目前設(shè)計(jì)的揀選工作站采用電子標(biāo)簽、照相、RFID、稱(chēng)重、快速輸送等一系列技術(shù)，已經(jīng)完全可以滿(mǎn)足實(shí)際需求。

很多著名的物流裝備和系統(tǒng)集成企業(yè)都把揀選工作站作為研究“貨到人”系統(tǒng)的重要內(nèi)容，并為此絞盡腦汁，從而誕生了很多具有革命性的揀選工作站（參見(jiàn)圖1）。

圖1貨到人揀選工作站

“貨到人”揀選技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

“貨到人”揀選有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，以前限于自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的難度和高昂的成本而難以推廣。隨著人工成本的不斷攀升，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的難度和成本降低，“貨到人”揀選技術(shù)有了全面應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

1.揀選高效

以拆零揀選為例，“貨到人”揀選每小時(shí)可以大約完成800-1000訂單行，是傳統(tǒng)拆零揀選（包括紙單揀選、RF揀選）的8-15倍。這對(duì)于大型電子商務(wù)物流配送中心動(dòng)輒數(shù)百人的揀選隊(duì)伍來(lái)說(shuō)，無(wú)疑具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

高效的另一個(gè)指標(biāo)是準(zhǔn)確性。配合電子標(biāo)簽、RF終端、稱(chēng)重系統(tǒng)等輔助揀選系統(tǒng)，“貨到人”揀選系統(tǒng)具有非常高的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)揀選系統(tǒng)的準(zhǔn)確率一般徘徊在99.5%-99.9%，而“貨到人”揀選系統(tǒng)一般可以提高一個(gè)量級(jí)，其誤差可控制在萬(wàn)分之五以?xún)?nèi)。由此，可以從根本上去掉復(fù)核環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步減少作業(yè)人員。

2.存儲(chǔ)高效

“貨到人”揀選系統(tǒng)由于采用立體存儲(chǔ)方式和密集存儲(chǔ)方式，所以其存儲(chǔ)密度可以大大提高。以拆零揀選為例，傳統(tǒng)的揀選方式作業(yè)空間最多維持在2米以?xún)?nèi)，即使采用閣樓貨架系統(tǒng)，其空間利用率也非常有限，大致僅維持在25%以下，有的系統(tǒng)的空間利用率甚至在15%以下。而采用立體存儲(chǔ)，空間利用率可以達(dá)到45%以上，如果采用密集存儲(chǔ)技術(shù)，更是可以達(dá)到60%以上，是傳統(tǒng)方式的4-5倍?？紤]到大型物流配送中心的作業(yè)面積可達(dá)5萬(wàn)平方米以上，空間利用率的大幅度提升，其經(jīng)濟(jì)效益將非常明顯（參見(jiàn)圖2）。

圖2密集存儲(chǔ)系統(tǒng)

3.降低勞動(dòng)強(qiáng)度

“貨到人”揀選的另一重要優(yōu)勢(shì)是大幅度降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是物流系統(tǒng)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念的具體體現(xiàn)。

基于自動(dòng)化立體庫(kù)作業(yè)的整件“貨到人”揀選，可以大幅度減少人工搬運(yùn)，尤其是托盤(pán)的搬運(yùn)。以北京高等教育出版社項(xiàng)目為例，由于貨物（圖書(shū)）單件的重量一般在20-25kg，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。采用“貨到人”揀選技術(shù)后，搬運(yùn)距離得到嚴(yán)格限制，作業(yè)高度保持在一個(gè)非常舒適的范圍內(nèi)，大大降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，其效果非常明顯。

傳統(tǒng)的“人到貨”拆零揀選作業(yè)，由于作業(yè)場(chǎng)地很大，完成一個(gè)班次的作業(yè)往往需要走很長(zhǎng)路，員工苦不堪言。以某大型電子商務(wù)配送中心為例，其位于北京的配送中心面積達(dá)數(shù)萬(wàn)平方米，工人一個(gè)班次的行走路程達(dá)到12-15公里，勞動(dòng)強(qiáng)度非常高，工人離職率也非常高，主要是難以承受每天如此高強(qiáng)度的作業(yè)。而“貨到人”拆零揀選作業(yè)幾乎沒(méi)有行走路程，其作業(yè)平臺(tái)充分考慮人體的舒適度，有的對(duì)平臺(tái)高度做到隨意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度作業(yè)人員的需求，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

此外，“貨到人”揀選系統(tǒng)還具有安全存儲(chǔ)、快速存儲(chǔ)等諸多優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)揀選系統(tǒng)所不可比擬的。

物流追求的目標(biāo)是快捷和準(zhǔn)確，而企業(yè)關(guān)注的卻是利潤(rùn)和成本，物流技術(shù)的發(fā)展無(wú)不圍繞這些目標(biāo)和需求進(jìn)行?！柏浀饺恕奔夹g(shù)的發(fā)展，正是體現(xiàn)了這一根本需求，從而具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

“貨到人”揀選技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

“貨到人”揀選具有廣泛的適用性。以下試舉幾個(gè)例子加以說(shuō)明。

1.整件揀選

北京高等教育出版社擁有一個(gè)大型圖書(shū)配送中心，每年配送圖書(shū)超過(guò)25億碼洋，高峰時(shí)期日配送量達(dá)到約260萬(wàn)冊(cè)，整件量達(dá)到80%。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)面積約6萬(wàn)平方米，庫(kù)容量1.2億冊(cè)，是中國(guó)最大的圖書(shū)配送中心。

由于圖書(shū)整件重量達(dá)到20-25kg，員工揀選工作非常繁重，為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)“貨到人”和準(zhǔn)“貨到人”兩套系統(tǒng)，大幅度減少人員搬運(yùn)和揀選勞動(dòng)強(qiáng)度。

“貨到人”揀選系統(tǒng)采用固定揀選站模式，自動(dòng)化立體庫(kù)將揀選托盤(pán)輸送到揀選工作站，計(jì)算機(jī)打印揀選標(biāo)簽，人工將待揀選貨物從托盤(pán)上取出后放到旁邊的輸送線(xiàn)上，輸送線(xiàn)再自動(dòng)將貨物送到分揀系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)僅設(shè)計(jì)了4個(gè)揀選工作站，工作效率提高6倍以上。

所謂準(zhǔn)“貨到人”系統(tǒng)，則主要針對(duì)A類(lèi)貨物進(jìn)行，首先通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算，將A類(lèi)貨物從立體庫(kù)整托盤(pán)上取出并放置在固定的揀選工位。揀選時(shí)，先打印好揀選標(biāo)簽，人工將貨物從揀選工位揀選到旁邊的輸送線(xiàn)上。由于采用“波次”揀選策略，所以每個(gè)波次僅需對(duì)揀選工位進(jìn)行一次操作，大大減少了作業(yè)路徑，從而達(dá)到提高效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的作用。該系統(tǒng)“貨到人”揀選完成了80%以上的整件揀選工作量，從整體上大大提升了揀選效率，減少了作業(yè)人員。（參見(jiàn)圖3）

圖3 高教社整件貨到人揀選系統(tǒng)

2.拆零揀選

國(guó)藥集團(tuán)是中國(guó)最大的醫(yī)藥企業(yè)，2014年銷(xiāo)售額已經(jīng)超過(guò)2400億元，占全國(guó)全部醫(yī)藥配送量的25%以上。為了解決日益增長(zhǎng)的拆零揀選需求，國(guó)藥集團(tuán)2013年在上海建設(shè)了新物流中心，引進(jìn)了最新一代MultiShuttle系統(tǒng)，每天完成多達(dá)30000次的拆零揀選。這是中國(guó)第一個(gè)采用拆零“貨到人”揀選系統(tǒng)的醫(yī)藥物流中心，4個(gè)揀選工作站可以完成每小時(shí)多達(dá)3500次的揀選作業(yè)，相當(dāng)于30人以上的工作量。

醫(yī)藥物流要求揀選的準(zhǔn)確性非常高，但傳統(tǒng)的揀選系統(tǒng)，無(wú)論是采用RF揀選還是采用電子標(biāo)簽揀選，其準(zhǔn)確率都在99.9%以?xún)?nèi)。為了解決這一問(wèn)題，通常做法是采用細(xì)致的復(fù)核程序，但是效率非常低，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際要求。而“貨到人”揀選系統(tǒng)可以達(dá)到99.95%以上的準(zhǔn)確率。國(guó)藥集團(tuán)率先采用新一代“貨到人”揀選系統(tǒng)，將開(kāi)啟中國(guó)醫(yī)藥物流新的時(shí)代，未來(lái)這一模式將成為國(guó)藥乃至中國(guó)醫(yī)藥物流的示范并全面推廣。

3.特殊揀選（長(zhǎng)大件和旋轉(zhuǎn)貨架）

中國(guó)航天運(yùn)載火箭研究院物流中心面對(duì)的難題是長(zhǎng)大件棒材的揀選問(wèn)題，重量在數(shù)百公斤到數(shù)噸的鋼材很難靠人工搬運(yùn)，采用堆場(chǎng)和橋式起重機(jī)的作業(yè)方式效率極低。新建成的自動(dòng)化立體庫(kù)不僅解決了高密度存儲(chǔ)問(wèn)題，而且解決了“貨到人”揀選問(wèn)題。貨物被自動(dòng)輸送到揀選工作站，通過(guò)機(jī)械臂和起重機(jī)，可以輕易完成棒材的揀選工作。在國(guó)外，這一系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用（參見(jiàn)圖4）

圖4 長(zhǎng)大件貨到人揀選系統(tǒng)

垂直旋轉(zhuǎn)式貨柜一直是“貨到人”揀選的重要方式，除了可以滿(mǎn)足貨物的立體存放需求、提高了空間利用率外，封閉性倉(cāng)庫(kù)很好地解決了貨物的防護(hù)問(wèn)題，因此在工廠、銀行有著廣泛的應(yīng)用。類(lèi)似這樣的例子還有很多，不再贅述。

“貨到人”揀選技術(shù)的市場(chǎng)需求和發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)家在展望物流技術(shù)發(fā)展的前景時(shí)，比較一致的看法是“自動(dòng)化”、“智能化”和“標(biāo)準(zhǔn)化”是主要方向?！柏浀饺恕睊x很好地詮釋了這一發(fā)展趨勢(shì)。

從“貨到人”獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)看，幾乎所有的行業(yè)都適宜采用“貨到人”技術(shù)，以提高效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。但在現(xiàn)階段，考慮到作業(yè)成本問(wèn)題，并非所有系統(tǒng)都具備采用“貨到人”技術(shù)的條件。

大型電子商務(wù)配送中心是未來(lái)“貨到人”技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)槠洳鹆銙x將占揀選總量的95%以上，是最合適采用“貨到人”揀選技術(shù)的行業(yè)。

醫(yī)藥物流，尤其是以拆零為主的配送中心，由于對(duì)物流效率和揀選準(zhǔn)確性的高要求，是未來(lái)“貨到人”揀選應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。

此外，冷鏈物流由于作業(yè)環(huán)境惡劣，對(duì)于“貨到人”揀選有特別的需求，揀選區(qū)相對(duì)較高的溫度將使作業(yè)變得相對(duì)舒適。

當(dāng)然，傳統(tǒng)行業(yè)還有很多具備采用“貨到人”揀選的場(chǎng)合，如服裝、食品、化妝品、前面提到的長(zhǎng)大件以及貴重品揀選等，均有應(yīng)用“貨到人”揀選的需求。

然而，量化市場(chǎng)需求是困難的，因?yàn)榧词乖谝粋€(gè)行業(yè)，拆零揀選的需求也是不一樣的。但作為一種高效的揀選技術(shù)，“貨到人”系統(tǒng)的應(yīng)用前景非常廣闊。

應(yīng)該指出的是，未來(lái)的拆零揀選還會(huì)出現(xiàn)“自動(dòng)揀選”趨勢(shì)，這是“貨到人”的更為高級(jí)的表現(xiàn)形式，只是這時(shí)的“人”已不是普通的人，而是機(jī)器人。

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