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尹軍琪：“貨到人”揀選技術及其應用

項目啟動時間：2015-10-27

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編者按語： CeMat Asia 2015開幕在即，《物流技術與應用》雜志推出聚焦“貨到人”揀選?？?，北京伍強科技有限公司總裁尹軍琪先生應邀撰寫專題文章，闡述目前“貨到人”技術的發(fā)展。

“貨到人”揀選的技術特點與適應性

顧名思義，“貨到人”（Goods to person or Goods to man，G2P or G2M）揀選，即在物流揀選過程中，人不動，貨物被自動輸送到揀選人面前，供人揀選。“貨到人”揀選是物流配送中心中的一種重要揀選方式，與其對應的揀選方式是“人到貨”（P2G or M2G）揀選。

“貨到人”揀選有超過40年的發(fā)展歷史。最早的“貨到人”揀選是由自動化立體庫完成的，托盤或料箱被自動輸送到揀選工作站，完成揀選后，剩余的部分仍然自動返回立體庫中儲存。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：儲存系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)，揀選系統(tǒng)。今天，“貨到人”揀選技術已經(jīng)發(fā)展到了一個新的階段。

1.儲存系統(tǒng)

從過去比較單一的立體庫存儲，目前已發(fā)展到多種存儲方式，包括平面存儲、立體存儲、密集存儲等。存儲形式也由過去主要以托盤存儲轉變?yōu)橹饕粤舷洌ɑ蚣埾洌┐鎯ΑＨ欢还苁悄囊环N存儲方式，存儲作業(yè)的自動化是實現(xiàn)“貨到人”的基礎。存取技術的發(fā)展，焦點在于如何實現(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。

（1）AS/RS：自動化立體庫是最傳統(tǒng)的存儲方式，主要以托盤存儲為主，其本身有很多種形式，如單深度和多深度立體庫，長大件立體庫，橋式堆垛立體庫等。因為堆垛機本身存取能力的限制，這種儲存方式主要用于整件揀選，很少用于拆零揀選。

（2）Miniload：以料箱存儲為對象的AS/RS系統(tǒng)被單獨命名為Miniload，這是因為它的特殊性和幾乎完全不同的作業(yè)能力。Miniload在上世紀80至90年代已經(jīng)在日本被廣泛應用于拆零揀選，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形式多達數(shù)十種，使其具有廣泛的適應性，其存取能力最高可達每小時250次。Miniload在今天仍然是“貨到人”拆零揀選的重要存取方式。

（3）垂直旋轉式貨柜：這是一種更加“迷你”的“貨到人”揀選存儲系統(tǒng)，其形式千變萬化，有數(shù)十種之多，但仍然受限于其存取能力和儲存能力，在工廠的應用最為廣泛。

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

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

（6）2D和3D密集存儲系統(tǒng)：這是一個集Miniload、穿梭車、提升機等多種系統(tǒng)于一體的全新一代存儲系統(tǒng)，分為托盤和料箱兩種方式。其存儲效率是傳統(tǒng)立體庫存儲的1.5-3倍，被稱為是存儲系統(tǒng)的里程碑成果。目前的形式有多種，并已得到初步應用，其前途無量。

2.輸送系統(tǒng)

“貨到人”揀選技術的關鍵技術之一是如何解決快速存儲與快速輸送之間的匹配問題。對于以電子商務為特點的物流系統(tǒng)來說，要求匹配每小時1000次的輸送任務并不是一件很困難的事情，事實上，采用多層輸送系統(tǒng)和并行子輸送系統(tǒng)的方式，可完成多達每小時3000次以上的輸送任務，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密集存儲系統(tǒng)等。

一個比較令人困惑的問題是，“貨到人”輸送系統(tǒng)由于輸送流量大，會導致設備成本大幅度增加，導致物流系統(tǒng)整體成本大幅度增加。因此，降低輸送成本、簡化輸送系統(tǒng)是研究的重點。

3.揀選工作站

揀選工作站的設計非常重要。一個工作站要完成每小時多達1000次的揀選任務，依靠傳統(tǒng)的方法是無法想象的。目前設計的揀選工作站采用電子標簽、照相、RFID、稱重、快速輸送等一系列技術，已經(jīng)完全可以滿足實際需求。

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（參見圖1）。

圖1貨到人揀選工作站

“貨到人”揀選技術的優(yōu)勢

“貨到人”揀選有十分明顯的優(yōu)勢，以前限于自動化實現(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，以及實現(xiàn)自動化作業(yè)的難度和成本降低，“貨到人”揀選技術有了全面應用的現(xiàn)實基礎。

1.揀選高效

以拆零揀選為例，“貨到人”揀選每小時可以大約完成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。這對于大型電子商務物流配送中心動輒數(shù)百人的揀選隊伍來說，無疑具有巨大的優(yōu)勢。

高效的另一個指標是準確性。配合電子標簽、RF終端、稱重系統(tǒng)等輔助揀選系統(tǒng)，“貨到人”揀選系統(tǒng)具有非常高的準確性。傳統(tǒng)揀選系統(tǒng)的準確率一般徘徊在99.5%-99.9%，而“貨到人”揀選系統(tǒng)一般可以提高一個量級，其誤差可控制在萬分之五以內。由此，可以從根本上去掉復核環(huán)節(jié)，從而進一步減少作業(yè)人員。

2.存儲高效

“貨到人”揀選系統(tǒng)由于采用立體存儲方式和密集存儲方式，所以其存儲密度可以大大提高。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米以內，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，空間利用率可以達到45%以上，如果采用密集存儲技術，更是可以達到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5萬平方米以上，空間利用率的大幅度提升，其經(jīng)濟效益將非常明顯（參見圖2）。

圖2密集存儲系統(tǒng)

3.降低勞動強度

“貨到人”揀選的另一重要優(yōu)勢是大幅度降低了作業(yè)人員的勞動強度，是物流系統(tǒng)“以人為本”的設計理念的具體體現(xiàn)。

基于自動化立體庫作業(yè)的整件“貨到人”揀選，可以大幅度減少人工搬運，尤其是托盤的搬運。以北京高等教育出版社項目為例，由于貨物（圖書）單件的重量一般在20-25kg，作業(yè)勞動強度非常大。采用“貨到人”揀選技術后，搬運距離得到嚴格限制，作業(yè)高度保持在一個非常舒適的范圍內，大大降低了操作者的勞動強度，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)場地很大，完成一個班次的作業(yè)往往需要走很長路，員工苦不堪言。以某大型電子商務配送中心為例，其位于北京的配送中心面積達數(shù)萬平方米，工人一個班次的行走路程達到12-15公里，勞動強度非常高，工人離職率也非常高，主要是難以承受每天如此高強度的作業(yè)。而“貨到人”拆零揀選作業(yè)幾乎沒有行走路程，其作業(yè)平臺充分考慮人體的舒適度，有的對平臺高度做到隨意調節(jié)，以適應不同高度作業(yè)人員的需求，勞動強度大大降低。

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

物流追求的目標是快捷和準確，而企業(yè)關注的卻是利潤和成本，物流技術的發(fā)展無不圍繞這些目標和需求進行。“貨到人”技術的發(fā)展，正是體現(xiàn)了這一根本需求，從而具有很強的實用性。

“貨到人”揀選技術的應用實例

“貨到人”揀選具有廣泛的適用性。以下試舉幾個例子加以說明。

1.整件揀選

北京高等教育出版社擁有一個大型圖書配送中心，每年配送圖書超過25億碼洋，高峰時期日配送量達到約260萬冊，整件量達到80%。該項目設計倉庫面積約6萬平方米，庫容量1.2億冊，是中國最大的圖書配送中心。

由于圖書整件重量達到20-25kg，員工揀選工作非常繁重，為此，系統(tǒng)設計“貨到人”和準“貨到人”兩套系統(tǒng)，大幅度減少人員搬運和揀選勞動強度。

“貨到人”揀選系統(tǒng)采用固定揀選站模式，自動化立體庫將揀選托盤輸送到揀選工作站，計算機打印揀選標簽，人工將待揀選貨物從托盤上取出后放到旁邊的輸送線上，輸送線再自動將貨物送到分揀系統(tǒng)。整個系統(tǒng)僅設計了4個揀選工作站，工作效率提高6倍以上。

所謂準“貨到人”系統(tǒng)，則主要針對A類貨物進行，首先通過計算系統(tǒng)運算，將A類貨物從立體庫整托盤上取出并放置在固定的揀選工位。揀選時，先打印好揀選標簽，人工將貨物從揀選工位揀選到旁邊的輸送線上。由于采用“波次”揀選策略，所以每個波次僅需對揀選工位進行一次操作，大大減少了作業(yè)路徑，從而達到提高效率和降低勞動強度的作用。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。（參見圖3）

圖3 高教社整件貨到人揀選系統(tǒng)

2.拆零揀選

國藥集團是中國最大的醫(yī)藥企業(yè)，2014年銷售額已經(jīng)超過2400億元，占全國全部醫(yī)藥配送量的25%以上。為了解決日益增長的拆零揀選需求，國藥集團2013年在上海建設了新物流中心，引進了最新一代MultiShuttle系統(tǒng)，每天完成多達30000次的拆零揀選。這是中國第一個采用拆零“貨到人”揀選系統(tǒng)的醫(yī)藥物流中心，4個揀選工作站可以完成每小時多達3500次的揀選作業(yè)，相當于30人以上的工作量。

醫(yī)藥物流要求揀選的準確性非常高，但傳統(tǒng)的揀選系統(tǒng)，無論是采用RF揀選還是采用電子標簽揀選，其準確率都在99.9%以內。為了解決這一問題，通常做法是采用細致的復核程序，但是效率非常低，遠不能滿足實際要求。而“貨到人”揀選系統(tǒng)可以達到99.95%以上的準確率。國藥集團率先采用新一代“貨到人”揀選系統(tǒng)，將開啟中國醫(yī)藥物流新的時代，未來這一模式將成為國藥乃至中國醫(yī)藥物流的示范并全面推廣。

3.特殊揀選（長大件和旋轉貨架）

中國航天運載火箭研究院物流中心面對的難題是長大件棒材的揀選問題，重量在數(shù)百公斤到數(shù)噸的鋼材很難靠人工搬運，采用堆場和橋式起重機的作業(yè)方式效率極低。新建成的自動化立體庫不僅解決了高密度存儲問題，而且解決了“貨到人”揀選問題。貨物被自動輸送到揀選工作站，通過機械臂和起重機，可以輕易完成棒材的揀選工作。在國外，這一系統(tǒng)得到廣泛應用（參見圖4）

圖4 長大件貨到人揀選系統(tǒng)

垂直旋轉式貨柜一直是“貨到人”揀選的重要方式，除了可以滿足貨物的立體存放需求、提高了空間利用率外，封閉性倉庫很好地解決了貨物的防護問題，因此在工廠、銀行有著廣泛的應用。類似這樣的例子還有很多，不再贅述。

“貨到人”揀選技術的市場需求和發(fā)展趨勢

國內外許多專家在展望物流技術發(fā)展的前景時，比較一致的看法是“自動化”、“智能化”和“標準化”是主要方向?！柏浀饺恕睊x很好地詮釋了這一發(fā)展趨勢。

從“貨到人”獨有的優(yōu)勢看，幾乎所有的行業(yè)都適宜采用“貨到人”技術，以提高效率和降低勞動強度。但在現(xiàn)階段，考慮到作業(yè)成本問題，并非所有系統(tǒng)都具備采用“貨到人”技術的條件。

大型電子商務配送中心是未來“貨到人”技術的重要應用領域，因為其拆零揀選將占揀選總量的95%以上，是最合適采用“貨到人”揀選技術的行業(yè)。

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

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

當然，傳統(tǒng)行業(yè)還有很多具備采用“貨到人”揀選的場合，如服裝、食品、化妝品、前面提到的長大件以及貴重品揀選等，均有應用“貨到人”揀選的需求。

然而，量化市場需求是困難的，因為即使在一個行業(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，“貨到人”系統(tǒng)的應用前景非常廣闊。

應該指出的是，未來的拆零揀選還會出現(xiàn)“自動揀選”趨勢，這是“貨到人”的更為高級的表現(xiàn)形式，只是這時的“人”已不是普通的人，而是機器人。

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