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面向电商配送中心的自动化拆零拣选技术
作者:Bill Leber, Marc Wulfraat
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仓储/分拣设备展厅
货架, 悬臂式货架, 流利式货架, 横梁式货架, 轻型货架, ...
2011年,Swisslog面向全球推广AutoStore轻载存储拣选系统(图1)。以下是关于AutoStore的特点与应用的概述,摘自MWPVL顾问Marc Wulfraat编写的AutoStore白皮书。AutoStore适用于半自动存取拆零拣选产品,是一款灵活的“货到人”自动化系统,能够显著提高人工效率、订单准确率及空间利用率。从2012年3月亚马逊收购Kiva系统来看,我们相信自动化“货到人”物流解决方案会是一个强大的新兴市场。

AutoStore解决方案概述

解释AutoStore的最佳方式是,想象一个巨型建筑模型,标准尺寸的料箱(内径400mm宽×600mm长×310mm高)存放在立式货格内,从仓库地面垂直向上堆叠。料箱的高度也可以是220mm,以适用于较重或较小的品项。每个料箱垛可堆叠至最高16层(4.9m),因而每垛可存储最多16个料箱。料箱垛彼此相邻,形成了货格,能够根据系统内料箱的存储需求,简易地向X轴和Y轴方向扩展。而每16个一垛存放在密集货格中,省去了巷道。货格的尺寸与形状可适用于任何现有仓库,甚至可以围绕建筑的立柱来安装。

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图1 Swisslog公司的轻载存储拣选系统AutoStore

1. Autostore最重要的概念:拣选完的料箱回到料箱垛顶端,帮助系统实现自我优化

想象一只料箱位于一垛料箱的底部(如第16个料箱),料箱中是今天早些时候放入的新品项。此外,假设我们不知道这件货物的周转率高低(如订单行)。当需要这件货物时,机器人伸入料箱垛取走上方15个料箱,以取得最下方我们需要的货物的料箱。完成这个过程约需3.5min。在此期间,多台机器人共同配合,将取出的15个料箱存到别处。每台机器人底部靠近轮子处都配有货格传感器。机器人在货格上行走时,传感器检测位置,并通过无线控制与仓库控制系统(WCS)通讯,WCS知晓每台机器人的实时位置。取出装有所需货物的料箱后,一台空闲机器人将料箱送至指定拣选站。确认拣选完毕后,机器人提升料箱返回存储区顶部。机器人随后将料箱送回到一个空闲的货位上。必须注意,料箱并不会回到原先的货位,而是回到一个空闲料箱垛的顶层(图2)。

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图2 料箱在拣选完毕后不回到原先货位,而是回到一个空闲料箱垛的顶层

2. 料箱送至订单拣选员的速度由几个变量决定

仓库控制系统控制着货格中所有机器人的运动和动作。机器人被要求前往拣选站台前,系统就会提前向机器人发出任务指令。例如,如果取一个料箱的时间是3.5min(最坏情况),在料箱需要被送至拣选站台之前3.5?min,机器人就开始执行任务。目标是尽快将料箱送至订单拣选员,使他们可以从容、准确地完成工作。订单拣选站可设计为有3个相邻料箱位置,任意时间都可有3个料箱持续送至操作员。简单的工作站设计可节省由于料箱缺失导致操作员等待的时间。

在存储模块顶部行走的机器人数量可根据需求增加,这意味着AutoStore能适应发货量峰值波动。有了AutoStore,在高峰时间只需快速、方便地增加拣选站台和机器人(需一定成本)。

通常,订单拣选员同时进行多个订单的拣选。操作员从料箱中拣选品项/数量,在电子标签的协助下放入正确的订料单箱。值得注意的是,一个料箱可存储多个品项,为不同订单供应货物,这非常适用于慢速品货物。

如果要求订单拣选员专心于完成订单拣货数量(无需扫描条形码确认),则最快每3s就可以将一个料箱送至工作站台。这假定了使用电子标签来拣选货物,放入发货周转箱。这样刚好每小时有1200个料箱送至站台。假设每个料箱的品项只能满足一个订单行,那么拣选率可达每小时1200个订单行,超出大部分人使用双手能完成的数量。Swisslog表示,AutoStore拣选应用的典型拣选速度在每小时600~1000个订单行的范围。

而大部分配送中心使用静态货位存储拆零拣选的慢速品,典型拣选速度在每小时75~110个订单行的范围。当然,拣选速度对每个公司来说是不同的,应考虑收货时需要一定的人工作业:在传统仓库中,接收一个包含众多慢速品品项的收货订单,分拣后将货物直接入库或存入拣选货位。只有当纸箱装有多个品项或流程规定要求验货时,收货员才打开入库纸箱。

在AutoStore系统中,存储的每个品项都需要管理到件。每个入库纸箱打开后,单件货物被放进标准料箱。因此,收货时的人工操作成本,在做投资回报率(ROI)时需考虑。

常规方法是用托盘或输送机输送一批料箱至AutoStore。料箱随后通过一个或多个收货站台进入存储模块,机器人进行入库作业。节省了输送时间和人工将慢速品库存放入货架的时间,就节省了大量时间。在许多配送中心里,如汽车零件库,每有两个出库订单行,就有1个入库订单行。

3. 将数千品项混合存入一个大型存储模块,在系统故障停机时,无法进入仓库有何风险

任何自动化系统故障停机时人员都无法进入,所有实施自动化系统的公司都要克服这个问题。而对AutoStore来说这不是一个问题,因为故障停机不会出现在整个系统,而是仅出现在一个系统的元部件上。例如,如果一台机器人出现故障需要维护,它会被送至故障维护区等待修理,另一台冗余机器人会接过它的工作。系统的移动部件很少,这意味着理论上几乎没有当机记录。

哪些公司会购买AutoStore

迄今为止,投资购买AutoStore的公司主要在欧洲,主要原因是,这些市场的土地及人工成本较高,AutoStore在这两方面都能产生强大的经济效益。2012年,欧洲已有16个AutoStore系统建成并投入使用,另有4~5个订单尚未交货。Swisslog也开始着眼于美国和亚太区域等新兴市场,因为半自动化物流解决方案,尤其是适用于拆零拣选条件下的解决方案,有巨大的发展潜力。

Komplett ASA是一家价值6亿美元的北欧电商零售企业,向挪威、瑞典及丹麦的消费者及公司提供电脑配件、电脑及其他相关电子设备。2008年,公司实施AutoStore升级了挪威Sandefjord配送中心,占地25200m2。2010年,Komplett通过AutoStore系统准备并发货了140万个订单及近430万个订单行。

Komplett的系统包括33700个料箱,55台机器人及28个工作站台。实施系统后,与传统仓库相比,总吞吐量提升30%,仓库存储密度提升60%。如今,公司80%的出库订单行通过AutoStore完成,每班次10名员工,8小时一班,每天两班。
Antalis AG是一家欧洲纸张与包装材料的经销商及物流服务供应商。Antalis在瑞士主仓库的印刷品存储中使用AutoStore以提升效率、减少空间需求,其也是Swisslog第一家使用AutoStore的瑞士客户。据悉,Antalis选择AutoStore是因为系统可扩展和灵活性,便于集成到现有设施中。系统于2012年安装完成,包括18000个料箱,10台机器人和4个拣选站台。

AVNET物流是AVNET有限公司的分支,世界最大的半导体、机电与电子元件经销商。2011年2月,AVNET在德国波音的新配送中心使用了AutoStore系统。一期系统,仓库占地面积1100m2,系统存放的45000个料箱中存储了35000个品项。总共有37台机器人用于存取货物与输送料箱至16个拣选站台,速度达每小时680个料箱,吞吐量达每小时1000个订单行。计划每天拣选5000个订单行,并收货2000个订单行。

Competec是瑞士最大的电子产品经销商。公司正在建造一个新的电子产品配送中心,占地面积55000m2,用于进口、配送及销售硬件、软件与娱乐电子产品。Swisslog在这个瑞士最大的电子产品配送中心安装了AutoStore。一期自动化系统占地面积2500m2,包括62000个料箱。系统拥有10万个料箱位、25个收货和拣选站台、70台机器人,已于2012年投入运行。

2012年2月,Medline Industries公司委托Swisslog在其现有的配送中心安装AutoStore。Medline是美国最大的私有医疗品供应商。公司生产超过125000种医药与手术用品,并将产品通过由30个配送中心组成的网络配送至医疗机构及零售市场。此项目是第一个试点工程,将在多个地点实施。第一个试点项目包括21000个料箱,35台机器人和12个拣选站台。
2012年4月,连锁零售企业Asda与Swisslog签订合同,在其位于英国Leicestershire Lutterworth的占地92900m2的仓库中分两期安装AutoStore系统,这是迄今为止最大的AutoStore项目,包括70000个存储料箱及160台机器人,连接着8个入库换箱站台和12个货到人拣选站台。Asda是英国第二大连锁超市,隶属于沃尔玛,为英国550家商店提供超过35000种产品,包括百货、服装、居家用品及电子产品。

为何要购买AutoStore

下文具体解读一下,为何众多公司为他们的配送中心投资购买AutoStore。

1. AutoStore系统的模块化设计使系统灵活、易于扩展

装配与拆散AutoStore均使用标准部件,正是这些部件组成了自立式存储货格。这些部件可直接装配或拆散,也可围绕建筑立柱安装。无需安装自动喷淋系统,不存在重型电气元件要求与建筑要求。由于系统设施独立于建筑,可迅速拆散,AutoStore可简便地从一个建筑移到另一个建筑中,无需中断业务运行。我们发现,这一点对电商非常有吸引力,因为他们正经历着无法预计的高增长率,经常需要搬往新的仓库。大多数用于拆零拣选商品的机械化及自动化物流处理系统都需要价格高昂的基础设施投资,并很难拆除搬入另一个仓库中。

2. AutoStore系统运行灵活,不会停机

机器人由电池提供动力,自我监控。当一台机器人的电池需要充电时,它仅需通知仓库控制系统,随后前往指定充电站充电5~10min,即可继续工作。通常机器人的工作时间在每天20~22h之间,电池使用寿命为3~5年。电池是消耗性物品,替换电池的成本应计入总体投资回报率分析的考虑因素。

3. 提高订单拣选效率

相对传统仓库,AutoStore可提高订单拣选能力5~10倍。根本原因在于这是一个货到人系统,节省了找货和输送时间。此原理同样适用于入库与存储工作中节省的输送时间。在拆零拣选环境中,每两个出库订单行就有一个入库订单行。因此,节省将货物存入静态货架的输送时间。

由于存在诸多变量,节省人工的计算对每位客户来说是独一无二的。建议进行投资回报率分析时,预先进行充分调查。

4. 节约空间

相比使用静态存储慢速品,AutoStore能节约60%的空间。这对配送中心来说很重要,因为配送中心需要在不增加用地的情况下满足销售额的不断增长。AutoStore系统内无操作通道,提供高密度存储。

5. 提升订单准确率、订单履行率及订单周转速度

AutoStore拣选站台配有电子标签拣选技术,帮助操作员将产品放入准确的周转箱,实现最高的订单拣选正确率。同时,条形码扫描确认与自动称重也可用于发现品项/数量拣选错误。在一个非自动化配送中心,通常每发货1000件货物中有1~3件出错。使用AutoStore系统的公司出错率为0.01%,即每发货10000件货物约出错1件。

6. 库存准确性与安全性

使用AutoStore后,库存错误并非完全消失,因为仍有人工界面,人员仍会拣选错误的数量。话虽如此,其存货误差小到几乎无关紧要。AutoStore的库存准确性在包含人工作业的运营环境中接近完美。

AutoStore中的库存直接移动至工作站台,能够可视化监控,实现库存高安全性。人员从不进入料箱存储区域,进一步降低了库存减少或损坏的可能性。

7. 改善工作环境

安全:人员与机器在同一工业环境中工作时,操作员可能遭受身体伤害。使用AutoStore后,操作员无法进入机器人工作的区域,人机界面很安全。机器人维修的界面也设计得很安全。

人体工程学:传统仓库中有改进人体工程学的方法,但是订单拣选仍无法避免提重物、伸手、弯腰及拉伸身体。AutoStore工作站台能将料箱送至符合人体工程学的完美位置,省去了不必要的弯腰与拉伸。

噪音等级与清洁程度:装有大量输送机的配送中心噪音等级很高。操作员若不正确地使用护耳用具,久而久之听力会明显受损。AutoStore能提供完全清洁与几乎完全安静的运行。

8. 缩短培训时间

根据使用AutoStore的公司称,关于订单的培训仅需几天,因为操作员无需学习仓库编号系统、存储货物的通道等等。他们仅需要站在工作站台,指示灯会提示他们做什么。对公司来说,为满足高峰时期的需要,增加新员工,迅速改变生产规模,尤为重要。

9. 无停机时间与内部冗余

AutoStore的设计是一个工作站台的操作员在任意时刻停止工作时,其他工作站台都可继续进行订单操作。如果一台机器人停机,另一台冗余机器人会接手完成它的工作。在拣选操作的同时用新货物为料箱补货,所以,从不需要停机补货。

AutoStore更适合这些配送中心

AutoStore在技术使用上也有一定限制,因为这不是一个通用的方案。通过以下例子可以更好地帮助我们理解这一点。

1. AutoStore适用于具有大量拆零拣选品项的配送中心(如汽车零件配送)

a. 拆零拣选品项指客户采购的不能构成整箱的货物,因为成本有限,通过以件为单位采购而非整箱采购能节省库存资产;

b. 存储10000以上拆零拣选品项的配送中心是典型代表。许多汽车零部件配送中心有超过10万个品项,还有一些工业零部件配送中心有超过50万种品项。这需要很大的仓库空间与人员来操作订单,也需很大面积进行存货与拣货。AutoStore能为这种类型的配送带来很大帮助;

c. 需要注意的是当前AutoStore的料箱重量限制为30kg,较重的配件(如车盘垫、刹车盘)就不适用于这种应用。Swisslog正努力增强机器人处理料箱的能力,使之能处理60kg的料箱。

2. AutoStore适合高灵活性、扩展性及高要求的配送中心(如电商)

a. 电商正面临越来越多的不可预知的增长率,可能会影响配送运作,比在成熟的市场运营的公司需要更频繁地更换仓库;

b. 对于电商而言,AutoStore吸引他们的地方在于可以快速便捷地扩展,增加货位、机器人及工作站台,来支持业务的快速增长与旺季浮动;

c. 另一个吸引电商的优势在于AutoStore可以很方便地拆除并在另一个建筑内再次安装。由此避免了由于搬迁主要存储输送设备而造成的业务中断。

3. AutoStore也适用于以下行业

a. 电子部件配送:这是AutoStore应用的目标市场。上万个小部件需要存入干净的环境中,而AutoStore可以非常完美地满足这一要求,同时最小化空间与人力要求;

b. 零部件配送:配送中心内存储有10000个以上的部件是低中度流通性,是AutoStore的理想适用范围,其可以为流通多而占用资源多的品项最小化空间与人力;

c. 需要精细、安全处理大量中高价值商品的行业,包括但不限于珠宝类、高成本的服装与配饰、制药行业、医疗设备、计算机与通讯设备,甚至是文件存储行业;

d. 百货配送:特别是小量非食品、健康与美容及日用品品项。许多百货零售商的配送中心包含15000~ 40000品项的上述商品。传统的补货是通过密集的人力操作完成,当输送机系统出问题时,整个系统都会有问题;

e. 零售与批发配送:除了直接面向消费者的电子商务,AutoStore也适用于拥有大量拆零拣选品项、向门店供货的零售商。显而易见的例子是大量办公用品与零售药品的配送中心。
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/8/2013)
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