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從傳統到智能,揀選作業大揭秘!

“揀選”與“分揀”是制造企業廠內物流的兩個非常重要的環節,兩者雖然只有一字之差,卻是截然不同的概念。

導 讀 ( 文/ e-works原創專題 )

揀選是十分重要的物流作業形式,常常是指倉儲揀選。揀選作業是倉儲物流中勞動最密集,耗時最多的環節。

在生產制造過程中,有多種場合需要揀選作業,面向制造業生產組織的需求,其倉儲揀選作業方式也有所不同。

本報道面向制造業的揀選作業,厘清揀選的概念、梳理制造業揀選技術及應用場景、探討制造業倉儲物流中揀選技術的實現途徑、總結目前制造企業常見的揀選方式。

一、什么是揀選?

“揀選”與“分揀”是制造企業廠內物流的兩個非常重要的環節,兩者雖然只有一字之差,卻是截然不同的概念,不能混為一談,揀選≠分揀!

揀選

● 根據訂單中要求的商品名稱、規格、型號、數量等,將商品從存儲的貨架或貨垛中取出,并分放到指定位置,完成用戶配貨要求的過程。

● 制造業內,揀選是主要的備料方式,常用于倉儲或線邊。

● 常見的揀選方式有手持RF/PDA揀選、語音揀選、燈光揀選等,隨著技術的發展開始出現AR/VR揀選等更加智能的揀選方式。

根據揀選所處的生產環節,可以將揀選作業分為兩類。

① 倉儲揀選作業

倉儲作業是保障生產制造各環節所需物料及時、準確、有效供給的重要手段,也是各制造企業一直試圖削減成本的關鍵環節。揀選是倉儲作業最核心最占成本的作業單元。如下圖所示為人工倉儲揀選示意圖:

據文獻報道,在經典的倉儲作業中,揀選作業約占倉庫運營成本的30%-50%,揀選人員數量約占倉儲作業人員數量的60%以上,而揀選人員70%的作業時間在移動,30%的作業時間是用于揀選物品。

這也是為什么近年來“貨到人”揀選方法備受關注,并出現了“貨到機器”研究趨勢的原因所在。

② 線邊揀選

生產制造的每一個加工環節以及上下加工工序間的轉換都離不開物料的組織。因此,線邊揀選是必不可少的生產物流作業過程。

根據生產制造的組織形式不同,可以分為:離散制造線邊揀選、流水線制造線邊揀選和單元制造線邊揀選等。

流水線線邊揀選示意圖

流水線線邊揀選示意圖

柔性制造線邊揀選示意圖

柔性制造線邊揀選示意圖

和倉儲揀選不同,線邊揀選的作業對象相對單一,搬運距離相對短,作業人員/設備相對少。但是線邊揀選直接關系到加工的效率和質量,也是在制品庫存的重要因素和生產周期的重要占時成分。

分揀

● 將商品按照不同的客戶、不同的配送路線進行分類、集中、裝車的輸送過程。

● 制造業內,分揀主要用于貨物的出庫及貨物中轉輸送。

● 常見的分揀設備有輸送線、分揀機、模組帶分揀、高速分流器等等。分揀設備正在朝著智能化、柔性化發展。

由此可見,“揀選”作業與“分揀”作業是有很大區別的。通俗地說,分揀是把混在一起的物料分開;揀選是從混在一起的物料中把需要的選取出來。

二、倉儲揀選技術

倉儲揀選作業的一般流程

倉儲揀選作業的一般流程

揀選作業受生產訂單的驅動,受倉儲布局的制約,而整個過程訂單下達及匯聚生成揀貨策略輸出揀貨單規劃揀貨路徑揀貨集中審核送線邊受企業的生產組織模式的調度。倉庫在接到ERP系統的出貨指令后,WMS會根據生產調度需求,選擇揀貨策略(技術):“基于訂單的揀選”、“基于批量的揀選”和“基于流程的揀選”。

① 基于訂單的揀選

或者說摘果式揀選,是最基本的揀選方式。WMS會將每一個客戶的訂單,根據倉庫布局(貨物儲存布局)分解成揀貨單,分派給不同區域的揀貨員,并生成揀貨路徑。揀貨員揀取貨物后,送到集中區域合并,復核后交由下一個配送流程,送交生產線邊。

摘果式揀選平面布局圖

② 基于批次的揀選

或者說播種式揀選,是為了進一步提升揀選效率,降低揀貨強度而提出的一種揀選策略(技術)。

播種式揀選平面布局圖

接到ERP指令后,WMS會將若干訂單匯總,將相同的物品進行合并,再根據倉庫布局(貨物儲存布局)編制揀貨單,分派給不同區域的揀貨員,并生成揀貨路徑。揀貨員揀取貨物后,送到集中區域。在該區域,根據生產組織需要,可以按照訂單再次揀選組合,也可以直接復核后交由下一個配送流程,送交生產線邊。

③ 基于流程的揀選

基于流程的揀選和基于批次的揀選相似,不同之處在于,WMS會匯聚當前生產流程中所有的訂單(比如一天的訂單),進行訂單的合并和分解,形成揀貨單。

三、智能揀選技術

根據上圖所示的揀選作業流程,揀選技術的智能化可以從幾個方面入手:

① 揀貨方法的智能化,比如機器揀選,以及RFID、VR、二維碼、PTL等輔助揀貨方法;

② 物品輸送技術,比如可以采用堆垛機、AGV、輸送帶等方式。如下圖是一種基于Kiva機器人的貨到人倉儲布局示意圖。在該場景中,Kiva機器人在接到揀貨指令后,找到指定的貨架,并將該貨架運送到指定的揀選臺(W1-W4),供揀貨員揀貨。

一種基于Kiva機器人的貨到人倉儲布局示意圖。

③ 智能揀選的第三個途徑就是訂單的處理和揀貨策略的選取。在傳統的訂單分拆、物品合并的算法基礎上,基于大數據和優化技術的方法正逐步得到應用。

④ 智能揀選的第四個途徑就是輸出揀貨單。在上圖所示的多Kiva機器人和多揀選臺場景中,將揀貨單分派給哪個機器人、哪個揀選臺,是影響揀選效率的關鍵因素。

目前的方法主要有動態規劃法、博弈、合同網法等。如下圖就是筆者團隊提出的一種基于合同網算法的訂單派發流程,其中,招標方為派單方,投標方為Kiva機器人和揀選臺。

筆者團隊提出的一種基于合同網算法的訂單派發流程

⑤ 智能揀選的第五個途徑就是物品的輸送路徑規劃。堆垛機和輸送帶都是采用固定路徑輸送,而AGV的路徑則可能根據貨物輸送的源點和目的地,以及道路狀況,進行路徑規劃。

四、倉儲揀選方式

① 手持RF/PDA揀選

手持RF/PDA揀選是目前最常見的揀選方式,人員使用手持設備掃描條碼獲取信息完成揀選作業。該方式需無線網絡覆蓋整個揀選作業區。揀貨位商品可以是一位一品,也可以是一位多品。揀選準確性較高、造價和維護成本較低,靈活性強。但該揀選方式要求揀選人員熟悉貨位位置。

② 語音揀選

語音揀選已非常成熟,近年來應用廣泛。語音揀選系統會將WMS系統的指令轉化為語音播報給作業人員,作業人員根據語音指令到達相應的貨位,揀取貨品,并通過口頭語音應答來確認揀選作業的完成。其最大的優點是通過耳機等可穿戴的的設備,解放了揀選員的雙手,適合大件商品揀選、冷庫環境揀選等。

③ 燈光揀選

燈光揀選(Pick to Light)是一種基于SKU管理的揀選方式,市面上常見的PTL揀選大多結合電子標簽使用。在每個貨位安裝提示燈,指示操作人員到達哪個貨位、揀選什么貨品、數量是多少。適用于小型商品揀選,揀貨位固定一位一品。其優勢是效率和準確率高、不依賴員工的熟練程度,但布局建設完成后不易更改。

④ AR視覺揀選

AR技術已經開始應用于倉儲作業。員工佩戴增強現實眼鏡,由眼鏡的導航功能導航至揀選貨位。所有的作業信息全部投影在眼鏡上。AR揀選與跟語音揀貨一樣,解放了揀選作業人員的雙手,同時又具備條形碼復核能力,保障揀選質量與庫存數據同步。但AR揀選目前在國內還鮮見應用案例。

⑤ AS/RS揀選

AS/RS(自動化立體倉庫)揀選是借助WMS(倉儲管理系統),WCS(倉庫控制系統)技術,通過堆垛機、穿梭車從高位貨架按訂單需求揀選,也有利用旋轉貨架進行揀選。這種方式更加節省人力,且高效、精準,但初期的基建成本、設備成本投入大,建成后不易更改,且對貨物的包裝、貨品的品類有一定限制。

⑥ AGV揀選/類KIVA機器人

使用AGV小車完成揀選及搬運作業,AGV揀選小車根據系統指令,自動導航到商品位置停泊,通過車載顯示終端告訴揀選人員被揀選商品的位置和數量。也有企業使用類Kiva 機器人揀貨,機器人在接到揀貨指令后,找到指定的貨架,并將該貨架運送到指定的揀選臺,這是典型的貨到人的揀選方式。

除此之外,目前還有不少揀選方式在制造業得以應用。如基于工位的貨到人揀選,將貨物自動運輸到揀選工位上,能減少舉升、彎腰和伸展之類的單調而又繁重的工作,同時可提升效率;或在自動揀選區中,由自動揀選機或機器人承擔訂單處理任務,這種揀選方式在標準揀選流程中不需要人為干預,適合于高性能應用,或者要求質量和處理能力長期穩定不變的情況;此外還有利用傳送帶揀選,高架揀選等等多種方式。

手持RF/PDA揀選、語音揀選、燈光揀選三種常見揀選方式對比

手持RF/PDA揀選、語音揀選、燈光揀選三種常見揀選方式對比

五、提高揀選效率十大策略

提高揀選效率十大策略

六、揀選設備與解決方案

揀選設備與解決方案

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