SF快递公司物流分拨系统的仿真与优化分析

文/付 强

SF快递公司物流分拨系统的仿真与优化分析

文/付 强

摘 要：本文阐述了快递分拨中心的概念，分析了SF快递企业分拨业务的操作流程，建立了实际系统的Flexsim仿真模型。通过仿真分析，发现了系统瓶颈所在，对实际系统的改进提供了指导。

关键词：快递；分拨中心；Flexsim；建模

随着电子商务的快速发展，快递行业也随之迅速壮大，快递业务量迅速提高。目前我国快递日业务量早已突破1000万件。另据统计，全国民营快递企业有5000多家，但多数企业的分拨业务由于作业不规范、自动化程度低等原因，暴露出的分拣效率低、错误率高等问题越来越严重。面对我国快递市场的快速发展，优化快递分拨流程，提高分拨效率是解决爆仓、停收件、延迟等问题的关键。

1. 快递分拨中心的概念与作用

1.1 分拨与分拨中心

分拨是一种物流活动。在快递物流系统中，快件体积较小，且以“小批量多品种”的形式出现，“多品种”是指其发往地不尽相同。“小批量”是指同一客户的快件大多不会出现多件发往同一地区，并非业务量少。在流转过程中，需要进行多次分拨。如分拣、建包、拆包、分拣等。

分拨中心（Allocating Center）是一个专门从事分拣、分拨作业活动的部门，通常集仓储、集货、理货、简单加工、送货等职能于一体，是快递业务流程中的一个重要物流节点。

1.2 分拨中心的作用

分拨中心并非只进行简单的分拣作业，在实际运作过程中，还包括存储、分拣、集散、衔接作用加工等作业。为了满足用户对产品个性化的需要，很多分拨中心都具备了一定的初加工能力，能够根据客户的需求，对货物的规格、尺寸和形状等进行加工，实现合理配送。分拨作业是快递配送作业的核心环节，其运作效率的高低是决定快递配送效率的关键。

2. SF快递公司分拨中心的作业过程

分拨中心的业务流程包括三大环节，分别是收发、运输中转、派件。首先客户利用热线或者网络下单；客服中心处理订单信息后，将信息录入信息系统；调度人员根据系统里的订单信息安排最近的收件员上门收取快件；收件员收取后将快件送至相应的网点；仓管员完成对快件贴签、扫描、称重、分类等规定的程序后，将快件运送至集散中心（如分部、中转场等）；集散中心按照快件目的地进行分拣、打包、装车等后，运送至下一集散点（如机场、中转场、分部等），经过多次的中转，最后配送至分部；到达分部后，进行分拣，并由负责收件人所在区域的派件员来派送。

在这个作业过程中，快件在各集散点和集散中心等被多次分拣，发往不同的目的地。由上述流程可知，分拣作业的运作效率是影响快递的运作效率的关键因素，分拨中心作为分拣作业的主要场所，其布局和运作一直是快递企业重点关注的问题。

3. SF快递公司分拨系统仿真建模

3.1 分拨中心现有布置结构

图1 中转场现有布局示意图

SF快递公司中转场现有布局分为货物中转区，出港货物分拣、打包区，进港货物分拣、打包区，物料仓储区和办公区，总体布局如图1所示。

3.2 建模过程

（1）分拨中心理论模型

Petri网是用于描述分布式系统的一种网状模型，既能描述系统的结构，又能模拟系统的运行。Petri网包括事件和条件两个节点类型，在这样的图形中，分布着表示状态资源或信息的托肯，按照触发规则进行状态的演化，从而反映系统运行的全部过程。

根据SF公司分拨中心的业务流程，利用CPN Tools工具，建立如图2所示的Petri网理论模型。

图2 分拨中心Petri网理论模型

图2模型中库所及变迁所对应的含义如表1所示：

库所 内容 变迁 内容P1 快件、货物到达 T1 卸车P2 卸车完毕 T2 按操作方式分拣(包或小件) P3 大件货物准备分拣 T3 按操作方式分拣(大件货) P4 包快件准备解包，小件快件准备分拣 T4 小件快件分拣P5 解包完毕，准备分拣 T5 解包操作P6 小件快件分拣完毕 T6 大件货物按照区域分拣P7 建包完成，准备装车 T7 小件快件按区域分拣P8 分拣完毕，准备装车 T8 建包操作P9 分拣结束 T9 包按照区域分拣T10 装车操作

表1 库所、变迁内容表

（2）Flexsim仿真模型

根据分拨中心的作业流程和中转场的布局，利用Flexsim软件建立仿真模型。模型中使用了发生器（Source）、队列（Queue）、处理器（Processor）、输送机（Conveyor）、分拣线（MergeSort）、分解器（Separator）、合成器（Combiner）、操作员（Operator）、指派器（Dispatcher）等Flexsim建模对象，用于表示实际系统中的各种资源。其中发生器用于生成快件、大件货物和建包操作需要的编织袋等；缓冲区用于存放需要解包的快件；处理器用于模拟货物的检验过程；合成器和分解器分别用于对货物进行建包、解包操作；输送线用于模拟货物的搬运过程。

经过对实际系统的作业过程和现场布局分析建立仿真模型如图3所示。

图3 分拨中心Flexsim仿真模型布局图

从图中可知，整个仿真模型布局分为货物中转区（左侧矩形线框内区域）、进港货物分拣打包区（中间矩形线框内区域）和出港货物分拣打包区（右侧矩形线框内区域）三部分组成。其中，货物中转区部分由队列、分解器、操作员和输送机等实体组成，模拟货物到港卸货过程。进港货物分拣打包区和出港货物分拣打包区由队列、发生器、指派器、合成器、操作员和输送机等实体组成，模拟货物分拣和打包过程。各个实体之间通过端口进行信息的输入和输出，整个仿真过程是消息驱动的。

以货物中转区为例，到港的货物在卸货后经输送机搬运到检验区（由Processor模拟），然后进入解包、快速分拣和建包作业，最后进入中专暂存区（由Queue模拟）等待装运。

4. 仿真运行过程及结果分析

4.1 参数设定

仿真模型中各实体参数设置如下。

（1）货物类型分为大件货物和小件快件，大件货物的到达频率服从正态分布函数normal（200，30），小件快件到达频率服从正态分布函数normal（400，40）；

（2）每个检验台（Processor）设置一名操作工（Operator），其检验一件货物的时间服从均匀分布uniform（50，20），单位为秒。

（3）检验货物的不合格率，中转区为2%，进港货物分拣打包区为3%，出港货物分拣打包区1.5%。

（4）合成器（模拟建包操作）作业时间服从均匀分布uniform（150，40），单位为秒。

（5）输送带速度采取系统默认值。

（6）各分拣口操作工及各暂存区容量根据实际情况设置。

4.2 仿真运行过程

在各实体参数设置完毕后，对上述系统进行仿真运行，仿真系统时间以秒为单位，按一天8小时工作时间计算，设置仿真运行时间为28800单位时间，然后运行仿真系统，在仿真时间到达后Flexsim会停止仿真的运行并保存仿真过程中产生的数据。仿真运行过程如图4所示。

图4 仿真运行过程图

4.3 仿真结果分析

模型运行结束后，根据分析需求导出各实体仿真数据，参见表2所示：

表2 Flexsim仿真汇总报告数据（部分）表

在快递业务实际操作中，出于快件安全考虑，运送中必须建包，不能更改操作方式。对上述仿真数据分析可知，在出港解包暂存区，参数中设置其最大容量为300件，而仿真中得到的数值为270件，与最高值相差无几，因此极有可能导致整个分拣的瘫痪。

在上述分析基础上，重点对出港解包暂存区和下一道工序安检作业的单实体状态进行分析。通过出港解包暂存区各阶段溢出量直方图可以看出，溢出量远远超过在各个阶段的数值。同时，通过安检作业的单实体状态分析发现，其58.2%的时间闲置，37.6%时间在处理，即进行安检工作。如图5和图6所示。

由上述分析可知，出港解包暂存区是该系统运行过程中存在的瓶颈所在。快件分拣前解包作业区容易造成快件堆积，而影响整个运作的进程。而现有条件下，由于场地限制，不能安排更多的人进行解包操作。若在上游不使用包操作，容易造成快件在运输过程中的丢失，也会增加卸车的难度。针对该问题可有两种解决方案：一是增加出港解包的岗位设置，安排更多的工作人员以提高作业效率；二是针对人工分拣的不足，引入自动分拣系统，从而减少差错率，提高工作效率，消除系统瓶颈。

5. 结论

在快递业务流程中，分拨作业无疑是影响系统运作效率的关键业务流程。文中通过对SF快递公司实际系统调研，建立了分拨系统Flexsim仿真模型，通过仿真发现了系统瓶颈所在。仿真结果对于解决实际问题，提高系统运作效率有实际的指导意义。同时，也为Flexsim仿真方法在快递业务仿真与优化方面的研究提供了参考。

图5 出港解包暂存区各阶段溢出量

图6 安检作业状态图

参考文献：

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[基金项目：①全国教育科学规划课题(FFB108141)/②天津市高校“优秀青年教师资助计划”/③天津市科技发展战略研究计划项目(13ZLZLZF05400)]

作者单位：（天津职业技术师范大学）