物流分拣系统中的优化和容错技术

郑德理

摘 要：近年来，物流领域的货物分拣技术得到了较快地发展，烟草商业企业的分拣技术也得到了长足地进步，但由于当前国内烟草企业受限于卷烟销售结构和季节性等特点，特别是在销售旺季呈现出了超大幅度的增长，而现有卷烟分拣系统根本无法有效地解决该问题。随着卷烟销量增长，如何对分拣系统进行优化并解决好当前问题已刻不容缓。该文以台州烟草新组合式分拣系统为例，探讨了物流分拣系统的优化和容错技术。

关键词：烟草物流分拣 电子标签分拣系统 通道式分拣系统 容错处理

中图分类号：F253 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0074-02

1 物流分拣优化的重要性

物流配送主要由两个环节组成，分别是货物分拣和货物配送。根据有关研究[1]，在配送中心的成本比例中，分拣成本比重最大，约占了总成本的40%，因此，优化分拣环节，提高分拣效率是节约物流成本的关键。我们以从烟草物流分拣入手，探求物流分拣系统中的优化价值。

2 当前分拣系统存在的问题

结合台州烟草实际运行情况，我们发现目前的分拣系统存在的主要问题：一是分拣方式比较单一，灵活性不强，无法有效处理大数据量的分拣，从而造成了在分拣速度上的瓶颈，劳动强度上升而无法化解。同时，由于系统运行时间的增加，分拣系统的维护压力也随之增大。二是分拣系统本身已经历多次优化提升，能实现的进一步的优化，其空间较为有限。因此，针对当前的物流分拣技术，亟需通过优化的方式，提过分拣效率，降低劳动强度，从而推进分拣能力更上新的台阶。

3 分拣系统优化

新构建的组合式分拣系统基础架构主要依据原有电子标签步进式分拣系统和通道式分拣系统相关技术而建，系统的优化也根基于原有系统以及相关联辅助系统。

3.1 新式分拣系统的组成

经过对步进式分拣系统和通道式分拣系统相关技术分析，结合烟草企业卷烟销售的特点，我们发现单独依靠步进式分拣系统或者使用通道分拣系统都不能很好地解决销售旺季所带来的压力。而两种分拣模式的有效组合能很好地解决当前的问题。以研究的台州烟草物流分拣为例，我们可以通过对原有系统的改造，达到优化的目的。改造如下。

（1）更改为组合拣货分拣系统。新式拣货分拣系统将从原来的6条步进式分拣线，改为由4条步进式分拣线和2条通道式分拣设备组合而成。同时，可以实现步进式分拣系统与通道分拣设备按照1∶2的比例进行匹配组合，共组合成两组。新的组合分拣系统主要包括专用上烟设备子系统、通道式分拣和电子标签分拣协同作业子系统、卷烟传动子系统、卷烟喷码子系统、卷烟包装子系统以及卷烟分拣软件系统等组成。主要设备有：由流利式货架、电子标签、步进式输送带、通道式分拣机、包装机、大幅面激光打码机以及工控机等。

（2）数据库进行整合。为新组合的一组分拣系统单独建立一个数据库。并通过该数据库实现对当前系统状况进行全面的监控。

3.2 新式分拣系统的体系架构和功能模块

3.2.1 体系架构（如图1所示）

核心数据层各模块的功能和实现方式：核心数据层主要由主库分拣库数据库以及辅助数据库调度数据库、卷烟库存数据库组成。分拣库数据库从调度数据库获取送货线路客户订货相关信息，从卷烟库存数据库获取卷烟等信息。分拣数据库主要功能是分拣管理系统以及分拣监控和容错管理系统提供数据服务。涉及的主要部件有工控机、操作系统软件以及数据库管理软件等。

应用支撑层各模块的功能和实现方式：应用支撑层由各大系统组成，主要包括分拣管理系统、分拣监控和容错管理系统，以及辅助支持的配送智能调度计划系统、卷烟仓库管理系统。

分拣管理系统承担分拣作业的主要功能。从配送智能调度计划系统中获取分拣数据，分配出当前分拣组的分拣任务，并进行卷烟分拣的预处理，在启动系统后，借助卷烟仓库管理系统获取卷烟库存信息，通过分拣监控和容错管理子系统对分拣过程进行监控。卷烟分拣中的过程，分拣监控和容错管理系统，实现对分拣过程中的监控以及出现故障的处置等流程；而配送智能调度计划系统、卷烟仓库管理系统两个系统主要提高客户订单信息以及卷烟信息。

核心服务层各部分的功能和实现：核心服务层主要有上烟补烟子系统、通道式分拣和步进电子标签子系统、激光打码子系统、高速包装子系统、打印送货单子系统、纸箱回收子系统以及集货装车子系统组成。这些子系统从物理层面看，它们代表着是分拣系统的硬件组成部分，该核心服务层集成了该分拣系统的全部功能。该层的主要部件包括了激光打印机、高速卷烟包装机以及实时打印机等硬件子系统。

上烟补烟子系统可以仍然按照原有的分拣模式进行。分别在分拣前进行各条分拣线旁边进行备货和上烟。

激光打码子系统主要负责对传输带上的卷烟进行激光打码。该子系统对来自通道机或步进式分拣线出来的卷烟进行激光打码，同时将该条码上传给台州烟草局信息中心专用服务器，并与国家局服务器进行数据通讯。经激光打码后的卷烟将经过叠烟设备后转入包装环节。

高速包装子系统考虑到通道式设备的使用，速度明显的提高，将在通道式分拣机系统中更改为时速400包的高速包装机。每条分拣线均配备一套高速包装设备。

打印送货单子系统，按照送货线路的顺号进行打印，与传统分拣线不同之处就是新组合的分拣系统进行的是实时打票，而原有系统能够进行提前打票。

纸箱回收子系统主要功能就是回收件烟的包装外壳，空箱输送线可以设置在电子标签货架或通道机货架上方，方便拣选人员分拣过程中回收空箱。

集货装车子系统主要是为送货工作做预先的准备。送货员打印送货单后，到发货暂存区的指定区域核对后，装载上车，送到目的地。

表现层的功能和实现：表现层的主要功能就是与人进行交互的信息提示，主要部件包括各类指示灯、显示器、蜂鸣器发出的报警声、LED屏以及打印出来的各类资料。

可以用5字LED屏用来显示卷烟品牌的名称；用红、黄、绿指示小灯来提示设备使用状态；用蜂鸣省来进行报警提示；还用可以电子标签数显来表示当前位置的卷烟数量等。

3.2.2 台州烟草新型组合分拣系统流程

获取分拣业务数据：根据台州烟草配送智能调度计划系统（该应用系统用于送货线路安排）优化的最优客户配送方案结果，与客户订单下载配送顺序、客户、订单信息至分拣管理机。

分配拣选任务：根据电子标签分拣线和通道式分拣系统的使用情况，把获取到的分拣业务数据按线路集中、相对均衡原则分配至启用的标签分拣线和通道分拣机。

上传一号工程拣选顺序文件：由分拣管理系统把分配好的各分拣线分拣顺序信息实时地上传至一号工程控制机。

启动分拣：根据标签线第一张拣选订单，在每一个拣选工位按启始按键，系统将订单发送到标签线上相应的工位；通道机分拣系统根据获取的分拣数据发送到通道机终端。

启动拣选任务：电子标签分拣系统环节是根据客户订单，提示首位拣选人员发起订单，点亮当前客户拣选品牌标签和显示拣选数量；停放器落下，卷烟被停止在当前拣选工位，并等待前一个拣选工位完成拣选任务后发送松开信号。

分客户打一号工程码、自动包装、打印送货小票：经分拣后的卷烟进入一号工程激光打码操作，一号工程打码机采用停放器松开换进行激光打码。打码结束后，进入自动包装装置进行自动包装；包装好后，在传输带上经过激光打印机进行送货小票打印。

协同、装车配送：通道机分拣线依据分拣卷烟包所在匹配线路进行分流，进入各自的缓冲区。等待汇合的缓冲区卷烟包，在接受到汇流指令后与步进式标签分拣线进行汇合。而后再由发货人员装笼车将卷烟包按线路推至发货暂存区等待第二天配送。

系统接口情况：新式拣货系统仍然以WMS（仓储管理系统）为基础。电子标签系统、通道分拣线与WMS进行配合完成整个分拣任务。

4 新式分拣系统容错技术分析

台州烟草分拣系统自2005年上线以来已经使用了多年，各子系统运行较为成熟，但系统运行年份较长，机械等故障也会时有发生，要保障分拣系统无故障运行，分拣系统的容错机制不可缺少的。

4.1 容错机制的组成

在分拣系统优化的过程中，需要对容错机制进行同设计、同开发和同实施。该容错机制涉及的主要技术和部件包括以下几个方面。

计算机应用软件子模块，主要包括分拣监控和容错管理系统。

分拣监控和容错管理软件接收来自分拣管理系统中反馈的故障信息，并按照预先设置的容错方案，及时调整同一组织单元，按照预置的分拣方案进行分拣，而不直接停止。在当原分拣系统经维修恢复后，通过分拣管理信息系统，及时将恢复信息反馈给分拣监控和容错管理系统，系统进行重新调整后，将启动原有方案进行。

分拣辅助提示性硬件设备主要包括电子标签的显示、信号灯的闪烁、蜂鸣器发出的报警声以及打印机打印信息的提示等。在故障发生后，某台分拣设备处于暂时的停止状态，分拣监控和容错管理系统，接收到相关信息后，立即按照预置的方案做分拣任务调整，将分拣的任务自动切换，并触发信号灯、报警声，以及及时传输通过控制器及时传输指令到电子标签设备上，进行显示，及时提醒作业人员。

4.2 容错机制的实现方式

新系统为在分拣系统容错能力上得到了较大的提升，能很好地处理分拣线上出现的故障。其实现方式主要包括数据库的整合、分拣故障不同级别响应以及不同情景的实现机制等。

（1）数据库和应用系统的整合。将对原有数据库及应用系统功能进行整合，实现数据库个数从6个调整为2个。数据库整合主要依赖于良好的网络设备和计算机硬件的性能的快速发展和提升。

（2）分拣故障不同级别响应。我们首先进行故障级别的判断，可以分为3种级别的故障类型，分别是一般故障、机械故障以及重大故障。一般故障，是指在几分钟内就能迅速给予解决，例如共控机死机、数据库连接不成功等故障；机械故障，是指能在1 h之内给予解决的故障，例如电子标签故障、机械电器类故障等；重大故障，是指在1 h之内无法解决的故障类型。针对一般故障和机械故障，通常情况下，我们采用的是等待的方法，只有在特别紧急情况下，才考虑切换到另一条分拣线上进行处理。针对重大故障，新分拣系统与原有分拣系统基本一致。对未分拣完的送货线路根据配货的紧迫程度，在另一条步进式分拣线分拣完当前的送货线路或者在另一条步进式分拣线分拣完成后再切换分拣。原有2条步进式分拣线互为备份，达到容错的目的。

（3）不同情景的实现机制。不同情景主要分为通道机故障和步进式分拣线故障。通道机分拣线出现故障进行容错处理：在卷烟分拣过程中，一旦通道机分拣线出现故障[2]，例如通道机上的某个规格卷烟无法分拣，即一条分拣线上的某个或多个分拣线上通道机出现故障，分拣监控系统在获取信息后，通过服务器立即将该次分拣以及后续分拣数量自动切换到步进式分拣系统，并由软件系统发出警告声，及时告知操作人员，而其他通道机以及其他设备继续进行分拣。与此同时，步进式分拣线在接收数据信息后，在琉璃式货架上的电子标签进行数据显示，并发出告警声进行提示，这样原本在通道机上的分拣数量可以无缝地切换到通道机设备上，补货人员只需要按照电子标签显示的数量进行拣货即可。步进式分拣线出现故障时的容错处理：在步进式分拣线出现故障时，可以根据故障级别判断进行响应的处置。

5 结语

文中提出了新型的卷烟分拣模式，对新系统的体系和功能模块进行了构建，系统地分析了各个环节所要建立的新型分拣模式的工作流程。本文提出了实现新型卷烟分拣模式需要解决的几个关键技术，解决了电子标签无法解决的分拣容错问题。

物流分拣系统的优化和容错尚有很大的提升空间，如何更好地实现分拣系统中各子系统的速率匹配，是今后分拣设备研究的一大方向。

参考文献

[1] 胡勇.自动分拣系统一本通[M].北京：中国物资出版社，2011.

[2] 陈宏峰，刘亿舟.中国IT服务管理指南——理论篇[M].2版.北京：北京大学出版社，2012：239-245.

[3] Dallari F，Marchet G，Melacini M.Design of order picking system[J].The international journal of advanced manufacturing technology，2009，42（1-2）：1-12.