单元物料订单自动化分拣线的能力探讨

云南财经大学物流学院/冉文学　刘玉杰　陈凡武烟信息技术有限公司/刘军

单元物料订单自动化分拣线的能力探讨

云南财经大学物流学院/冉文学刘玉杰陈凡
武烟信息技术有限公司/刘军

如何提高分拣效率，是一个直接关系到卷烟物流配送中心的生产效率的关键问题。本文研究了条烟分拣过程的串联和并联合单问题，其计算与控制方法对选配卷烟自动化分拣系统设备具有指导意义。

卷烟配送、订单自动分拣、串联生产物流系统、并联生产物流系统、自动化合单

随着国家烟草专卖局“深化改革、推动重组、走向联合、共同发展”战略的推进，工商分设、工业重组效果显著，卷烟生产企业的集中度要求卷烟分销体系也要成规模和集中化。卷烟配送改变了传统的批发、零售体系，建立了以现代物流配送为核心的现代流通体系。这个转变要求建设高效的物流配送体系，应用先进的物流装备及先进的信息管理技术，有利于降低企业成本、缩短流通时间、达到资源利用高效化。

经过十多年的开发、研究和实践，我国卷烟生产单元物料（条烟）自动化分拣设备从无到有，从手工到半自动到全自动，从单一设备走向系统成套设施，逐步走向成熟。就单机水平而言，其质量、可靠性、稳定性都有大幅提升，已经形成了卧式、立式等不同的产品类型。但是，单元物料自动化分拣设备的单机效率不等于整个分拣系统的效率，特别是应用不同形式的分拣设备组成自动化生产线，就造成了在分拣过程中客观存在的分单、合单问题。其中合单是分拣线生产效率的技术关键。

本文针对单元物料自动化分拣设备的订单合单问题，从串型和并型两种生产线的形式去分析研究，另外再考虑订单单元物料的输送系统的速度匹配问题，任何一条分拣线都可以从这几个方面去研究。因此，本文所论述的理论方法具有实际应用价值。

一、串型单元物料自动化分拣线

“串型单元物料自动化分拣线”就是将若干种分拣机，沿单条订单条烟输送带，如N+1的五条、二条、单条分拣机串型组成的分拣机组，构成自动分拣线，也可以是多种卧式分拣机串型组成的分拣线，如图1所示。

图1　串型单元物料分拣线的组合模型

图2为典型的N+1串型单元物料自动分拣的构成图，其中包括五条、二条、单条等多种分拣机。五条分拣机可实现0.3秒拨出5条烟，即五条单机的速度达59400 条/小时；二条分拣机可实现0.3秒拨出2条烟，即二条单机的速度达23760条/小时；而单条分拣机0.3秒拨出1条烟，即单条单机的速度达11880条/小时。这种分拣线的分拣能力究竟是多少？多家设备生产商都标称其生产能力指标为15000条/小时，或者超过20000 条/小时等，但我们认为这种生产能力指标的标识并不准确。

图2　典型的串型单元物料自动化分拣线

如图2所示，典型的串型单元物料自动化分拣线中，除了分拣机，还有订单输送带、各种输送机、在线打码设备、装箱及包装机等，这些设备的生产能力指标，都直接影响分拣线的效率。假设这些设备的能力都足够大，条烟在各种输送机上的输送姿态都很理想，每个订单都按顺序要用所有的分拣设备分拣一遍，即分拣线上不能出现多个订单同时分拣的情况，而且分拣线由单一类型的分拣机构成，设分拣线的分拣能力指标为I，各分拣机的分拣能力为Ii，理论上，分拣线能力指标为：

（1）如果分拣线由多种分拣机构成，如五条、二条、单条分拣机组成分拣线，分拣线的能力应该为多少？理论研究与实际研究表明，式（1）都不能描述分拣线的能力指标。经过深入思考，分拣线的能力指标不仅与分拣线的构成有关，而且与订单的结构有关。订单的结构决定了在订单i的分拣作业中，使用了五条、二条、单条分拣机的概率分别为p5i，p2i，p1i，显然可有：

（2）设五条、二条、单条分拣机的分拣能力为λ5，λ2，λ1，分拣线的能力应该为；

（3）上述串型分拣线能力的计算公式，在严格的控制条件下可以这样得出。在实际生产过程中，由于订单条烟输送带长，相邻两个或者多个订单量少，可能存在多个订单同时分拣的情况。本文将这种两个或者多个订单同时作业的情况，归于并联型单元物料自动化分拣作业方式。

二、并型单元物料自动化分拣线

并型单元物料自动化分拣线，就是将若干种分拣机并联组合成分拣线，如图3所示。这些分拣机类型可以有多种，如N+1的五条、二条、单条分拣机等，可以是多种卧式分拣机并型组成的分拣线，也可以是立式分拣机、卧式分拣机混合组成并联分拣线。

假设并型单元物料自动化分拣线上除分拣机外，其它设施的能力都足够大，条烟在各种输送机上的输送姿态都很理想。设分拣线的分拣能力指标为I，各分拣机的分拣能力为Ii，理论上，分拣线能力指标为：

图3　并型单元物料分拣线的组合模型

式（4）描述的意义是，并型单元物料自动化分拣线的能力确实是各种分拣机能力的总和。

三、复合单元物料自动化分拣线

复合单元物料自动化分拣线，就是将若干种分拣机串联和并联共同组合成的分拣线。图4给出了一种实用的复合单元物料自动化分拣线，其组成包括用N+1自动分拣机构成两组自动分拣线，这两组分拣线各自独立并行工作，分拣后进行并行一级合单；另外一条分拣线用一组N+1自动分拣机和多组通道式自动分拣机串联组成，分拣后与并行一级合单的订单单元物料进行并行二级合单，合单后再输送到包装设备进行订单包装。

图4　实用的复合单元物料自动化分拣线

根据前述研究成果，图4所示的自动分拣线中，串型组合部分都可以用式（3）进行能力估算，而并行组合部分用式（4）进行能力估算。假定订单的输送速度以及其它环境变量都匹配，那么一级合单后，其能力估算为：

而由N+1自动分拣机和多组通道式自动分拣机串联组成的分拣线的能力估算为：

这条复合分拣线在进行二级并行合单后，其分拣能力为：

如前所述，除了分拣机，影响分拣线能力指标的还有订单输送带、各种输送机、在线打码设备、装箱及包装机等，这些设备的生产能力指标都直接影响分拣线的效率。所以，设备生产厂商自己标称的分拣线能力，并没有科学依据。任何一个卷烟物流配送中心，其生产工艺不同，分拣线的组成设备、组成形式不同，其分拣能力也不同，而单台分拣机的额定分拣能力只是分拣线能力计算的基础，并非分拣线的能力。

四、影响单元物料订单输送系统能力的其他因素

单元物料订单输送系统的速度，也是影响分拣线能力的主要因素之一。目前，国内分拣线的单元物料订单输送系统一般定义为48～60m/min（即0.8～1m/s）。设单元物料（条烟）的宽度为100mm（即0.1m），以0.8～1m/s的速度能够输送单元物料的最大量为8～10单元。也就是说，每小时单元物料的输送量为28800～36000单元/小时。如果订单的平均量为50单元/单，为576～720单/小时，这仅是个理想值，因为订单与订单之间还有间距，通常定义订单与订单之间的间距为300mm，每小时的分拣过程中将有172800～216000mm的空运转距离，合计可输送条烟1728～2160单元，这时的单元物料的输送量就将下降到27072～33840单元/小时。

需要注意的是，上述能力单元物料与单元物料之间的距离为0，单元物流的输送姿态非常理想。如果每两个单元物料之间增加50mm的间距，单元物料订单输送系统的输送量就将下降到13536.5～16920单元/小时。当然，目前国内分拣线的每两个单元物料之间的间距没有50mm，估计平均在30mm左右，因此多数单元物料订单输送系统的有效能力都仅在16000～20000单元/小时之间。

另外，如果单元物料的输送姿态不好，输送能力将受到更大影响。这个因素因为随机性很强，这里无法论述，但可以定性说明，只要输送姿态不好，将大幅度降低单元物料订单输送系统的有效能力。

单元物料订单输送系统速度的提高，不一定能提高分拣线的能力，因为输送速度越高，单元物料的输送姿态就越差，反过来分拣能力还有可能不如低速的单元物料订单输送系统的能力。就实际应用而言，单元物料订单输送系统的最高速度可以达到90m/min。

在线打码设备、装箱及包装机等的能力，也是影响单元物料自动化分拣线能力的因素。就在线打码设备而言，由于打码信息需要长途在线通信，还有信息传输的滞后性，目前在线打码能力最大也就标称15000单元/小时。分拣能力大，输送能力大，而打码能力不足，同样影响速度。解决问题的有效办法就是分流打码，使用多台在线打码设备，但打码成本会成倍上升。

目前，国内卷烟配送中心使用的装箱及包装机都是热缩膜包装设备，即使不计人工成本，其单个包件的成本多数已经高于1.2元，而其效率并不高，单台热缩膜包装设备稳定运行的最高效率仅为15000单元/小时左右。据考察统计，国内快递行业的纸箱成本也就每个0.8元左右，因此建议卷烟配送中心废除热缩膜包装设备，以降低包件成本，提高包装效率。

五、结束语

总的看来，单元物料自动化分拣线是一个系统工程，单机设备只是构成自动分拣线的因素之一。因此在规划设计配送中心单元物料自动化分拣线时，一定要统筹考虑各种因素，不能迷信个别设备厂商不切实际的能力宣传。本文给出的种种计算方法，都是作者多年实践总结，相信能为卷烟配送中心的建设起到参考作用。