顺丰杯物流设计大赛DNA队作品 第四章 SF分拨系统优化设计.docx

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顺丰杯物流设计大赛DNA队作品第四章SF分拨系统优化设计

第4章SF分拨系统优化设计

4.1SF分拨系统战略规划

SF公司成立至今，经过创业起步、业务整合、管理优化几个时期艰难的摸爬滚打，现已成为中国物流企业50强企业，主营业务总量超过3亿，年总收入50亿以上。

2009年国务院发布《物流行业调整和振兴规划》，颁布实施了新《邮政法》，各地区、各部门共同推进物流行业的发展，物流市场在2008年经济危机之后总体上企稳回暖，国内快递行业兼并重组形式多样化，步伐加快。

物流基础设施建设突飞猛进，2009至2010年期间，全社会公路水路建设完成1.13万亿元以上，同比增长31%。

2009年全国规模以上的快递企业业务收入完成479亿元，同比增长17.3%，占行业总收入比重43.7%，快递业务量同比增长22.8%。

2009和2010年，物流相关法规政策环境的不断改善，电子商务网上购物快速增长，各类快递企业整合资源、经营管理亮点增多。

在这种大的发展环境下，原来的企业规模和经营理念变得越来越不能适应物流产业的迅速发展。

因此在“十二五”新一轮的发展中，SF只有调整企业战略，并针对不同部门进行规划和调整，才能在新的环境中处于领先优势。

总的来说，SF未来几年面临着物流行业和电子商务快速发展带来的机遇和挑战，公司需调整内部结构以适应外部环境的变化。

从分拨系统的角度来说，主要涉及以下几个方面的战略调整：

根据区域业务量增长的趋势和未来形势的预测，网络覆盖加快拓展，对现有分拨网络进行重新调整，保证未来服务能力；建立合作联盟，资源共享、优势互补；在客户、网络等方面实现资源共享与业务共赢；加强信息化、自动化建设，实现人员运作科学管理，提高运作效率。

分拨系统是快递企业核心流程，要实现企业的阶段提升，必须对现有网络、网点内部设施布局、运作流程进行改造。

优化思路有以下三点：

（1）业务预测调整，对现有网络结构调整，增减网点。

首先是整理企业过去的资料，统计业务量增长情况，综合考虑经济增长和行业发展因素，评估未来区域发展水平，考虑是否在区域增设或者扩建分拨中心。

（2）加强和其他企业的合作，在网点运力不足或者不能到达的地方，可以和其他企业建立合作机制，利用多途径实现物品的无缝转运。

同时建立信息平台，加强企业间货物管理，保证货物运输的安全时效。

这种方式，也能够扩展企业服务地区，避免在不必要的地区建设网点，抬升单位成本。

（3）建立半自动化或者自动化作业线，提高人均能效，总体上实现高效低耗地完成运量分配工作。

4.2SF分拣中心改造技术方案设计

1.主要问题

作为以网络为主要支撑的快递物流业，分拨中心发挥着心脏的作用，具体来说，它发挥着衔接和集散两个十分重要的作用。

以中通为例，自中通2008年启动淘宝网快递专项服务团队以来，淘宝网快递业务在2009年已占中通业务总量的50%。

在物流行业伴随电子商务网上购物快速发展的时候，面临业务量不断增加的压力，SF对分拨中心的改革是必然的事情。

伴随快递物流的迅速发展，SF公司分拨中心服务能力渐近瓶颈是公司最大的困扰。

从案例3可知，SF分拨中心处理业务的特点是：

处理小件大批量的分拨、分拨物品带有很强的季节性、人工分拨。

目前，SF分拨中心面临的问题是：

（1）吞吐量大，不易分拨，就2009年年业务量3.1亿票、年平均增长速度50%以上的发展趋势来看，以现行的分拨模式，SF公司面临的压力会越来越大；

（2）人工分拣效率不高，出错率高，信息滞后；

（3）分拨中心部分流程不合理。

2.改造方案比选

目前，就分拣方案而言主要是人工分拣、半自动分拣、全自动分拣三种。

半自动分拣和全自动分拣各有其优缺点，如图4-1所示。

图4-1三种分拨方式比较

全自动分拣技术是最先进、效率最高的，但是其投资太大，同时运行维护费用也很高，在信息识别方式，廉价的条形码在高速条件下识读准确率和容错率都不高。

理想的RFID识别手段按照2009年SF3.5亿票的量计算，年费用达2个亿以上，成本高昂。

半自动分拣——系统自动或提前识别快件所属分部，由操作人员根据识别出来的信息进行快件分检。

方案初始投资相对较小，改造后人工成本基本持平，同样面临信息识别方式的问题，需要安排与之相适合的中转处理流程。

结合低成本，以实现与公司的业务发展匹配的战略目标，分析SF目前的业务量和资金限制，近期分拨中心改造的方式应保持较低的改造成本同时能实现作业效率和信息流通速度的提高。

最先进并不一定是最好的。

虽然全自动分拣系统最先进，最终也是应该从目前的人海战术一步步升级到自动分拣，但是全自动系统超出了SF的业务需要和资金能力，所以近期并不合适。

综合考虑资金、业务需求、技术要求等各方面的因素，建议SF分拨中心技术改造应采用半自动分拣方式。

4.3SF分拣中心流程优化

SF分拨中心进行技术改造后，公司业务流不断增加的问题可以得到解决，但是依然面临信息识别方式的问题，因此需要重新设计适合的中转处理流程，考虑如何进一步降低分拣出错率，制定出错补救方案。

一般来说，识别系统是通过条码扫描或者FRID信号传输来实现信息的识别和录入。

但考虑到快递行业一次性周转的特点，中心依旧采用条码技术进行信息识别。

在不使用RFID技术的前提下，半自动分拣系统并不能有效地提高分拨中心的分拣容错率。

流程修改的思路就是在环节中加入补救措施。

SF分拨中心原作业流程图如图4-2所示。

图4-2分拨中心原作业流程图

为了减低分拣出错率，在半自动分拣系统的基础上设计了两次校对的流程。

修改后的流程图如图4-3所示。

图4-3修改后作业流程图

方案在分拨中心配置了一部半自动分拣传送系统，即一条主传送带和多条相连接的分部传送带分支。

快件由卸货区进入传送带后，由系统提前识别快件所属分部，操作人员根据识别出来的信息将快件推送至通向不同分部运输车辆的支流传送带，在每个支流传送带的中部或尾部安装的识别系统会进一步确认快件的信息。

到达分部作业区后，由装车人员用巴枪扫描加载物流信息后建包装车。

另外，对于一些系统不能识别的快件，进入人工分拣区，手工识别重新送入所属分部的传送带支流中。

半自动系统的作业直观展示如图4-4所示。

图4-4半自动系统作业直观图

在采用半自动分拨系统和优化路径以后，SF分拨中心预计要投入500万来来增加内部的传送带和自动条码识别仪等设备，分拨中心的效率会提高20％左右。

通过二次识别可以大大降低出错率，同时也进行信息的录入和上传。

分拨中心的发展是SF物流服务优化中一个十分重要的环节，在以后的发展中，SF使用全自动化的分拨会是一种必然的趋势，随着科学技术的发展，一定会有代替RFID标签的产品出现。

所以，SF必须时刻做好向全自动化分拨中心的转变，做到最先占领市场，以保持企业的竞争力。

4.4SF分拨中心设施布局设计

4.4.1分拨中心整体布局

SF分拨中心（设计）是集管理与分拨运作于一体的服务中心。

中心设置行政区、分拨作业库场、停车场和员工食堂等功能区域。

中心设计为300m*200m的方形场地，占地面积约6000平方米。

中心设计了双门环式道路，既节约了场地又保证了运作的通畅，如图4-5所示。

图4-5分拨中心布局平面设计图

按照一年3.5亿票的业务量折算大型分拨中心的日处理快件可达百吨，每日车流量可达千辆，加上近年来的土地价格飞涨导致成本大幅上涨，因此，分拨中心的道路、停车场地及车辆运行路线的设计显得尤为重要。

车流的规划设计是否合理，关系着分拨中心运作的效率。

它包括了进出路线口的制定和规划，道路宽度设计和车辆行驶路线的规划，包括站台的停车泊位数的计算和安排。

图4-6为分拨中心的“车流布置图”。

图4-6SF分拨中心车流布置图

为了保证分拨中心内车辆行驶秩序井然，采取了“单项行驶，分门出入”的原则。

中心西门依傍6车道公路，通行便利，为服务中心大门和大卡车进出的规定通道；东门临小道，人员较少，作为小型送货面包车出入通道。

分拨中心的车道与停车场停车位合为一体，设计为4车道22米。

考虑到大型卡车的进出，最小转弯半径设计为15米。

车道为沥青水泥路面，并划标白色的界限、方向、速度等醒目标记。

车道的宽度会影响到车辆的停放顺畅与否，需进行计算加以验证。

假设SF分拨中心采用两种车型：

车厢长度为9.7米的大车和车厢长度为5.5,米的普通小车，如图4-7所示。

图4-7两种车型的停车场例

4.4.2分拨中心作业库场布局设计

SF分拨中心作业库场布局设计，在部分保留原设施布局的基础上设计了改进后的修建方案。

方案综合考虑了资金、功能区作用、作业流程设计等多方面的因素，设计出了SF分拨中心的简单规划图。

中心规划了业务区、装卸区、信息设备区、半自动分拣以及人工分拣区等功能性区域。

分拣设备布局采用“U”型设计，适合现有面积较小的库场的改造。

在实现同等服务高效水平的情况下尽可能低的降低了分拨中心改造费用。

另外借助“U”回折路线，设计了中心斜坡形地面，一方面利用向下方向的重力作用节省动力，另一方面高出的台面保证了站台与车厢高度相等，有利于装卸货物。

分拨中心斜面设计如图4-8所示，分拨中心作业场规划平面图如图4-9所示。

图4-8分拨中心斜面设计

图4-9分拨中心作业场规划平面图

图4-9标号注释：

（1）装卸货区。

装卸货区由一个水平面月台建成，左侧为分拨中心收件车辆卸货区域，右侧是经过分拣后快件装车的区域。

（2）业务区。

业务区为图示左右两个突出长方形区域，分别是收件车辆进厂提交单据录入系统和送货至区部车辆提取单据的地方。

（3）半自动分拣区。

半自动分拣区配备一条主传送带和多条相连接的分部传送带分支。

（4）人工分拣区。

小部分系统不能识别的快件沿着主传送带进入人工分拣区，由作业人员辨别后送回到所属分部支流传送带上。

（5）信息设备区。

信息设备区安置信息系统的一起设备、分拨中心控制系统等设施仪器。

（6）缓冲区。

分布分部传送带延伸进入缓冲区。

缓冲区的作用在于对周转量过大的分部快件的运送时间进行延长，起到了调整节拍，缓冲作业的作用。

缓冲区的路径设置决定缓冲区作用的大小。

（7）A、B、C、D区部是属于不同分部的快件分类后，由装车人员扫码录入信息，建包装车的作业区域。

4.4.3分拨中心作业区设计

1.装卸载区

关于中心的装卸货区停靠车位数，为了尽可能高效率利用车位，减小土地占用面积，有必要合理设计车位数。

车位数量应与快件的吞吐量相适应，不同的停车位决定了作业的快慢。

车位需求主要受到车辆到达分拨中心的高峰时间段、停靠站台装卸作业所需时间、允许等候的时间等因素的影响。

再说设计的过程中应采用“排队理论”运用电子计算机技术确定所需的停靠车位数。

建立计算机模拟流程图和计算机模拟演示框图，分别如图4-10所示。

（假定下午4：

30为中心停止进车时间）这是一个简单的运算思路。

图4-10计算机模拟流程图

由于系统包含很多的随机因素，故模拟系统运行的结果也是随机的，必须反复的多次运行，进行统计计算才能得出较为可信的结果。

保证作业能够满足未来的业务需求，同时保证先阶段的成本较低。

采用M/M/c模型进行模拟运算：

ρ=λcμ，P0=n=0c-1（cρ）nn!

+cρnc!

1-ρ-1

P∞=cρcP0c!

（1-ρ）

Lq=ρP∞1-ρ，L=cρ+ρP∞1-ρ

W=Lλ，Wq=W-1μ

经过计算，得出了卸货区个停靠车N=3为最优。

在装货停靠车位数的设计上，假设拥有ABCD四个分部，则装货区停靠车位数n=4。

卸货区采用伸缩式皮带传送机，由工作人员在卡车内卸货。

这样的卸货方式能够充分利用卡车的空间，不用搬运直接完成货物的卸载。

卸货示意图如图4-11所示。

图4-11卸货示意图

三条伸缩式传送带连接一个合并装置后送入主传送带，如图4-12所示。

图4-12三合一传送带示意图

另外关于装货停靠车位数的设计，假设拥有ABCD四个分部，则装货区停靠车位数n=4。

同理，传送带分流不同分部的快件的传送口有四个，即i=n=4。

如图4-13所示。

图4-13A、B、C、D分部收货区示意图

2.半自动分拣区识别

半自动分拣区采用皮质传送带和自动条码识别系统进行快件的识别和分类。

快件进入传送带之后，通过自动识别区域，条码信息被扫描录入系统。

设定货物分属于ABCD四个分部，设置分类值为1,2,3,4,；另外为了体现半自动分拣的差错率，设置部分快件条码不能识别，分类值记为0。

自动识别系统示意图如图4-14所示。

图4-14自动条码识别系统

系统读取信息后，将快件的条码录入系统后，与从SF内部网络传来的订单信息核对后确定快件所属分拨，由计算机输出信息，在分流口i（i=1,2,3，4）的指示器上显示信息，提示工作人员将识别出的快件送入分部支流传送带。

通过条码识别器读取的信息送到分拨中心服务器进行处理分析。

如图4-15和图4-16所示。

图4-15SF分拨中心网络布局图

图4-16分拨作业快件分流示意图

为了实现分拨的信息化和准确率，设计了一套信息系统来实现快件的分离。

传送带上安装了红外线计数器，将通过的区域的快件数计入系统。

每个分支区域安装了两个个计数器，表示为Ai、Bi，在主传送带的末端有计数器C，再加上自动识别系统记录的数据，则系统内生成了以下函数，如图4-17所示。

图4-17算法模拟图

N通过条码自动识别器的快件总数

N0表示不能识别的快件数

N1表示通过条码自动识别器后识别出的属于第1的分部的快件数

N2表示通过条码自动识别器后识别出的属于第2的分部的快件数

N3表示通过条码自动识别器后识别出的属于第3的分部的快件数

N4表示通过条码自动识别器后识别出的属于第4的分部的快件数

且满足N=N0+N1+N2+N3+N4

Ai（i=1,2,3,4）分别表示在主传送带上第i个分流口前端的计数器统计的快件数

Bi（i=1,2,3,4）分别表示在第i个支流传送带口的计数器统计的快件数

C表示在主传送带末端的计数器统计的快件数

信息系统的网络图，如图4-18所示。

图4-18信息系统网络图

方案拟设计算法，使得当属于第i（i=1,2,3,4）分部的快件到达第i个分流口时在LED上显示提示，让工作人员将此快件推入分流传送带。

系统设计：

引入时间t=（1,2,3,4,…，2n），并记节拍T=2t

在t=2n-1（n>=1）时，快件通过计数器群A

在t=2n（n>=1）时,新快件经条码识器识别分类值；已经进入的快件被送入分流传送带，通过计数器群B。

定义LED显示信息与否的函数为Li（i=1,2,3,4）∈{0,1}。

当Li=0时，LED灯灭；当Li=1时，LED灯亮。

系统引入二维数A[18][n];

A＝[N,N0,N1,N2,N3,N4,A1,A2,A3,A4,C,B1,B2,B4,L1,L2,L3,L4][ｎ];

［ｎ］＝［t1,t2,t3,…,tn］

数组满足：

当n=k时（tn,N）

=（tk+1,A1）

=（tk+2,B1）+（tk+3,A2）

=（tk+2,B1）+（tk+4,B2）+（tk+5,A3）

=（tk+2,B1）+（tk+4,B2）+（tk+6,B3）+（tk+7,A4）

=（tk+2,B1）+（tk+4,B2）+（tk+6,B3）+（tk+8,B4）+（tk+9,C）;

（tk,N0）

=（tk+9,C）

=（tk+7,A4）-（tk+8,B4）

=（tk+5,A3）-（tk+8,B4）-（tk+6,B3）

=（tk+3,A2）-（tk+8,B4）-（tk+6,B3）-（tk+4,B2）

=（tk+1,A1）-（tk+8,B4）-（tk+6,B3）-（tk+4,B2）-（tk+2,B1）;

（tk,N4）

=（tk+7,A3）-（tk+9,A4）

=（tk+5,A2）-（tk+6,B3）-（tk+9,A4）

=（tk+3,A1）-（tk+6,B3）-（tk+4,B2）-（tk+9,A4）

=（tk+1,N）-（tk+6,B3）-（tk+4,B2）-（tk+2,B1）-（tk+9,A4）;

（tk,N3）

=（tk+6,B3）

=（tk+5,A2）-（tk+7,A3）

=（tk+3,A1）-（tk+4,B2）-（tk+7,A3）

=（tk+1,N）-（tk+2,B1）-（tk+4,B2）-（tk+7,A3）;

（tk,N2）

=（tk+3,A1）-（tk+5,A2）

=（tk+1,N）-（tk+2,B1）-（tk+5,A2）

（tk,N1）

=（tk+2,B1）

图4-19二维数组函数矩阵

数组B{tiL1,tiL2,tiL3,tiL4}表示在ti时刻LED灯的亮灭情况。

当t=k时

满足

L1L2L3L4=TRUEtk,N1=tk+2,B1,1,0TRUE（tk,N2）=（tk+1,N）-（tk+2,B1）-（tk+5,A2）,1,0TRUE（tk,N3）=（tk+1,N）-（tk+2,B1）-（tk+4,B2）-（tk+7,A3）,1,0TRUEtk,N4=tk+1,N-tk+6,B3-tk+4,B2-tk+2,B1-tk+9,A4,1,0

通过计算机的代码实现，可以在时间t时刻输出数组{L1，L2，L3，L4}（Li（i=1,2,3,4）∈{0,1}）控制四个分流口的LED指示器的显示，提示工作人员推送货物。

自动识别系统详细代码见附录四。

3.人工分拣区

在主传送带的末端连着人工分拣区，系统不能识别的快件被送到这里进行人工识别分拣。

人工分拣区配备巴枪和输入设备，对条码不能准确录入或不能录入的快件进行人工录入或者人工修改，核对快件信息后根据计算机显示快件所属分部，再送入ABCD四个通道。

如图4-20和图4-21所示。

图4-20人工分拨区设备网络布局图

图4-21人工分拣区快件重投通道示意图

从人工分拣区把快件送回到所属各分部支流传送带，为了突破空间的限制，设计跨式通道，将人工分拣区的ABCD四个通道连接到支流上。

如图4-22所示。

图4-22人工分拣区快件重投通道——立体跨式设计

另外，考虑到分拨中心斜坡路面设计，以及跨越式通道爬坡需要的动力问题，设计了符合人体力学的高差。

入口处1.25m的高度适合普通人1.65的身高举起货物推送进入通道，同时出口处0.3m的高度保证了跨式通道顶端0.7m的最大高度，使得分部传送带的货物运送通畅无阻。

最大程度的节省了空间与动力。

4.缓冲区

缓冲区设计了迂回路线，通过距离的增加，起到了缓冲货物到达时间的作用。

四个分流传送带的长度不同，使得快件在途中运行的时间长短不同。

由公式

t=S/V,传送带的传动速度不变，距离增加则作业到达时间增加。

分部货物周转量Q越大，则作业时间越长，为了保证作业的时效，则总时间T=t*N应最小。

因此，把周转量依次减小的ABCD分部排布在1、2、3、4四个分流口处。

如图4-23所示。

图4-23缓冲区传送带设计图

假设各支流的距离分别为S1、S2、S3、S4（满足S1Q2>Q3>Q4）,那么有完成所有作业的总时间为：

T1=（S1/V）+Q1/V

T2=（S2/V）+Q2/V

T3=（S3/V）+Q3/V

T4=（S4/V）+Q4/V

则分拨总时间为：

T=Max{T1，T2，T3，T4}

根据中值定理可证明，这种排布方式的总时间T最小。

5.条码再识别和装货

在分流传送带的末端，设计了另一套识别系统，对快件的分区信息重新验证。

如果快件的信息有误，则把快件送到一旁的笼车中待重新处理。

在卡车内部设置了巴枪录入系统，将快件的信息扫描传入系统后再装包，最后送入卡车。

如图4-24和图4-25所示。

图4-24快件信息录入流程图

图4-25作业示意图

结论：

通过科学合理的优化设计，SF分拨中心在原有基础上进行了作业流程优化和设施技术改造，引入了半自动分拣系统和信息化管理思想。

设计拟实现在维持运营成本基本不变的情况下提高分拨作业速度,保证SF的服务水平和质量。

另外设计具有一定的可扩展性，能满足未来一段时期内ＳＦ分拨中心的作业量增长的需要。

4.5SF分拨中心布局优化设计仿真模拟

本次仿真使用乐龙仿真物流模拟软件，利用乐龙仿真软件把规划中的物流分拨中心在计算机系统中建成虚拟的3D动画模型，实现了以3D动画为载体，集作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息合为一体的系统仿真，3D动画模型具体、形象、生动，非常真实地表现了分拨中心的运作过程。

仿真模拟截取图片如图4-26、图2-27、图4-28所示。

图4-26仿真截图1

图4-27仿真截图2

图4-28仿真截图3