无人处理中心关键技术及规划思路

2018-11-02 10:18

  处理中心是整个快递网络中链接上下游的节点,直接关系到整个网络的运作是否顺畅高效。随着业务规模扩大、人力成本上升与物流技术发展,无人处理中心将是未来快递物流企业全流程再造的目标,无人化技术将成为必然选择。

  从2016年开始,无人仓(无人处理中心)技术备受业内关注,京东、阿里等电商巨头在无人分拣智慧物流等方面不断地进行探索与创新,诸如京东上海亚洲一号与昆山无人分拣中心、菜鸟智慧仓等无人仓项目先后亮相,备受瞩目。至今,无人处理中心在业内尚无一个明确的概念。笔者认为,无人处理中心主要指从卸车、传输、供件、分拣、装车等各个环节均采用先进的自动化、信息化处理设备或技术,以达到在处理中心内部不用人或少用人的目的。

  在邮政快递行业,处理中心是快递网络的中间节点,主要负责包裹的路向分拨,是连接上游电商企业和下游消费者的关键一环。由于上游客户不同,处理中心面对的包裹种类繁多、尺寸规格五花八门,这就对处理中心内部作业的无人化提出了更高的要求和更大的挑战。本文将以现阶段一些关键的无人化技术为对象,分析阐述邮政快递行业无人处理中心关键技术发展状况及规划思路。

  无人处理中心关键技术

  1.自动卸车技术

  包裹卸车环节普遍采用人工卸车,如果采用自动卸车技术则可大幅度提高卸车效率,减少操作人员数量。目前自动卸车主要有以下三种实现方式:

  第一种方式是在分拣中心内部采用胶带传输设备与辅助机械手配合作业的半自动卸车设备。卸车时,胶带传输设备延伸到车厢底部与包裹的空隙之间,上方由操作人员配合使用机械手臂批量地将包裹卸载至胶带输送线上,达到自动卸车的目的。

  第二种方式是对车厢内部进行改装,在车厢底部添加与车厢同宽的传动轴与输送带,开启自动卸车时启动车厢内部的输送设备,包裹会通过重力影响滑落到与底部传送带相连的胶带系统上,从而实现包裹的全自动卸载。

  第三种方式区别于以上两种散件化卸车模式,包裹主要采用集装箱(笼箱)运输,配合集装箱倾倒装置即可实现包裹从卸车到散件传输的无人化处理过程。如京东昆山无人分拣中心,在车辆到达站台后,系统自动为AGV派发卸车任务,AGV将车厢内的集装箱取出来,将其运送至集装箱倾倒区域。

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  京东昆山无人分拣中心利用 AGV 实现集装箱(笼箱)的自动运输

  采用自动卸车技术,可将卸车效率提升至两倍以上,更可提高单位面积产能及利用率。

  2.单件分离技术

  自动化卸车可以达到批量的卸车作业,但包裹的自动化分拣必须是单件作业,因此就需要用到单件分离技术。单件分离技术按照实现的技术方式主要分为两大类:

  一类是基于视觉识别技术。如,西门子物流推出了具有业内创新意义的包裹单件分离系统——Visicon。

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  西门子单件分离设备示意图

  Visicon基于视觉控制系统,通过分别控制数十条窄带皮带输送机组成的矩阵来控制包裹的运行速度及方向,调整包裹间距,从而实现包裹单件分离。

  另一类是基于机械式的单件分离。该单件分离通过多段独立胶带或滚珠输送机等,对包裹进行传输、靠边、爬坡、拉开间距等一系列操作,从而完成单件分离作业,以适应后续设备的处理需要。

  根据包裹尺寸规格不同,以上两类单件分离设备效率可达到5000件/小时以上。

  3.自动供件技术

  供件环节是处理中心内部用人较多的环节,由此产生了对自动供件技术的需求。目前,邮政快递行业主要依靠人工来完成分拣系统的供件动作,但是人工供件效率较低,而且人员易疲劳,不能长时间保证一定的效率节奏,因此处理中心在旺季进行生产作业组织时,通常为一个供件工位配备两名操作人员,以保证一定生产效率。

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  京东机械臂供包

  为减少作业人员,单纯替代人员摆件动作的自动化机械臂由此产生。京东无人仓内采用串联机械臂抓取供件:包裹经由前端视觉系统扫描后,机械臂动态抓取输送机上的包裹,放置于分拣AGV上。另外一种自动供件技术是比较成熟的自动供包机,采用多级缓存加速,可进一步提升供件效率,单供包台理论效率可提升至原来的两至三倍。

  目前绝大多数分拣设备采用顶面扫描或侧面扫描的形式实现包裹的分拣入格。因此要求包裹上的面单按指定要求摆放,此作业环节通常在供包或供包之前完成,需要人工干预。若要实现供包环节的无人化操作,需要对包裹进行六面扫描,因此自动供包设备通常配合全方位六面扫描完成。

  4.自动分拣技术

  自动分拣技术在处理中心应用较为普遍,在提高生产效率和降低人工成本上发挥着较大的作用。业内常用的包裹分拣设备有交叉带分拣机和AGV分拣设备。

  (1)交叉带分拣机

  分拣机最开始应用于1990年代初,最近几年快递行业包裹量呈井喷式增长,高速度、高适用性的交叉带分拣机开始广泛应用,一套双层高速分拣机的系统能力可达到3万~4万件/小时,2017年生产旺季中国邮政某处理中心单模块曾创造了日处理量80余万件包裹的骄人成绩。

  (2)AGV分拣设备

  AGV分拣设备从2016年开始应用于国内快递行业包裹处理。按照处理邮件的规格不同,AGV分拣设备可分为小件AGV、大件AGV以及搬运AGV,适应各类邮件在处理中心的处理需求。

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  应用于无人处理中心完成分拣作业小件AGV、大件AGV

  小件AGV用于最长边400mm以下包裹的分拣,一套小件AGV分拣系统实际分拣效率可达到1.2万件/小时以上。大件AGV和搬运AGV 通常解决大件邮件的分拣和搬运,完成从分拣落格到发运车位的无人化作业。

  无人处理中心规划思路

  处理中心是整个快递网络中链接上下游的节点,其运作效果直接关系到整个网络的运行是否顺畅,无人处理中心也不例外。

  下面对无人处理中心的作业流程及规划思路作简要分析。

  1.规划前期需深入分析无人处理中心的业务需求

  在规划前期,一定要统筹考虑无人处理中心在整个快递网络中所发挥的作用,即整个快递网络对于该节点的处理需求,包括对该处理中心的处理时限要求、分拣路向需求、包裹承装方式等。对处理中心前端业务需求的分析是整个处理中心规划的基础,决定了无人处理中心的规划目标,以及其将来是否可以达到预期效果。

  2.规划时应重点关注无人处理中心作业流程的衔接与匹配

  无人处理中心按照内部包裹的流向可以分为以下几个主要环节:卸车、传输、供件、分拣、装车。规划中应以业务需求和规划目标为基础,首先确定核心分拣设备的能力需求,前后端衔接的处理环节则需要围绕核心分拣设备,匹配其包裹输入和输出要求。下面将以某无人处理中心为例,简单阐述无人处理中心的一种流程实现方式以及各环节的衔接与匹配。

  该处理中心采用高速交叉带分拣机作为核心分拣设备,主要采用的无人化技术包括自动卸车、单件分离与分流、自动供件、全方位扫描等技术,处理流程见图1。

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  包裹通过自动卸车设备进行卸车,每个自动卸车车位可达到5000件/小时以上的卸车效率,后续每个自动卸车位对应一套单件分离和分流设备。经过单件分离和分流后的包裹后续衔接自动供包机供包,上机后的包裹通过全方面扫描和自动分拣机分拣入对应路向的格口,分拣完成的包裹通过胶带机直接传输至车厢内,系统处理能力可达到20000件/小时以上。

  3.无人处理中心现阶段仍需采用人机结合方式实现流程闭环

  各种物流新技术和设备相继涌现,应用于不同的场景,为实现物流自动化提供基础和动力。但对于邮政快递行业来说,需处理的包裹差异性很大,因此就目前的技术装备水平来说,处理中心尚不能做到完全无人化作业,需要采用人机结合方式实现所有种类包裹的分拣以实现流程的闭环。例如上述案例中,不能上机的包裹需要在自动卸车后增加人工分剔、分拣环节;在发运环节,包裹传输进车厢内部后也需要人工将包裹码放好;对于大小件处理需求不同的处理中心,还需要增加大小件人工分剔等环节。因此,在现阶段无人处理中心的规划仍需考虑人机结合,才能实现系统协调高效运作。

  4.无人处理中心应注重经济性评估

  采用无人化技术和设备可有效地提高企业的自动化水平、降低人工成本,但前期资金投入较大;若仍采用传统分拣方式,随着业务量的高速增长,处理中心的人工成本也将大幅度增加。因此,建议在进行无人处理中心规划时,应对相关环节的无人化技术进行经济性评估,达到一定业务规模时再采用无人化技术将取得较好的经济效益。

  未来发展趋势

  随着快递业务规模的不断扩大,包裹量持续增加,处理中心面临的压力也相应增大。不同类型和业务规模的快递企业在不同的发展阶段对于无人化设备和技术的需求也是不同的。业务量较小时,快递企业以采用完全人工或是辅助胶带处理设备为主,基本不使用无人化设备和技术;当达到一定业务量规模后,随着人们对于快递服务时限要求越来越高,快递企业就需要对处理中心进行升级改造,对于可以大幅度提高处理效率、节省人工成本的无人化技术的需求也就愈加迫切。

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