一文解读矩阵的定义和矩阵分拣的模式

2019-04-15 09:43

  在物流和电商行业迅速发展的今天,矩阵作为一种分拣场景解决方案,已被广泛应用。为满足场景多样性,以及场地对吞吐量、流向和效率的需求,矩阵经过不断演变,最终发展出多种不同形态,不再是单一模式。笔者在此结合自身规划项目经历和行业参观经验,经过研究和分析总结,认为矩阵并不真是如想象中那般单一简单,在此也分享下个人的分析总结成果,如有同行也欢迎一起交流探讨。

  何谓矩阵?

  虽然在业内矩阵应用已很普遍,但却没有明确的定义。不妨先由笔者结合个人理解给出:矩阵,是一种应用于流向分拣场景且存在进出线关系的输送线立体排布阵列。(如下图1)

  

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  图1 矩阵示例(4进4出矩阵)

  从硬件维度看,矩阵由投影相互垂直的进出线、分拣站台和分拣滑槽等组成;从流程环节看,矩阵由进货线(高位线)、流向分拣区和出货线(低位线)等组成;从产能设计看,矩阵含“吞”、“分”和“吐”3个方面的能力。从功能模块看,矩阵起包裹输送和流向分拣的作用。从流向分拣角度看,矩阵分拣区一般只操作包裹初分,不操作包裹细分。

  其运转流程一般为先由前端矩阵进线进行包裹传输,包裹经过平段拨货口(由站台和滑槽组成)时,按照提前设计的滑道号规则或分拣计划,由分拣员或自动化设备执行流向分拣操作。包裹经分拣滑槽被拨出至含某些流向的各条出线,最后再由出线传输至对应的作业区。

  通过本文,笔者将从处理件型、模式分类、与自动化分拣的关系、处理能力和对未来发展的总结思考等方面展开,给大家带来较系统全面的介绍。

  处理件型

  矩阵的处理件型一般只限小件(最长边≤400mm,重量≤5kg)和中件(400mm<最长边≤800mm,5kg<重量≤30kg)。除此之外的大件、易碎件和NC件(快递行业术语,包含超大、超重、超长、异型等件型等)不能上矩阵操作。

  模式分类

  一、 纵向布局

  1、爬坡架高式(主流模式)

  1.1介绍说明

  矩阵进线经爬坡后被架高进入流向拨口分拣区,在各处流向拨口处通过直滑槽或90o螺旋滑槽将包裹拨至对应流向的低位出线,在出线后端再将线体高度调整至符合人工作业的高度(一般为750mm)。

  常见的爬坡架高式分2种。第一种如下图1的传统模式,矩阵分拣区立于高台库的库内平地。第二种则是先在库内搭建钢平台(一般钢平台的上表面设置离库内地面净高4500mm),再将矩阵分拣区架设在钢平台上,架高后钢平台底下区域可腾出作为车辆入库、NC件等功能区。矩阵进线将爬至较高的高度(离库内地面7600mm),在钢平台夹层上分至各流向出线后再通过螺旋滑槽或转弯下坡的方式,将线体引出降低至钢平台底下的区域进行操作。这种方式体现了场地规划中空间立体化设计的方向,大幅提高了空间利用率。

  

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  图2 爬坡架高式矩阵

  1.2适用场景

  平地库/高台库均适用。库房有效净高一般需保证不低于4500mm。

  1.3设置要点

  ①考虑库房连通性,进线前端需预留人员和叉车通道(如W3000mm*H2500mm)

  ②为保证包裹正常输送且不倾翻滚落,线体爬坡角度一般控制在12o-15o范围内

  ③架高线支撑柱脚较多(设置一体式支撑钢平台或采用吊装安装方式的情况除外),故需保证柱脚整齐排列,进行通道避让并做好防撞处理

  ④爬高后皮带机上表面超过3000mm的线体需设置维修平台。在合流处需设置疏堵平台

  1.4优点

  ①业内主流模式,匹配场景较多,适用性较高,空间利用较好

  ②库房连通性较好,结构简单且整体外型美观

  1.5缺点

  ①输送线支撑柱较多,柱脚容易干涉通道

  ②维修平台设置较多且较复杂,检修不方便

  ③需占用较大净空,对库房有效净高要求较高

  ④输送线斜坡段较占用空间,如想实现矩阵自动化(需分段拉距),无法在斜坡段做拉距

  2、低位下沉式(较少)

  2.1介绍说明

  在卸车上线后,矩阵进线仍保持着平线段的方式进入矩阵的流向拨口作业区,在各拨口处通过滑槽(一般为直滑槽)将包裹拨至对应流向的低位出线,出线支撑水平面一般设置得比卸货水平面要低。

  

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  图3 低位下沉式矩阵

  2.2适用场景

  较适用于BTO场地(Build to Order,定制化场地),在前期建筑设计阶段需将库房地面设置为带高度差的模式,也适用于平地库(需加装卸货月台)。此模式较适用2层矩阵(“挖空”深度小,高度差较小)。

  2.3设置要点

  ①BTO场地需前置建筑设计需求,“挖空”高度匹配矩阵设计高度

  ②改造的平地库需考虑加装/加建装卸货月台

  2.4优点

  ①受库内净高限制较小,极限净高只需约2100mm(相对于卸货月台水平面)

  ②无需设置爬坡段和下坡段,减少线体总使用量和占地空间

  ③减少土建阶段围月台、填实压平和做沉降的工作量

  2.5缺点

  ①库房连通性较差且通道设置复杂,需考虑加装通道钢平台

  ②库房较低处可能存在水浸风险,不便于场地清洁清理

  ③后期如进行矩阵改造,可能会受“挖低”区边界影响

  二、 横向布局

  1、一体式矩阵(主流模式)

  1.1介绍说明

  一般情况下,矩阵的所有进线和出线均设置在一块相对集中的作业区域,经同一条进线进入矩阵分拣作业区的相同流向的包裹,将由对应的滑槽分拣至同条出线上(即同进同流向将同出)。

  

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  图4 一体式矩阵

  1.2适用场景

  目前大多数分拣场景均采用此模式设计矩阵,在场地满足且矩阵规模适中的情况下,优先考虑将矩阵分拣区进行集中设置。

  在《建筑设计防火规范》的限定下,一般工厂丙二类的单层厂房最大防火分区面积不得超过1.6万m2,在此面积限定内矩阵最大规模大约为9进9出。如矩阵有更大的规模设置需求,一般有以下3种解决方案,可提供考虑:

  ①在场地满足的情况下,跨建筑防火分区搭建矩阵,并在输送线跨防火分区处设置消防翻转和防火卷帘门/消防水幕。(本质为1个一体式矩阵)

  ②若场地无法满足条件①的要求,则可按业务将矩阵进行拆分,拆分后矩阵的操作业务和出港流向完全独立,如可拆分为进港矩阵、出港矩阵等。(本质为多个一体式矩阵。根据场地情况,可设在同园区,也可设在不同园区)

  ③若场地无法满足条件①条件,且无法进行独立拆分,则可将矩阵设置为多个进行相互流向交换的分体式矩阵。(本质为分体式矩阵,以下将对此展开具体介绍)

  1.3设置要点

  ①尽可能地将矩阵占地空间压缩至最小,排布紧凑对齐

  ②匹配库房硬件进行设置,并考虑矩阵中间区域人员通行的问题

  1.4优点

  ①占地空间可做最大程度压缩,便于集中化管理和异常处理

  ②矩阵末端回流可集中到一条出线上,便于回流上线操作

  ③对比分体式矩阵,流转时间较短,总分拣次数较少

  1.5缺点

  ①一荣独荣,一损俱损(简单理解,矩阵规模过大,基本不可能同时发挥所有进线的能力;某条出线爆线可能导致整体停线)

  ②虽可分期投入,给场地留白,但实际灵活性不高

  2、 分体式矩阵/分布式矩阵(较少)

  2.1介绍说明

  在空间上,将较大规模的一体式矩阵拆分为多个较小规模的分体式矩阵。一般各分体式矩阵的进线、出线和流向分拣区都是独立设置的,但彼此间存在流向包裹交换(各分体式矩阵间必定存在业务、流向的交集)。

  如下图5,假设矩阵A和矩阵B互为分体式矩阵,则分体式矩阵A会将属于分体式矩阵B流向的包裹拨出到对应出线α,再通过连廊或输送线的方式,将出线α作为进线,重新进入分体式矩阵B进行分拣。

  各分体式矩阵既可在同个库房内分区域设置,也可在同个园区内分库房设置。

  

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  图5 分体式矩阵

  2.2适用场景

  当矩阵规模较大的情况下,为充分发挥其产能,可考虑将矩阵拆分,也可设置主矩阵带小矩阵的方式,如 “1个大矩阵+2个小矩阵”。

  2.3设置要点

  ①若分体式矩阵设在不同库房,需通过连廊或输送线进行交换

  ②设计分体式矩阵,需考虑功能和流向的拆分,即确定各分体式矩阵的定位

  ③一般地,假设分布式矩阵有n个,在不经过中间矩阵中转时,分得越多越复杂,理论最多需求的交换线数可用数列an=n*(n-1)表示,即0,2,6,12,20,···,n*n(n-1)。举例,如0表示1个一体式矩阵,其交换线数为0;2表示2个互为分体式的矩阵,其交换线数至少为2。后续以此进行类推(仅为理论表达方式,目前业内暂未出现超过数量为3的分体式矩阵)

  2.4优点

  ①超大型项目,可考虑分期投入,降低前期一次性投入成本,给场地留白

  ②场地弹性大,多矩阵压力缓冲,减弱“一荣独荣,一损俱损”的限制

  ③大促或高峰时,可在上游环节按分体式矩阵的流向进行初分。卸车时在对应的分体式矩阵上线操作,可以此平衡和降低本环节分拣场地压力

  2.5缺点

  ①对规划而说,数据分析、业务拆分和设计较复杂,需解决为何拆、怎么拆等问题。后期如因业务调整需改变矩阵的功能定位,也需经过严密规划分析

  ②对运营而言,回流不集中且拉动距离较远,处理异常更加复杂,挑战更大

  ③矩阵分得越多,交换越复杂,穿线越复杂,可能涉及连廊、消防设计

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