快递分拣中心自动化之路

  本文主要从两方面展开，第一方面讲分拣中心工艺方案思路，第二方面将续讲作者第一篇文章未写完的分拣中心自动化设备。

  一、分拣中心工艺方案：

  我想所有人都知道自动化是快递分拣中心要走的必然之路，但是过程一定是崎岖坎坷的，这些年国内的各大快递公司一直都在不断尝试各种分拣自动化工艺设计方案，只是从目前结果来看，最后大家又都殊途同归。

  SF受UPS影响较深，中等规模以上场地都是采用中小件分离的大模式，即中小件包裹在卸车处进行分离，中件进入矩阵先进行粗分，在进入装车前进行细分，小件会进入自动化分拣机直接分拣至目的地格口集包，集包袋经过矩阵粗分后再进入装车区细分，完成分拣流程;TD工艺设计模式上基本上也是类似，只是其揽收建包是在其加盟网点或者集包工厂来做的，进入到其分拣中心都是以包裹和集包袋形式在流转，需要细分的小件包会拆包进入小件分拣机进行分拣，中转的包裹通过矩阵分拣后直接进入装车线来装车，另外提一点TD的设计，尤其是YD的设计理念一直都很有创造性，把低成本自动化的模式推行到了极致，尤其是其创造性的双层矩阵以及单轨双车四层小件交叉带分拣机配以帆布滑槽方案，不得不说在不考虑破损的前提下真的是非常有想象力;再说下邮政，作为国内最早应用自动化分拣方案的快递企业，其多年以来的中小件分拣模式一直都是应用环线交叉带分拣机自动分拣，中件和小件都进入分拣机分拣，小件不集包，最终都以散件模式装车运输，同时其扁平件和信封件会采用扁平件自动分拣机和信函分拣机进行自动化分拣并集包，但是近两年邮政受到国内快递公司的影响，也已经转变了模式，目前已逐步抛弃了采用分拣机完成粗分+细分的分拣模式，而逐步向SF和TD的分拣模式靠拢。

  但是此种模式有一个问题，就是小件包裹的流转时间较长，进而影响环节时效，流转时间较长主要原因有4点，①小件环形交叉带分拣机一般布置在二楼(夹层)或者场地一侧角落，较长输送线会增加流转时长;②小件分拣机供件环线以及供包滑槽都会积压小件，因此不会第一时间处理卸车过来的货物;③环形交叉带小件分拣机格口较多长度较长，以及最大再循环数等因素导致落格时间较长;④小件货物落格等待满包后集包再进入矩阵分拣后到装车口也需要一定时长。作者也一直被这个问题所困扰，所以思考了一个如图2所示“小件自动矩阵”思路来供大家参考：即采用与中件相同的流程来处理小件，设备可以采用低成本小件直线交叉带分拣机来实现，这里就不讲具体的技术实现方案了，希望感兴趣的同行可以来和我一起探讨;

  二、分拣中心自动化设备：

  在大的工艺模式确定后，就是来研究如何实现自动化了，关于在中件矩阵粗分环节应用的自动摆臂和模组带在上篇文章中已经讲过了，在这两年的实际使用中，有不断被取代的趋势，取而代之的就是现在基本上每家设备供应商都在做的摆轮，TD不用摆臂的原因很简单，就是更加关注运营质量、避免货物破损，SF不用模组带的原因也很简单，降低设备运行噪音、提升分拣效率，进而提高员工满意度。

  1、摆轮分拣机：

  其实摆轮相对于摆臂模式和模组带模式相比摆轮模式有一个缺点——后两者都是一台整体的分拣机，货物进入分拣机后相对于皮带或者模组带基本上不会产生位移偏差，而摆轮模式，由于其与输送线接口较多，且不规则货物以及轻抛货物在摆轮上的运行状态极不稳定，易产生抖动，进而产生位移偏差，导致分拣失败，所以这也是很多设备供应商在不断优化产品的主要方向。

  经过这几年的发展，作者相对较为认可的摆轮主要有2个流派，分别为电动辊筒形式摆轮和齿轮驱动形式摆轮，电动辊筒形式摆轮顾名思义就是每个圆柱形辊筒内部本身就是一台电机，带动货物向前运行的动力来自于一个个单独电动辊筒形成的合力，图3即为单独的电动辊筒以及其包胶后安装在摆轮分拣机上的状态。

  齿轮驱动形式的摆轮，带动货物向前运行的动力来自于摆轮表面圆柱体的旋转，摆轮底部伺服电机驱动齿轮传动系统动作带动了表面圆柱体的旋转，两款摆轮的摆动原理相同，都是要靠伺服电机带动连杆实现居中前行或者左右分拣，摆动伺服电机的数量决定了货物之间的最小间距，伺服电机越多，则货物之间间距可以越小，处理效率也会更高，目前市面上的摆轮摆动伺服电机的数量从3个到8个不等，即1台伺服电机控制3排摆轮摆动 到1台伺服电机控制1排摆轮摆动不等，图示为1台伺服电机控制3-4排摆轮摆动。

  电动辊筒的包胶和圆柱体的材质对于摆轮包裹适应性至关重要，材质需要一定的摩擦力来确保较软的包裹能够顺利分拣，同时又要具有一定硬度避免表面磨损导致频繁更换，因此摆轮表面的材质需要各厂家后续重点关注并研究。关于两种摆轮的孰优孰劣，在目前阶段很难单靠其机械传动方式来决定，要依据不同设备供应商产品的综合实力来测试评定，但是从长远来看应该只有1种摆轮分拣机为最优产品，为了引起不必要的市场走向，暂不在这里赘述，各位朋友可以自行对比测试并评判。

  2、直线皮带分拣机(窄带)

  此款设备在我上篇文章中就有提到，在这两年得到了大规模的应用，其具有和摆臂分拣机以及模组带分拣机相同的优势，即其是一个整体分拣机，包裹在其上不会发生偏移，同时由于其分拣原理为拨叉动作带动包裹下方的皮带运动，进而带动包裹运动实现分拣，因此其为柔性分拣，不易产生破损，且包裹适应性较广，同时设备噪音也可控，因此从性能上来讲可以吊打摆臂分拣机和模组带分拣机，其最大的缺点就是价格相对较高，且设备稳定性还需要提升，从成本角度考虑，其更适合分拣目的地较多且分拣格口连续的场景，对于分拣格口相对稀疏的矩阵环节和干支线分拣环节也可以使用，只是从现阶段成本角度看会有些奢侈，并不是最经济的分拣方案，摆轮分拣机从经济角度看更适合应用在上述两个环节，前提是需要包裹适应性较好的摆轮，以及集成商要有较强的集成能力;不过从今年物流展的趋势来看，各家供应商都已经开始布局研发这款设备，并且分拣动作也由拨叉式改为了电滚筒驱动式，我想再过1-2年这款设备的价格就会大幅降低，后续的应用也会越来越多。

  3、 单件分离系统

  单件分离在自动化件系统中至关重要，不论是摆轮还是直线皮带分拣机要实现自动分拣的前提都是单件流，因此在进入分拣系统前都需要单件分离器把堆在一起的包裹离散为单件输送的包裹，其流程为三维变二维，即把堆叠的包裹通过爬坡输送机和滑槽等设备把包裹变成平铺状态，再通过二维变一维，即把平铺并排状态的包裹离散居中拉距为一件件包裹，其核心的难点就在于二维变一维的过程。作者在2018年产生高速自动化矩阵概念的想法时(不让矩阵分拣环节成为卸车的瓶颈，即不限制卸车时的包裹状态，可以让卸车的人随便卸车，矩阵的处理能力需达到6000件/小时)，单件分离器便成为了高速自动化矩阵的核心，但受限于进口高速单件分离几百万的高额售价，便邀请国内供应商共同研发6000件的视觉高速单件分离，但是直到2020年下半年国产高速单件分离才研发成功并落地投产。目前国内市场上主流的单件分离都是以图7所示的视觉单件分离，即通过其上方的摄像头识别出包裹的数量和位置，通过算法逻辑控制货物下方的小皮带动作，一件一件把包裹以一定间距输送出来，来实现包裹的单列化。受JDL的高速单件分离和SF低速单件分离影响，TD也在逐步引入视觉单件分离，所以市场上开始做单件分离设备的厂家已经越来越多了，价格也基本快杀到了地板价。

  其实在国产视觉单件分离研发成功前，市场上也有应用某款进口模组带机械形式的高速单件分离，价格和国产视觉单件分离相差不大，原理是通过连续的居中和靠边实现单列化，其设计思路还是很巧妙的，相对于视觉形式其在人工参与以及稳定性方面有其一定的优势和特点，但是其不能以一定间距输出包裹，只能再增加拉距输送机，把包裹拉距至适合分拣机分拣的间距，需要的场地空间较大且分离成功率相对于视觉式较低，因此目前应用已在逐渐减少。

  4、小件直线交叉带分拣机

  由于在上文中提到了小件自动矩阵分拣的理念，所以在这里也讲下整体方案的核心设备——直线交叉带分拣机，直线交叉带分拣机其实很多年前，英特诺就有此款设备，但是由于其占地面积大、价格高在快递行业中应用较少，国内供应商基本上没有研发此设备的意愿;但是在18-19年SF工艺设计模式调整期这段时间，其投入了大量的小件直线交叉带分拣机，带动了国内厂商对此款设备的研发，但是对于作者来讲，SF应用的直线分拣机占地面积仍然较大、价格也仍然较高，遂邀请供应商研发低成本、低高度、效率高、易搬迁的直线分拣机，最后在改变了驱动方式、暂存滑槽、供件方式等等设计后，打造出了高性价比的直线分拣机，适合在中小型分拣场地中使用。很多人可能会有误解，认为直线交叉带分拣机相对于环形交叉带使用上会更简单，但实际上却恰恰相反，由于环形交叉带带有半自动供件台，每个操作人员单独向分拣机上一件件供件即可，总体而言较为简单，而直线分拣机供件却需要4-5名操作人员紧密配合才能达到较高产能，所以对操作人员的要求较高，此点需要设计人员和最终使用者要重点关注。

  三、结语

  关于分拣工艺设计方案以及自动化分拣设备的闲聊，受限于很多方面因素，作者并未全面展开来讲，只是节选了几个关键点，希望这几个单点的思考和想法能给大家带来一些启示，另外作者也在持续研究分拣中心内其他人工环节的自动化以及现有自动化设备提速，也欢迎大家给我留言并一起探讨这些技术的发展方向和模式思路，希望可以和大家一同推动中国物流自动化事业的发展，谢谢!

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