Підвищення ефективності автоматизованого сортування на складі
У статті розглянуто питання раціонального вибору кількості стволів сортувальника та алгоритмів сортування для різного співвідношення між кількістю стволів та ознак (критеріїв) сортування.
Системи автоматизованого сортування (сортувальники) набули широкого поширення на складах зарубіжних компаній і зараз у зв'язку зі зростанням обсягу експрес-перевезень та розширенням сегменту інтернет-торгівлі починають освоюватися і українськими компаніями.
Практика вибору сортувальної системи в українських умовах зводиться до передачі вихідних даних про сортований товар (вантаж) від замовника до постачальника, який видає основні характеристики сортувальника: швидкість руху товару, кількість стволів входу та виходу на сортувальник. Розрахункова перевірка характеристики сортувальника силами персоналу компанії, з одного боку, скрутна, оскільки необхідно використовувати складні моделі та висококваліфікованих аналітиків. З іншого боку, динаміка бізнесу вносить зміни і в структуру товаропотоку, і в кількість клієнтів або замовлень, що обслуговуються, що складно врахувати на етапі вибору принципової схеми сортувальника.
У цій статті розглянуто питання раціонального вибору кількості стовбурів сортувальника та алгоритмів сортування для різного співвідношення між кількістю стовбурів та ознак (критеріїв) сортування.
Принципові схеми сортувальників
На практиці в основному використовуються дві схеми сортувальних систем:
1. Замкнена або кільцева (рис. 1).
2. Розімкнена (рис. 2).
Обидві схеми сортувальників мають однаковий принцип роботи: вантаж або товар, що має етикетки штрих-коду або мітки RFID, надходить до стволів входу та вручну оператором (або автоматично дозатором) подається на сортувальник(Рис. 1, 2). Ідентифікація товару в системі сортувальника забезпечується зчитуванням штрих-коду та проходженням товару через 3D-сканер та вбудовані ваги. Далі, якщо одиниця товару ідентифікована, вона доставляється стрічкою або лотком сортувальника до ствола призначення, куди і переміщується. Неідентифікований товар або товар з вагогабаритними характеристиками, що перевищують допустимі для сортувальника, подається до стовбура помилок для подальшої роботи.
Відмінність між кільцевою і незамкнутою схемами сортувальника полягає в тому, що в незамкнутій схемі весь вантажопотік, що надходить на сортувальник, повинен бути відсортований за один прохід, тоді як в кільцевій схемі вантаж може зробити кілька оборотів. Наприклад, якщо з якихось причин стовбур призначення в незамкнутому сортувальнику переповнений, вантаж слідуватиме до стовбура помилки, куди і буде примусово переміщений. У разі кільцевої схеми сортувальника такий вантаж буде відправлений системою на нове коло, і далі доти, доки стовбур не зможе прийняти вантаж. І так, основною принциповою відмінністю схем є можливість знаходження вантажу в кільцевій системі сортування як завгодно довго, тоді як незамкнута система зробить сортування або перенаправлення в стовбур помилок протягом одного «проїзду» вантажу по сортувальнику.
Алгоритм сортування
Практика показує, що сортувальники відмінно вписуються в технології коробкового підбору та розподілу і дозволяють автоматизувати вибірку товару або вантажу за однією ознакою (просте сортування), за двома і більшими ознаками (складне сортування). Простим сортуванням, наприклад, є розподіл товару при прийманні тільки за артикулом, а складним — і за артикулом, і за клієнтом. Приклад цільових ознак для складного сортування показаний утаблиці 1. Оптимальна кількість стовбурів сортувальника для випадку простого сортування має бути не меншою за кількість цілей сортування плюс 1–2 стовбури помилки. у цьому випадку сортування проводиться за один цикл подачі всього товару/вантажу, що підлягає сортуванню. Така конфігурація сортувальника найбільш продуктивна і проста для управління потоками, і саме до неї прагнуть постачальники систем сортування.
Однак, як показує практика, часто кількість цілей сортування перевищує фізичну можливість розміщення стовбурів сортування на складі або збільшення кількості стовбурів дає різке зростання вартості самого сортувальника. Визначимо кількість стволів для випадку сортування вантажу за 15 напрямками, причому для кожного з них використовуються два маршрути (табл. 2).
Задля реалізації простий сортування кількість стовбурів дорівнює добутку кількості цілей, тобто. у нашому випадку: кількість стволів = 15×2×3×20×3 = 5400 од.
Швидше за все, виготовлення сортувальника з такою кількістю стволів недоцільне. Скоротити кількість стволів можна за рахунок проведення багатоетапного сортування. Для нашого прикладу це так. З початку вантаж сортуємо за маршрутними напрямками, їх 15, отже, нам потрібно 15 стволів, потім кожне маршрутне відправлення сортуємо по рейсах - потрібно 2 стволи, далі вантажі кожного рейсу розподіляємо по вагонах - буде задіяно 3 стволи, потім сортуємо за критерієм « номер накладної» - потреба в 20 стволів, і на останньому кроці, по домашніх накладних - всього 3 стволи.
Таким чином, максимальна потреба у стовбурах сортування склала 20 одиниць, а загальна кількість циклів сортування (повних оборотів сортувальника) – 5400. Для наближеного визначення раціональногокількості стовбурів багатоетапного сортування необхідно розрахувати кількість стовбурів, необхідних для сортування за двома або більшими ознаками за один цикл сортувальника (табл. 3).
Як видно, найбільш характерною кількістю стовбурів для сортування за двома ознаками за один цикл є 60, що забезпечує сортування в такий спосіб. Таким чином, для повного сортування вантажу за всіма ознаками потрібно 93 такти роботи сортувальника та 60 стволів (табл. 4). Відповідно, проводячи, балансування системи пропускної спроможності через кількість тактів і за вартістю через кількість стовбурів можна отримати оптимальне рішення для заданого складу і даного вантажопотоку.
Далі будуть представлені деякі алгоритми сортування, що зустрічаються у практиці інтернет-магазинів та дистриб'юторів.
Однією з вимог магазинів та/або клієнтів дистрибуторських компаній є умова знаходження в коробці моноартикулярного та/або монобрендового товару. Таким чином, якщо потрібно сортування за магазином/клієнтом, а всередині магазину/клієнта — за брендом, використовуємо наступний алгоритм:
1. Товар, який слід відсортувати за магазинами та артикулами, подається на вхід сортувальника.
2. За кожним стволом сортувальника (або кількома стволами, якщо дозволяє кількість) закріплюється магазин.
3. Сортувальник послідовно викидає упаковки з товаром одного артикула в стовбур, закріплений за магазином.
4. Оператор ствола упаковує одиниці товару у збірний короб (overpack).
Якщо кількість стовбурів сортування менше кількості магазинів, кількість тактів сортувальника дорівнюватиме приватному від поділу кількості магазинів на кількість стовбурів, округленому до більшого цілого значення. У тих випадках, коли розміри артикулівне дозволяють використовувати збірний короб, можна застосовувати алгоритм подвійного сортування (рис. 3):
1. Упаковки з товаром надходять на сортувальник.
2. За кожним стволом сортувальника закріплюється магазин.
3. Проводимо сортування за принципом "всі артикули для одного магазину в довільному порядку направляються в стовбур магазину".
Отримуємо змішану (мікс) партію магазину. Мікс-партія укладається в сітчастий контейнер, який вішається бирка магазину.
4. Після завершення мікс-сортування по магазинах перепризначаємо стовбури сортувальника за принципом «один стовбур – один артикул».
Подаємо на вхід сортувальника мікс-партію магазину.
5. Сортувальник виконує досортування партії магазину за принципом "один ствол - один артикул". Якщо кількість стовбурів більша за кількість артикулів в одному магазині, сортування на цьому кроці проходить в один оборот.
Цей алгоритм цікавий для операцій підбору (picking). Він дозволяє провести цикли досортування за артикулами після проходження всіх хвиль відбору для магазинів. Кількість одночасно сортованих магазинів за артикулами визначається сумою артикулів, яка повинна бути меншою за кількість стволів. Наприклад, сортувальник має 40 стовбурів, а завдання на сортування — 6 магазинів із сумарною кількістю артикулів 38 одиниць. Це означає, що на циклі сортування моноартикулярна сортування буде виконана за один цикл сортувальника для всіх 6 магазинів.
Хвильовий відбір та автоматизоване сортування
При необхідності виконання хвильового відбору необхідно прагнути так організовувати хвилі, щоб кожна хвиля мала унікальні стосовно інших хвиль цілі сортування. наприклад, хвилі, що групують артикули для різних магазинів або замовлення для різнихклієнтів, задовольняють цю вимогу. Хвиля є нічим іншим, як перенесенням операції сортування по магазинах у зону пікінгу. Слід зазначити, якщо на пікінгу використовується ручна праця, кількість хвиль з артикулами, що повторюються, повинна скорочуватися і, якщо це можливо, зводитися до однієї загальної хвилі, яка потім подається на сортування. Стратегія заснована на тому, що найбільша швидкість та продуктивність пікінгу досягаються при відборі товару в одній хвилі, що збільшує продуктивність у 1,7–2,2 рази, або на 146–190 одиниць на особу на годину порівняно зі стандартним відбором, а швидкість сортування варіює від 2000 до 12 000 одиниць товару на годину. Таким чином, перенесення операцій сортування через хвильовий набір до зони пікінгу обґрунтовано тільки в таких випадках, коли:
кожна хвиля має незалежні від іншої хвилі артикули (що малоймовірно);
продуктивність пікінгу вища за продуктивність сортувальника (що теж малоймовірно).
Принцип призначення стовбурів сортування за цілями
Час сортування залежить від часу знаходження товару у системі сортувальника. Цей час складається з часу руху до ствола та кількості тактів очікування ствола, якщо він зайнятий або не призначений.
Таким чином, мінімізація часу сортування досягатиметься при виконаннінаведених умов:
1. Стовбур помилки - це перший ствол після ствола запуску товару на сортувальник.
2. Стовбури призначаються у порядку зменшення кількості товару, що має у них потрапити, тобто. першим за стволом помилок має бути ствол з максимальною кількістю одиниць товару і т.д.
Основні висновки:
1. Принципова схема сортувальника, замкнута або розімкнена, повинна вибиратися
з прогнозу динаміки кількостіознак сортування. незамкнута система ефективна, якщо кількість стовбурів більша за кількість ознак сортування та сортування виконується в один такт. Замкнена система сортування дозволяє оптимізувати вартість і площу складу, що займає сортувальником, за рахунок варіації кількості стовбурів і кількості тактів сортування.
2. Кількість стовбурів визначається кількістю та поєднанням ознак сортування. Кількість стволів розраховують шляхом групового порівняння кількості цілей сортування.
3. у циклі «хвильовий відбір з наступним автоматичним сортуванням» слід прагнути до скорочення кількості хвиль з великою повторюваністю артикулів у кожній хвилі. найменший час сортування забезпечує відбір одну хвилю.
4. Призначення стовбурів за ознаками сортування слід проводити за ознакою зменшення сортованого товару в стовбурах. Стовбур з максимальною кількістю одиниць товару повинен слідувати відразу за стволом помилок або за стволом подачі товару на сортувальник. Це забезпечує найменший час сортування.