（云南財經(jīng)大學 物流學院，云南 昆明 650221）

1 緒論

1.1 背景及意義

中國人口總量世界第一，約占世界總?cè)丝诘?/5，制定高效的糧食安全策略是社會穩(wěn)定的基礎條件。2014年，世界銀行發(fā)布的《中國經(jīng)濟簡報》中指出：目前，中國的糧食總需求為6億t，預計2020年會達到6.7億t。因此，中國是糧食生產(chǎn)大國和人口大國，糧食問題對于我國經(jīng)濟社會的發(fā)展具有舉足輕重的影響。

傳統(tǒng)糧食供應鏈屬于典型的功能型產(chǎn)品供應鏈，以推動策略、預測囤貨型生產(chǎn)為主，通過采購、生產(chǎn)、配送的平穩(wěn)運作來降低成本。食品供應鏈的設計主要著眼于各環(huán)節(jié)綜合成本最小化，強調(diào)的是規(guī)模經(jīng)濟。但是，在供給側(cè)改革背景下，現(xiàn)有糧食供應鏈“層層批發(fā)”的流通體制不能滿足消費者個性化需求。食品產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合使得該產(chǎn)業(yè)將迎來個性化的大規(guī)模定制時代，未來倡導個性化和定制化的新流通模式，即按需定制，以此來實現(xiàn)糧食產(chǎn)業(yè)的供給側(cè)改革。

為了滿足消費者個性化需求，連續(xù)物料的精準、高效分揀包裝將推動“新流通”模式的發(fā)展。商家可以在超市網(wǎng)絡，或者社區(qū)網(wǎng)絡按個性定制的頁面布置，消費者可以根據(jù)自己的需要靈活的選擇想要購買的商品數(shù)量，也可以按照金額進行購買。這樣可以不再使消費者被動消費，而是以消費者的個性定制化定量需求為基礎，提供周到的服務。我們對食品的需求大部分都為連續(xù)性物料，即各種散裝物料，于是需要一種可以按訂單對連續(xù)性物料進行自動定量分揀的配送中心，來滿足消費者的個性定制化定量需求。

本文研究與消費者密切相關的大米的分揀配單方式。大米作為連續(xù)性物料，目前消費者能購買到的都是按一定固定量包裝好的產(chǎn)品，這是一種被動消費。隨著電子商務的發(fā)展，在以消費者個性化需求為核心的背景下，怎樣更高效的滿足消費者的個性化需求，而不是拘泥于固定量包裝的產(chǎn)品，將形成嶄新的流通商務模式，對連續(xù)性物料按訂單進行定量包裝提出了新的要求。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

李永偉[1]認為在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、倉儲和產(chǎn)品流通等環(huán)節(jié)需要對連續(xù)輸送物料進行快速準確地計量稱重。傳統(tǒng)連續(xù)輸送物料計量稱重系統(tǒng)，要么計量精度差，要么運行速度慢，不能滿足精確計量和快速稱重的要求。夏靜[2]認為連續(xù)物料輸送裝置應廣泛應用于鹽業(yè)、糧食業(yè)、建筑業(yè)、煤炭業(yè)等生產(chǎn)及運輸中。目前，輸送機上采用的稱量方法有多種，傳統(tǒng)的方式有托架式、托板式定長重量測量法和參數(shù)計算法。張強[3]認為配送中心是一種多功能、集約化、全方位服務的貨物配送設施。在糧食物流系統(tǒng)中，糧食配送中心居于重要的樞紐地位，較佳的糧食配送中心選址方案可以有效地節(jié)省費用，解決生產(chǎn)和消費中的一些復雜優(yōu)化問題。張聞秋[4]指出我國傳統(tǒng)的糧食物流體系是在計劃經(jīng)濟環(huán)境下建立、發(fā)展起來的，在計劃經(jīng)濟時代，我國對糧食物流的規(guī)劃采用表上作業(yè)法，與目前的社會主義市場經(jīng)濟體制及糧食流通體制改革已不相適應。許德剛[5]研究了糧食配送中心選址問題，并將環(huán)境、交通、人口、建造費用等影響因素作為輸入，物流中心的綜合效益作為輸出，建立兩者之間的非線性關系。

J.C.Wortmann等[6]學者在1992年提出一種個性化定制的生產(chǎn)模式，即單件生產(chǎn)模式OKP（one-of-akind production），這種生產(chǎn)管理模式，要求企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)在能夠完成高度定制的單件生產(chǎn)的同時，還可以通過一系列工具控制生產(chǎn)過程的效率、質(zhì)量、成本。這些工具方法中，最重要的兩項是生產(chǎn)調(diào)度與產(chǎn)品設計[7]。Y.L.Tu[8]總結(jié)個性化定制生產(chǎn)的特征主要有：面向客戶，客戶參與設計并始終影響產(chǎn)品生產(chǎn)；產(chǎn)品的設計與生產(chǎn)加工一次完成；高效率的運用生產(chǎn)技術和資源；能動態(tài)、實時的對生產(chǎn)計劃進行落實與變更等。當前，根據(jù)個性化定制模式進行產(chǎn)品設計生產(chǎn)與企業(yè)組織架構，已經(jīng)發(fā)展出一系列個性化定制企業(yè)，如船舶、航空航天、大型先進機械裝備制造業(yè)是典型的個性化定制企業(yè)。隨著經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)信息化管理水平的提高，當前世界經(jīng)濟對個性化定制企業(yè)提出了更高的要求，即以接近大規(guī)模定制（MC）生產(chǎn)模式的效率完成少量客戶的個性化定制需求[9-10]。個性化定制企業(yè)需要面對產(chǎn)品復雜化、生產(chǎn)流程復雜化、設計需求多樣化的挑戰(zhàn)，與此同時，生產(chǎn)系統(tǒng)還存在著不確定性與擾動的問題。在保證高效率、高質(zhì)量與可控成本的同時完成生產(chǎn)調(diào)度，是當前的一大熱點。Alfieri等[10]通過分析個性化定制C2M系統(tǒng)中客戶給出的定制產(chǎn)品的信息不完備給項目調(diào)度帶來的影響，研發(fā)了一套新的個性化定制產(chǎn)品制造計劃與調(diào)度方法。

國內(nèi)外學者對個性化定制、作業(yè)調(diào)度等問題進行了許多前沿性的研究，為進一步的研究提供了理論基礎，得到了很多優(yōu)化策略，在解決包括大規(guī)模定制在內(nèi)的多種生產(chǎn)模式的調(diào)度問題中取得了較好的效果。但是，目前在個性化定制背景下，關于連續(xù)物料個性化定制的相關研究文獻還比較少，本文整合了現(xiàn)有技術，將連續(xù)性物料定量分揀包裝與個性化定制放在一起，設計出糧食配送中心。

2 項目概述及設計依據(jù)

2.1 項目概述

配送中心是整個物流體系中非常重要的一環(huán)，一個物流中心的選址好壞也從根本上決定了配送中心的搭建成本以及成本水平，同時一個高效的配送中心也可以大幅度節(jié)約成本，并且加快整個物流作業(yè)的效率。本文所設計的配送中心以依托于電子商務平臺的糧食交易為主。以面向重慶為例，需要支持整個重慶市的網(wǎng)絡糧食訂單處理，完成客戶網(wǎng)絡個性化定制訂單的分揀配送。

配送中心的設計從以下幾個方面出發(fā)：首先收集數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計重慶糧食的需求量、產(chǎn)出量作為設計基礎；其次根據(jù)數(shù)據(jù)基礎進行系統(tǒng)流量的計算并劃分功能區(qū)域，設計儲存單元以及整個的工藝流程，并繪制工藝平面圖，最后選擇配送中心需要的各種系統(tǒng)設施。

2.2 設計依據(jù)

本配送中心依托于電子商務平臺的訂單對糧食進行分揀、包裝與配送。2017年重慶糧食總量30%的份額來源于電商平臺的客戶訂單，所以2018年，該配送中心要負擔的總分揀總量為120.0萬t。

分析得出以下數(shù)據(jù)：

（1）分揀能力。

①日分揀總量：4 780t。

②年生產(chǎn)時間：251d。

③工作班制度：入庫時間為2班制/d，有效工作時間為16h；出庫時間為1班制/d，有效工作時間為8h。

④日峰發(fā)貨量：3 000個。

⑤碼垛機器人、穿梭車綜合利用系數(shù)：0.85。

⑥存儲量：不少于10 000貨位。

⑦信息載體：RFID。

（2）產(chǎn)品結(jié)構。產(chǎn)品分為兩種，一種為客戶定制的個性化糧食搭配訂單，另一種為固定的糧食搭配訂單。兩種產(chǎn)品可同時進行分揀。

（3）庫容。按20d庫容量設計，設計時需考慮1.25的綜合不均衡系數(shù)，信息載體采用RFID。

3 方案設計

3.1 功能區(qū)域化分

整個配送中心分為5大核心板塊，分別為集裝箱堆場、定量包裝區(qū)、分揀區(qū)、立體倉庫儲存區(qū)以及發(fā)貨區(qū)。此外還為航車控制室、收貨質(zhì)檢區(qū)、集裝箱AGV行駛路徑、中央控制室、物料單元緩存區(qū)等劃分了區(qū)域。

航車控制室用來調(diào)度拉集裝箱的貨車，收發(fā)貨區(qū)是收發(fā)貨的地點，并在集裝箱緩存區(qū)存儲空的集裝箱，定量包裝區(qū)和分揀區(qū)是配送中心的主體，處理客戶訂單，而自動化立體倉庫用來緩存訂單以及物料。

3.2 儲存單元

（1）托盤。托盤尺寸見表1。

表1 托盤尺寸

①承載工具：1 200×1 000×160mm四向進叉歐式塑料托盤。

②空托盤組：1 200×1 000×1 280mm（max.8個/組）。

③輔料實托盤：1 200×1 000×1 280mm，重量：max.1 000kg。

（2）集裝箱。集裝箱尺寸見表2。

表2 集裝箱

3.3 系統(tǒng)流量設計

本物流中心按照一年工作251d計算，糧食日分揀量為4 780t。按照立體倉庫可緩存20d訂單計算，立體倉庫至少能夠緩存9.56萬t糧食。

集裝箱容積為28m3，糧食每立方的重量為0.8t，每個集裝箱能夠承載的糧食為22.4t，所以每日需要的集裝箱量為215個。

配送中心日分揀量為4 780t，以每日工作16h為例，每小時的分揀量為298.75t。該配送中心設計10條定量包裝線，每一條線的峰值包裝量為29.875t/h。

3.4 立體倉庫設計

本物流中心按照一年工作251d計算，糧食日分揀量為4 780t。按照立體倉庫可緩存20d訂單計算，且有10%的訂單需要存入立體倉庫緩存，則立體倉庫至少能夠緩存1萬t糧食。一個托盤組能夠存儲訂單12個，每個周轉(zhuǎn)箱能夠容納糧食70kg，每個貨位能儲存糧食1 680kg，設計立體倉庫高6層，有7個巷道14排，每排40個貨位，每個貨位能放兩組托盤組，能夠緩存9 600t貨物。每日分揀量為4 780t，且有10%入庫緩存，所以每日吞吐量為960t。每日吞吐托盤組96個每日工作16h，則每小時吞吐量為6個托盤組。一個穿梭車足夠承擔吞吐量。

3.5 工藝流程設計

（1）總體工藝流程。整個糧食配送中心工作流程從網(wǎng)絡客戶訂單下達開始，接收到網(wǎng)絡訂單后，雙梁橋式起重機開始工作，將集裝箱從集裝箱堆場搬運到集裝箱AGV上，整個過程在集裝箱堆場完成。

集裝箱AGV將集裝箱背運到定量包裝區(qū)，由定量包裝區(qū)的雙梁橋式起重機將集裝箱搬運至定量包裝設備上，定量包裝設備開始工作。

定量包裝結(jié)束后，訂單商品為已包裝好的袋裝物料，通過皮帶輸送機輸送至分揀區(qū)，并由機械臂機器人將訂單商品放入鏈式輸送機上的周轉(zhuǎn)箱中完成分揀過程。

鏈式輸送機后連接有一個碼垛機器人，將分揀好的周轉(zhuǎn)箱進行碼垛，放在托盤上，當托盤上的周轉(zhuǎn)箱碼垛完成后，AGV會將整個托盤組根據(jù)訂單要求托運至配送發(fā)貨區(qū)或者立體倉庫儲存區(qū)存儲。

（2）混合式定量的工藝流程。圖1所示的就是混合式自動稱量包裝的工藝流程，每次的定量循環(huán)都包含了5個主要的工藝流程：

①主加料。在主加料環(huán)節(jié)，采用容積式定量的工作機理，根據(jù)物料的體積和密度進行定量，快速的向稱量盤內(nèi)加入訂單量M0的大部分物料M1，所用的時間為T1。

②穩(wěn)定。主加料結(jié)束后，稱量裝置穩(wěn)定一段時間T2。

圖1 混合式定量工藝流程

③稱量。稱量裝置對穩(wěn)定下來的物料進行靜態(tài)稱量得到物料的實際重量M2，耗費的時間為T3。

④補加料。計算機將主加料的重量M2與訂單要求量M0進行比較，需要補加的物料量為M3=M0-M2，然后由補加料機構依舊按照容積式定量的工作機理在T4的時間內(nèi)向稱量盤補加需要的物料M3。

⑤投料。其中，補加料和投料同時進行，節(jié)省了定量的時間。

在計算機的協(xié)調(diào)控制下完成的整個工藝流程由客戶訂單驅(qū)動開始，直到滿足客戶的個性化需求，流程是由客戶的訂單驅(qū)動開始的，而不是固定的批量生產(chǎn)，整個定量過程旨在滿足客戶的需求。由計算機控制投料機構工作，在時間T5內(nèi)完成物料從稱量盤到包裝袋的投料。

（3）定量及吸料包裝的工藝流程

①產(chǎn)品的定量。通過分析現(xiàn)有的粉粒狀物料的定量機理，分析不同的定量方法的優(yōu)缺點，取長補短進行結(jié)合，提出新的混合式自動定量方法，以便更好的滿足消費者個性化的要求，使得該定量設備可以按照消費者訂單需求定量物料。

②產(chǎn)品的自動包裝。本文對自動給袋設備進行設計改進，使其可以按照訂單要求物料的多少選擇合適的包裝對定量好的物料進行包裝，避免包裝浪費。具體工藝流程如圖2所示。

③工藝平面布局圖。配送中心的工藝平面布局圖如圖3所示。

3.6 信息系統(tǒng)

（1）網(wǎng)絡訂單信息管理系統(tǒng)

圖2 工藝流程圖

圖3 工藝平面布局圖

①系統(tǒng)構架介紹。本網(wǎng)絡訂單管理系統(tǒng)基于B/S瀏覽器服務結(jié)構,能夠根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定訂單管理系統(tǒng)的結(jié)構，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡訂單管理系統(tǒng)框架

②B/S結(jié)構。本系統(tǒng)采用的是B/S結(jié)構，由數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層開發(fā)，采用3層架構邏輯人物層。用這種結(jié)構開發(fā)使得每一層相對來說更加獨立，層層之間的相互影響更小。

B/S結(jié)構有以下特點：可以通過www來打開瀏覽器，并訪問英特網(wǎng)上的文字、圖形、視頻、音頻信息，海量信息都儲存在服務器中。B/S結(jié)構有著簡單的維護和升級方式，具有強大的優(yōu)勢和可用性。

③功能構架介紹。客戶資料、商品信息、訂單信息以及訂單的處理狀態(tài)等基本信息在網(wǎng)絡訂單管理信息系統(tǒng)中可以在任何時間、地點查看，并且能夠向分揀線傳輸訂單信息。

一個良好的訂單管理信息系統(tǒng)能夠加快整個作業(yè)流程的反應速度，提高工作效率，為企業(yè)經(jīng)營打造一個良好的溝通環(huán)境。

（2）分揀線信息系統(tǒng)。分揀線信息管理系統(tǒng)通過以太網(wǎng)分別與網(wǎng)絡訂單信息管理系統(tǒng)和立體倉庫信息管理系統(tǒng)進行信息連接和傳遞，并通過RFID等技術與分揀、配送環(huán)節(jié)相連接，具體的功能和運作模式如圖5所示。

圖5 分揀線信息管理系統(tǒng)的功能與運作模式

4 結(jié)束語

在糧食自動化生產(chǎn)包裝普及的背景下，本文通過探討糧食的自動化定量包裝技術，該自動定量包裝的裝置不僅可以應用在企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)中，也可以布置在社區(qū)中做自動售賣裝置，這樣的應用可以改變消費者的消費習慣，消費者完全可以按照自己的需求進行消費，其購買時可以按需要物料的多少來購買，也可以按照自己想要購買多少金額的產(chǎn)品來進行購買，只需在設備上進行簡單的輸入就能得到想要的產(chǎn)品。通過這種方式，可以有效的將某些食品供應鏈從推動型向拉動型進行改變，使其在滿足消費者個性化定制需求的基礎上，能夠更好的適合社會經(jīng)濟的發(fā)展，促進我國食品供應鏈向著自動化、信息化的要求發(fā)展，提高企業(yè)的競爭力，更好的滿足未來社會的需求。