本文是一篇物流论文，本文在设计单元物料柔性分拣系统时，采用可换爪机械臂进行多规格单元物料的统一分拣。上位系统根据待分拣的单元物料的不同特性，下达指令给机械臂换取合适的夹爪进行夹取。并采用多个可积放式的输送机叠加在一起形成一种将仓储与输送结合到一起的新型“货架”，并采用穿梭车进行单元物料的补货。
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.1.1 选题背景
随着工业4.0在全球掀起浪潮，自动化高架立体库、智能化物流配送中心等自动化物流系统正在深入各个行业[1]。但是目前，我国的物流分拣系统依然面临着自动化程度低、人工劳动依赖严重以及分拣成本高的问题。甚至在一些转运中心，分拣环节完全依赖于人工作业，分拣成本高达总成本的45%。当多规格单元物料日益突出的分拣需求，遇上目前国内物流分拣系统发展参差不齐、自动化程度普遍较低的情况，推进分拣系统自动化，不仅是十分必要的，而且是物流行业发展的必然趋势。企业方面也在积极的探索不同的分拣模式以应对庞大的分拣需求，各物流中心相继引进专业分拣设备来进行分拣模式的改革，但仅仅实现分拣系统的自动化只能让分拣机械量化替代人工进行分拣处理[2]，对于日益增加的单元物料品规将不再适用，对于分拣模式的探索将不断向智能化模式靠近。机械化时代背景下，分拣的主要诉求是降本增效，故分拣设备多是针对大批量物料分拣的专机设备；现下应用的针对多规格单元物料的计算机控制技术多为计算机辅助技术，通过计算机控制技术辅以人工的方式来实现多规格单元物料的快速分拣；而在智能化时代，以计算机控制技术为核心，融合可编程技术与单片机技术的综合智能化控制技术，将有助于快速推进计算机控制技术的高精尖化，同时对于分拣系统的智能化发展也有着重要作用。
1.2 国内外相关研究综述
针对需求数量日益增加的异型物料，目前阶段企业主要采取两种方法进行自动化分拣，一是对需求数量相对较大的异型物料进行标准化，开发专机设备进行分拣，并对需求量相对较小的异型物料采用人工分拣的方式进行分拣；二是在现有的专机设备基础上，通过组合的方式，使专机设备可分拣的物料多规格化，而对于需求量小、订货频次低的异型物料仍旧采取人工分拣的方式进行分拣。由于人工操作具有差异性和随机性，会导致多规格物料的分拣情况更加复杂化，更容易出现差错。而使用设备进行分拣会增加成本，效率和效益二者之间的平衡难以维持。为了更好的研究单元物料柔性分拣系统，使系统设计切合实际的同时能很好的兼顾效率和效益之间的关系，首先要对国内外学者此前对于相关研究领域所做出的贡献进行了解和探讨。
“单元物料”的提出最早可以追溯到2005年，黄昂等（2005）[7]在研究自动化物流系统去托盘载体化时将单元化、规范性较好的物料称为“单元物料”。后来在2007年时，刘恭少[8]在研究螺杆旋的配置与轻质条板局部密度之间的联系时又提出，轻质条板被挤压成型时，将螺杆螺旋槽中的物料沿横截面方向虚拟切分成若干份，故螺杆的送料过程可以看作是若干份微小单元物料向出口移动的过程。刘恭少所提出的单元物料的定义中引入了微分的思想，实质上是物料单元化，而本文中提到的单元物料，沿用了冉文学2013年[9]首次提出“包装规范、可以按单元计数的物料”的；并在2014年[10]再次对单元物料的定义做出了补充：“订单构成的最小计量单元，是直接面向客户的一个订货单元”。
2 问题描述及研究基础
2.1 单元物料问题提出
随着国民经济水平的提升，加上经济全球化的发展，推动了居民消费升级。越来越多的国际品牌打入中国市场，跨境电商规模呈现出加速增长的趋势，参与跨境也成了不少电商运营企业的必选项之一。根据相关数据显示，2022年上半年中国跨境电商市场规模达到7.1万亿元，预计2022年市场规模将达到15.7万亿元，跨境电商规模不断扩大，中国电商行业将有着蓬勃发展的未来。
中国电子商务历经多年发展，已经由高速增长阶段稳步向高质量发展阶段迈进。中国电子商务业态模式持续创新，发展势头强劲且极具韧性，市场规模屡创新高，连续9年保持全球最大网络零售市场地位。2021年，中国电子商务交易额达到42.3万亿元，同比增长19.6%；2022年上半年，全国电子商务交易额达到20.41万亿元，相交2021年上半年同比增长1.5%。
2.2 单元物料属性特性研究
在研究单元物料的柔性分拣时，首先要明确针对的是哪一类单元物料，不同的单元物料之间特性不同，需要考虑的分拣方式也不同。
2.2.1 单元物料的规格
不同的单元物料形态可能会有很多不同单元物料规格，例如液态的单元物料可能会以罐、立方、升等为单位，而固态的单元物料可能会以克、千克、吨、箱等为单元物料的规格单位。根据单元物料特性的不同，往往其对应的规格也不一样。而根据不同领域的单元物料，单元物料之间的规格也存在着差异，例如在日常生活用品中，调味品单元物料的规格，可能是罐、箱，也可能是袋、包；食用油的规格是桶，也可能是升；在建筑领域中，水泥的规格可以是包也可以是吨，钢筋的规格可以是扎也可以是吨等。
因此可以看出，单元物料规格的不同，不仅跟单元物料本身的特性相关，还跟单元物料所面对的“客户”有关。如果单元物料所面对的客户是终端消费者，那么单元物料的规格常常与单元物料本身的需求性有关，例如消费者对于调味品的需求量要远小于食用油，因此调味品的单元物料规格往往也远小于食用油的单元物料规格。不仅如此，如果单元物料面对的是终端客户群体，其最终的规格也和单元物料的包装形式有关，往往要顾及便携性等问题，例如大米，消费者对于大米的需求性要高于食用油，但是市场上也有不少小袋包装的大米。如果单元物料所面对的客户是中间商，那么单元物料的规格往往与运输方式以及单元物料的特性有关。例如窗帘加工厂，它的单元物料规格是幅，一幅窗帘，但是它的供货商的单元物料规格是根据布料的特性以长度为单位，例如米、尺、丈等；而供货商的原材料商，为了便于运输，可能会进一步扩大单元物料的规格，以集装箱、吨等为单位。
3 单元物料柔性分拣系统总体方案 .............................. 20
3.1 单元物料的物态分析................................................ 20
3.2 单元物料自动分拣工艺流程....................................... 22
4 普洱茶物流配送中心方案及仿真 .................................... 28
4.1 普洱茶柔性分拣系统功能目标....................................... 28
4.1.1 单元物料规格 ................................................ 28
4.1.2 系统设计要点 ................................. 28
5 总结与展望 .....................4 8
5.1 总结........................................ 48
5.2 展望......................... 48
4 普洱茶物流配送中心方案及仿真
4.1 普洱茶柔性分拣系统功能目标
普洱茶销量已经突破千亿大关，2012-2020年我国茶叶相关企业注册量不断上升，新增32.46万家，同比增长4.82%，茶叶市场的投资吸引能力高涨。面对广阔的市场前景，现阶段的普洱茶市场应对能力欠缺，缺乏标准化、机械化的生产加工设备，也缺乏自动化、智能化的物流配送中心进行管理，这与普洱茶行业想要成为现代化产业的发展愿景背道而驰，故建设一个高自动化、智能化的普洱茶物流配送中心，为后续普洱茶产业的发展奠定坚实基础是现阶段普洱茶产业所需要突破的瓶颈之一。
4.1.1 单元物料规格
与一般的单元物料不同，普洱茶单元物料不仅规格众多，而且形状十分不规范。光是人们熟知的包装形式就有茶饼、茶砖、茶桶、散料等形式，而茶饼的规格又分为357克、200克、100克和50克等。纷繁复杂的包装形式，不拘一格的成品形状都给普洱茶的仓储和分拣造成了不小的压力。在进行系统设计时，根据普洱茶企业所经营的普洱茶主要包装形式进行了统计。
5 总结与展望
5.1 总结
随着电子商务的兴起，物流配送中心存储的单元物料形式趋向于复杂化。并且随着国民生活水平的提高，消费者的个性化需求愈加突出，物流加工中心为了迎合消费者的需求，不仅在产品种类上追求创新，在产品包装上也力求能够在同类产品中脱颖而出，因此滋生了市场上各种迥异的包装形式。本文基于单元物料形式多样化的情况，通过可换爪的机械臂搭配特殊的存货通道，组成退台式仓储分拣系统，从而实现单元物料的柔性分拣。而普洱茶的包装形式不仅多样化，更是一种不规则包装形式占据大多数的物料，因此本文在设计了单元物料柔性分拣系统之后，为了证明系统的可行性、适用性，以某普洱茶物流配送中心为例，设计该普洱茶柔性分拣物流配送中心的总体布局，并通过automod仿真软件进行仿真运行，通过仿真数据比较，发现该物流配送中心在适用单元物料柔性分拣系统之后，不仅提高了分拣效率，还提高了订单响应速度，使得该普洱茶物流配送中心的订单分拣情况更加简化。
因此证明，设计单元物料柔性分拣系统，有利于包装形式情况复杂的物料和不规则形状的物料进行全自动分拣，不仅减少人工的使用，实现物流配送中心的自动化、智能化，还可以提高分拣效率，提升分拣准确性。
参考文献（略）