047|仓储物流自动化系统中的物料单元

不论是自动仓储物流系统还是人工物料存储和搬运，都是对某种或者某些物料进行存或搬的过程。在这个过程中，主体是人或者自动化设备/系统，客体是各种要处理的物料单元。要想使这个过程实现的更加贴近人们想要的效果，比如效率高、省力、分流等等，除了对主体的设计外，对客体的研究分析也必不可少。

当前社会的商品极大丰富，不论是在电商的仓库里，还是在生产企业的工厂里，都有种类繁多的物料形式，比如形状不规则的工具器具、圆柱形状的油漆桶、大型的钢制品甚至是整部的汽车等等。这些不同的物料由于形状不同，重量不同，堆放方式不同，存取频率等等导致在仓库存放时或在搬运时也会有很大的差异，比如有些采用货架的形式进行物料存放，有些将多个物料放到周转箱内存放，有些物料太重必须要用叉车托运，有些小件物料又才用纯人力抱运最合适。

在同一个仓库内，可能由于存放的物料品类太多繁杂而无法统一存放，会根据情况将不同的物料进行分区和不同方式存放。

由此可见，由于物料不同的物理属性，会直接影响仓储物流系统的存放和搬运方式。

一、物料的物理特性

大厨要处理他的食材的时候，首先要看看食材的样子，然后再考虑是否要将食材切成小段，也要闻闻食材是否腌制到合适的程度，料理完毕的食材后也要选择合适的容器装盘。这些都是大厨对烹饪前对食材的感性认识。

感性认识往往是人类认知事物并解决问题的第一步，对于工厂或者仓储中心内的物料存储也一样，要对所有的物料有较合理的管理，首先要对物料进行感性上的了解，了解到物料的个头的大小才能知道用什么样的容器存放才合理，了解到物料的形状是否规则才能知道如何存放才能最佳的利用空间。

从最简单的感性认识出发，也许是我们解决整体物料存放和搬运方案的第一步。

1. 外形特征

人们看人往往容易“以貌取人”，而对于物料首先第一步必须得“以貌取物”。物料的形状不但直接影响着物料的存放方式，也很大程度上影响着库存的容量，也影响着搬运的效率和系统吞吐量等等。

不同的物料外形隐含了很多额外的信息，而这些信息又是物料存放搬运的必须要考虑的。比如圆柱形的油桶，最好是立式存放，否则油桶自己就会滚动。

如果由于特殊原因需要横着放的话，则需要一些特殊的卡具来辅助存放。

又比如像零件一类的尺寸较小的物料，种类繁杂，拿取的随机性很高，则通常会将这些零散不规则的零件集中放到一个存储容器中。

再比如有些物料在某个方向上尺寸很突出，比如钢管的存放和搬运就需要充分的考虑“长”这一特点。

而对于这种非常长的物料也需要有针对性的采用一些特殊的工具或者容器才能方便管理，比如可能会采用悬臂式货架来对钢管进行库存保管。

再比如有些非常大同时由非常规形状的物料，如造纸厂的纸卷在下线后，通常有1吨多重，直径能达到1米5左右，同时纸卷又是圆柱形的，因此常规叉车无法对纸卷进行直接叉取搬运。

针对这种特殊的物料，需要采用特殊的夹具配合到现有叉车才能对齐进行搬运，如采用夹抱的方式，或者采用串杆穿过中心卷轴的方式。

2. 码放（/存放）方式

大部分的物料不论是在仓库里存放还是在单个容器中，往往都不是单个存在，而是按照某种方式堆放在一起（仓库或者容器里）。有些是凌乱的放到一起，有的是按照某种规则堆放到一起。合理的物料码放能产生意想不到的效果。

小孩子的搭建类的玩具很好的能说明一些问题。比如上图中的积木块，如果将各种不同形状（颜色）的积木块能按照规则拼起来的话，能形成一个规则并且体积较小的长方形块，如果随意放置的话，总体积可能要多出30%甚至更多。因此常常使原有的积木块由于没有整理好无法放回到标准的收纳盒中。

可想而知，如果一个1000平方米平时的仓库如果不合理存放物料可能会浪费掉300平方米，更大的仓库的增益效果会更大。

而在实际情况中有很多物料比积木块的形状还要多变，而由于生产或者其他管理的一些原因，一些物料必须要集中放置在一起，如果物料不提前规划摆放的话，最直接的后果就是可能多需要预留30%的库存空间来存放这些物料。同时由于物料的不合理摆置，也可能会间接导致搬运效率30%的减少。（每次每个容器少搬运30%）

也许有读者可能会问，这是很显然的道理，在实际中人们自然会考虑将物料充分“紧紧”码放到一起。而在现实情况中并非如此，其中有多方面的原因。比如一个仓储中心进行自动化改造的时候，由于业务的要求，需要采用不同规格的容器来存放物料，同时又要使容器能够兼容成熟的自动化设备，这样就可能使某些容器的空间使用率不是很充分，因此如何能够将各种容器的选取，最大程度的使整个系统的使用率达到最优，是没有那么简单的。

码放方式除了要考虑以上争取合理的利用空间外，还有其他方面的因素。

Ø 堆放的稳定性

如码放产品箱子时经常会层与层之间错叠码放，这样可以使上下层几个箱子之间互相作用在一起，在搬运过程中不容易散掉。

Ø 物料的信息方便提取

某些物料上有条码类的信息需要被提前录入，这就要求所有的物料单元在码放时将条码等信息朝外摆放，这样可能要牺牲一些别的方面比如空间利用率作为代价。

Ø 物料的快速提取

如托盘类的物料单元存放到货架上时，托盘与托盘之间通常要保留一定的间距，便于托盘上下货架。

Ø 与自动化设备的兼容性

如工业机械手拆码垛时需要将物料箱放置时互相之间保留一些间隙，便于与各种夹具兼容，容易实现自动化拆码垛。

Ø 业务便利性，如便于统计

有些物料的出入库直接与业务的订单直接相关，如每次客户下单都有自己的采购标准，因此在物料码放时需要根据客户订单的数量要求来码放，这样可能比如一个托盘上只码放13个或者看似很不规则的数量。

3. 物料的标准化（容器）

随着当今现实的工业化的进程中，大家会发现各行各业都有各种标准。汽车的品牌有几百种，但是不管哪种汽车都不会差异太大，背后其实就有标准的作用。汽车设计师在设计时需要遵循相关的设计标准，汽车生产商生产汽车时也要遵循相关的生产标准，同时汽车生产需要的各种配件也要遵循上下游供应商提供的标准。

物流中的各个环节的标准化，能极大的提升物流的效率，并且在宏观角度能节省大量成本。物料单元的标准化也是很重要的措施。

我们这里谈的物料单元的标准更加偏向于阐明采用统一的标准物流容器来使至少厂内物流能高效、低成本的运行。使各种不同的物料统一标准化到一种或者少数中的容器中。一堆杂乱的零件不论需要存放还是用皮带传送，放置在周转箱里一定要方便和高效很多。

最常见的标准容器有托盘、周转箱、瓦楞纸箱等。在实际应用中采用哪种标准容器，要综合多方面的因素：

Ø 成本

采用标准物料容器单元由于要覆盖到大批的物料，因此单个标准物料容器的成本控制就显得非常重要。

100个物料容器的成本的不会太高，但是上万个标准物料容器就完全不一样了。同时，如果前期的物料容器选择定下来之后，如果后续随着业务增长，容器的需求量可能会指数级增长，而再采用全新的标准容器，可能会遇到各方面的阻力，得不偿失。因此在前期对标准物料容器的选择上要充分考虑成本因素。

不同的材质对应的成本不同，钢制品一定要比塑料制品成本高，非标的容器一定要比市面上标准的容器要成本高，比如塑料周转箱如果是非标的话，需要支付一笔开模费。

另外也要考虑标准容器是只在内部物流循环使用，还是做当订单包装方式发货出去后就不再在内部循环了。如果是长期在内部物流循环流通使用的，可以使用成本稍微高一点，结实可靠的，如果是外部流通的可以考虑结实但是只适合单次使用的容器并且成本低的容器。

Ø 容量

一个物料单元选择的容量太大，系统更容易满足效率的要求，如每次搬运200个水杯，如果物料单元的容量为100个水杯，那只需要搬运两次就可以满足，如果物料单元的容量为40个水杯，那就需要搬运5次才能满足搬运要求。

但是物料单元容量大在带来效率压力低的好处的同时，可能回到灵活度不足的问题。比如需要两种水杯各自40个水杯，如果物料单元的容量为100个水杯时，那就需要对物料单元进行分别拆零40个再重新组合在一起。如果物料单元的容量为40个水杯，那只需要直接搬运两件现有的物料单元即可，减少了拆零的环节。

另外，物料单位的容量大小也要考虑最后的体积和重量等因素。如体积不合理，可能会影响物流搬运的某些环节，比如选择的托盘的尺寸不合理，也许在装车时不能充分利用车厢的空间，又或者选择的容量太多，以至于高度太高，穿不过某些建筑或者设备。

而物料单位满载后的重量也需要充分考虑，如果物料单位太重，也许系统内的某些设备无法承载，比如载重1吨的叉车无法叉取1.5吨的托盘重物，又或者周转箱选择后满载后达到40Kg，而周转箱在周转过程中需要纯人工的作业，而这么重的载重人工是很难处理的。

Ø 与设备的兼容性

通常同样尺寸的标准物料容器我们会发现市面上有多种类，比如400*600的容器，可以选塑料周转箱，可以选择带盖或者不带盖的，也可以选择金属制品的，也可以选择帆布袋等。但是设备类对于容器的微小差别是很敏感的，不同设备适用于不同的物料单元，比如尺寸、重量、颜色，凹凸特征等。

因此如果现有一些物流设备，比如叉车、打包机、搬运机器人、输送机等等，那就需要考量新引入的标准物料容器是否与设备兼容。

如果是新规划的物流设施中心，选择标准物料单元时需要考量是否能兼容市面上现有的主流设备或者是否更加容易实现自动化设备的存储和搬运。比如外形规则的物料单元比不规则的物料单元更加容易实现自动化，硬包装（料箱）要比软包装（袋子）容器更加容易实现自动化处理，表面平整的物料比不平整的物料更加容易被机械手吸盘处理。

Ø 信息兼容性

对于物料单元的管理，离不开信息跟踪，最常见的方法是条码技术和RFID技术的应用。对于条码的应用，应尽量保证条码粘贴在物料单元上牢固，清晰可见，位置合理，因此在用条码的场景中，选择标准物料单元时也要考虑这一点，条码位置在物料单位上方便读取或不易受损。

而对于RFID标签，在应用中应尽量避免与金属和液体场景中使用，因此如果要扫描托盘上所有物品自带的RFID标签，则在选择标准托盘为物料单元时尽量不要选择铁质托盘而要去选塑料或者木制托盘，否则可能会影响整托盘读取RFID标签的效果，造成漏读的可、能。

Ø 其它

除了上边提到的物料标准化的考虑因素外，经常还要考虑的有：选择的标准容器最大承重，容器的内尺寸，外尺寸，有效尺寸，还有堆码承重等等。

4. 物料的数量统计

不论是库存的管理还是搬运量的计算，都需要对物料进行数量统计和分析。数量的统计有助于管理人员对生产管理进行实时的决策，也为厂内仓储物流在引入各类自动化系统的规划提供量化的依据。

在牛奶生产过程中，对于销售和产线人员可能关注的是生产多少吨的奶或者多少盒奶。对于生产过程中关注生产物流的人来说，可能更加关注以托盘为单位的托盘数量，比如每小时入库200个托盘，而不是每小时入库200吨牛奶。因此从业务关注数据到物料单元的数据转换，对于厂内物流系统的建设和管理有着非常重要的意义。

在建设自动化仓储物流系统前期，通常要统计分析如下几个方面的数据：

Ø 各个区域的物料单元存放量

比如仓库内的库容量，如库容达到2000个托盘；比如某些工位上的临时存放区域，比如收货暂存区，如最大缓存存放需要100个料箱；再比如每个拣选工位上要预备多少个料箱当做待拣选位置。

Ø 各个区域的物料单元进出量（单位时间内）

比如在仓库区每小时进出仓库多少托盘；比如每小时要往多少个托盘码垛多少个箱子；再比如每小时每个卸货口要装车多少个料箱……

Ø 去向各个不同区域间的物料单元量（单位时间内）

比如仓库每小时接收托盘100个，每小时出库到1#号车间10个托盘，每小时出库到2#号车间20个托盘，每小时接收从打包车间来的50个托盘……，

Ø 物料拆分（或合并）后的物料单元量（单位时间内）

比如在打包工作区域，每小时收到200个标准物料盒，打包到托盘上后（每托盘20箱），每小时从打包工作区搬运走10个标准托盘。

Ø 空物料单元

空物料单元是在自动化仓储物流系统应用前很容易被遗忘的一点，不论是存储量还是效率计算上都应该统计空物料单元，比如库内要预留多少空物料单元备用，打包区域每小时要提供多少个空托盘；再比如机械手拆箱工位处，每小时要运走多少个被抓取后的剩下的空料箱。

Ø 平均值

以上提及的各种数据其实含两个数据，平均值和峰值数据，都需要单独统计和分析。

二、物料单元的身份标识

去仓库去取一个商品，首先得知道这个商品在仓库里有没有，有多少？在仓库里的那个托盘上？托盘在仓库的什么位置？因此对于物料单元的标定是非常有必要的，可以有效的帮助管理人员管理物料。

Ø 物料的“身份证”

像给每个人赋予一个身份证来说，每个物料单元也需要唯一的标识。与身份证一样，物料的标识也需要一个“身份证”，通常物料的“身份证”采用的是条码、二维码和RFID标签，每个标签里都存有唯一标识的号码或者信息。

这三类信息载体都有各自的优缺点，可以根据具体的应用场景来选择合适的标识方法。比如RFID标签适合批量读取物料标识，RFID标签本身可以存储一定的信息，并且可以直接在RFID标签里读写信息；缺点是费用高，使用不当时，会有误读或者漏读的现象。

Ø 物料的信息关联

通常标签的信息含量是有限的，比如条码标签，被条码枪扫描后，读取到的信息只是一串号码，如果这串号码不赋予一定的意义，那对物料管理没有太实际的意义，因为人们不可能记得那么多一串串的号码究竟对应的是哪个物料单元。因此要利用好每个标识，就需要专门的管理软件来帮这些号码记得他们自己的身份。

比如仓库的常用管理软件为WMS，每个物料单元的标识在WMS系统里都对应各自详细的身份信息，比如条码号为#22323的标签在软件里登记的是一箱100袋的感冒冲剂，那在仓库里任何时候翻出来这个号码的时候，都可以通过软件或者APP终端查询到这个号码对应的物料信息。同时软件又可以衍生出更多的功能，比如可以将这个条码对应的物料在发生事件的同时记录下谁引发的这个出库事件、是几点几分、一起出库的时候还有哪些别的条码物料等等。

如下图实例所示，条码号为00500501的物料单元通过软件的多个功能，可以实现基于物料单元的多个角度，全方位的信息管理和物料单元跟踪，像仓库管理WMS就是这样的。

Ø 二维码和RFID的特殊应用

以上对于条码来说，如果没有软件背后提供的关联数据，贴到物料单元的条码号只是一串数字而已，而很多管理软件是只是针对企业内部使用的，可能部署到局域网。而有些场景下，物料单元由于会被打包发货离开本地，物料单元到第三方之后，由于业务的要求，可能也想获取当前物料的更多内容，而不是仅仅一个条码编号而已。

这种情况下，可以想办法使标识存放更多的信息，而不是依赖于软件。二维码和RFID可以一定程度上解决这个问题。通常的一维条码只能存放信息30个字符左右，而二维码可以最大存放1850个字符。采用二维码作为标识时，可以代表除了编号更多的信息，比如物料的具体型号、生产厂家、时间等等。而这些信息是本身存放到二维码自身里的，与网络和软件没有关系，因此只要二维码存在，不论物料单元在仓库、企业内部还是在第三方又或者在终端客户手里，只要对着二维码扫描，就可以获取存在二维码里的所有关于物料的信息。

与二维码可存放更多的数据类似，RFID标签也可以存放多字节信息，与二维码不同的是RFID标签可以改写其中的内容数据，因此RFID可以反复的在不同的物料单元上使用，更加灵活，并可以批量读写，只是成本高一些。

Ø 其它

由于历史遗留问题或者特殊业务要求，某些企业或者应用场景下无法在物料单元上粘贴条码、二维码或者RFID等标签，但是为了管理物料，仍旧需要对物料进行识别和标定，此时可以考虑提取物料本身自带的物理特征来作为物料的身份标识。

比如物料单元上只有文字或者图片的标签，可以通过视觉识别系统提取标签中的关键信息对物料进行身份认定。

比如，如果不同颜色的物料单元存放不同的物品，则可以提取出物料单元的颜色来做当物料的属性标定，可以通过视觉或者颜色传感器来实现。

总结

不论是对现有厂内仓储物流改造还是在规划将来预计要建立的仓储物流系统，也不论系统采用的是自动化的方式还是纯人工的方式，对物料单元的分析和管理都是非常有必要的。从基本物料出发到选择标准容器作为物料单元，不但有助于厂内仓储物流业务流程标准化，也有助于更加容易实现自动化系统的部署。而对物料单元进行各种手段的身份标识，是实现物料数字化管理的第一步。事实上，本文中提到的各种身份标识的条码、二维码、RFID也都是物联网的一部分，物料也是万物互联中“万物”的一部分，本文中提及的各种标签也可以运用到出物料之外的物品，设施，设备，人员，资源，工具等等。正是有了所有这些物体的一张张“身份证”，万物互联才有实现的可能。