何谓矩阵？
虽然在业内矩阵运用已很普遍，但却没有明确的定义。不妨先由笔者结合个人理解给出：矩阵，是一种运用于流向分拣场景且存在进出线关系的运送线立体排布阵列。（如下图1）
图1 矩阵示例（4进4出矩阵）
从硬件维度看，矩阵由投影相互垂直的进出线、分拣站台和分拣滑槽等组成；从流程环节看，矩阵由进货线（高位线）、流向分拣区和出货线（低位线）等组成；从产能设计看，矩阵含“吞”、“分”和“吐”3个方面的能力。从功能模块看，矩阵起包裹运送和流向分拣的浸染。从流向分拣角度看，矩阵分拣区一样平常只操作包裹初分，不操作包裹细分。
其运转流程一样平常为先由前端矩阵进线进行包裹传输，包裹经由平段拨货口（由站台和滑槽组成）时，按照提前设计的滑道号规则或分拣操持，由分拣员或自动扮装备实行流向分拣操作。包裹经分拣滑槽被拨出至含某些流向的各条出线，末了再由出线传输至对应的作业区。
通过本文，笔者将从处理件型、模式分类、与自动化分拣的关系、处理能力和对未来发展的总结思考等方面展开，给大家带来较系统全面的先容。
处理件型
矩阵的处理件型一样平常只限小件（最长边≤400mm，重量≤5kg）和中件(400mm<最长边≤800mm，5kg<重量≤30kg）。除此之外的大件、易碎件和NC件（快递行业术语，包含超大、超重、超长、异型等件型等）不能上矩阵操作。
模式分类
一、 纵向布局
1、爬坡架高式（主流模式）
1.1先容解释
矩阵进线经爬坡后被架高进入流向拨口分拣区，在各处流向拨口处通过直滑槽或90o螺旋滑槽将包裹拨至对应流向的低位出线，在出线后端再将线体高度调度至符合人工作业的高度（一样平常为750mm）。
常见的爬坡架高式分2种。第一种如下图1的传统模式，矩阵分拣区立于高台库的库内平地。第二种则是先在库内搭建钢平台（一样平常钢平台的上表面设置离库内地面净高4500mm），再将矩阵分拣区架设在钢平台上，架高后钢平台底下区域可腾出作为车辆入库、NC件等功能区。矩阵进线将爬至较高的高度（离库内地面7600mm），在钢平台夹层上分至各流向出线后再通过螺旋滑槽或转弯下坡的办法，将线体引出降落至钢平台底下的区域进行操作。这种办法表示了园地方案中空间立体化设计的方向，大幅提高了空间利用率。
图2 爬坡架高式矩阵
1.2适用场景
平地库/高台库均适用。库房有效净高一样平常需担保不低于4500mm。
1.3设置要点
①考虑库房连通性，进线前端需预留职员和叉车通道（如W3000mmH2500mm）
②为担保包裹正常运送且不倾翻滚落，线体爬坡角度一样平常掌握在12o-15o范围内
③架高线支撑柱脚较多（设置一体式支撑钢平台或采取吊装安装办法的情形除外），故需担保柱脚整洁排列，进行通道避让并做好防撞处理
④爬高后皮带机上表面超过3000mm的线体需设置维修平台。在合流处需设置疏堵平台
1.4优点
①业内主流模式，匹配场景较多，适用性较高，空间利用较好
②库房连通性较好，构造大略且整体外型都雅
1.5缺陷
①运送线支撑柱较多，柱脚随意马虎干涉通道
②维修平台设置较多且较繁芜，检修未便利
③需占用较大净空，对库房有效净高哀求较高
④运送线斜坡段较占用空间，如想实现矩阵自动化（需分段拉距），无法在斜坡段做拉距
2、低位下沉式（较少）
2.1先容解释
在卸车上线后，矩阵进线仍保持着平线段的办法进入矩阵的流向拨口作业区，在各拨口处通过滑槽（一样平常为直滑槽）将包裹拨至对应流向的低位出线，出线支撑水平面一样平常设置得比卸货水平面要低。
图3 低位下沉式矩阵
2.2适用场景
较适用于BTO园地（Build to Order，定制化园地），在前期建筑设计阶段需将库房地面设置为带高度差的模式，也适用于平地库（需加装卸货月台）。此模式较适用2层矩阵（“挖空”深度小，高度差较小）。
2.3设置要点
①BTO园地需前置建筑设计需求，“挖空”高度匹配矩阵设计高度
②改造的平地库需考虑加装/加建装卸货月台
2.4优点
①受库内净高限定较小，极限净高只需约2100mm（相对付卸货月台水平面）
②无需设置爬坡段和下坡段，减少线体总利用量和占地空间
③减少土建阶段围月台、填实压平和做沉降的事情量
2.5缺陷
①库房连通性较差且通道设置繁芜，需考虑加装通道钢平台
②库房较低处可能存在水浸风险，不便于园地清洁清理
③后期如进行矩阵改造，可能会受“挖低”区边界影响
二、 横向布局
1、一体式矩阵（主流模式）
1.1先容解释
一样平常情形下，矩阵的所有进线和出线均设置在一块相对集中的作业区域，经同一条进线进入矩阵分拣作业区的相同流向的包裹，将由对应的滑槽分拣至同条出线上（即同进同流向将同出）。
图4 一体式矩阵
1.2适用场景
目前大多数分拣场景均采取此模式设计矩阵，在园地知足且矩阵规模适中的情形下，优先考虑将矩阵分拣区进行集中设置。
在《建筑设计防火规范》的限定下，一样平常工厂丙二类的单层厂房最大防火分区面积不得超过1.6万m2，在此面积限定内矩阵最大规模大约为9进9出。如矩阵有更大的规模设置需求，一样平常有以下3种办理方案，可供应考虑：
①在园地知足的情形下，跨建筑防火分区搭建矩阵，并在运送线跨防火分区处设置消防翻转和防火卷帘门/消防水幕。（实质为1个一体式矩阵）
②若园地无法知足条件①的哀求，则可按业务将矩阵进行拆分，拆分后矩阵的操作业务和出港流向完备独立，如可拆分为进港矩阵、出港矩阵等。（实质为多个一体式矩阵。根据园地情形，可设在同园区，也可设在不同园区）
③若园地无法知足条件①条件，且无法进行独立拆分，则可将矩阵设置为多个进行相互流向交流的分体式矩阵。（实质为分体式矩阵，以下将对此展开详细先容）
1.3设置要点
①尽可能地将矩阵占地空间压缩至最小，排布紧凑对齐
②匹配库房硬件进行设置，并考虑矩阵中间区域职员通畅的问题
1.4优点
①占地空间可做最大程度压缩，便于集中化管理和非常处理
②矩阵末端回流可集中到一条出线上，便于回流上线操作
③比拟分体式矩阵，流转韶光较短，总分拣次数较少
1.5缺陷
①一荣独荣，一损俱损（大略理解，矩阵规模过大，基本不可能同时发挥所有进线的能力；某条出线爆线可能导致整体停线）
②虽可分期投入，给园地留白，但实际灵巧性不高
2、 分体式矩阵/分布式矩阵（较少）
2.1先容解释
在空间上，将较大规模的一体式矩阵拆分为多个较小规模的分体式矩阵。一样平常各分体式矩阵的进线、出线和流向分拣区都是独立设置的，但彼此间存在流向包裹交流（各分体式矩阵间必定存在业务、流向的交集）。
如下图5，假设矩阵A和矩阵B互为分体式矩阵，则分体式矩阵A会将属于分体式矩阵B流向的包裹拨出到对应出线α，再通过连廊或运送线的办法，将出线α作为进线，重新进入分体式矩阵B进行分拣。
各分体式矩阵既可在同个库房内分区域设置，也可在同个园区内分库房设置。
图5 分体式矩阵
2.2适用场景
当矩阵规模较大的情形下，为充分发挥其产能，可考虑将矩阵拆分，也可设置主矩阵带小矩阵的办法，如 “1个大矩阵+2个小矩阵”。
2.3设置要点
①若分体式矩阵设在不同库房，需通过连廊或运送线进行交流
②设计分体式矩阵，需考虑功能和流向的拆分，即确定各分体式矩阵的定位
③一样平常地，假设分布式矩阵有n个，在不经由中间矩阵中转时，分得越多越繁芜，理论最多需求的交流线数可用数列an=n（n-1）表示，即0，2，6，12，20，···，nn(n-1)。举例，如0表示1个一体式矩阵，其交流线数为0；2表示2个互为分体式的矩阵，其交流线数至少为2。后续以此进行类推（仅为理论表达办法，目前业内暂未涌现超过数量为3的分体式矩阵）
2.4优点
①超大型项目，可考虑分期投入，降落前期一次性投入本钱，给园地留白
②园地弹性大，多矩阵压力缓冲，减弱“一荣独荣，一损俱损”的限定
③大匆匆或高峰时，可在上游环节按分体式矩阵的流向进行初分。卸车时在对应的分体式矩阵上线操作，可以此平衡和降落本环节分拣园地压力
2.5缺陷
①对方案而说，数据剖析、业务拆分和设计较繁芜，需办理为何拆、怎么拆等问题。后期如因业务调度需改变矩阵的功能定位，也需经由严密方案剖析
②对运营而言，回流不集中且拉动间隔较远，处理非常更加繁芜，寻衅更大
③矩阵分得越多，交流越繁芜，穿线越繁芜，可能涉及连廊、消防设计
④因存在交流运送，流转韶光将更长
⑤回流不集中且拉动间隔较远，对现场运营寻衅更大
⑥相对一体式矩阵，占地空间一样平常会更大
三、 线层分类
1、2层式矩阵
1.1先容解释
从线层的角度，矩阵由上层1层进线层（一样平常高2200mm-2600mm）和下层1层出线层（一样平常高750mm）组成，采取1分1滑槽（可以是直滑槽或螺旋滑槽），最大可实现人工1分2。如下图6所示。
图6 二层式矩阵
1.2适用场景
出线不多（园地集货流向不多）或园地层高受限的场景。
1.3设置要点
①上层进线高2200mm-2600mm
②站台高一样平常为1400mm，最大可做到人工1分2
③下层出线高750mm
④需避免分拣滑槽对冲至同1条出线
1.4优点
①不需搭建维修平台，爬坡/下坡占地空间较小
②因出线只有1层且为750mm高，易碎上线口较随意马虎设计
③分拣落差较小，破损率较低
1.5缺陷
①当出线需求较多，如果仍设二层式会占用较大空间
②后期如出线增多，也无法改造为三层式矩阵
③只能通过站人平台底下穿行
2、3层式矩阵
2.1先容解释
从线层的角度，矩阵由上层1层进线层（一样平常高3100mm）和中层、下层共2层出线层（一样平常中层1800mm，下层750mm）组成，采取1分2滑槽（由1个直滑槽和1个螺旋滑槽组成，直滑槽对接中层，螺旋滑槽对接下层），最大可实现人工1分4。基于园地最大化设计、分期投入和园地预留的考虑，3层式矩阵已成为新型分拣园地的主流设计模式。如下图7所示。
图7 三层式矩阵
2.2适用场景
当下较主流设计模式，矩阵前端需有较长爬坡间隔，库房净高至少需知足4500mm。
2.3设置要点
①三层线高度分别为3100mm、1800mm、500mm
②每层出线均需担保包裹运送净空≥900mm
③站台高一样平常为2400mm，最大可做到人工1分4
④需避免分拣滑槽对冲至同1条出线
2.4优点
①比拟同等进出线规模的2层式，占地较小，更好地利用了纵向空间
②职员安排灵巧，货量较小时可站1人做1分1或1分2，货量大时可站2人实现分4个流向
③结合方案剖析，2层出线层可分期投入。后期拓展后，可实现最大化设计
2.5缺陷
①分拣落差较大（如上层3100mm分到下层500mm的落差为2600mm），随意马虎造成商品破损
②进线爬坡和出线下坡的占地空间较大
③因出线中含有1层1800mm高的出线，不便于易碎件上线设计
④因上层进线超过3000mm，故需考虑维修平的设计。连通性的设计也更加繁芜
⑤机器电气设计更繁芜，如在运送线电机设计时既需考虑净空，也需避开与滑槽的对冲
四、进线办法
1、同向顺入式
1.1先容解释
矩阵的所有进线均以平行且同向的办法进入矩阵分拣区，矩阵漏分件和自流件（经由矩阵分拣区不需操作分拣拨货的包裹）会汇入与所有进线末端相对接的同一条出线。如上图1所示就属于同向顺入式。
1.2适用场景
进入园地的进线相对靠近同侧或在同个方向，在库房进深知足且用线较少的条件下可优先考虑。
1.3设置要点
所有进线以平行且同向的办法进行矩阵分拣区。
1.4优点
①矩阵的漏分和自流集中到1条出线上，便于现场操作
②可在前端集中设计大小件分离区，并将小件集中汇至1条小件堆积线上
1.5缺陷
当进线不同向或进线口在不同侧时，运送线转弯较多。
2、反向倒插式
2.1先容解释
矩阵的进线存在平行且反向的情形。倒插进线既可设在边侧也可设在矩阵中间，但需避免干涉。反向倒插式属于同向顺入式的大略变形。如下图8进线4为反向倒插入矩阵。
图8 反向倒插式
2.2适用场景
进入园地的进线相对不靠近同侧也不在同方向。在无足够空间可将进线方向调度为同向，或调度为同向需加大运送线利用量的情形下，优先考虑反向倒插。
2.3设置要点
倒插进线需与矩阵其它进线的高度同等，并结合布局和本钱进行设置。
2.4优点
①可办理进线不同向地进入矩阵分拣的问题
②提高设计灵巧性，减少不必要转弯
2.5缺陷
矩阵的漏分件和自流件会一样平常分散到2条出线上，处理难度加大。
五、出线办法
1、双侧多爪式
1.1先容解释
矩阵设在库房相对靠中间的区域，出线往矩阵的相反两侧延伸，整体动向为2个 “L”型。如上图1所示就属于双侧多爪式。
1.2适用场景
库房进深知足且双侧均可方便出货的情形下，应优先考虑。
1.3设置要点
矩阵优先设在库房靠中区域且该区域知足回传需求，双侧可方便出货。
1.4优点
由于矩阵分拣区设在库房相对靠中间的区域，可直接往两侧延伸。相对而言，运送线利用较少，运送间隔较短。
1.5缺陷
出线口的上游口不在同侧，较难集中操作易碎上线。
2、单侧多爪式
2.1先容解释
矩阵设在库房边侧或靠墙的区域，出线往矩阵的同侧方向延伸，整体动向为1个 “L”型。如下图9所示。
图9 单侧多爪式
2.2适用场景
矩阵进线口只能设在边侧或靠墙区域的场景（例如只有此处的回转能知足挂车停靠或连廊运送线在边侧接入的情形）。
2.3设置要点
①压缩矩阵占地空间，将其设置在库房边侧或靠墙区域
②靠墙边侧预留维修等通道
2.4优点
出线口的上游口可设在同侧，便于集中操作易碎上线。
2.5缺陷
相对双侧多爪式而言，线体利用较多，运送间隔较长。
六、拨口分类
1、人工拨口
1.1先容解释
传统的模式下，矩阵中的流向分拣由人工完成。在矩阵分拣区可由拨货站台上的分拣职员将矩阵包裹经滑槽（已设定对应的滑槽号）拨至对应出线（推/拉动作）。如下图10所示。
人工拨口一样平常可分为件型分离拨口、预分拣拨口和流向拨口等3类。前2类可根据实际场景需求设置，个中件型分离拨口用于将小件包裹或需拆包分流向的麻包袋拨离出来，汇至小单元模块或自动化系统实行分拣操作，预分拣拨口一样平常设置在流向拨口前端对包裹进行翻面单、理货、靠边等操作。第3类则是人工矩阵必须设置的核心环节。
件型分离拨口和流向拨口均需设置分拣滑槽，预分拣拨口一样平常只需设置分拣站台。
图10 人工拨口
1.2适用场景
件型较为多样繁芜，且到货卸车货量较集中难以实现单件流的场景。由于是人工操作，故也具备一定柔性，可设备份拨口。常态货量不高时，各出线只启用1组滑槽，在大匆匆时再启动备份滑槽。
1.3设置要点
①结合业务量需求并设置备份，每条进线一样平常至少需有2个拨口对应到同1条出线上
②理论上，从上游至下贱，各个拨口的分拣效率呈递增的趋势（上游流量>下贱流量）
③采取字母或数字提前设置好滑道号规则，并需提前对职员进行培训
④每条进线设置的拨口数量同等，在人工位还需设置掌握按钮
1.4优点
①受件型（适用于除易碎件和NC件外的所有件型）、流量集中上线的影响较小
②柔性较大，大匆匆或高峰时可适当加人提高处理能力
1.5缺陷
①用人较多且相对固定，多滑道号规则调度时须要对员工重新培训
②虽然也可能改造为自动拨口，但对拉距段、扫描段、拨口段和滑槽的改动较大
2、自动拨口
2.1先容解释
在前端设置拉距段（拉开包裹间距，担保单件流，一样平常包裹间距300-400mm）和高速扫描段后，可在矩阵分拣区或出线处通过设置分流器（摆轮、模组带等）、摆臂、推臂或分拣机（业内已有在矩阵分拣区或出线设置直线交叉带的案例）来实现矩阵自动流向分拣。如实实现矩阵分拣区自动分拣，其流程一样平常为“矩阵进线口上线→多段拉距→高速扫描识别→自动拨口分拣→矩阵出线运送”。如下图11所示为矩阵模组带滚珠分流器分拣。
图11 自动拨口
2.2适用场景
较适宜件型相对规整的箱包类，知足面单扫码哀求且可担保单件流的场景。
2.3设置要点
①需设置拉距段（常见为3-7段）、高速扫描段、拨口段自动扮装备，并设计相应滑槽
②一样平常需预留1组人工矩阵来处理回流（因面单条码等问题，未被自动分拣出的包裹）
③方案剖析环节，需严格剖析适用件型占比，并对货量进行小时高峰需求剖析
④需从处理效率和本钱的维度，与人工拨口模式进行比拟，再决定是否投入
⑤任何自动化，正式上线前，必须通过假件来仿照测试正式运营的效果
⑥需具备系统支持的条件，掩护流向ID，与供应商WCS交互，担保信息流和实物流同等
2.4优点
①在效率知足的条件下，可节省用人
②分拣操持切换较为灵巧，无需反复对员工进行培训，基本不受操作闇练度影响
2.5缺陷
①适用件型和处理能力相对固定，弹性和柔性较差
②自动拨口也必定存在矩阵回流件，无法肃清
③设备昂贵，一次性设备投入较高
与自动化分拣的关系
随着人工本钱的上涨和处理效率哀求的提高，自动化运用的趋势已越来越明显。矩阵之于自动化分拣，紧张存在模块集成、功能叠加和功能备份等3种关系。
1、模块集成
自动化分拣可以作为模块集成在矩阵中，如上文中关于自动拨口的先容。
2、功能叠加
最常见的场景是在件型分离后，中件直接由矩阵完身分拣，小件则被拨离汇合至自动化分拣系统（如交叉带分拣机、翻板AGV机器人、落袋式分拣机等）完身分拣集包（集包后为中大件），末了再回包至矩阵分拣。园地将业务拆分给矩阵和自动化，这里二者是叠加关系。
3、功能备份
平行备份的关系，例如在中件自动化（如中件交叉带）的场景。常态分拣机可知足需求时，所有包裹可先经矩阵（但不操作分拣）再进入自动化系统，在分拣机故障、大匆匆或常态爆量的情形下，可直接在前真个矩阵完身分拣操作，实现高效自动化和柔性化的结合。
处理能力
在快递行业，处理能力是吞吐能力的一种小时维度的描述。对矩阵而言，便是小时分拣的包裹数。不考虑与自动化的拆分和交互，假设矩阵的进线数为x，每条进线处理能力为a。出线数为y，每条出线处理能力为b。矩阵分拣区有z个人工/自动化分拣区，每个分拣模块的分拣效率为c。则矩阵系统处理能力（瓶颈能力）为：C=min（ax，by，cz）；则矩阵系统的平衡率为：
总结思考
行业内曾有人认为未来交叉带分拣机等自动化将取代矩阵分拣。笔者从方案的角度出发，认为这种想法难免不免片面。首先，任何自动化和非自动化的运用并无取代或好坏之说，终极都得回归到最根本的3点，那便是场景、效率和本钱。基于场景匹配的条件，且能实现效率和本钱最优的模式，才是最适宜该园地的办理方案。其次，正如前面先容到的，矩阵与自动化并不是对立关系，是可以结合运用的。
综上，笔者以为矩阵在未来行业的发展中还将连续发挥主要浸染，乃至演化出更多的模式，让我们拭目以待吧！
Ps：笔者首篇原创自动化文章《交叉带能力模型研究》。后续笔者也将撰写更多原创文章，并开始增加仓储类场景的分享。敬请期待！
作者 | 奋青杂说
来源 | 物流沙龙
此文系作者个人不雅观点，不代表物流沙龙态度
