發(fā)布時(shí)間：2020-07-12 12:35

【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,配送中心的商品揀選日益呈現(xiàn)小批量、多品種、高時(shí)效的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)訂單處理時(shí)間提出了更高的要求。揀選系統(tǒng)是處理客戶訂單的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其工作效率往往成為制約配送中心吞吐能力的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì),訂單揀選成本可占到配送中心總作業(yè)成本的60%,訂單處理總時(shí)間可占到總作業(yè)時(shí)間的40%左右。為有效降低訂單處理總時(shí)間,越來(lái)越多的行業(yè)采用自動(dòng)揀選系統(tǒng),如卷煙、藥品行業(yè)配送中心的分揀機(jī)系統(tǒng)。 在各種自動(dòng)揀選系統(tǒng)中,分揀機(jī)系統(tǒng)最適合處理多品種、小批量的訂單貨物。在不顯著增加作業(yè)成本前提下,分揀機(jī)系統(tǒng)多采用分區(qū)揀選策略降低訂單處理總時(shí)間。該策略下分揀機(jī)系統(tǒng)劃分為若干揀貨區(qū),各區(qū)分揀機(jī)共同揀選同一訂單貨物并送至緩沖區(qū),然后在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)合流貨物,完成訂單處理。因此,研究分區(qū)揀選策略下的分揀機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題,對(duì)于降低訂單處理總時(shí)間,節(jié)約物流成本具有重要意義。 然而,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于此領(lǐng)域的研究存在若干問(wèn)題。一是研究對(duì)象多集中在人工揀選系統(tǒng),很少涉及到分揀機(jī)系統(tǒng),而人工揀選系統(tǒng)中訂單處理總時(shí)間構(gòu)成與分揀機(jī)系統(tǒng)差別很大。二是關(guān)于分區(qū)揀選策略下的綜合優(yōu)化研究較少,多為單一影響因素優(yōu)化,如品項(xiàng)分配優(yōu)化。三是關(guān)于分揀機(jī)系統(tǒng)研究多集中在設(shè)備選型優(yōu)化與改造方面,較少涉及對(duì)揀選策略和方法的優(yōu)化。 基于此,本文提出分區(qū)揀選策略下的分揀機(jī)系統(tǒng)綜合優(yōu)化問(wèn)題。該問(wèn)題以訂單處理總時(shí)間最小為優(yōu)化目標(biāo),研究?jī)?nèi)容包括該策略下影響訂單處理總時(shí)間的各主要因素：揀貨區(qū)數(shù)量、貨物合流模式、品項(xiàng)分配、品項(xiàng)拆分。相比對(duì)單一因素的優(yōu)化分析,本文研究問(wèn)題更為復(fù)雜。 在研究該問(wèn)題過(guò)程中,本文主要內(nèi)容與成果如下： (1)通過(guò)設(shè)計(jì)排隊(duì)系統(tǒng)描述分揀機(jī)系統(tǒng)在分區(qū)揀選策略下的工作流程,建立了綜合優(yōu)化問(wèn)題模型。 設(shè)計(jì)了排隊(duì)系統(tǒng)描述分區(qū)揀選策略下分揀機(jī)系統(tǒng)工作流程,得到了訂單處理總時(shí)間的結(jié)構(gòu)組成：貨物揀選時(shí)問(wèn)、分揀機(jī)暫停時(shí)間、貨物合流時(shí)問(wèn)；得到并分析了各主要影響因素：揀貨區(qū)數(shù)量、貨物合流模式、品項(xiàng)分配、品項(xiàng)拆分。以此建立了分揀機(jī)系統(tǒng)綜合優(yōu)化問(wèn)題模型,優(yōu)化目標(biāo)為訂單處理總時(shí)間最小,涉及變量包括各主要影響因素,該模型屬于復(fù)雜整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。 (2)為降低模型求解難度,將優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)最佳訂單揀選量分配結(jié)果,并將綜合優(yōu)化問(wèn)題拆分為兩大子問(wèn)題,采取先獨(dú)立討論再綜合求解的思路。 通過(guò)線性規(guī)劃松弛與代理松弛模型約束條件,得到訂單處理總時(shí)間下界函數(shù)和最佳訂單揀選量分配結(jié)果：各訂單揀選量均勻分配到各揀貨區(qū)。將該結(jié)果作為新的優(yōu)化目標(biāo),降低了模型求解難度,擴(kuò)展了求解方法。根據(jù)變量特點(diǎn),將綜合優(yōu)化問(wèn)題分解為品項(xiàng)分配與品項(xiàng)拆分子問(wèn)題分別討論,以便最終確定綜合求解方法。 此外,通過(guò)在不同合流模式下分析下界函數(shù)與揀貨區(qū)數(shù)量單調(diào)性關(guān)系,得到了更小的揀貨區(qū)數(shù)量范圍,降低了解的遍歷空間。 (3)品項(xiàng)分配子問(wèn)題中,提出了基于揀選量均分的品項(xiàng)聚類目標(biāo),設(shè)計(jì)了復(fù)合聚類算法求解。 首先介紹了學(xué)者Jane的聚類目標(biāo),分析其缺陷后根據(jù)最佳揀選量分配結(jié)果,提出了基于揀選量均分的聚類目標(biāo),并在向量空間中以曼哈頓距離描述。然后介紹了常用的層次聚類算法,分析其缺陷后提出了復(fù)合聚類算法。該算法通過(guò)改進(jìn)最長(zhǎng)處理時(shí)間優(yōu)先算法(Largest Processing Time, LPT)的靜態(tài)聚類算法得到良好初始解,再采用改進(jìn)的K-means動(dòng)態(tài)聚類算法優(yōu)化初始解。最后實(shí)例分析證明了基于揀選量均分的聚類目標(biāo)與復(fù)合聚類算法優(yōu)越性。 (4)品項(xiàng)拆分子問(wèn)題中,通過(guò)EIQ分析方法初步拆分品項(xiàng),并提出子品項(xiàng)揀選量再分配問(wèn)題,根據(jù)問(wèn)題特點(diǎn)設(shè)計(jì)了回溯法求解。 在初步拆分品項(xiàng)的EIQ分析中,將品項(xiàng)按揀選總量降序排序,并通過(guò)累加揀選量所占比例確定拆分品項(xiàng)。然后各選定品項(xiàng)都拆分為兩個(gè)子品項(xiàng),將其在各訂單揀選量平均分配。 為優(yōu)化初步品項(xiàng)拆分結(jié)果,提出子品項(xiàng)揀選量再分配問(wèn)題。以最佳訂單揀選量分配結(jié)果為優(yōu)化目標(biāo),建立了數(shù)學(xué)模型并提出回溯法求解。根據(jù)問(wèn)題特點(diǎn),在組織和搜索解空間過(guò)程中兩次降低了解的搜索范圍。最后實(shí)例分析證明了回溯法的有效性。 (5)根據(jù)各子問(wèn)題討論結(jié)果,提出分揀機(jī)系統(tǒng)綜合優(yōu)化問(wèn)題的綜合求解方法。 綜合求解方法結(jié)合了枚舉法與多種啟發(fā)式算法,首先初步拆分品項(xiàng)并確定揀貨區(qū)數(shù)量范圍,然后進(jìn)行品項(xiàng)分配優(yōu)化與子品項(xiàng)揀選量再分配優(yōu)化,最后通過(guò)判斷算法結(jié)束條件迭代優(yōu)化,得到了兩種合流模式和揀貨區(qū)數(shù)量范圍內(nèi)的有限組解,通過(guò)比較各解對(duì)應(yīng)的訂單處理總時(shí)間確定最佳求解結(jié)果,既降低了綜合優(yōu)化問(wèn)題的求解難度,又在較大空間中搜索了可行解。實(shí)例分析證明了該方法的有效性和優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：N945.15
【圖文】：

輸送帶的工作速度要明顯高于分揀機(jī)各通道的揀貨速度。此外，如圖2一1所示，分區(qū)揀選策略下，分揀機(jī)系統(tǒng)還需配備緩沖區(qū)，以暫存輸送帶上的揀出貨物。緩沖區(qū)入口處位于揀貨區(qū)內(nèi)輸送帶末端，由動(dòng)力式輸送帶或重力式滑道構(gòu)成，進(jìn)入緩沖區(qū)的貨物在重力或摩擦力作用下實(shí)現(xiàn)密集排列。緩沖區(qū)出口處與合流輸送帶連接，并裝有擋板機(jī)構(gòu)。分揀機(jī)系統(tǒng)通過(guò)控制擋板打開(kāi)與關(guān)閉，將暫存貨物送入合流輸送帶，完成貨物合流工作。2.2訂單處理總時(shí)間分析為得到訂單處理總時(shí)間的結(jié)構(gòu)組成，需要分析分區(qū)揀選策略下的系統(tǒng)布局與工作流程。如圖2一2所示，分區(qū)揀選策略下，分揀機(jī)系統(tǒng)劃分為多個(gè)獨(dú)立揀貨區(qū)，一條主輸送帶連接各揀貨區(qū)末端的緩沖區(qū)。處理訂單時(shí)，各揀貨區(qū)內(nèi)分揀機(jī)共同揀選同一訂單貨物并送入緩沖區(qū)，然后在合流輸送上完成貨物合流并送至包裝系統(tǒng)。由于各揀貨區(qū)內(nèi)的分揀機(jī)并行工作，故降低了訂單處理總時(shí)間。

山東大學(xué)博十學(xué)位論文恢復(fù)工作。據(jù)此可得到各揀貨區(qū)合流流程，如圖2一4所示;也可得到各揀貨區(qū)在處理每份訂單的時(shí)間分布，如圖2一5所示。l號(hào)揀貨區(qū)2號(hào)揀貨區(qū)…z號(hào)揀貨區(qū)砂}揀選匆雨薄賈物卜，尸刊病;選薪行革賈驪卜，戶}揀選新訂單貨物}歸乙<不羌成互<了先成瓦<汽七辰備是暫停皿_作等待z號(hào)揀貨區(qū)貨物合流杏是暫停工作等待1號(hào)揀貨區(qū)貨物合流杏是暫停工作等待z一1號(hào)揀貨區(qū)貨物合流完成完成完成+是貨物合流_鄉(xiāng)是貨物合流令是貨物合流完成圖2一4串行合流模式下各揀貨區(qū)工作流程號(hào)揀貨區(qū).訂單l’-1揀選時(shí)間口暫停時(shí)間訂單i.合流時(shí)間訂單r·…畝口圖2一5串行合流模式卜各揀貨區(qū)訂單處理時(shí)間分布根據(jù)貨物合流條件及圖2一4、2一5，可知暫停時(shí)間等于相鄰前一揀貨區(qū)貨物合流完成時(shí)刻減去木揀貨區(qū)貨物揀選完成時(shí)刻，由此可得到各揀貨區(qū)在處理各訂單

圖2一7并行合流模式下各揀貨區(qū)子訂單處理總時(shí)間分布根據(jù)貨物合流條件及圖2一6、圖2一7，可知暫停時(shí)間等于最晚的揀貨區(qū)貨物揀選完成時(shí)刻減去本揀貨區(qū)貨物揀選完成時(shí)刻。由此可得到各揀貨區(qū)在處理各訂單的暫停時(shí)間，如式(2一9)所示:哎·肥畔)一《，1‘i叢r，l以勺(2一9)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2751969