【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,配送中心的商品揀選日益呈現(xiàn)小批量、多品種、高時效的發(fā)展趨勢,對訂單處理時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,訂單揀選成本可占到配送中心總作業(yè)成本的60%,訂單處理總時間可占到總作業(yè)時間的40%左右。為有效降低訂單處理總時間,越來越多的行業(yè)采用自動揀選系統(tǒng),如卷煙、藥品行業(yè)配送中心的分揀機系統(tǒng)。 在各種自動揀選系統(tǒng)中,分揀機系統(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,分揀機系統(tǒng)多采用分區(qū)揀選策略降低訂單處理總時間。該策略下分揀機系統(tǒng)劃分為若干揀貨區(qū),各區(qū)分揀機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機合流貨物,完成訂單處理。因此,研究分區(qū)揀選策略下的分揀機系統(tǒng)優(yōu)化問題,對于降低訂單處理總時間,節(jié)約物流成本具有重要意義。 然而,目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于此領(lǐng)域的研究存在若干問題。一是研究對象多集中在人工揀選系統(tǒng),很少涉及到分揀機系統(tǒng),而人工揀選系統(tǒng)中訂單處理總時間構(gòu)成與分揀機系統(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,如品項分配優(yōu)化。三是關(guān)于分揀機系統(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系統(tǒng)綜合優(yōu)化問題。該問題以訂單處理總時間最小為優(yōu)化目標(biāo),研究內(nèi)容包括該策略下影響訂單處理總時間的各主要因素：揀貨區(qū)數(shù)量、貨物合流模式、品項分配、品項拆分。相比對單一因素的優(yōu)化分析,本文研究問題更為復(fù)雜。 在研究該問題過程中,本文主要內(nèi)容與成果如下： (1)通過設(shè)計排隊系統(tǒng)描述分揀機系統(tǒng)在分區(qū)揀選策略下的工作流程,建立了綜合優(yōu)化問題模型。 設(shè)計了排隊系統(tǒng)描述分區(qū)揀選策略下分揀機系統(tǒng)工作流程,得到了訂單處理總時間的結(jié)構(gòu)組成：貨物揀選時問、分揀機暫停時間、貨物合流時問；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、品項分配、品項拆分。以此建立了分揀機系統(tǒng)綜合優(yōu)化問題模型,優(yōu)化目標(biāo)為訂單處理總時間最小,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)劃問題。 (2)為降低模型求解難度,將優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為實現(xiàn)最佳訂單揀選量分配結(jié)果,并將綜合優(yōu)化問題拆分為兩大子問題,采取先獨立討論再綜合求解的思路。 通過線性規(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,擴展了求解方法。根據(jù)變量特點,將綜合優(yōu)化問題分解為品項分配與品項拆分子問題分別討論,以便最終確定綜合求解方法。 此外,通過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)品項分配子問題中,提出了基于揀選量均分的品項聚類目標(biāo),設(shè)計了復(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。該算法通過改進最長處理時間優(yōu)先算法(Largest Processing Time, LPT)的靜態(tài)聚類算法得到良好初始解,再采用改進的K-means動態(tài)聚類算法優(yōu)化初始解。最后實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)品項拆分子問題中,通過EIQ分析方法初步拆分品項,并提出子品項揀選量再分配問題,根據(jù)問題特點設(shè)計了回溯法求解。 在初步拆分品項的EIQ分析中,將品項按揀選總量降序排序,并通過累加揀選量所占比例確定拆分品項。然后各選定品項都拆分為兩個子品項,將其在各訂單揀選量平均分配。 為優(yōu)化初步品項拆分結(jié)果,提出子品項揀選量再分配問題。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)問題特點,在組織和搜索解空間過程中兩次降低了解的搜索范圍。最后實例分析證明了回溯法的有效性。 (5)根據(jù)各子問題討論結(jié)果,提出分揀機系統(tǒng)綜合優(yōu)化問題的綜合求解方法。 綜合求解方法結(jié)合了枚舉法與多種啟發(fā)式算法,首先初步拆分品項并確定揀貨區(qū)數(shù)量范圍,然后進行品項分配優(yōu)化與子品項揀選量再分配優(yōu)化,最后通過判斷算法結(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,通過比較各解對應(yīng)的訂單處理總時間確定最佳求解結(jié)果,既降低了綜合優(yōu)化問題的求解難度,又在較大空間中搜索了可行解。實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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：N945.15
【圖文】：

輸送帶的工作速度要明顯高于分揀機各通道的揀貨速度。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，由動力式輸送帶或重力式滑道構(gòu)成，進入緩沖區(qū)的貨物在重力或摩擦力作用下實現(xiàn)密集排列。緩沖區(qū)出口處與合流輸送帶連接，并裝有擋板機構(gòu)。分揀機系統(tǒng)通過控制擋板打開與關(guān)閉，將暫存貨物送入合流輸送帶，完成貨物合流工作。2.2訂單處理總時間分析為得到訂單處理總時間的結(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，分揀機系統(tǒng)劃分為多個獨立揀貨區(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，各揀貨區(qū)內(nèi)分揀機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)的分揀機并行工作，故降低了訂單處理總時間。

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間分布，如圖2一5所示。l號揀貨區(qū)2號揀貨區(qū)…z號揀貨區(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號揀貨區(qū)貨物合流杏是暫停工作等待1號揀貨區(qū)貨物合流杏是暫停工作等待z一1號揀貨區(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)工作流程號揀貨區(qū).訂單l’-1揀選時間口暫停時間訂單i.合流時間訂單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，可知暫停時間等于相鄰前一揀貨區(qū)貨物合流完成時刻減去木揀貨區(qū)貨物揀選完成時刻，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，可知暫停時間等于最晚的揀貨區(qū)貨物揀選完成時刻減去本揀貨區(qū)貨物揀選完成時刻。由此可得到各揀貨區(qū)在處理各訂單的暫停時間，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】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 楊瑋,劉昌祺,曹巨江,彭國勛;物流配送中心揀貨系統(tǒng)分析[J];包裝工程;2005年01期

2 范啟印,馬駿騎,冉文學(xué),干敏耀,劉海昌;“虛擬視窗”算法在成品煙自動分揀控制中的應(yīng)用[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(理工版);2004年01期

3 張攀,田國會,賈磊,李曉磊,路飛;旋轉(zhuǎn)貨架揀選作業(yè)優(yōu)化問題的新型混合遺傳算法求解[J];機械工程學(xué)報;2004年06期

4 孫磊;吳耀華;張冠女;;動態(tài)EIQ-ABC分析在配送中心規(guī)劃中的應(yīng)用[J];山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2007年03期

5 臧照良;;成組技術(shù)基礎(chǔ)上的CAPP[J];機械制造與自動化;2006年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 秦峰華;卷煙自動分揀機的性能優(yōu)化與實現(xiàn)[D];山東大學(xué);2007年

2 劉德寶;復(fù)合式卷煙分揀系統(tǒng)研究與設(shè)計[D];山東大學(xué);2006年

本文編號：2751969