（系统工程专业论文）卷烟配送中心自动分拣系统配置与优化研究.pdf

i l j 东大学硕十学伊论文 摘要 自动分拣线能极大地提高卷烟配送中心分拣作业的速度和质量。但在设计安 装卷烟自动分拣系统时，规划设计人员往往根据他们的主观经验进行分拣设备单 元和工作人员配置，这种方法存在较大的不确定性，很难有效地平衡分拣效率和 成本。因此，如何采用定量的方法，科学地选择分拣设备单元、配置分拣工作人 员，对于卷烟自动分拣系统的优化设计具有十分重要的意义。 本文针对卷烟自动分拣系统中的分拣设备单元和补货人员的配置进行优化 研究，旨在为分拣系统的规划设计提供一套切实可行的定量化方法，使分拣系统 运行成本最低、效率最大。 首先，运用系统分析方法与理论，对卷烟分拣系统组成要素进行了详细分析 和研究。根据卷烟分拣的特性，对卷烟自动分拣系统的分拣设备配置进行了规划， 将不同分拣设备有机结合，组成复合式自动分拣系统，该系统能最大化发挥设备 的整体性能。 其次，本文通过深入分析卷烟自动分拣系统的运行成本，找出了系统各项成 本与分拣量之间的关系，提出了基于成本临界点的设备单元配置优化方法，该方 法能在保证系统分拣效率满足要求的前提下，最小化系统运行成本。 在设备单元配置的基础上，本文又对补货人员进行优化配置，提出了三种人 员配置的评价指标：即补货人数最少、补货量均衡、补货品种数均衡，并以此建 立补货均衡的多目标优化模型，求解时，引入变异系数将多目标规划转化为单目 标优化问题，并利用改进遗传算法实现。 最后，以某烟草配送中心的自动分拣系统配置设计为例，对本文提出的设 备单元和补货人员配置优化方法进行可行性和有效性验证。在设备单元配置方 面，成本临界点法克服了e i q a b c 分析法的不确定性，为设备单元配置提供了一 种简单明确的量化标准，并使分拣系统的运行成本降至最低：在补货人员配置方 面，本文中的多目标均衡模型所得的补货任务分配方案不仅使补货人数最少，而 且在补货量、补货品种均衡性方面要明显优于基于经验的人员配置方法。 关键字：卷烟自动分拣系统；设备单元配置：补货均衡；多目标规划；遗传算法 山东大学硕十学位论文 a b s t r a c t a u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mc a ni n c r e a s es o r t i n gs p e e da n di m p r o v es o r t i n g q u a l i t y g r e a t l yi nc i g a r e t t ed i s t r i b u t i o nc e n t e r h o w e v e r , w h e nd e s i g n i n ga n df i x i n g a u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t e ，p l a n n e r su s u a l l ys e l e c ts o r t i n ge q u i p m e n t sa n d a r r a n g es o r t i n gw o r k e r sa c c o r d i n gt ot h e i re x p e r i e n c e t h i sm e t h o di ss u b je c t i v e ， b e c a u s ei ti sf a i l e dt ob a l a n c ec o s ta n de f f i c i e n c ye f f e c t i v e l y t h e r e f o r e ，t h a th o wt o d e v e l o paq u a n t i t a t i v em e t h o dw h i c hc a nb eu s e dt os e l e c ts o r t i n ge q u i p m e n tu n i t sa n d c o n f i g u r es o r t i n gw o r k e r ss c i e n t i f i c a l l yi so fg r e a ti m p o r t a n c ef o rd e s i g n i n ga n d o p t i m i z i n ga u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t e t h i st h e s i sh a ss t u d i e ds o r t i n ge q u i p m e n tu n i ta n dr e p l e n i s h m e n tw o r k e r s c o n f i g u r a t i o ni na u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t ea n da i m st op r o v i d eaf e a s i b l e s o l u t i o nf o rs o r t i n gs y s t e md e s i g nt or e d u c eo p e r a t i n gc o s ta n di m p r o v ee f f i c i e n c y f i r s t l y , s y s t e mm e t h o d sa n dt h e o r ya r eu s e dt oa n a l y z ea n ds t u d yt h ec o m p o n e n t e l e m e n t so fc i g a r e t t es o r t i n gs y s t e m t h e ns o r t i n ge q u i p m e n tu n i t sa r ec o n f i g u r e d a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc i g a r e t t es o r t i n g ，w h i c hc o n s i s tc o m p o u n d a u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e m t h i sk i n do fs y s t e mc o m b i n e sd i f f e r e n ts o r t i n ge q u i p m e n t s a n dc a nm a x i m i z et h ew h o l ee f f i c i e n c y s e c o n d l y , t h r o u g hd e e p l ya n a l y z i n gt h eo p e r a t i n gc o s to fa u t o m a t e ds o r t i n g s y s t e mo fc i g a r e t t e ，t h i st h e s i sf i n d so u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c hc o s ti t e ma n d c i g a r e t t ev o l u m e t h e na ne q u i p m e n tu n i tc o n f i g u r a t i o nm e t h o db a s e do nt h ec r i t i c a l p o i n to fc o s ti sp r o p o s e d t h i sm e t h o di sa b l et or e d u c es y s t e mc o s tt ot h el o w e s tl e v e l w h i l eg u a r a n t e e i n gs y s t e ms o r t i n ge f f i c i e n c y b a s e do n e q u i p m e n tu n i tc o n f i g u r a t i o n ，t h eo p t i m i z a t i o nc o n f i g u r a t i o no f r e p l e n i s h m e n tw o r k e r si sc a r d e do u t t h r e ee v a l u a t i o ni n d i c e sf o rr e p l e n i s h m e n t w o r k e r sc o n f i g u r a t i o n ，t h o s ea r et h ef e w e s t w o r k e r s ，r e p l e n i s h m e n tv o l u m e e q u i l i b r i u ma n dr e p l e n i s h m e n tb r a n d se q u i l i b r i u m ，a r ep u tf o r w a r d a f t e rt h a t ，t h i s t h e s i se s t a b l i s h e sam u l t i - o b j e c t i v ep r o g r a m m i n gm o d e lf o rw o r k e r sc o n f i g u r a t i o n b a s e do n r e p l e n i s h m e n te q u i l i b r i u m t h i s m o d e li st h e nt r a n s f o r m e di n t o s i n g l e o b je c t i v eo p t i m i z a t i o nw h e ni n t r o d u c i n gc o e f f i c i e n to fv a r i a t i o n t h es o l v i n g m e t h o di si m p l e m e n t e db yi m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h m f i n a l l y , t h i st h e s i st a k e so n ec i g a r e t t ed i s t r i b u t i o nc e n t e rf o ra ne x a m p l e ，t o v e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo ft h ep r o p o s e do p t i m i z a t i o nm e t h o d s o nt h ea s p e c t o fe q u i p m e n tu n i tc o n f i g u r a t i o n ，t h ec r i t i c a l p o i n to fc o s tm e t h o do v e r c o m e st h e i i i 山东大学硕十学伊论文 u n c e r t a i n t yo fe i q - a b c ，a n dp r o v i d eas i m p l eb u tq u a n t i t a t i v es t a n d a r dw i t hl o w e r s y s t e mo p e r a t i n gc o s t o nt h ea s p e c to fr e p l e n i s h m e n tw o r k e r sc o n f i g u r a t i o n ，t h e s o l u t i o nt om u l t i o b j e c t i v ee q u i l i b r i u mp r o b l e mc a nn o to n l ym i n i m i z er e p l e n i s h m e n t w o r k e r sb u ta l s oh a sb e t t e re q u i l i b r i u mp r o p e r t yt h a nt r a d i t i o n a lm e t h o d se s p e c i a l l yi n r e p l e n i s h m e n tv o l u m ea n db r a n d s k e yw o r d s ：a u t o m a t e ds o r t i n gs y s t e mo fc i g a r e t t e ，e q u i p m e n tu n i tc o n f i g u r a t i o n ， r e p l e n i s h m e n te q u i l i b r i u m ，m u l t i - o b je c t i v ep r o g r a m m i n g ，g e n e t i ca l g o r i t h m i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盛 日期：迎望：垒! ! 三 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蕴导师签名 山东大学硕十学伊论文 1 1 课题背景和意义 第一章绪论 随着市场经济的发展，卷烟需求向多品种、小批量方向发展，配送卷烟的种 类、数量和经销商数量都将急剧增加，使得分拣工作在配送中心整体工作中所占 的比重也越来越大。从作业时间上来讲，分拣时间约占配送中心作业时间的 4 0 - - - 6 0 ，在配送中心作业成本构成中，分拣作业成本约占配送中心总作业成 本的6 0 0 o , - 8 0 ，与此同时，客户对配送服务和质量的要求也越来越高，希望烟 草配送中心提供优质快速的服务。由此可见，分拣作业的成本、速度和质量直接 影响整个配送中心的信誉和生存。 烟草配送中的订单分拣工作要求在短时间内完成对大量订单的分拣，且这些 订单大多是小订单，5 0 条以下的订单占了订单总数的大多数。这对卷烟分拣的工 作提出了严峻的挑战。原来的人工分拣和电子标签辅助分拣系统由于劳动强度 大，错误率较高，已不能适应目前的高效率分拣作业要求。各地的烟草配送中心 正投入使用或将要投入使用各种订单处理量大、分拣效率高、连续作业时间长、 国家专项信息控制的卷烟自动分拣系统。 在卷烟配送中心自动分拣系统中，分拣设备单元和分拣作业人员是核心组成 部分，这两部分规划设计的是否合理对自动分拣系统的运行成本和效率有直接影 响，进而影响到整个配送中心的作业效率和服务水平。目前，卷烟配送中心在设 计安装自动分拣系统时，往往根据设计人员的主观意志和经验进行分拣设备和作 业人员的配置。在配置分拣设备单元时，通常的做法是在对卷烟分拣订单资料进 行e i q 或a b c 分析的基础上，根据经验选择分拣设备，这种方法存在一定的主观 性和不确定性，过分追求分拣效率导致系统投入成本过高、设备利用率低等诸多 问题：对分拣作业人员的配置则是使其满足作业要求即可，忽视了人员配置过多 对成本的影响，同时也造成分拣作业人员闲忙不均等问题。因此，在规划设计卷 烟自动分拣系统时，如何科学合理地选择分拣设备单元、配置分拣作业人员，使 得在满足分拣效率的前提下，降低分拣系统的作业成本，成为分拣规划设计人员 亟需解决的问题。 本文正是基于这种实际需求，对卷烟自动分拣系统中分拣设备单元和补货作 业人员的配置问题进行优化研究。采用定量的方法选择分拣设备单元，保证分拣 山东大学硕十学伊论文 效率的同时使系统的运行成本降至最低：在选定分拣设备单元的基础上，又对补 货作业人员进行合理地配置，从补货平衡的角度，确定最少的补货人员并对他们 的补货任务进行均衡分配，从而为规划设计人员在优化配置卷烟自动分拣系统的 设备和人员时提供一定的理论指导。 1 2 分拣系统研究现状 现代物流发展的水平已成为一个国家综合国力的重要标志。在整个物流体系 中配送系统占有非常重要的位置，而分拣系统又是配送系统建设的核心部分，由 于集成了多种现代技术，近年来一直是配送领域研究的热点。西方发达国家对分 拣系统的研究开展得比较早，技术先进。我国在这个领域则起步较晚，相对比较 落后。近几年，伴随着信息技术、自动化技术的不断深入，我国在分拣领域的研 究也蓬勃发展起来，涌现出许多新的研究成果。 迄今为止，国内外对分拣系统的研究主要集中在分拣策略、路径优化、储位 分配和分拣设备方面。其中关于分拣策略和分拣路径优化的研究较多，尤其是订 单分批和分区处理策略、分拣路径优化算法的研究。其中，c h e h u n gl i n ，i u a n y u a nl u 关于订单分拣策略的研究，提出了确定分拣策略两阶段法，首先将所有 订单分为五类，然后通过计算机模拟来确定适合于每一类订单的分拣策略【l l 。李 诗珍、王转等人对订单分批策略、分区策略的研究【2 】【3 1 。马士华、文坚研究的分 批策略根据时间延迟思想，综合考虑拣货作业环节和分拣包装环节的工作效率， 提出了一种消除因时窗分批不均衡引起的等待时间和块状需求( 闲忙不均) 的动 态时窗设计与判断方法，保证拣货系统的连续性和均衡性4 】【5 1 。c h i h m i n gh s u 等 人利用遗传算法来研究订单分批，目的是使分拣的行走距离最剧6 。m u c h e n c h e n 等人用数据挖掘技术研究订单的分批策略【7 j 。t h ol e d u c 等人研究了含2 个 分区的矩形仓库的随机订单分批问题，并用s 形启发式算法求得最优订单分批大 小【8 】。张贻弓对卷烟自动分拣系统中的订单合流进行研究，首先提出一种可压缩 式订单合流方法，并对订单排序优化，使系统拣选效率有了较大幅度的提副9 1 。 分拣路径优化是近些年分拣系统研究中的又一热点问题，其中有一类是研究 人工分拣，或借助于台车等分拣设备。如r i c h a r dl d a n i e l s ，j e f f r e yl r u m m e l ， r o b e r ts c h a n t z 对仓库订单分拣的研究【l 叭，李诗珍、王长建的关于订单拣取路径 的优化研究，对分拣路径的优化一般也要求订单的分批策略和货物的存储位置有 2 山东大学硕十学伊论文 很好的设计【l i 】。分拣路径的优化还有一类是对自动化立体仓库及堆垛机分拣路径 的优化，女i k e e sj a nr o o d b e r g e n ，r e n 6d ek o s t e r 在多横向通道的仓储系统环境下， 针对各种拣货策略比较在不同通道数目、不同货物品项及不同通道宽度的拣货路 径比较【1 2 】。宁春林基于蚁群算法及改进算法对立体仓库拣选路径优化问题的研究 【1 3 】【1 4 】。田伟，田国会等应用改进l k 算法求解固定货架拣选优化问题研究【15 1 。常 发亮等对自动化仓库拣选作业路径问题创建了一种含装箱约束条件的多目标优 化新型数学模型，并用改进的遗传算法求解，取得了很好的优化效果【i 6 1 。 另外，由于货物存储的位置直接影响到分拣效率，对储位分配的研究也是学 者重点关注的课题之一。女i c h a r l e sg p e t e r s e n ，g e r a l da a s e 研究了存储、分拣和 路径这三个因素在订单拣选行程中的影响【1 7j 。v e n k a t ar e d d ym u p p a n i ，g a j e n d r a k u m a ra d i l 从成本最小的角度，对基于等级库存的储位分配进行研究【l 引。 c h i n c h i aj a n e ，y i h w e n nl a i h 采用一种聚类算法实现了分区同步系统中的货位 分配【1 9 】。v e n k a t ar e d d ym u p p a n i ( m u p p a n t ) ，g a j e n d r ak u m a r a d i l 对配送中心内 的货物分级储存方法进行研究，目的是使分拣成本最小【2 0 1 。 上述都是有关分拣理论的研究，在分拣系统中，还有一种是分拣设备的研究。 这两个方面缺一不可，相辅相成。分拣设备的控制系统和机械结构非常复杂，对 其进行研发需要大量的资金，因此，对分拣设备的研究比较少，主要集中在邮件、 包裹、烟草等的分拣设备上。鞠镁隆根据卷烟自动分拣作业的工作特点，通过对 卷烟自动分拣的功能流程分析，提出两种卷烟自动分拣机的创新设计方案1 2 。李 凯就卷烟分拣系统中的分拣单机的动作进行研究，提出两种控制优化策略，并以 仿真的手段进行了验证【2 2 1 。秦峰华针对两种类型的卷烟分拣机各个动作的效率指 标进行测试，制定了分拣机分解动作的性能标准并定义了标准分拣机，为以后的 系统开发和产品改进提供了支撑2 引。谢伟东等提出条烟自动分拣系统的异步分拣 法及其基本控制算法，设计了滑道式分拣装置 2 4 1 。王文胜按照包裹分拣、贮存及 发运的要求设计了邮局悬挂分拣机控制系统。该系统的特点是结构紧凑、故障率 低、维修灵活方便、抗干扰能力强，整机效率高等【2 5 】。为解决零件集中混型输送 和识别问题，引入了零件分拣机，连接生产线、后续处理和包装区间，实现零件 分类包装【2 6 。随着自动化技术的发展，一些特殊用途的分拣机械，如电池分拣机， 羽毛球分拣机，发光二极管分拣系统等多种多样的分拣机逐渐被研发出来，分拣 机尤其是自动分拣机的研究和应用前景十分广洲2 7 。2 9 1 。 l l l 东犬学硕十学伊论文 曼鼍曼曼i l li i ! i l l l l 一一 i l l ! ! ! l ! 。 1 1 , , 燃嬲皇曼曼曼曼曼曼曼篁黑嬲鼍 1 3 卷烟分拣系统应用现状 l 。匡外卷烟分拣系统应用现状 在欧美和日本等发达国家，卷烟物流的自动化程度相当高，烟草物流中心一 般占地面积不大，但立体化和自动化程度较高，普遍采用自动立体化仓库进行卷 烟的存储和出入库；卷烟分拣普遍采用自动化程度相当高的分拣设备进行作业， 在他们的一个物流中心中，需要人工进行的分拣作业很少，基本都由计算机和各 种自动化分拣设备束完成3 0 3 n 。 比较典型的设备有奥地利k n a p p 公司独立开发的h v 8 k 自动条烟分拣枫圈。 该设备的原型是已在欧洲、巴西等地的烟草公司的成品配送中心广泛使用的h v 和m v 型高速条烟分拣机。由于该设备是专为条烟自动化拣选开发，因而具有非 常强的针对性，是充分考虑了条烟本身物流特性和配送订单结构的成熟产品，性 价比很高，适用于各类大中型条烟配送中心。通常单条分拣系统的性能为： 最大容纳品牌数：3 4 种 最大理论弹出能力：i1 7 0 0 条小时 最大理论拣选能力：9 0 0 0 条，j 、时 该设备的特点是：模块化结构、维护频率低、系统灵活性大( 对条烟的尺寸 要求不苛刻，a b c 品牌分类有变化时容易适应) ，能轻柔处理条烟，易扩充( 增加 分拣线时可增加能容纳的品牌数和拣选能力) 。补货操作异常简便和经济。h v ，8 k 还配备了订单自动装箱站，另有人工装箱站备选。 目前，发达国家的卷烟分拣系统正向着更加囱动化、更加集约化、更加及时 化和更加经济化的方向发展，虽然分拣设备的自动化程度比较高，但他们在分拣 系统等物流中心子系统规划设计时，大多采用机械化、半自动化和自动他分拣等 多种方式，并不盲目采用全自动设备。 例如日本东京烟草物流中心【3 3 】，是目前世界上最先进的物流中心之一，该物 流中心位于东京予叶县船桥市，占地面积达至1 1 2 7 3 8 3 平方米，建筑面积为l1 3 7 3 平方米，楼房为4 层，总楼层建筑面积为4 2 0 0 平方米。 该中心一个精密、快速、无人化、综合了高科技的自动化物流中心。每天来 自全冒本卷烟制造公司和保税仓痒的6 0 辆大型货车的卷烟，通过高级计算机的处 理和自动化设备的作业，从入库到出库，物流量的9 0 完全实现自动化处理。 毒 山东大学硕十学伊论文 该配送中心的分拣作业根据品种分类的不同采用多种分拣方式共同进行分 拣作业。 以条为单位自动分类( 四楼) 对于销售量最大的8 0 种卷烟，这些品种的卷烟占物流中心处理量的6 8 ，采 用条烟罄动拣货设备，首先自动进行拆卸托盘，进入整箱流动式货架，开箱机开 箱处理，以条为单位拣货装箱，再把箱装在托盘上，实现无人化的发货。 人工拣货( 三楼) 在三楼是人工拣选设备。比较不畅销於产品或难用自动化分类处理的产品， 以条为单位或5 包一装；由人工电子显示来拣货( 占7 ) 。看单拣货占0 3 。其作 业过程是通过卸托盘机、箱式流动货架、开箱机后，进行电子拣货或看单拣货， 再经过装托盘机后，以托盘为单位发货。 电子拣货线 不好销售的品种和难以自动处理的产品可用电子显示器人工拣货。按照货架 上亮灯显示的数量拣选。如果拣选数量不正确时，则亮灯提示拣选错误。 多种分拣方式的有效结合，提高了配送中心的分拣作业效率，中午接到订单， 下午进行拣货、包装，并配送到中转站，次日中午送到分店。平均一年处理6 百 亿支卷烟，为3 万个卷烟零售店配送货品，平均拣选一条卷烟的时闻为0 1 0 s 。 2 国内卷烟分拣系统应用现状 国内蠢前常溺的条烟分拣设备可分为两类。一类是人工分拣设备，其典型设 备是电子标签r f 辅助拣选，这类设备的特征是几乎完全依赖人工，机械装噩起 辅助作用。人工分拣设备的结构十分简单，因而价格也较低廉，这类设备适用于 分拣数量不大、分拣效率要求不高的企业。 我国多数烟草配送中心采用电子标签辅助人工分拣方式，实际的应用有：武 汉烟草物流配送中心使用的主体分拣设备为电子标签式分拣系统，由7 台电子标 签分拣设冬组成；大连烟草配送中心使用电子标签分拣新技术，通过在上箱区增 加固定条码识别器、在分拣位增加电子标签数字显示屏，由依靠装箱分拣到根据 电子标签现实的数字准确分拣，补赞作业引入a g v ；b 货小车，提高了分拣速度， 同时降低了设备的运行成本。重庆烟革配送中心充分考虑低投入与高效率之耀的 关系，最后决定“一库三点”，采用“平库储存十电子标签分拣”的模式，比同等 5 山东大学硕十学何论文 规模采用“高架库储存+ 自动化分拣”减少投资近l 亿元【3 4 】。 随着卷烟分拣量的增加、配送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的 提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求。国内一些大中型配送中心， 开始采用半自动或自动分拣系统进行卷烟分拣，充分发挥了自动分拣技术分拣速 度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上实现无人化操作的优势。按自动 化程度的不同，卷烟自动分拣设备可分为半自动和全自动两种类型。 半自动分拣机适用于分拣数量较大、分拣效率要求较高的企业，其典型设备 有a f r a m e 结构的条烟分拣机、卧式条烟分拣机等。这种设备主要针对条烟自动 分拣开发，针对性强，适应性强，比较适合我国应用的实际情况。现在，很多配 送中心采用的是半自动的分拣系统。如福州配送中心己安装4 台套的z f m 4 8 0 2 型半自动分拣生产线，可承担福州市和闽侯、长乐、连江、永泰、闽清、罗源六 县( 市) 配送卷烟的分拣配货工作。河南省安阳烟草分公司卷烟配送中心使用的是 2 条半自动分拣系统，厦门烟草使用两条半自动分拣系统，南通烟草杭州引进型 号为s c e d 1 0 0 卷烟半自动分拣系统，采用计算机与人工分拣相结合；温州烟草 公司配送中心平阳分中心选择了杭州伊凡特科技有限公司的烈v t i i 型卷烟自动 分拣系统，并结合了以前分拣系统的优点，对货架等细微处作了修改，使其更加 人性化。湖北荆州市烟草公司配送中心也是使用杭州伊凡特科技有限公司的分拣 系统。 全自动条烟分拣机的自动化程度很高，基本实现分拣工序、上烟、收烟三个 环节的自动化。这种设备的特点是条烟自拆箱开始实现全自动化的拣选和装箱， 拣选性能很高。杭州卷烟配送中心就采用了全自动分拣系统。这种全自动分拣系 统采用双层叠加设计，能够自动完成补货、分拣和包装等作业流程。根据电脑命 令，仓储区的卷烟通过件烟填装机按序、分批地进行填装，并输送到暂存滑道。 随后，由补货机器人把卷烟输送到流水线进行自动化分拣，由自动包装机按户包 装，实现了无分拣人员的全封闭操作。但是这种全自动分拣设备构造复杂，导致 设备投资过高，设备维护不易，冗余性不高，一旦故障后果将很难处理。目前， 这类设备国内还未见有典型的机型。 6 【i f 东入学硕十学伊论文 1 4 卷烟分拣系统规划设计与配置现状 分拣系统的规划设计指的是以系统的观点，从整体的角度，确定分拣流程和 策略、并对系统中的分拣设备进行选型和布局、对分拣相关工作人员进行合理的 配备以及对信息系统、控制系统进行科学的设计。 目前，烟草商业领域对自动化分拣设备和分拣系统的需求非常旺盛，如何合 理地规划设计卷烟自动分拣系统日益受到人们的重视。 苏少钰研究和探讨了该卷烟分拣系统在p l c 控制系统的设计思想和实现过 程，为某市级烟草公司设计了一个基于p r o f i b u s 现场总线的自动化物流分拣系 统，主要是对卷烟自动分拣系统的p l c 控制系统和现场监控系统的设计和实现， 结果证明，该分拣系统能有效地降低卷烟配送成本，减少卷烟缺损率【3 5 】。 陈宁宁在规划卷烟配送中心的分拣系统时，引入一种新的规划资料分析方法 订单资料e i q 分析方法，通过概括总结基于配送中心系统规划的订单资料 e i q 分析思想以及对e q e n i q i k e i q 的统计数据、图表及其各自对应的规划方 案的分析，结合某卷烟配送中心建设项目，对实际订单资料进行了详尽的e i q 分 析，得出了有效的分拣系统规划设计方案。通过具体实施的结果，可以证明e i q 订单资料分析方法能更为准确的对配送中心分拣系统做出规划，具有一定的实际 应用价值【3 6 】。 李娜娜针对某卷烟配送中心供的实际订单资料进行e i q 分析，得出了有效的 自动分拣系统规划方案，应用p e t r i 网对分拣系统进行建模分析，并借助物流仿真 软件f l e x s i m ，完成此卷烟自动分拣系统的计算机仿真，通过仿真找出了该系统 作业过程的瓶颈所在，并提出了一些改进措施【3 7 】。 综合查阅的相关文献发现，目前卷烟分拣系统规划过程中多以模糊定性分析 为主，精确的定量方法很少，尤其是对系统分拣设备单元和作业人员的配置，在 实际项目规划中，凭决策者的主观经验确定的成分较多，理论依据比较缺乏。基 于此，本文对卷烟自动分拣系统展开研究，探究一种定量的方法，对卷烟分拣系 统中设备和人员的配置进行优化设计，以期对卷烟系统规划设计人员提供一定的 理论借鉴。 1 5 论文主要内容与章节安排 本文研究的是一类卷烟配送中心自动分拣系统的配置与优化问题，这类分拣 7 山东大学硕十学伊论文 系统主要由分拣设备、控制设备、输送设备、包装设备和一定数量的分拣作业人 员组成。其中，分拣设备和分拣作业人员的不同数量组合是影响分拣成本和效率 的主要因素，因此，本文对这两个方面进行配置优化。针对分拣设备单元配置， 本文以最小化系统分拣成本为目标，提出基于成本临界点的选型方法，以此作为 选择分拣设备单元的标准；同时对于补货人员的配置，提出一种多目标规划模型， 以补货人数最少、补货品种数和补货量均衡为目标，并用改进遗传算法对模型进 行求解。最后，通过某烟草配送中心分拣系统的实例验证了本文的优化配置方法， 并和传统基于经验的方法进行对比，结果证明本文方法的可行性和有效性。本文 的章节安排如下： 第一章绪论。对分拣系统的研究现状、卷烟分拣系统的应用和配置设计现 状等作了详细介绍，总结已有的研究成果发现对卷烟分拣系统的配置设计的理论 研究较少且多以模糊定性分析为主，从这一点出发，提出本文研究的问题，明确 了课题研究的目的和意义。 第二章卷烟分拣系统工作原理分析。详细介绍了卷烟分拣的特点，并深入 分析了分拣系统规划要素：分拣流程、分拣单位及模式、分拣策略的运用及分拣 设备的选择和应用。 第三章卷烟自动分拣设备单元配置优化。对两种常用的卷烟分拣机的原理 及特点进行了详细的说明，由此组合成复合式卷烟自动化分拣系统，并分析了分 拣系统组成、分拣流程和效率。对于设备单元配置，本文通过详细分析分拣系统 的各项成本及其与分拣量之间的关系，引入成本临界点的概念，提出一种基于成 本临界点法的设备单元配置方法，并给出了临界点分拣量的计算方法。 第四章卷烟自动分拣系统补货人员配置优化。分析卷烟自动分拣系统补货 的特点和要求，建立基于补货均衡的多目标规划模型，模型综合考虑分拣补货人 数最少，并且人员各自的补货量均衡和负责补货的卷烟品种数均衡等指标，引入 变异系数将多目标优化转化为单目标优化问题，最后设计了一种改进遗传算法对 模型进行求解。 第五章以某卷烟配送中心为背景，从实际订单数据出发，对本文的分拣系 统规划设计与优化方法进行验证。 第六章总结与展望。对论文的研究工作进行总结，提出进一步的研究方向。 8 山东大孑：硕十学何论文 1 6 本章小结 本章首先对卷烟配送中心自动化分拣系统规划设计的背景和意义进行了阐 述，通过分析总结国内外分拣系统的研究现状及卷烟分拣系统的应用现状，得出 目前对于卷烟分拣系统设备和人员的配置主要停留在模糊定性分析的阶段，由此 引出本课题，最后概括总结了论文的主要研究内容。 9 第二章卷烟分拣系统的工作原理 随着人们对物流重要性认识的不断深入，“第三利润源泉”的理念已经被越 来越多的人士所认同。物流配送中心因其能有效地降低物流成本、提高物流效率 和物流服务水平，近年来逐步受到人们的重视p ”。物流配送中心一般由仓储系统、 输送系统、信息管理系统和分拣系统组成，分拣系统作为物流配送中心的重要组 成部分，在整个货物处理环节中的比重最大，直接影响到整个物流配送中心的作 业效率岬 。 图2 1 配送中心作业环节比例图 由成本分析的角度来看，物流成本约占商品最终销售成本的3 0 ，其中包括 配送、搬运、储存等成本项目。一般而言，分拣成本约是其他堆叠、装卸、运输 等成本总和的9 倍【州，占物流搬运成本的绝大部分。如图2 2 所示。因此若要降低 物流成本，由分拣作业上着手改进应可达事半功倍之效。 图2 七配送中心作业成本比例图 从人力需求的角度来看目耵大多数的物流中心仍属于劳力密集的产业，其中 分拣作业直接相关的人力更占5 0 以上，且分拣作业的时间投入也占整个物流中 山东大学硕士学位论文 心的3 0 4 0 。随着用户需求向小批量多样化方向发展，分拣作业的“时间投 入”也越来越大，由此可见规划合理的分拣作业方法，对于日后物流中心的运作 效率和服务水平具有决定性的影响。 图 3 配进中心 力资游比例圈 2 1 卷烟分摭作业谴程 卷烟分拣作业就是配送中心依据顾客的订货要求或自身的作业计划，借助一 些分拣设备，尽可能迅速、准确地将卷烟从其储位或其他区域拣取出来分类集中 的作业过程。其作业流程为如图2 4 所示。 信息流 i i ；矗1 ：i 耄1 一分拣 一分拣线路h 集m 包装h 柱验h m 月筮 物流 引2 - 4 卷烟分拣系统作业流程图 本文下面将就其中的关键环节一订单资料分析，分拣单位及模式、分拣策略、 分拣设备等进行重点阐述。 2 2 订单资料分析 卷烟配送中心的进出货量具有出货日程币确定、前置时间短、出货量变化大 等特点。面对出货品项繁多，订单资料量又大的情况，往往使规划分析者无从下 山东大等：硕十学伊论文 手。如果采用总量或平均量来概括估计相关需求条件，往往与实际的需求变动产 生很大的差异。若能掌握数据分析的原则，通过有效的资料统计及相关分析，将 能简化分析过程，获得实际有用的信息。下面就对卷烟配送订单资料分析的两种 方法做一下简单介绍。 2 2 1e i q 分析方法 e i q s - 析方法是由日本铃木震先生倡导提出的，所谓e i q 即是订单个数 e n t r y ，品项i t e m 和数量q u a n t i t y 。e i q 规划方法是针对不确定和波动条件的配送 中心系统的一种规划方法【4 1 1 。其意义在于根据配送中心的目的，掌握物流特性， 从物流特性衍生出来物流状态( 诸如从配送中心设备到用户为止的物流特性) 到 运作方式，有效地规划出系统的框架结构，从宏观上有效掌握系统特色。 在进行订单品项数量分析时，首先必须考虑时间的范围与单位，在以某一工 作天为单位的分析数据中，主要的订单出货资料可以进行分解成表2 1 格式，并 由此展开e q 、e n 、i q 、i k 四个类别的分析。 表2 1e i q 资料分析表格( 单日) 出货品项 订单出订单出 出货订单 i l1 21 3 i d 1 5 货数量货品项 e l q 1 1q 1 2q 1 3q 1 4q 1 5q 1n 1 e 2q 2 |q 2 2 q 2 3q 2 4q 2 5 q 2n 2 e 3 q 3 1q 3 2q 3 3q 3 4q 3 5q 3 n 3 单品出货量q l q 2q 3q 4q 5 q n 单品山货次数 k ik 2k 3k 4k 5 k 注：q l ( 订单e i 的出货量) = q 1 l + q 1 2 + q 1 3 + q 1 4 + q 1 5 + ； q l ( 品项i i 的出货量) = q l l + q 2 l + q 3 l + q 4 l + q 5 l + ； n i ( 订单e l 的出货项数) = 计数( q q 1 2 ，q 1 3 ，q 1 4 q 1 5 ，) o 者； k i ( 品项i l 的出货次数) = 计数( q l l ，q 2 l ，q 3 1 ，q 4 l ，q 5 l ，) o 者； n ( 所有订单的出货总项数) = 计数( k l ，k 2 ，k 3 ，k ，k 5 ，) 0 者； k ( 所有产品的出货总次数) = k l + k 2 + k 3 + + k 5 + 。 主要分析项目及意义如下： ( 1 ) 订单量( e q ) 分析：单张订单出货数量的分析，通常以单一配送目的e q 分析为主，可用于决定订单处理的原则、分拣系统的规划，并影响出货方式及出 货区的规划。 山东大学硕十学伊论文 ( 2 ) 订单品项数( e n ) 分析：单张订单出货品项数分析，对订单处理的原则及 分拣系统的规划有很大的影响。并将影响出货方式及出货区的规划。 ( 3 ) 品项数量( i q ) 分析：单一品项出货总数量分析，分析产品的重要程度及 运量规模。可用于储存系统的规划选用、储位空间的估算，并影响出货方式及出 货区的规划。 ( 4 ) 品项受定次数( i k ) 分析：单一品项出货次数分析，对于了解产品的出货 频率有很大的帮助，可配合i q 分析决定存储区与分拣系统的规划。 由e q e n i q i k 综合分析，结合平均值、最大最小值、总数、柏拉图分析、 次数分布等常用的统计手法，可以得出订单的波动状况以及对烟草配送中心的宏 观影响，从而确定卷烟配送中心的整体布局及规划。 表2 1 中e i q 格式是针对某一天的出货资料进行分析，有时要全面了解配送中 心实际运作的物流特性，只分析一天的资料是不够的。此时可加入时间参数，将 资料范围扩展至某一时间周期( 如一周、一月或一年) 进行分析。 2 2 2a b c 分析方法 a b c 分析法又称巴累托分析法、a b c 分类管理法、重点管理法等，它是根 据事物在技术或经济方面的主要特征，进行分类、排队，分清重点和一般，以有 区别地实施管理的一种分析方法。由于它把被分析的对象分成a 、b 、c 三类， 所以称为a b c 分类法。它是物流管理中常用的分析方法，也是经济工作中的一 种基本工作和认识方法。 a b c 分析法的基本原理，可概括为“区别主次，分类管理”。它将管理对象 分为a 、b 、c 三类，以a 类作为重点管理对象，其关键在于区别一般的多数和 极其重要的少数。a b c 分析法在物流管理中的应用很广，尤其在储存管理中比 较容易地取得以下成效：压缩了总库存量；解放了被占压的资金；使库存结构合 理化：节约了管理力量。 在利用a b c 分析法进行仓储和分拣系统的规划时，首先根据货物的数量、 价值量等因素将其进行分类，其中：a 类货物数量约占总量的6 0 8 0 ，品种 数约占5 0 0 , - - 2 0 ；c 类货物数量仅占总量的5 2 0 ，品种数却占到6 0 0 o - - 8 0 ； 其余的为b 类，货物数量约占总量的2 0 - - 3 0 ，品种数约占2 0 0 0 - - - 3 0 。其次针 对不同的种类，制定不同的仓储策略、分拣策略等。 1 4 山东大学硕十学伊论文 量曼曼鼍置曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼舅舅曼曼曼曼曼皇曼皇曼鼍曼曼鼍曼毫曼皇曼皇m ：m n m m = = ：=o 皇曼曼舅舅 a b c 分析法表明了关键的少数和次要的多数之间的关系，是物流管理分析 的基本方法之一。在利用a b c 分析法进行分拣策略规划时，a 类产品品种较少、 分拣量却很大，对此可做进一步的分析和规划。而分拣量很少而产品种类很多的 b 、c 类产品，在规划过程中可以先不考虑或以分类分区规划方式处理，以提高 规划设备的可行性及利用率。 2 3 卷烟分拣单位及模式 通常基本