（系统工程专业论文）电子标签卷烟分拣系统的仿真与优化.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 由于电子标签分拣系统成本较低，所以在全国各地的烟草配送中心都在大量 使用。电子标签卷烟分拣系统由装有电子标签的多组货架组成，在分拣过程中订 单特点、卷烟在货架上的摆放位置等因素，都会给整个系统的分拣效率带来很大 的影响。因此，对电子标签卷烟分拣系统的控制策略进行研究就有迫切的实际需 要。 本文针对电子标签卷烟分拣系统设计开发了仿真程序，用于模拟不同工作模 式下的分拣状况。该仿真程序主要模拟了卷烟从分拣货架单元上被取下的动作和 卷烟落到皮带上以后，随皮带一起前移的动作。通过仿真可以直观地看到不同分 拣模式的卷烟分拣效果。该仿真程序还对仿真的数据结果进行了分析，并提供了 卷烟分拣条数、分拣订单数、分拣时间以及分拣效率等重要信息。仿真数据选用 烟草配送中心的实际订单数据，能够反映实际的工作情况。对不同的订单数据进 行仿真，可以分析出订单特性对分拣系统性能的影响。在仿真程序中分拣系统的 属性，如皮带速度、单次取烟时间、跨货架时阃等参数都可以设置。通过不同分 拣模式的比较，可以分析出分拣参数对分拣系统性能的影响。 本文综合考虑了订单特点、卷烟在货架上的摆放位置和三种不同分拣模式对 电子标签卷烟分拣系统的影响。运用e i q 分析方法对订单进行了a b c 分类。在 不同分拣模式的前提下，对不同类型的卷烟在货架上的摆放位置进行调换，得出 了不同分拣模式下的仿真结果。仿真结果表明：四订单分拣模式效率明显高于单 订单分拣效率，双订单模式分拣效率居中，但是它们之间并非是完全线性关系， 其受到订单大小和卷烟摆放位置等因素的影响。在同一分拣模式下，对订单数据 进行a b c 分类后，再根据平均分配工作量的原则，在货架上对卷烟进行合理布 置的分拣效率要比不进行分类的分拣效率要高。在不考虑补烟的情况下，大订单 的分拣效率要比小订单高很多。 关键字电子标签；分拣策略；e i q 分析；仿真 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t e 1 仃h 1 i cl a b e h n gp i c k i n gs y s t 锄sh a v cl o w 盯c o s 协，t h c yl 擒v eb 嘲w i d e l y l 培c di nc i 髟鹏t i ed i s 仃i b u t i o nc 吼t e r e l e c 虹o i l i cl a ：b e l i n gc i 髟i r e t t ep i c k i n gs y s t e m s 躺 m p o s e db ym 锄ys i i l 西es h e l f 、i t l le l 仃c 碰cl a b e l i l l g 【m r i n gt h ep i c l d n gp r o c e 鼹， d i 伍棚tk i n d so f o r d e 塔m l dt h ep o s i t i w l l i c hc i g 缸e t t cp u ti ns h d v 髓e t ch a v eg r e a t e 丘ti l l 私蝴伽ge m c i 锄c yo ft h ew h o l ee l c c 仃o n i cl a b d 堍s 蜘锄s s o ，虹龇i s 龇 u f g 吼td 锄a n dt 0 - i i n 岱t i g a t et l l ec o i i 仃o lp o l i c yo f e l e c n o n i cla ：b e l i n gp i c k i n gs y s t 锄 t h e p a p c rh 髂d 髑i 印e da 鲕m u i 撕彻p f o 孕鼍m ，f b r8 i n m l a t el h ep i c 虹n gc o n d i t i o n o f d i 脓e n tp i c 虹n gn l 砸e l s t h em 咖吐咖o fs i 咖l a t i 蛐撒啦毗t t e s 枷m e s 仃a p 丘d mp i c k i n gs h e l ea n dc i g a r e n 鼯m o v c 向刑矾si nt h es 劬驴p i c l d n gc o n d i t i o n o fd i 妇衙e mp i c k i n gm o d e l sc 锄b es e 吼i n t i l m v c l yn 啪u g l ls i l i l u l a t i p r o 蹦姐1 1 1 i s p r o 粤锄s t i l lc 缸0 8 醯p i c l ( i t l gi i l f o n n a t i o no fs i m u l a 6 ，s u c h 勰m em m l b e 略o f p i c i 【i n go r d e 塔锄dp i c l 【i n gc i 髟嗍c ，p i c l d n gt i m c e 伍c i c y ，e t c t h e 纰o fo r d 盯 c o m e 丘d mt 1 1 er c a lw o r k 龇o fc i g 盯e n ed i s 岫b u 虹o nc e r 她f 知dt a k e q u i t e r 印r c s c i l 协1 五o n a tm es a m et i l l l e ，w ec 龃a l u p d a 惦t h eo r d e fd a 饥p i c l 【i n ga t 啊b u t e 跚c h 船s p c e do f b e l t ，m eo n et i m eo f t a ：i 【i n gc i g a r e t t e 心o mt h es h e l v e s 锄dt l l et i m eo f c r o s s i n go v c rm es h e l v e ss i d eb ys i d c ，c a l lb ec h a i l g e di ns i i n u l a t i o np r 0 粤珈n t h e i l l n u e n c et op i c h n gp r o c e s so fp i c l 【i n gp a r a m e t e r s 锄dt l l ec h a 瑚l c t e ro f o r d e 培，c 龇b e 觚a l y z e dt l l r o u g ht l l ec o m p 撕s o n so fd i f f b 瑚tp i c l 【i n gm o d e l s h lm ep 印盯f k t o r so fe 脓t i l l g e l e c 仃0 l l i cl a b e l i n gs y s t 锄，s u c h 鹪t h e c h a r a c t c ro f o r d e r t 1 1 ep o s i t i w l l i c hc i g a ”t c ep u ti ns h d v e sa i l dt h r d i 任b ml 【i n d s o f p i c k i n gm o d e l s ，黜s y n t l l c t i c a l l yc o 璐i d d o r d 粥a r cc l 勰s 磁c db ya b cc l 鹋s i f y o fe i qa l l a l y s i sm e t l l o d h lm ed i f f 的l tp i c k i n gm o d e l ，t l l em 蛐l to fs i l i l u l a l i h 鹬 b e e no b t a i n e dt h r o u 曲c h a n 垂n gt h ep 1 ei l lw i l i c hd i 圩柏l tl d l l do fc i g 眦t t 懿a p u t t l l er e s u hs h o w st l l 峨p i c k i l l ge m c i e n c yo ft l l ef o u r - o r d e rn l o d e l i sg r e a th i 曲盯l 觚 t l l a to fm e e o r d c rm o d e l ，觚dp i c k i l l ge 伍c i 鲫呵o ft l l e 撕o 一d c rm o d e li sl l l i d d l e b e 柳e e nt l l e m b u tt l l e ya r e n ta b l u t e l y1 i i l e 盯r c l a t i o 删p s ，觚dt h e yh v eb e 吼 i i l 山东大学硕士学位论文 a f i ：b c 钯db yt i l ec h a r t c ro fo r d e 墙龇dt i l ep o s i t i o no fc i g 啪t t 鼯c t c h l 也es 锄e p i c l 【i n gm o d e l s a f i 盯o r d 铘撇c l 鹬s i f i c db ya b c ，m ee 伍c i 黜yo fp u t t 堍i l lt h e r i g h tp l ei sh i 曲c rt l l 觚t t l a tw 1 1 i c hi sn o tc l 够s i f i e db ya b c n o tc o 璐i d e f i n g s u p p i y i n g 研t l lc i g a r c t 氓t l l ee 历c i c yo f b 蟾o r d e r si sm u c h1 1 i 曲c rt l l 锄t l l a to fl i 仕l e o r d e 塔 k e y w o r d s d 打o n i cl a b e l i n g ；p i c 虹n gp o l i c y ；a b c 柚a l y s i s ；s i l i l u l a l i 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：至整日期：避翅篁旦 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：堇璺堕导师签名 _ 二、口l 日期：芈 山东大学硕士学位论文 1 1 课题背景和意义 第1 章绪论 当今社会人们对服务质量的要求越来越高，烟草配送中心也必须满足人们的 这种要求提供优质快速的服务。在配送前将卷烟按订单打码包装就是分拣工作。 烟草配送中的订单分拣工作要求在短时间内完成大量订单的分拣，这就对卷烟的 分拣工作提出了严峻的挑战。原来的单纯人工分拣作业由于劳动强度大，错误率 较高，已经不能适应目前的分拣作业。而各种计算机辅助拣选系统具有提高效率， 减少错误率的优点本课题研究的电子标签拣选系统就是其中一种，与传统出库 方式相比，利用电子标签辅助拣选系统可以实现无纸化作业，尤其是作为拆零拣 选的最有效工具，使得卷烟分拣时间大大缩短。 电子标签拣选系统由于成本相对较低，许多烟草配送中心还在大量使用。由 于分拣模式的不同以及卷烟在货架单元上摆放位置等因素都会直接影响操作人 员的工作量和卷烟分拣效率。所以本课题将综合考虑卷烟位置、拣选方式及策略 以及订单特点对分拣线效率的影响，并通过仿真计算出各种工作模式下的精确分 拣效率。 本文中的控制模型如应用到实际的分拣系统中，将会使操作人员的工作量分 配比较合理，分拣工作效率也会得到较大程度地提高。通过计算机仿真出的各种 工作模式下的分拣效率也会为相关人员的工作提供一定的理论依据，从而提高卷 烟配送中心的经济效益。 1 2 研究与应用现状 1 2 1 国外研究与应用现状 国外电子标签系统研究开始得比较早，比较典型的是日本爱欧公司【1 1 的 卜p i c k 辅助拣货系统。该系统由p c 机、连接盒、电子标签组成，采用t w 两线制电 子标签。 l 、系统特点【2 】： 山东大学硕士学位论文 “t w ”是指“t 霄ow i r e s ”，只须供给两芯信号给电子标签，简化配线， 为独家特色。 采用高亮度l 即，轻松易辨，而且可视角近1 8 0 度，使用者不需行走至设 备正前方即可辨识。 采用大面积设计的确认按钮，方便使用者触碰，操作快速。 确认按键内部为双按键设计，倘若其中一组出现故障，另一组即可发生 作用，使系统运作不受影响。 于正常使用状况下，按键寿命3 0 0 万次以上。 提供各种接口以连接条形码扫描机、旋转塔形灯、标签打印机。旋转塔 形灯可用来表示区间作业状态。 系统提供标签异常警示功能，操作人员可迅速得知产生错误的货位。 扩充性：一部个人计算机可控制3 2 台连接盒。每台连接盒可控制1 6 0 个 电子标签，因此每台个人计算机总共可控制5 1 2 0 个电子标签。 使用温度一3 0 至+ 5 0 ，除常温环境外，本电子标签亦可运作于冷冻、 冷藏、潮湿等特殊环境。 安装容易，可适于客户既有货架。还可依用户需要重新拆装使用，施工 方便。 同一货架，如须增加电子标签，不须配线，直接插入c 型槽架即可。 不用关闭电源即可直接更换电子标签，迅速完成设定，系统照常运作。 2 、软件主要功能 作业模式 可分别针对摘取式( p i c k i n gt y p e ) 拣货及播种式( a s s o r t i n gt y p e ) 分货系统设计。摘取式拣货就是将电子标签安装于储位上，原则上一个 储位内放置一项产品，即一个电子标签代表一项产品，并且以一张拣货 单为一次处理单位，订单中有订货商品所代表的电子标签会亮起，拣货 人员依照灯号与数字的显示将货品自货架上取出。摘取式拣货又分为单 一摘取式拣货和接力摘取式拣货两种。播种式分货系统是指每一个电子 标签所代表的是一个订货厂商或是一个配送对象，亦即一个电子标签代 表一张订单，依品项为一次处理单位，拣货人员先将货品的应配总数取 2 山东大学硕士学位论文 出，电子标签会将订购此项产品的厂家所代表的电子标签点亮，工作人 员依电子标签的指示进行配货工作。 订单输入 从数据库系统下自删s ( 仓库管理系统) 服务器下载订单； 紧急插单。 拣货 根据订单内容控制储位上的电子标签，引导拣货员拣货； 利用电子标签作缺货通知； 拣完一区后可利用电子标签再次显示数量； 拣货作业进度监控：作业完成率显示、区段作业状态显示、订单进度追 踪。 出货：复核及出货单打印。 此外还有一些辅助功能，如储位管理、客户管理、设备状况监控。 1 2 2 国内研究与应用现状 国内在电子标签系统领域的研究起步较晚，主要集中在沿海经济较为发 达的区域，且多为引进技术。如上海某公司的a b l e p i c k 拣选系统【3 1 有两种不 同的应用模式：摘取式系统和播种式系统，具有弹性控制拣货作业流程、即 时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大功能，同时还能够： 有效地提高拣货速度，使用a b l e p i c k 后的拣货速度比使用前提高3 0 至4 0 ： 降低拣货差错率，使拣货的正确率达到9 9 以上； 实现拣货现场无纸化作业，可以比表单作业提高效率4 0 以上； 连接各种外围设备，如条形码扫描器。 我国目前的物流行业正处于起步和发展阶段，物流信息化水平较低，物流信 息系统管理软件的开发才刚刚起步，而基于电子标签的拣选系统也有很多不完善 的地方。但是由于电子标签拣选系统成本相对较低，所以在很多行业中还在大量 应用。我国的许多烟草配送中心大量采用了这种拣选系统，提高了物流配送效率， 降低了配送成本，适应了小批量、多品种、高频率现代物流的需求，提高了客户 山东大学硕士学位论文 服务水平。 1 2 - 3 分拣策略研究现状 同时分拣策略也是影响分拣作业效率的重要因素，对不同的订单需求应采取 不同的分拣策略。决定分拣策略的四个主要因素为：分区、订单分割、订单分批 及分类。四个主要因素交互运用可产生多个分拣策略。在现行的拣货作业中，除 了少数的自动化设备被运用外，大多数仍以人工配合为主。因此，拣货策略的运 用适当与否，往往影响拣货作业时间的长短。 关于分拣策略的研究主要有e l s a y c d 针对订单批次处理问题，提出四种启发 法，这四种方法主要用于选择关键订单【4 】。h w 觚g 缸dl 以聚集分析的概念来 衡量各个不同订单之间的相似程度f 5 】。g 1 w c s c h a l c l 。【锄dr a l l 诳研究在宽走道的仓 储系统下，拣货员为达到最大化产出与最小化拣货时间的目标，发展聚集订单拣 取方法嘲。k o s t c rp f 以在研究面对物流中心处理订单的问题时，作者认为可把订 单聚集分为单前进、种子演算法以及省时演算法来求解订单处理问题【7 】。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平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嘲【9 1 。 c h e h u n gl i n ，i u 锄y u 锄l u 关于订单分拣策略的研究，提出了分拣策略的确定 要分两步走，方法是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 予每一类订单的分拣策略1 1 0 1 。c h i h 埘i i l gh ，k a i - n gc h 和m u o 锄c h 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短【i l l 。m u c 1 1 既 c h 锄，c h 朗争l 岫gh u a n g ，k a i y i n gc h 饥和h s i p i nw u 用数据挖掘技术研究 订单的分批策略【1 2 l 。 关于影响分拣效率因素的研究有，e l i z a b e n lj e w t 鹳，c l m l l u l gl 府e ，r a y c l ( s 的商品存储位置等对分拣的影响研究【b l ，周晓光、王国维的供包机对包 裹分拣机分拣效率的影响研究【1 4 】。【d o nc 胁g ，e k - p e l l gc h e w 论述了分批与存 储分配策略对分拣的影响【”】【1 6 1 。傅静芳针对电子标签+ 台车的拣货模式效率低下 的情况，提出了效率较高的电子标签+ 输送带的拣货模式【r n 。李诗珍、王转、陶 仲卿研究了分拣方式决策，即配送中心最基本的拣货作业方式，单个订单拣取和 4 山东大学硕士学位论文 批量拣取两种，采用哪种拣货方式效率更高，成本更低f 1 8 】。 关于分拣优化问题的一些研究，主要是对分拣路径的优化，有一类是研究人 工分拣，或借助于台车等分拣设备。如李诗珍、王长建的关于订单拣取路径的优 化研究1 9 1 ，r i c h a r dl d a i l i e l s ，j e 债e yl r u m m e l ，r o b e ns c h 姐t z 对仓库订单分 拣的研究1 2 0 1 ，融睇j 姐黜e r g ，r 锄6d ek o s t c r 的对有中间过道仓库的研究 【2 。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很好的 设计。如h b r y n z 6 r ，m i j o h 棚s 研究货物存储位置的分配对减少分拣时间的 作用【2 2 l ，c 1 l a r l e sgp e t 锄，g 盯a l d a 船e 研究了分拣、存储和路径这三个因素在 订单拣选行程中的影响【2 3 1 。 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，如 杨华，李欣，钟敏的对自动化立体仓库的堆垛机拣选作业调度研究洲，宁春林 的基于蚁群算法立体仓库拣选路径优化问题的研究【2 5 】，汪长飚的基于c m - p l a n t 的自动化立体仓库分拣作业的研究【2 6 1 ，宁春林，田国会，尹建芹，路飞的m 积m i n 蚁群算法在固定货架拣选路径优化中的应用研究 2 7 1 ，及田伟，田国会，张攀，李晓磊 的应用改进l ，k 算法求解固定货架拣选优化问题研究2 8 】，等。 1 3 本文主要研究内容 本文研究的是某市烟草配送中心电子标签卷烟分拣系统。由于拣选策略和分 拣模式的不同，以及卷烟摆放位置，皮带速度等因素都会对分拣系统的工作性能 带来影响。所以针对这种情况，本文提出了通过不同分拣模式和合理摆放卷烟位 置来提高分拣效率，同时对系统模型进行仿真，并对所得结果进行比较分析。 本文主要内容如下： l 、介绍了电子标签卷烟分拣系统，拣选系统的分拣策略和应用现状。 2 、基于电子标签卷烟分拣系统提出控制优化模型，对分拣系统进行了单订 单工作模式、双订单工作模式和四订单工作模式分拣效率的比较，并对以上工作 模式进行了结果分析。 3 、设计开发了控制优化仿真程序，用于模拟上述工作模式的分拣情况。通 过仿真可以直观地看到不同分拣模式的卷烟分拣效果，可以为分拣系统设计者提 供皮带速度、分拣时间、分拣效率、分拣卷烟条数等信息。影响系统分拣效率的 ， 山东大学硕士学位论文 各参数可通过人工修改，可以得出不同参数下的分拣效率的差异情况 4 、利用e i q 分析方法对订单进行了a b c 分类，并以此来分析分拣时卷烟 在货架上的布局问题。因为卷烟的摆放位置是否合理直接影响系统分拣效率。通 过仿真可以考察分析分拣参数和订单特点对分拣效率的影响。 山东大学硕士学位论文 第2 章电子标签分拣系统概述 2 1 电子标签分拣系统的概况 电子标签系统( e l s e 1 e c 仃0 i l i cl a b e l i n gs y s t e m ) 是装置在货架上的信号转换 器、完成器、电子标签、订单显示器、现场操作计算机和服务器等一系列设备构 成的网络化计算机辅助拣选系统。 电子标签分拣系统的组成如下图： 图2 1 电子标签分拣系统组成图 其中主要部件的功能介绍如下： 上位电脑：可以是已有的w m s 系统，或e r p 、m i s 等。特殊情况下可人 工录入出库信息。 控制p c ：用于从w m s 下载出库订单，并将出库信息发送到控制器。 控制器：将出库信息转换为控制信号，并传送到连接盒，将完成信号传回控 制p c 。 连接盒：控制信号灯、字幕机和电子标签的工作，将完成作业信息传回控制 器。 信号灯：用于作业区、作业面，提示该区域有作业任务。 显示屏：提示作业人员当前作业序号。可定义为客户编号、作业编号或其他 编号。 7 山东大学硕士学位论文 电子标签：用来显示出库数量并发出指示信息。 电子标签拣选系统是计算机辅助拣选系统最常用的方式之一。其工作原理 是通过电子标签进行出库品种和数量的指示，即在分拣操作区中的所有货架上， 为每一种货物安装一个电子标签，根据订单数据，发出出货指示并使货架上的电 子标签闪亮，操作人员按照电予标签所显示的数量准确地完成以f 牛”或“箱”为单 位的商品分拣作业。在实际使用中，电子标签主要有d p s 和d a s 两种方式。d p s 适合多品种、短交货期、高准确率、大业务量的情况，而d a s 较适合品种集中、 多客户的情况。 我国的许多烟草配送中心大量采用了这种分拣系统，相对于传统分拣方式提 高了物流配送效率，降低了配送成本，适应了小批量、多品种、高频率现代物流 的需求，提高了客户服务水平。在日本和韩国，电子标签已成为大部分物流配送 中心的标准配置。 传统分拣方式分拣效率一般比较低下，其一般是按纸张拣货单进行作业的， 主要分以下几个步骤： 1 、打印出库单据( 打单) 2 、首先要找到出库单所列的正确库位( 看单一找库位) 3 、核对库位存放货品与出库单所列是否一致( 看单一核对货品) 4 、按出库单所列商品的数量拣取( 看单一核对数量) 5 、记录已完成情况( 记录) 6 、拣取出库单中下一品种( 看单一下一品) 7 、循环2 6 的过程，直至结束 8 、其他：可能还会包括对批号、保质期等的检查等 此外传统分拣方式存在下面两项主要缺点： l 、要求分拣人员必须熟悉被拣货品。 2 、要求分拣人员必须熟悉拣货仓库的库区分布。 即使满足l 、2 两项条件，也需要分拣人员额外花费大量的时间和精力用于 货品品种核对和库位寻找。即使最熟练的分拣人员，经过长时间的分拣作业，分 拣效率和准确率也会大大下降。 与传统分拣方式相比，电子标签分拣系统大大提高了分拣效率，克服了传统 譬 山东大学硕士学位论文 分拣方式的许多缺点。电子标签分拣系统作业步骤为： 图2 2 电子标签分拣方式作业流程图 l 、资料输入员输入资料给计算机，自上位计算机下载订单资料。 2 、控制器及接线箱将资料传送至货架上电子标签。 3 、电子标签显示出分拣数量。 4 、分拣人员按照实时指示，快速而准确地执行分拣指令，不必携带拣货单。 5 、分拣人员掀动“完成”按钮，回报完成信号给计算机，进入下一张订单。 系统流程图如下： 2 2 分拣策略概述 图2 3 电子标签分拣系统流程图 分拣策略是影响日后分拣作业效率的重要因素，对不同的订单需求应采取不 山东大学硕士学位论文 同的分拣策略，决定分拣策略的四个主要因素为：分区、订单分割、订单分批及 分类，此四个主要策略因素交互运用下可产生出多个分拣策蝉2 9 】【3 0 l 。 ( 一) 分区策略 分区就是将分拣作业场地作区域划分，每个作业员负责拣取固定区域内的商 品。按分区原则的不同，有以下几种分区方法。 ( a ) 分拣单位分区：其目的在于将储存与分拣单位分类统一，以方便拣取与 搬运单元化，将拣取作业单纯化。一般而言，拣货单位分区其所形成的区域范围 是最大的。 ( b ) 分拣方式分区：将各品项的出货量大小及分拣次数多少，各做a 、b 、c 群组划分。再依各群组，决定适合的分拣设备及方式运用。 ( c ) 工作分区：将分拣作业场地细划分成每个分区，由一个或一组固定的分 拣人员负责分拣区域内的货品。此策略主要的优点在于使分拣人员所需记忆的存 货位置及移动距离减少，以缩短分拣的时问，或者配合订单分割策略，运用多组 分拣人员在短时间内共同完成订单的拣取，但必须要注意工作平衡的问题。 分拣策略中有几种比较典型的分拣方式，主要有接力式分拣、汇整订单分拣 和复合分拣。 所谓的接力式分拣属于工作分区下的产物，只是其订单不作分割或分割至各 工作分区，分拣人员以接力的方式来完成所有的拣取动作。此较于一位分拣人员 把一张订单所需求的物品量分拣出来要有效率，但相对的投入较多的人力。示意 图如图2 4 。 图2 _ 4 接力式分拣示意图 汇整订单分拣主要是应用在一天中每一订单只有一品项的场合，为了提高输 配送的装载效率，因此将某一地区的订单汇整成一张拣货单，做一次拣取后，集 山东大学硕士学位论文 中捆包出库。属于订单别拣取( 摘果式) 方式的一种变形型式 复合分拣是订单别拣取与批量拣取( 播种式) 的组合运用，依订单品项、数 量及出库频率，决定哪些订单适于订单别拣取，哪些适合批量拣取。 ( 二) 订单分割 当订单所订购的商品项目较多，或设计一个讲求及时快速处理的拣货系统 时，为了使其能在短时间内完成拣货处理，利用此策略将订单切分成若干的子订 单，交由不同的拣货人员同时进行拣货作业以加速拣货的达成。订单分割策略必 须与分区策略联合运用，才能有效发挥其长处。 而各子订单拣货完成时，还必须考虑到子订单汇集的动作。订单分割分拣策 略示意图如下： 图2 5 订单分割策略示意图 ( 三) 订单分批 订单分批是为了提高拣货作业效率而把多张订单集合成一批，进行批次拣取 作业。其目的在于缩短拣取时平均行走搬运的距离及时间。 若再将每批次订单中的同一商品品项加总做拣取，然后把货品分类至每一顾 客订单，则形成所谓的批量拣取，如此不仅缩短了拣取时平均行走搬运的距离， 亦减少了储位重复寻找的时间，进而提升拣货的效率。 但相对的是，若每批次的订单数目增多时，则必需耗费较多的分类时间；更 甚者，则必须要有一强大的自动化分类系统支持才能达到此效果。 其拣货订单分批的原则为： ( a ) 总合计量分批原则 所有累积的订单，相对需要功能强大的分类系统。适合于固定点之间的周期 性配送。 ( b ) 时窗分批原则 当订单到达至拣货完成出货所需的时间非常急迫时，可利用此策略。开启短 。 山东大学硕士学位论文 暂而固定时窗，例如五或十分钟，再将此一时窗中所到达的订单做成一批，进行 批量拣取。适合于到达间隔时间短而平均的订单型态，同时订购量及品项数不宜 太大较适合密集频繁之订单，且较能应付紧急插单的需求【3 。 玎牟 蕊佘碴。鼙卜一 趴眶 ，夭x ，n ，j l| lx ， l ，u ，。，w 点，l l ll又 7 刃乃i，nv ， l 小时 l 2 小时3 水舛l 眨z 刁捧取i 哼筒 = + 甚定汀单壁势把币平糖蔫妒匹z 忭罡年牛暂粤i 氲的荨粹辩辨 图2 _ 6 时窗分批示意图 ( c ) 固定订单量分批原则 订单分批按先到先处理的基本原则，当累计订单数到达设定的固定量时，再 开始进行拣货作业。此原则偏重在维持较稳定的作业效率【3 l 】p 甜。 h 司 帅 蕊哦缀 算 - 1 i t ，x ，x ， | f 、l| 、 7 mi 、 1 、l l 、 ， 艮ll r ，li ， l 二瓦建玎单庭分拙不平瞻或蚌区工作最不平暂剐皇的荨挣时向 图2 7 固定订单量分批示意图 ( d ) 智能型分批原则 订单于汇集后经过较复杂的计算机计算程序，将拣取路线相近的订单分成一 批同时处理，可大量缩短拣货行走搬运距离。 山东大学硕士学位论文 还有其它可能的方式，例如依配送的地区、路线分批、依配送的数量、车次、 金额分批或依商品内容种类特性分批等等，要根据各公司的实际情况而设计。 ( 四) 分类： 若采用上述分批拣货策略，则随后必须要有相配合的分类策略。 ( a ) 拣取时分类 在拣取的同时将货品分类到各订单中，此种分类方式常与固定量分批或智能 型分批方式联用，因此须使用计算机辅助台车作为拣货设备，才能加快拣取速度， 同时避免错误的发生。较适用于少样多量的场合，且由于拣货台车不可能太大， 故每批次的客户订单量不宜过大。 ( b ) 拣取后集中分类 分批依合计量拣取后，再进行集中分类。一般实际的作法有两种，一是以人 工操作为主，将货品总量搬运至空地上进行分发，而每批次订单量及货品数量不 宜过大，超过人员负荷；另一种方式是利用分类输送系统进行集中分类，是较自 动化的作业方式。 分拣策略优点和缺点的比较如下表所示： 表2 1 分拣策略优缺点对照表 分拣策略优点缺点 拣货单位可依各区不同的商品特性，设计与入库储存单位不同时，补货作 分区 储存，搬运方式，自动化的可行业需求增高，设备费用可能增加， 性增加。空间需求加大。 分区 拣货方式可依商品需求的频率，设计分区拣货信息处理较为复杂，系统设 分区 拣货作业方式，使商品拣货处理 计困难度增加 趋于合理化。 工作分区缩短拣货人员移动距离和寻找时分区工作平衡必须时常检查，拣 间。增加拣货的速率。 货信息处理必须加快。 与分区策略配合，各区同时进行集货作业需求增高。 订单分割拣货，缩短完成时间。分区工作 平衡性，对系统效率影响较接力 式拣取小。 山东大学硕士学位论文 总合计以总合计量一次拣出商品总量，必须经过功能较强的分类系统完 量分批可使平均拣货距离最短。提高拣成分类作业，订单数不可过多。 货效率 时窗将密集频繁的订单利用时窗分批时窗内订单数量变化不宜过大， 订 分批处理在拣货效率与前置时间中订单品项数( d 4 ) 最好在个位数。 监 求得平衡点 分 固定订维持稳定的拣货效率，使自动化每批订单的商品种量变化不宜太 批 单量分的拣货分类设备得以发挥最大功 大。且单项品项总量( i q ) 过大时， 批效。形成分类作业的不经济性。 智能型分批时考虑到订单的类似性及拣智能型分批的软件技术层次较高 分批 货路径的顺序，使拣货效率更进 不易达成，且信息处理的前置时 一步提高。间较长 节省拣货后再分类的识别及取放每批订单订货数量q ) 及单项品 拣取时时间。 项总量( i q ) 小较为适合，同时必 分类须利用计算机辅助来降低错误发 生。 分 拣取后 人工 作业弹性较大，较若无适当的作业设计或核对，错 类集中分类不受订单商品总量误率可能较高。且费时、费人、 变化的影响。费力。 分类 替代人工操作，正 设备费用昂贵，较不具弹性，当 分类 输送机 确及稳定性较高。 订单，订货数量饵q ) 差异大时效 率减低 作业方法单纯前置时间短，导入商品品项数多时，拣货行走路径 订单别拣货容易，弹性较大，作业责任明确，加长，拣货效率降低。拣货区域 派工容易、公平，不用进行分类 大时，搬运系统设计困难 作业。 2 3 电子标签分拣系统的应用 1 4 使用电子标签分拣系统，为现代物流带来了新的特色，具有以下明显优势3 3 1 。 山东大学硕士学位论文 不要思考零判断业务( 新手上手快) ； 不要寻找储位管理； 不要等待减少闲置时间； 不要绕路缩短行走时间； 不要书写免记录、免纸张； 不要检查利用条码由电脑检查； 不要搬运减少搬运( 输送带、搬运车、自动分流) ； 无缺货，因为有缺货产生时，现场生产系统会自动提前报警； 加快了拣货速度，降低了拣货差错率； 电子标签分拣系统适用于小批量、多品种、高频率的现代物流系统中 在很多行业中都在大量应用，具体而言如连锁超市、烟草行业、制药业、出 版业、邮购业、化妆品业、制造业、百货业、通讯业、电子商务等。 山东大学硕士学位论文 第3 章研究涉及的主要理论和方法 3 1 计算机仿真技术 计算机仿真是计算机技术应用的一个重要领域。它是以相似原理、信息技术 和系统技术及应用领域相关专门技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用 系统模型对实际或设想的系统进行动态实验研究的一门多学科综合性的技术。目 前，计算机仿真技术已成为人们进行科学研究、解决现实中难以实现问题的主要 手段。 仿真可分为三种：物理仿真、数学仿真和物理一数学仿真。计算机为数学模 型的建立与试验提供了较大的灵活性，因此数学仿真一般就是在计算机上对系统 的数学模型进行实验，又称计算机仿真。计算机仿真的分类方法很多，按照模型 的类型不同，可分为连续仿真，离散事件仿真，连续离散混合系统仿真和定性 系统仿真洲【3 5 1 。 计算机仿真包括三个要素，即：系统、模型与计算机：系统是研究对象，模 型是系统特性的一种表述，一般来讲模型不仅用来代替系统，而且应该是系统的 简化。联系这三个要素的基本活动有：数学模型建立、仿真模型建立及仿真实验， 以上三个要素及三个基本活动的关系可由图3 1 来表示。 3 1 1 系统 建 图3 一l 计算机仿真三要素及三个基本活动 系统是由相互联系、相互制约、相互依存的若干部分结合在一起而形成的具 山东大学硕士学位论文 有特定功能和运动规律的有机整体。 系统是一个被广泛使用的基本概念。在自然界和人类社会存在各种系统，有 的由自然界和自然物组成，有的由人工制造的各种物体组成。系统的各个组成部 分通常被称为子系统或分系统，而系统本身又是它所属的更大系统的一个组成部 分。 系统的基本特征主要表现为系统的整体性和相关性。首先，系统是一个整体， 它的各个组成部分是不可分割的。其次，系统各个部分之间以一定的规律相互联 系，它们的特定关系形成了具有特定功能的系统。 对系统的研究主要包括：实体、属性和活动。 实体：组成系统的具体对象 属性：实体所具有的每一有效特征 活动：系统内对象随时间推移而发生的状态变化 建立系统概念的目的在于深入认识并掌握系统的运动规律，不仅要定性地了 解系统，还要定量地分析系统，从而比较准确地解决自然、社会和工程中的各种 复杂问题。建立系统模型是实现定量分析系统的有效方法。 3 1 2 模型 模型是对客观事物的简化和抽象。模型实质是用某种形式来近似描述或模拟 研究对象或过程。模型可以描述系统的本质和内在联系，通过对模型进行分析和 研究，达到了解原系统的目的。模型的表达形式一般分为物理模型和数学模型。 1 、物理模型 物理模型是描述对象的物理再现，它的抽象级别最低。物理模型又分为实物 模型和类比模型。 实物模型：根据相似性原理制造的按一定比例缩小或放大的实物。 类比模型：用其他现象或过程来描述所研究的现象和过程，用模拟的性质来 代表原来系统的性质。 2 、数学模型 数学模型是系统的本质特征的数学表达式，即用数学公式来描述所研究对象 或系统的某一方面的规律。通过对系统数学模型的研究来揭示系统的内在规律。 1 7 山东大学硕士学位论文 1 ) 数学模型分类 我们通常将数学模型分为连续系统模型和离散事件系统模型。 ( 1 ) 连续系统模型 连续系统模型又可分为确定性模型和随机性模型。当系统有确定的输入时， 由于受到一些复杂因素的影响，使得输出是不确定的，这可用随机性模型来描述。 当系统的输入是确定的且系统的输出也是确定的，这可用确定性模型来描述。常 见的确定性模型主要有以下几种：宏观数学模型和微观数学模型、线性数学模型 和非线性数学模型、集中参数模型和分布参数模型、定常数学模型和时变数学模 型。 ( 2 ) 离散事件系统模型 离散事件系统模型，是指系统中的状态变量只在某些离散时刻发生变化的模 型，一般用流图、网络图或表格来表示。 时间离散系统模型。这种系统模型一般用差分方程、离散状态方程和脉冲 传递函数来描述。系统实际上是连续的，由于只是在采样的时刻点上对系统进行 研究，才构成了时间离散系统。 离散事件系统模型。这种系统模型用概率模型来描述。系统的输出不完全 由输入作用的形式来描述，往往存在着多种可能的输出。这种系统是一个随机系 统。 2 ) 数学建模方法 建立数学模型的方法一般有以下3 种： 演绎法。通过定理、定义、公理及已经验证了的理论推演得出数学模型。 这是最早的一种建模方法，它适用于内部结构和特征都很明确的系统。 归纳法。通过对大量试验数据的分析和总结，归纳出系统的数学模型。对 那些内部结构不十分明确的系统，可以根据系统的输入输出的测试数据来建立 系统的数学模型。 混合法。综合使用演绎法和归纳法来建立数学模型。通常通过先验的知识 确定系统模型的结构形式，再用归纳法来确定具体的参数。 山东大学硕士学位论文 3 1 3 仿真的一般步骤 仿真的一般步骤围绕仿真的3 项基本活动展开，主要是系统建模、仿真建模 和仿真实验3 6 1 系统仿真的一般步骤可用图3 2 来描述。 图3 2 系统仿真的一般步骤 系统建模。仿真是基于模型的活动，所以首先要针对实际系统建立模型。 通常，根据系统试验知识、仿真目的和试验资料来确定系统数学模型的框架、结 构和参数。模型的繁简程度应与仿真目的相匹配。要确保模型的有效性和仿真的 经济性。 仿真建模。根据数学模型的形式、计算机的类型以及仿真目的将数学模型 转变成仿真模型，建立仿真试验框架。要进行模型变换正确性校核。 程序设计。将仿真模型用计算机程序来描述。程序中包括了仿真试验的要 求，如仿真运行参数、控制参数和输出要求等。早期的仿真往往采用高级语言编 写随着仿真技术的发展，适合不同需要的仿真语言被开发出来，从而减轻了程 序设计的工作量。 实验。根据仿真目的，在计算机上对模型进行试验。 结果分析。根据试验要求，对结果进行分析、整理和文档记录。根据分析 的结果修正数学模型、仿真模型和仿真程序，重新进行试验。 1 9 山东大学硕士学位论文 3 2e l q 分析方法 订单是物流中心一切作业的起源，所有的忙碌辛苦都是为了使订单能如期完 成，同时订单也是物流中心信息的主要来源，掌握了它就能了解物流中心的特性， 尤其订单资料中的e ( 订单件数：o r d c re n n 叻、i ( 货品种类：n e m ) 、q ( 数量： 删劬，是物流特性的关键因子。“e i q ”分析就是利用“e ”、。i “q ”这 三个物流关键因子，来研究物流中心特性，进行物流中心的基本规划。 e i q 分析法( 订单品项数量分析法) 是由日本物流研究所铃木震先生积极倡 导的一种用来进行物流中心系统规划的数据分析方法【”。铃木震提出，e i q 分析 法对于设计物流系统是一个相当快速有效且简单的方法，其中，e i q 图可以显示 出顾客的订购特性，利用此特性，可以进行分拣系统的设计。但在e i q 分析的 相关资料中并没有给出e i q 分析对分拣系统规划的详细过程，也没有给出各种 分拣模式与e i q 分析结果的对应关系。本章正是以解决这些问题为出发点，用 e i q 模型并配合a b c 分类交叉分析，对订单进行不同层面的分析，并最终将分 析结果应用于分拣模式的选择，提出了一整套的分拣策略规划方法【3 8 】【3 9 】。 3 2 1e 1 0 的三大元素 所谓e i q 指的是代表物流系统特性的三大元素：e 哪o f o r d e r ( 订单) 、i t 锄 ( 品项) 、q i 埘1 矗t y ( 数量) 。 e ：代表订单，每一笔订单具有同时进行分拣并配送至同一地点的特性。只 要在订单截至时间之前，追加的订单均可合并为单一订单，并在物流作业中视为 同一订单。反之，在一批订单下，要求以不同时间或不同地点配送的物品，对物 流中心而言视为多个订单，必须进行订单分割。 i ：代表物品品项或种类。只要是不同质、量、包装单位、包装形式等的产 品，都视作不同的品项。 q ：代表每一笔订单、每一品项所订购物品的数量，它是结合e 和i 的媒介， 物流中心的特性依赖与e 、i 与q 之问的分布显