配送中心訂單處理作業流程仿真研究

趙月霞，韓美貴，馬開平

（南京農業大學 工學院，江蘇 南京210031）

配送中心訂單處理系統是配送中心所有物流作業組織的開端和核心[1]。高效的訂單處理作業能有效提高顧客的滿意度，降低配送中心的運作成本。因此，如何科學合理地進行訂單處理，在學術界和企業界得到廣泛關注。文獻表明，對訂單處理系統的研究主要包括：訂單處理系統的設計、訂單處理流程建模以及訂單處理系統的分析與優化三個方面。

訂單處理系統的設計研究方面，廖開文[2]分析了訂單處理的一般作業流程，分析并提出了軟件構想；雷擎等人[3]根據移動商務的具體需求，基于J2ME設計和實現了一個移動訂單處理系統。訂單處理流程建模的研究中，高琳等人[4]對供應鏈環境下的訂單處理過程進行了分析并建立了供應鏈環境下的訂單處理模型；史偉[5]將客戶訂單內容轉化為對企業特定時間內配送能力的占用需求，提出了一個整數規劃模型并給出了相關解法；陳東等人[6]用P/T網構建了網上商城訂單前臺處理和后臺處理的基本流程模型，并對該模型進行了驗證。對訂單處理系統的分析與優化研究方面，倪志偉等人[7]建立了基于排隊論的訂單處理系統概念模型，并在Anylogic仿真平臺下主要針對三種排隊規則和單、雙服務臺進行了仿真研究。之后，基于同一思想，張守業等人[8]建立了基于排隊論的訂單處理系統M/M/n排隊模型，利用Matlab對訂單處理系統排隊的M/M/n模型進行仿真，分析了系統的性能參數隨訂單處理人員個數的變化。

從現有文獻來看，訂單處理系統的分析與優化方面的研究較少，而從排隊論的視角研究訂單處理系統相關問題的文獻僅有兩篇。文獻[7]考慮了訂單處理和儲存、揀貨的兩個子系統的關系，從零售商、供應商和倉庫對訂單到達的響應著手，進行了仿真研究。文獻[8]則將整個訂單處理過程看作一個整體，輸入訂單到達信息，輸出訂單完成信息。這兩篇文獻的研究思路各具特色，形成了具有一定價值的研究結論，但均缺乏對訂單處理流程本身的關注。由于訂單的到達和訂單處理的過程存在很大的隨機性和離散性，采用計算機仿真訂單處理的過程具備極大優越性。本文認為，將訂單處理過程抽象為排隊過程，采用離散事件建模仿真的研究方法，將訂單處理從配送中心的其他子系統中剝離出來，在研究中關注訂單處理的作業流程，可彌補以上文獻的不足。

1 配送中心訂單處理的作業流程

不同配送中心的訂單處理流程是不同的，但一般來說，包括訂單準備、訂單傳輸、訂單錄用、訂單履行和訂單報告五項作業[9]，每項作業還可以進一步的細分，如圖1所示。

訂單準備是顧客在收集相關商品和服務的信息后，提出的購買請求，顧客的購買行為是離散到達且不可預知的。訂單傳輸是傳遞訂單信息的過程，該過程給到達配送中心的訂單按照一定的規則進行排序，需要一定的時間。訂單錄用包括核對訂貨信息、檢查庫存、檢查顧客信用、開具賬單等具體作業，是對訂單信息處理的過程，各項作業都需要花費一定時間，若訂貨信息有誤，需要作出丟棄或反饋處理；若顧客信用出現問題，訂單也需要退回或重新調查；檢查庫存的工作中，需要進行存貨檢查和分配存貨，并對缺貨做相應的處理，顯然存貨是否滿足客戶需求，對檢查庫存的處理時間是有影響的。訂單履行是對訂單的具體執行，是和配送中心其他子系統進行信息傳遞和交互作用的階段。訂單報告包括訂單跟蹤和與顧客交換訂單信息。

根據以上分析可以得到：

（1）從總體流程來說，配送中心訂單處理系統可以抽象為一個排隊系統。

（2）訂單處理系統是一個復雜的系統，和配送中心其他子系統存在交互作用。

因此，在分析具體問題時，需要針對研究目的進行適當的簡化處理。

2 訂單處理問題案例與分析

某網上商城訂單處理的主要流程如下：網上支付成功后的顧客訂單到達的時間間隔服從均值為1.11分鐘的負指數分布，每單數量為1件，工作人員首先進行庫存檢查，庫存檢查時間為0.5分鐘。缺貨率為5%，如遇缺貨，打印缺貨單，并做相應的信息處理。缺貨情況下工作人員每人每單的處理時間平均為3分鐘。單個工作人員進行訂單錄用的時間服從均值為1.52分鐘的負指數分布，工作人員的主要工作是打印訂單、發票以及綁定第三方物流的快遞單號。商城采用單一訂單分配存貨，計算揀貨時間、安排發貨及揀選程度等采用公司軟件輔助處理，每人處理每單平均1分鐘。最后由工作人員打印揀貨單據和送貨單，處理時間為每人每單0.5分鐘。揀選中心根據實時傳送的揀貨單進行揀貨，揀貨和打包的時間平均每單大約4.5分鐘。打包完成后送交第三方物流，進入配送環節。商城共有工作人員5位，如何安排能使商城處理訂單的效率最高？該商城一天最多可處理多少訂單？訂單的響應周期最短為多少？

如果將訂單接受服務的流程看做一個整體，該訂單處理過程可以抽象為一個多服務臺的排隊系統，用實體流程圖法建立的系統模型如圖2所示。訂單接受工作人員的服務過程的流程如圖3所示。

案例中訂單到達系統之前，已經進行了網上支付，并確認成功，完成了訂單準備作業；訂單到達后尋求最短隊列以及排隊等待的過程則對應訂單傳輸作業；由于正常履行訂單和缺貨訂單的處理時間和流程不同，將訂單錄用環節的庫存檢查提到錄用流程的第一步，并以“訂單錄用”表示正常履行訂單的訂單錄用，以“缺貨信息處理”表示缺貨訂單的訂單錄用。缺貨發生時，銷售商和零售商存在多種選擇策略，筆者曾針對不同的策略進行仿真研究[10]。案例系統中，如遇缺貨，工作人員只進行信息登記和退款服務。計算標準揀貨時間、安排發貨和打印單據由于有相關軟件輔助，耗時較短，動作連貫，因此以“訂單資料輸出”統一表示。

3 模型的假設

假設擬到達訂單總體無限，訂單以FIFO（先進先出）的規則進入隊列等待服務，隊列的容量無限。訂單工作人員的個數未知，可能是單服務臺或多服務臺。由于訂單到達的時間間隔服從負指數分數，訂單處理工作人員的服務時間視缺貨或正常履行，分別服從負指數分布或常數。因此該系統的排隊標記可能為：M/M/1/∞/∞，M/D/1/∞/∞，M/M/c/∞/∞或M/D/c/∞/∞。在服務臺數量確定且是否缺貨也確定的情形下，可以用排隊論的相關理論和公式求得所需性能指標。案例中兩個條件均不符合，有必要將系統模型轉換為仿真模型進行仿真研究。

4 仿真模型的建立

根據圖2和圖3的流程圖，以及以上關于訂單處理的數據，采用仿真軟件WITNESS建立仿真模型。仿真模型中用到的元素及說明如表1所示。

表1 仿真模型的元素定義

仿真模型實現的關鍵問題有：

（1）區分缺貨訂單和能正常履行的訂單。根據系統描述，缺貨訂單占總訂單數量的5%，雖然訂單在工作人員進行庫存檢查之前缺貨與否并不可知，但其隨機概率已知。因此，可以訂單到達時賦予每個訂單一個隱性屬性標簽。

（2）為訂單選擇較短隊列。該問題在WITNESS中使用least作為輸出函數可實現。

（3）描述缺貨訂單和正常履行訂單的流程和處理時間。

把訂單處理時間定義為函數，采用函數體描述處理時間的不同。處理時間的函數體如下：

對于缺貨訂單，工作人員做缺貨信息處理后，直接離開系統；正常履行訂單則由揀貨區工作人員根據訂單處理區工作人員傳輸的揀貨單進行揀貨。揀貨完成后離開本系統，進入配送區。

5 仿真實驗以及結果分析

根據訂單處理人員數量取值1～4，揀貨區工作人員數量取值4～1，安排四組實驗。每組實驗修改偽隨機數流，獨立運行5次，實驗結果取平均值。每次實驗運行480分鐘。在仿真結果中，提取完成訂單數量和平均訂單相應周期兩個目標值。整理后的實驗結果如表2所示：

表2 整理后的仿真實驗結果

分析表1可知，2個訂單處理人員配合3個揀貨人員，能夠完成的訂單個數最多，訂單的平均響應時間最少。按此人員配置方案，以95%的置信度來構造置信區間，可以得到訂單完成數的置信區間為平均訂單響應時間的置信區間為考查其他元素的仿真結果，發現訂單從到達到訂單處理人員開始處理的隊列最長在80單左右，平均40單左右。訂單到達后的平均等待時間90分鐘左右。與平均訂單響應時間比較，顯然訂單到達后花費太多的時間在等待處理階段。因此，若要進一步提高服務水平，縮短顧客等待時間，應從增加訂單處理人員數量的角度考慮。

6 結束語

本研究采用的方法同樣適用于大中型配送中心，工作人員數量的增加并不會增加模型的復雜程度；若每單數量不確定，但具有一定統計規律，則只需改變元素“訂單”的批量。所建立的系統模型和仿真模型從訂單處理的流程出發，模型考慮了訂單到達后如何選擇最短隊列，對缺貨情況的處理以及如何描述正常履行訂單等。但是在建立系統模型時，也采用了一定的簡化處理。比如缺貨時，只進行了缺貨信息處理，在流程中不再考慮該缺貨訂單。實際流程中，如遇缺貨，還存在是否可用替代品，是否允許過期交貨和是否重新分配存貨等問題，如以上情況允許，訂單流程會做一定改變。此外，模型根據案例的實際情況僅考慮了訂單先到先服務，具有優先級的和后到先服務兩種規則未在考慮范圍內。

本文以某網上商城訂單處理系統為例，從訂單處理流程的角度，以排隊系統的視角研究流程中的性能指標，得到訂單工作人員和分揀工作人員的最優人員配置，計算了訂單的平均響應時間和每天完成分揀進入配送環節的訂單數，研究結論對優化訂單處理作業具有一定的實際意義。

[1]楊敏.配送中心運營管理[M].北京：北京理工大學出版社，2007.

[2]廖開文.訂單處理的流程分析與軟件構想[J].現代制造，2003(3):30-34.

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[4]高琳，王潤孝，姜曉鵬,等.供應鏈管理中的訂單處理研究[J].計算機應用研究，2005(8):185-186.

[5]史偉.物流企業配送系統訂單處理研究[J].西華大學學報（自然科學版），2009,28(5):75-77.

[6]陳東，宋文，陳曉亮.基于Petri網的網上商城訂單處理模擬與驗證[J].系統仿真學報，2009,20(8):123-126.

[7]倪志偉，魯曉春.基于排隊論的訂單處理系統建模與仿真[D].北京：北京交通大學（碩士學位論文），2009.

[8]張守業，仲崇權.基于排隊論的訂單處理系統優化算法研究[D].大連：大連理工大學（碩士學位論文），2010.

[9]（美）羅納德.H.巴羅.企業物流管理[M].北京：機械工業出版社，2006.

[10]趙月霞，張冬青.基于WITNESS的隨機庫存系統出庫策略仿真研究[J].中國制造業信息化，2010(4):69-71.