配送中心揀貨問題研究綜述

暨南大學(xué)管理學(xué)院 周璐璐

在物流網(wǎng)絡(luò)中，配送中心作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，有著舉足輕重的作用。配送中心全部勞動(dòng)和時(shí)間消耗的60%來源于配貨作業(yè)的消耗[1]，物流成本的50%～75%主要是揀貨成本[2]。因此，合理的配貨作業(yè)運(yùn)作方法可以提高配送中心的運(yùn)作效率和降低消耗，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有較大的作用。

國內(nèi)外關(guān)于配送中心揀貨問題已經(jīng)出現(xiàn)了大量的研究，成果比較豐富。按照人工是否介入，揀貨系統(tǒng)分為人工揀 貨系統(tǒng)和機(jī)器揀貨系統(tǒng)。本文將對(duì)這兩個(gè)領(lǐng)域的研究狀況進(jìn)行綜述，希望能為今后的研究工作確定思路。

1 人工揀貨系統(tǒng)

人工揀貨系統(tǒng)分為人至物系統(tǒng)和物至人系統(tǒng)。人至物揀貨系統(tǒng)是目前使用最多的系統(tǒng)，即人到儲(chǔ)存區(qū)尋找并取出所需的貨品。物至人揀貨系統(tǒng)主要是應(yīng)用旋轉(zhuǎn)貨架(carousel)。

1.1 人至物揀貨系統(tǒng)

人至物揀貨是最常見的揀貨方式，有兩種情況：低層揀貨系統(tǒng)和高層揀貨系統(tǒng)。早期的研究主要針對(duì)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)和儲(chǔ)位分配問題。

如何確定倉庫結(jié)構(gòu)是由Bassan(1980)等[3]在“倉庫的內(nèi)部布置設(shè)計(jì)”一文中提出的，他們建立了幾個(gè)確定性的模型，分別以搬運(yùn)時(shí)間、空間利用和成本最小化等為目標(biāo)。Rosenblatt and Roll(1984)[4]同時(shí)利用分析和仿真方法，研究了倉庫內(nèi)部存儲(chǔ)策略的效果。Petersen(2002)通過模擬實(shí)驗(yàn)，研究隨機(jī)存儲(chǔ)和基于體積大小(volume-based)的存儲(chǔ)策略下，巷道的長度及揀貨區(qū)域的數(shù)量對(duì)總揀貨時(shí)間的影響。

對(duì)低層人工揀貨系統(tǒng)，Petersen(2004)等[5]利用仿真技術(shù)得出結(jié)論：在行走距離方面，基于周轉(zhuǎn)率的存儲(chǔ)優(yōu)于分類存儲(chǔ)。Graves(1977)等[6]認(rèn)為分類存儲(chǔ)比隨機(jī)存儲(chǔ)需要更多的貨架空間。Le-Duc and De Koster (2005)[7]根據(jù)前人的研究，重點(diǎn)優(yōu)化分類存儲(chǔ)布置問題，得出其近似最優(yōu)方法為跨巷道分布。

1.2 物至人揀貨系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)貨架系統(tǒng)是自動(dòng)化倉儲(chǔ)技術(shù)的最新發(fā)展。

一次性挑選多個(gè)訂單任務(wù)的作業(yè)調(diào)度優(yōu)化問題最早由Bartholdi and Platzman(1986)[8]和Stern(1986)提出，他們將問題轉(zhuǎn)換成為多并行機(jī)排序調(diào)度問題，在此基礎(chǔ)上調(diào)整每個(gè)訂單中的物品順序和各個(gè)訂單的執(zhí)行順序。van den Berg(1996)[9]先假設(shè)訂單執(zhí)行順序已經(jīng)確定，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法研究揀選優(yōu)化問題，再進(jìn)一步考慮訂單順序可變的情況，假設(shè)訂單內(nèi)部的每個(gè)物品都采用最小支持距離順序揀選規(guī)則來執(zhí)行揀貨，這等同于經(jīng)典的郵遞員問題。最后，van den Berg利用該經(jīng)典問題的已有研究成果，證明了多訂單不定序多物品揀選作業(yè)問題存在最優(yōu)算法，其算法最優(yōu)解的最差情況是定序訂單揀選作業(yè)問題最優(yōu)解的1.5倍。

2 機(jī)器揀貨系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，低層人工揀貨系統(tǒng)由機(jī)器揀貨系統(tǒng)代替。機(jī)器揀貨系統(tǒng)包括自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)和機(jī)器人作業(yè)。關(guān)于機(jī)器人作業(yè)的文獻(xiàn)不是很多，我們這里重點(diǎn)介紹自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)(AS/RS )。

現(xiàn)有研究大多數(shù)以最小化堆垛機(jī)的行走距離為目標(biāo)，建立行走距離模型，從而求解出最優(yōu)的貨架結(jié)構(gòu)。在隨機(jī)儲(chǔ)存與先進(jìn)先出(FCFO)的存取方法存取品項(xiàng)策略下，Graves,et al.(1977)[6]證明了雙指令的系統(tǒng)環(huán)境的期望揀貨旅行時(shí)間比單指令系統(tǒng)環(huán)境節(jié)省了32%。，Bozer and Whitel(1984)[10]的研究表明在隨機(jī)存儲(chǔ)和單命令周期或雙命令周期情況下，呈時(shí)間正方形的貨架是最優(yōu)的。Larson(1997)等[11]以增加地面空間利用率和減少行走時(shí)間為目標(biāo)，對(duì)單元貨物倉庫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了布置設(shè)計(jì)并對(duì)分類的產(chǎn)品進(jìn)行了儲(chǔ)位分配。

3 總結(jié)與展望

本文總結(jié)配送中心揀貨問題的研究和成果，分別介紹了人工揀貨系統(tǒng)和機(jī)器揀貨系統(tǒng)。通過閱讀文獻(xiàn)和分析比較，對(duì)配送中心揀貨問題的研究有了新的展望。

首先，我們可以看出，作為應(yīng)用最廣泛的人至物系統(tǒng)，其研究已經(jīng)相當(dāng)充分。但是隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化揀貨系統(tǒng)必將成為主流，這部分的研究成果相對(duì)較少，所以未來配送中心揀貨問題的研究將會(huì)趨向于自動(dòng)化揀貨系統(tǒng)。

同時(shí)，不管是人工系統(tǒng)還是機(jī)器系統(tǒng)，所有的研究模型都是假設(shè)配送中心不缺貨，而且大部分假設(shè)需求是確實(shí)的，這顯然和現(xiàn)實(shí)情況不相符，研究結(jié)果沒有具體的實(shí)際意義。所以，未來的研究將更多地考慮缺貨和隨機(jī)需求情況。

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[10] Bozer Y A,White J A.Travel-Time Models for Automated Storage/Retrieval Systems[J].IIE Transactions,1984,16(4).

[11] Larson T N,March H, Kusiak A.A heuristic approach to warehouse layout with class-based storage[J].IIE Transactions,1997,29(4).