配送中心揀貨問題研究綜述

暨南大學管理學院 周璐璐

在物流網(wǎng)絡中，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。配送中心全部勞動和時間消耗的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)運作方法可以提高配送中心的運作效率和降低消耗，對實際生產(chǎn)有較大的作用。

國內(nèi)外關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)和機器揀貨系統(tǒng)。本文將對這兩個領域的研究狀況進行綜述，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)主要是應用旋轉貨架(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系統(tǒng)布置設計和儲位分配問題。

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

對低層人工揀貨系統(tǒng)，Petersen(2004)等[5]利用仿真技術得出結論：在行走距離方面，基于周轉率的存儲優(yōu)于分類存儲。Graves(1977)等[6]認為分類存儲比隨機存儲需要更多的貨架空間。Le-Duc and De Koster (2005)[7]根據(jù)前人的研究，重點優(yōu)化分類存儲布置問題，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)

旋轉貨架系統(tǒng)是自動化倉儲技術的最新發(fā)展。

一次性挑選多個訂單任務的作業(yè)調度優(yōu)化問題最早由Bartholdi and Platzman(1986)[8]和Stern(1986)提出，他們將問題轉換成為多并行機排序調度問題，在此基礎上調整每個訂單中的物品順序和各個訂單的執(zhí)行順序。van den Berg(1996)[9]先假設訂單執(zhí)行順序已經(jīng)確定，使用動態(tài)規(guī)劃算法研究揀選優(yōu)化問題，再進一步考慮訂單順序可變的情況，假設訂單內(nèi)部的每個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 機器揀貨系統(tǒng)

隨著計算機技術的快速發(fā)展，低層人工揀貨系統(tǒng)由機器揀貨系統(tǒng)代替。機器揀貨系統(tǒng)包括自動化倉庫系統(tǒng)和機器人作業(yè)。關于機器人作業(yè)的文獻不是很多，我們這里重點介紹自動化倉庫系統(tǒng)(AS/RS )。

現(xiàn)有研究大多數(shù)以最小化堆垛機的行走距離為目標，建立行走距離模型，從而求解出最優(yōu)的貨架結構。在隨機儲存與先進先出(FCFO)的存取方法存取品項策略下，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]的研究表明在隨機存儲和單命令周期或雙命令周期情況下，呈時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間為目標，對單元貨物倉庫的結構進行了布置設計并對分類的產(chǎn)品進行了儲位分配。

3 總結與展望

本文總結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)和機器揀貨系統(tǒng)。通過閱讀文獻和分析比較，對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，作為應用最廣泛的人至物系統(tǒng)，其研究已經(jīng)相當充分。但是隨著科技的發(fā)展，自動化揀貨系統(tǒng)必將成為主流，這部分的研究成果相對較少，所以未來配送中心揀貨問題的研究將會趨向于自動化揀貨系統(tǒng)。

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

[1] Koster R D,Poort E V D.Routing orderpickers in a warehouse:a comparison between optimal and heuristic solutions[J].IIE Transactions,1998,30(5).

[2] Petersen C G,Aase G.A comparison of picking, storage,and routing policies in manual order picking[J].International Journal of Production Economics,2004,92(1).

[3] Bassan Y,Roll Y,Rosenblatt M J.Internal layout design of a warehouse[J].AIIE Transactions,1980,12(4).

[4] Rosenblatt M J,Roll Y.Warehouse design with storage policy considerations[J].The International Journal of Production Research,1984,22(5).

[5] Petersen C G,Aase G R,Heiser D R. Improving orderpicking performance through the implementation of class-based storage[J].International Journal of Physical Distribution & Logistics Management,2004,34(7).

[6] Graves S C,Hausman W H,Schwarz L B.Storage-Retrieval Interleaving in Automatic Warehousing Systems[J].Management Science,1977,23(9).

[7] Le-Duc T,De Koster R M B M.Travel distance estimation and storage zone optimization in a 2-block class-based storage strategy warehouse[J].International Journal of Production Research,2005,43(17).

[8] Bartholdi J J,Platzman L K. Retrieval Strategies for a Carousel Conveyor[J].IIE Transactions,1986,18(2).

[9] Berg J P V D.Multiple Order Pick Sequencing in a Carousel System:A Solvable Case of the Rural Postman Problem[J].The Journal of the Operational Research Society,1996,47(12).

[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).