配送中心物流作业调度问题的建模与优化

This project will identify and study a new type of operations scheduling problems in logistics distribution centers under the new technology environment. Compared with the existing scheduling problems, the new problems have the following main characteristics: Goods going out of the warehouse follow certain probability distribution, such distribution and the relations among the good affects space assignment to incoming goods, multiple storage positions can be considered for picking an item, order batching is integrated with picking path decision, workload balance needs to be considered in order batching. The study included the following scheduling problems: (1) Storage space assignment optimization problem considering randomness of goods going out of the warehouse; (2) Replenishment activity optimization problems with capacity constraints; (3) Picking route optimization problem with order batching; (4) Order picking path optimization problem with choice of picking position; (5) Integrated replenishment and picking path optimization problem; (6) Distribution center logistics operation optimization system development and applied research. Based on the characteristics, new mathematical models will be built for the above decision problems. Effective solution algorithms will be proposed. Optimization system will also be set up to verify and compare the solution algorithms and mathematical models. The research is expected to enrich the theory of distribution center decision making and provide effective decision methods which will help increasing operations efficiency, reducing operations cost and raising the management level of distribution centers.

根据现代物流配送中心在新技术条件下的新特点，提炼出一类新型物流作业调度问题，与已有配送中心物流作业调度问题相比，主要特征在于：货品出库具有随机性、分布特征与入库货位分配相关、拣货路径优化时考虑拣货点的选择、订单组批与拣货路径集成、订单组批时考虑工作量平衡约束等。研究问题包括：(1)考虑货品出库随机性的货位分配优化问题；(2)带有承载能力的堆垛机入库作业优化问题；(3)考虑订单组批的拣选作业路径优化问题；(4)带拣货点选择的拣货作业路径优化问题；(5)货位分配和拣货路径集成优化问题；(6)物流配送中心货品入库/出库作业优化系统开发及应用验证研究。在分析问题特征的基础上，创建数学模型，构造求解问题的快速有效算法。开发优化系统来测试和验证模型和算法。通过深入研究和实验，丰富和改进物流配送中心运作的决策优化理论并提供有效的决策方法，从而增强现代物流配送中心的运行效率，减少运行成本，提高管理理水平。

本项目根据物流配送中心的实际作业特点，总结提炼出几类关键决策问题。在充分认识这些问题的特点的基础上，建立了新的分析和优化模型，探索出快速有效的求解方法，并开发优化系统来测试和验证这些模型和方法。通过深入研究和实验，丰富和改进物流配送中心运作的决策优化理论并提供有效的决策方法，从而提高现代物流配送中心的运行效率、减少运行成本。研究内容主要包括以下几个方面：.1.考虑货品出库相关性特征的入库货位分配优化问题.项目组成员走访、调研了京东北京物流中心等仓储物流企业，了解了订单特征信息。据此产生了订单数据，分析了订货品间的关联性，提出了基于关联规则的1-N货位分配模型，使货品与货位之间对应关系为一对多，允许一个货品可以同时存放在多个货位上，同时保证同一个货位上只存放一种货品。.2.基于聚类分析的货位分配优化问题.结合历史订单中货物的出入库频率，计算货物之间的相关性，按照相关性大小进行聚类，再根据聚类后每类中货物的平均出入库频率合理地将货物进行货位分配，从而提高拣货效率。.3.考虑多目标的货位分配优化问题.针对立体仓库的货物入库分配问题建立了一个多目标优化模型，综合考虑货架的稳定性、取货时间和货品间的关联规则。利用模拟退火算法对传统的遗传算法进行改进，并将改进后的遗传算法对该模型进行优化。实验结果证明了改进的遗传算法在运行效率上及对目标函数的优化上都好于传统的遗传算法，提高了整个仓库的作业效率，从而达到降低企业运营成本的目的。.4.拣选路径优化问题和吊机作业优化问题 .建立了不同情况下的拣货优化模型。实验结果证明允许同货品存放多个位置可提高拣货效率。建立了吊机作业优化的单机和多机模型，提出了差分进化与动态规划相结合的求解多机问题的方法，取得了很好的效果。.通过深入研究和实验，丰富和改进物流配送中心运作的决策优化理论并提供有效的决策方法，从而增强现代物流配送中心的运行效率，减少运行成本，提高管理理水平。