数学建模——仓内拣货优化问题

仓内拣货优化问题


某电商公司客户订单下达仓库后,商品开始下架出库,出库主要包含5 个流程如图1所示:

图1 出库流程图

●定位:仓库有多个货架,每个货架有多个货格,商品摆放在货格中,且每个货格最多摆放一种商品,商品可以摆放在多个货格。订单下达仓库后,定位操作,确定商品下架的货格和每个货格下架的商品数量。

●组单:单个客户订单商品数量少,对于中小件商品仓库,需要将多个客户的订单合并,构成任务单,这就是组单操作。

●拣货:拣货开始,拣货员在某个复核台领拣货车及任务单,领取时间不计,然后根据推荐顺序依次访问任务单中商品所在货格,并下架商品,将商品放在拣货车上。下架完毕,拣货员将拣货车送往某个复核台,到达复核台后拣货员无需等待,继续领取拣货车和任务单,开始下一个任务单拣货流程。备注:(1) 拣货员开始和结束复核台可以不一致。(2) 一个拣货员负责对多个任务单时,每次只能拣一个任务单的商品。同一任务单,货格访问顺序不同,行走距离也有差异。(3) 拣货员的行走速度为 1.5m/s,商品下架过程,对任意一个货格,若下架商品数量小于 3 件,每件完成下架花费 5 秒,否则每件花费 4 秒。多人同时在一个货格拣货,不考虑等待的时间。

●复核和打包:拣货时,拣货员可能多拣或者漏拣商品。拣货车放到定位 组单 拣货 复核 打包 2复核台先对任务中商品复核,然后将商品按照订单打包。备注:(1) 只有复核台正常工作时,才可以进行复核打包操作,每个订单复核和打包花费30 秒。(2) 只有拣货员将任务单中商品通过拣货车送到复核台后,复核台才能对该任务单中商品进行复核和打包。(3) 若一个复核台完成该复核台所有任务单的复核和打包,没有新任务前,该复核台将处于空闲状态。从0 时刻到 TOTAL_TIME 时刻,若一个复核台总空闲时间为 IDLE_TIME,则该复核台利用率=1-IDLE_TIME/TOTAL_TIME。多人同时到达一个复核台时,需要考虑等待的时间。

现有一个仓库,仓库数据见附件 1 “仓库数据.xlsx” ,包括 4 个表格,前 3 个表格为仓库信息,包括货架、货格、复核台的位置及大小,货格和货架的关系。第 4 个表格为任务单信息,一个任务单包含多个订单,一个订单商品包含多个货格,一个货格需要拣多件商品。仓库示意图见图2,注意横纵坐标比例不是 1:1。
图2  仓库示意图(大图见附件 2)
根据仓库数据附件 1 和附件 2,仓库有 13 个复核台,4 排货架,其中每排 25 组货架,每组 2 个货架,共 50 个货架,每个货架包含 15 个货格。水平方向每组货架之间的距离为 1500 毫米,竖直方向相邻两排货架纵向距离为 2000 毫米,货格长宽都是 800 毫米,复核台长宽都是 1000 毫米。备注:货架和复核台为障碍物,不可通行,其余位置均可通行。不用考虑拣货车尺寸,货架和复核台高度。

图3  仓库 左 下 角 放大图(大图见附件 2)

说明 :

  1. 当绕障碍物折线行走时横向和竖向偏移都取 ;
  2. 复核台之间距离简化为两复核台坐标差的绝对值之和,如复核台A坐标,复核台B坐标 ,则两复核台距离为 ;
  3. 货格与复核台距离简化为货格中点到复核台最近一条边中点的距离,如 L1 和 L7)。
    根据上述已知条件和要求,请完成以下问题:

问题1:图 2 给出拣货员在仓内路线示例(L1-L7)。当拣货员在仓库中拣货时,需要在货格之间、货格与复核台之间、复核台与复核台之间行走。由于这些行走通常要绕过障碍物,不能直接采用坐标计算欧几里得距离。请你按照图中距离标示,设计一种计算 3000 个货格和 13 个复核台总共 3013 个元素之间距离的方法。(附件中货架坐标可理解为第一个货格左下角坐标,如 S001 的(x,y)表示货格 S00101 的坐标。其他相类似。复核台坐标也理解为左下角坐标。)

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问题2:假设所有复核台正常工作,任务单 T0001 等待拣货,拣货员 P在复核台 FH10 领取了任务单 T0001。请给 P 规划理想的拣货路线,包括货格访问顺序、返回的复核台,计算完成出库花费的时间(拣货员拣货开始到所有任务复核打包完成花费的时间)。

问题3:假设 2 个复核台 (FH03,FH11)正常工作,5 个任务单(T0002-T0006)等待拣货,继续由拣货员 P 负责拣货,P 初始位置为 FH03。通过建模和优化,请给 P 指定任务领取顺序,规划理想的拣货路线,使得这些任务尽快出库。请计算完成出库需要花费的时间和每个复核台利用率。

问题4:假设 4 个复核台(FH01,FH03,FH10,FH12)正常工作,49个任务单(T0001-T0049)等待拣货,9 个拣货员(P1-P9)负责拣货,请给每个拣货员分配任务单、起始拣货复核台,并分别规划理想的拣货路线,使得 49 个任务单尽快完成出库,并计算完成出库需要花费的时间和每个复核台利用率。

问题5:在问题 4 中,有 4 个复核台(FH01,FH03,FH10,FH12)正常工作,请评估增加一个正常工作的复核台对出库时间的影响。

问题6 :商品在货架中的摆放位置,会影响拣货效率。若将畅销品放置在离复核台较近的位置,拣货员行走距离相应减少,但畅销品所在货架可能拥挤,反而降低拣货效率。对于仓内商品摆放问题,你有什么建议?
注:在问题 3,4,5 中,当一个人有多个任务时,只能一个一个任务完成,不能在完成一个任务过程中拣另一个任务的货。

求解

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