基于改进萤火虫算法的移动机器人履行系统订单分批问题研究.pdf
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1、 年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 物流技术:./.基于改进萤火虫算法的移动机器人履行系统订单分批问题研究 焦 帅刘 翱李儒博任 亮彭琨琨(.武汉科技大学 管理学院湖北 武汉 .武汉科技大学服务科学与工程研究中心武汉)【收稿日期】基金项目:武汉市知识创新专项曙光计划项目()武汉市知识创新专项基础研究项目()中国物流学会、中国物流与采购联合会面上研究课题()年度湖北省教育厅哲学社会科学研究重点项目“货品存储分配问题的模型与算法研究”教育部人文社会科学研究规划基金项目()湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目()【作者简介】焦 帅()男汉族河南人硕士研究生研究方向:物流优化与决策李儒博(
2、)男汉族河南人博士研究生研究方向:物流优化与决策任 亮()男湖北人讲师博士研究方向:物流优化与决策彭琨琨()男副教授研究方向:智能优化方法【通讯作者】刘 翱()男汉族江西人副教授博士研究方向:智能优化调度 【摘 要】文中针对移动机器人履行系统()中的订单分批问题首先以最小化货架搬运次数和订单批次之间相同货架数量之和为目标建立该问题的 整数规划模型其次根据订单批次之间相同货架数量和货架搬运次数构建相应的权重指标以减少货架冲突次数再次设计求解订单分批问题的改进萤火虫算法该算法在萤火虫算法的基础加入破坏解、修复解等操作进行局部搜索以增强萤火虫算法的局部搜索能力最后在定义货架冲突的概率计算方法的基础上
3、对比分析改进萤火虫算法和萤火虫算法、贪婪算法的求解效果 分析结果表明改进萤火虫算法在货架搬运次数、订单批次间相同货架数量、货架冲突的概率都要优于贪婪算法和萤火虫算法【关键词】移动机器人履行系统订单分批货架冲突萤火虫算法【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】()(.)【】().【】引言在传统的“人到货”订单拣选中拣选人员大约 的时间是花费在搜索商品和任务履行这难以高效、快速地处理电子商务中庞大的订单量 近年来“货到人”拣选系统应运而生它能够有效的提高订单拣选效率 目前现有的“货到人”拣选通常采用自动存储和检索系统(/)、移动机器人履行系统()等来实现订单的自动化拣选 而在 系统中移动机器人将目
4、标货架搬运至拣选站工作人员只需在拣选站进行拣选工作即可这极大程度上提高了订单拣选效率第 期焦 帅等:基于改进萤火虫算法的移动机器人履行系统订单分批问题研究目前国内外学者对传统仓库的订单分批已经有了较多的研究 例如肖可等针对基于顾客的服务质量配送中心的订单分批问题建立了以拣选时间和订单延迟时间总和为最小为目标的订单分批优化模型 等对传统仓库的订单分批和路径规划进行联合优化以最小化总订单处理时间 等设计了粒子群算法和蚁群算法的混合优化算法求解传统仓库订单分批和路径规划的联合优化问题考虑到工作流程之间的差异传统“人到货”订单拣选系统的研究成果不能完全适用于“货到人”订单拣选系统 因此许多学者开始对“
5、货到人”的订单分批问题展开了研究 李珍萍等构建了订单之间的加权相似度指标建立了以总成本最小为目标的订单分批整数规划模型 李珍萍等在考虑订单中各种商品订购数量和货箱中商品存储量的情况下研究了自动小车存储及取货系统的订单分批拣选问题 等将订单划分了优先级进行订单分批处理 等根据订单的截止日期进行订单分批并提出了变邻域下降算法目前已有的订单分批问题的研究大都是聚焦于订单批次内部的订单信息却尚未发现有关订单批次之间的订单信息的研究 订单批次之间的订单信息对于减少货架冲突和提高订单拣选效率十分关键 鉴于此本文在已有研究的基础上既考虑同批次的订单内部信息也考虑不同批次的订单之间的信息以达到减少货架的搬运次
6、数降低货架发生潜在冲突的概率 订单分批问题的 整数规划模型.问题描述目前大多数文献都是基于订单的货架信息进行订单分批也就是将需要搬运相同货架的订单分配到同一个订单批次内从而降低货架的搬运次数 然而按照基于货架信息进行订单分批后会导致不同订单批次之间需要相同货架从而导致货架冲突 例如拣选站、同时需要货架、无论怎样排序都无法避免货架冲突的情况 货架冲突出现的原因归根于订单批次之间相同货架数量过多而导致 在订单分批过程中考虑如何减少订单批次之间相同货架数量是减少货架冲突的关键在给定仓库布局、货架储位等基本信息订单池内有 个订单仓库中有 个货架每个货架上有 个货位每个货位只能存储一种商品仓库中一共存储
7、了 种商品 问题在于:如何将 个订单进行合理的订单分批从而使得货架的搬运次数最小并尽可能降低发生潜在的货架冲突的可能性不失一般性本文提出以下假设:每个商品存储在固定货架上货架上的商品能够满足所有订单的需求即不存在缺货的情况不同批次的订单不能合并拣选.模型参数模型参数符号见表 表 模型参数符合含义符号含义批次 索 引 每个批次订单数量上限订 单 索 引 订单 包含商品 商品不存在货架 货 架 索 引 商品 存储货架 商品不存在货架 商 品 索 引 订单批次之间相同货架数量的权重系数.决策变量表示订单 被分配到批次 表示订单 未分配到批次 表示订单批次 需要使用货架 订单批次 不需要使用货架 表示
8、订单批次 包含商品 订单批次 不包含商品.整数规划模型基于以上符号订单分批问题可以表示为如下的 整数规划模型:()()().()()()().()其中式()表示目标函数是最小化货架搬运次数与订单批次之间的相同货架数量之和式()表示一个订单只能被分配到一个批次式()表示每个批次的订单数量不能大于批次容量式()表示如果订单批次 的任意一个订单包含商品 则该订单批次就包含商品 式()表示所搬运的货架上的商品要满足订单批次 所需商品式()表示决策变量是 变量.考虑订单批次之间信息的订单权重根据订单基于货架的订单分批规则将需要相同货架的订单划分到一个批次内实现订单分批 同时通过设置权重因子来控制订单批次
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