CN109993375B - 一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，具体步骤为：建立智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件；利用上述智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，结合预设的调度规则和包括传送带长度的若干组参数数据计算对应的归集完成时间和爆仓率，比较得到智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值，从而实现智能选箱装箱包装线传送带长度的优化设计。

Description

一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法

技术领域

本发明属于智能物流领域，具体涉及一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法。

背景技术

智能物流的调度规则也称为优先分配规则，是指一个或多个优先规则的组合，以及一个或多个启发式规则的组合。调度规则是优先规则的一种特例，用来将工件分配给机器。每当有机器闲置时，它就给在队列中等待的每个工件分配一个优先值，这个优先值一般是基于工件、机器或者车间的特征信息的，然后为机器选择具有最高优先值的工件进行加工。调度规则是最早提出的近似算法，由于其涉及的信息较多，已被广泛研究。

调度规则可分为简单优先规则、组合规则、加权规则和启发式规则等，除了最基本的调度规则外，后期出现的规则多是对已有规则的修正，如进行组合或截断形成新的规则，或是针对某个性能指标或者某个具体的调度环境提出新的规则。

然而在智能选箱装箱包装线传送带长度设计问题中，在进行实际订单商品归集时，既要保证在规定时间内完成所有商品的归集，又要满足归集时的各种约束条件，如每个订单完成归集必须占用一个归集区，一个归集区在同一时刻只能归集同属一个订单的商品，由于每个订单开始进入归集状态则不能中断等，同时要保证归集时不能爆仓且所需传送带长度最小，因此，在实际的智能选箱装箱包装线传送带长度设计中，由于需要考虑的多种复杂的因素，不能确保传送带长度的设计为所需的优化值。传送带长度的设计不为所需的优化值，则会导致在实际归集流程中出现归集效率低下、资源配置不合理的情况；同时，由于在调度原则中存在多种调度策略，不合理的调度策略会导致归集效率低下，归集完成时间增加；另外，不合适的传送带长度，会增加归集同等规模的商品波次所需的包装线规格并增加包装线的占用面积。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其通过利用智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，结合预设的调度规则和包括传送带长度的若干组参数数据计算对应的归集完成时间和爆仓率，比较得到智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值，从而实现智能选箱装箱包装线传送带长度的优化设计。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，具体步骤为：

S1.建立智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件；

S2.利用上述智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，结合预设的调度规则和包括传送带长度的若干组参数数据计算对应的归集完成时间和爆仓率，比较得到智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值，从而实现智能选箱装箱包装线传送带长度的优化设计。

作为本发明的进一步改进，智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型为：

f＝min(c₁*E_N+c₂*L)

其中，f为智能选箱装箱包装线传送带的长度设计模型的目标函数，其由总归集完成时间E_N、传送带长度L所决定，N为波次数量，c₁和c₂分别为第一权重系数和第二权重系数。

作为本发明的进一步改进，约束条件为：

保证智能选箱装箱包装线的订单归集完成时间大于归集开始时间且非负；

智能选箱装箱包装线的上一波次的归集完成时间小于下一波次的归集完成时间；

限定智能选箱装箱包装线不能陷入爆仓的状态，即下一波次总要继续归集；

智能选箱装箱包装线的上一波次的最晚开始归集的订单也要先于下一波次最早开始归集的订单进行归集；

智能选箱装箱包装线的一个订单只需要在单个归集区进行归集；

智能选箱装箱包装线的单个归集区某一时刻只能归集一个订单。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中预设的调度规则具体为：

S2.1随机生成若干组实验数据，若干组实验数据的参数值包括智能选箱装箱包装线的上线区数量和传送带长度；

S2.2选取一组实验数据，商品随机上线；判断当前上线商品是否属于正在归集的订单，若是，按照设定规则选择某一订单，将当前上线商品在对应归集区上进行归集，进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.3；

S2.3判断当前是否存在空闲的归集区，若是，选择当前波次中含当前上线商品的订单中规模最小的订单在空闲的归集区上进行归集，更新对应订单信息，记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，将当前上线商品滞留在传送带上，进入步骤S2.6；

S2.4判断已选择订单是否归集完毕，若是，释放该订单占用的所有归集区并更新归集区状态，进入步骤S2.5；否则，进入步骤S2.7；

S2.5判断是否存在空闲的归集区且传送带不为空，若是，按照设定规则选择当前波次剩余的某一订单进行归集，并更新对应订单信息和记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.7；

S2.6判断智能选箱装箱包装线的传送带上的商品数量是否超过容量限制，若是，记为爆仓并结束归集；否则，进入步骤S2.7；

S2.7判断是否仍有未上线商品，若是，进入步骤S2.2；否则，结束归集；

S2.8判断归集是否完成，若是，记录平均归集时间；否则，记为爆仓，并统计爆仓率；

S2.9统计所有组实验数据对应的平均归集时间和爆仓率信息，比较得到最优传送带长度L。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中预设的调度规则还包括：

S2.10设定搜索区间、搜索步长，对最优传送带长度L进行局部搜索；

S2.11按照指定的归集规则进行商品归集，重复步骤S2.2至S2.8，按照预设的搜索步长进行搜索，得到最优传送带长度L的一个局部最优值L*，若L*<L，则更新最优传送带长度L＝L*；否则，L不变；搜索整个预设的传送带取值范围内得到的最优传送带长度即为所求智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值。

作为本发明的进一步改进，步骤S2.2中的设定规则为：

S2.2.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.2.2；

S2.2.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。

作为本发明的进一步改进，步骤S2.5中的设定规则为：

S2.5.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.5.2；

S2.5.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集剩余未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其通过建立智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，对归集过程中的问题对其的目标进行量化，给出模型参数的具体表达，将实际的商品归集问题转换成智能选箱装箱包装线传送带长度设计模型来解决，有利于模拟对应参数组合方案下智能选箱装箱包装线的归集过程，可精准量化各参数大小对整个归集流程的影响，同时将实际问题具体化，考虑了归集过程中的各种常规约束，还包括可能发生的爆仓约束等，并将时间约束作为最终优化目标，使其更符合实际归集要求。

本发明的一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其利用预设的调度规则计算总归集完成时间，对实际归集流程中可能出现的归集效率低下、资源配置不合理的情况进行了具体分析，采用预设的调度规则来实现最小化订单商品的归集时间及最小化传送带长度的优化目标，在保证归集效率的情况下减小传送带占地大小，从而获得的最优解符合实际归集要求，优于随机选择规则，可以有效地减少订单归集成本，保证归集效率。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法的，该设计方法具体为：

S1.建立智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件；

其中，智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型具体为：

f＝min(c₁*E_N+c₂*L)

其中，f为智能选箱装箱包装线传送带的长度设计模型的目标函数，其由总归集完成时间E_N、传送带长度L所决定，N为波次数量，c₁和c₂分别为第一权重系数和第二权重系数。

进一步地，智能选箱装箱包装线的约束条件如下：

保证智能选箱装箱包装线的订单归集完成时间大于归集开始时间且非负，即

智能选箱装箱包装线的上一波次的归集完成时间小于下一波次的归集完成时间，即

限定智能选箱装箱包装线不能陷入完全停滞(即爆仓)的状态，无论传送速率多慢，下一波次总要继续归集，即

智能选箱装箱包装线的上一波次的最晚开始归集的订单也要先于下一波次最早开始归集的订单进行归集，即

智能选箱装箱包装线的一个订单只需要在单个归集区进行归集，即

智能选箱装箱包装线的单个归集区某一时刻只能归集一个订单

其中，M为归集区数量，为预设值；J为一个波次的订单数量，为常量；i为波次编号，i∈{1,2,…,N}；j为一个波次内的订单编号，j∈{1,2,…,J}；m为归集区编号，m∈{1,2,…,M}；O_ij为波次i的第j个订单，i∈{1,2,…,N}，j∈{1,2,…,J}；N_ij为波次i的订单j包含的商品数量，N_ij＝{1,2,…,12}；S_ij为订单O_ij的开始归集时间；C_ij为订单O_ij的归集完成时间；B_i为波次i的开始归集时间，

E_i为波次i的归集完成时间，

T_max为总归集完成时刻的时间限制，为一个给定的常量；P为一个值足够大的常量；c₁和c₂分别为第一权重系数和第二权重系数，其满足c₁+c₂＝1；x_ijm和y_ijmlz分别为第一决策变量和第二决策变量，其满足

S2.利用上述智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，结合预设的调度规则和包括传送带长度的若干组参数数据计算对应的归集完成时间和爆仓率，比较得到智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值，从而实现智能选箱装箱包装线传送带长度的优化设计。

该预设的调度规则具体为：

S2.1随机生成若干组实验数据，实验数据包括智能选箱装箱包装线的上线区数量、传送带长度及其他参数值；

具体地，随机生成n组实验数据，生成j组订单数据,每组订单数据包括订单数量及其商品信息，商品数目服从[b1,b2]上的均匀分布，其中，b1为预设的商品数目的下限值，b2为预设的商品数目的上限值；随机安排每组订单内的商品上线顺序，产生k组上线数据；设定智能选箱装箱包装线的上线区数量为Q，商品上线效率：a s/件，主传送带速度：b m/s，中转箱长度：c m；传送带长度L的取值范围为[L1,L2]，L1为预设的传送带长度L的下限值，L2为预设的传送带长度L的上限值，对应的取值间隔为t。

S2.2选取一组实验数据，商品随机上线；判断当前上线商品是否属于正在归集的订单，若是，按照设定规则选择某一订单，将当前上线商品在对应归集区上进行归集，进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.3；

作为一个优选的方案，S2.2中的设定规则为：

S2.2.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.2.2；

S2.2.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。

S2.3判断当前是否存在空闲的归集区，若是，选择当前波次中含当前上线商品的订单中规模最小的订单在空闲的归集区上进行归集，更新对应订单信息，记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，将当前上线商品滞留在传送带上，进入步骤S2.6；

S2.4判断已选择订单是否归集完毕，若是，释放该订单占用的所有归集区并更新归集区状态，进入步骤S2.5；否则，进入步骤S2.7；

S2.5判断是否存在空闲的归集区且传送带不为空，若是，按照设定规则选择当前波次剩余的某一订单进行归集，并更新对应订单信息和记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.7；

作为一个优选的方案，S2.5中的设定规则为：

S2.5.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.5.2；

S2.5.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集剩余未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。

S2.6判断智能选箱装箱包装线的传送带上的商品数量是否超过容量限制，若是，记为爆仓并结束归集；否则，进入步骤S2.7；

S2.7判断是否仍有未上线商品，若是，进入步骤S2.2；否则，结束归集；

S2.8判断归集是否完成，若是，记录平均归集时间；否则，记为爆仓，并统计爆仓率；

S2.9统计所有组实验数据对应的平均归集时间和爆仓率信息，比较得到最优传送带长度L；

S2.10设定搜索区间、搜索步长，对最优传送带长度L进行局部搜索；

具体地，可以设定传送带长度的搜索区间为[L-t，L+t]，每间隔长度t1取一个值，其中t1<t；设定上线区数量：Q，商品上线效率：a s/件，主传送带速度：b m/s，中转箱长度：cm；

S2.11按照指定的归集规则进行商品归集，重复步骤S2.2至S2.8，按照预设的搜索步长进行搜索，得到最优传送带长度L的一个局部最优值L*，若L*<L，则更新最优传送带长度L＝L*；否则，L不变；搜索整个预设的传送带取值范围内得到的最优传送带长度即为所求智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值。

表1为本发明实施例的传送带长度设计方法与现有方案的对比示意表。如表1所示，选取了某商家某一天的实时订单数据，选取其中的10种订单数据，每种订单商品随机产生10种上线顺序，共100次独立重复实验。另外，本次实验设置了多种参数组合，其中，归集区数量设为定值，取值为10，上线区数量分为4、6、8三种，传送带长度取值范围为[5,65],每隔5取一个值。评价算法性能的指标包括：

(1)订单商品的平均总归集完成时间；

(2)订单商品归集的爆仓率；

对于每个参数组合，都进行100次独立重复实验，由于商品在归集过程中会发生爆仓，本次实验规定若100次测试全部发生爆仓，则其总归集时间设置为一个定值(50000)，其爆仓率设为1；若100次实验并非全部发生爆仓，则统计未爆仓的次数及其归集时间，爆仓率为100次实验中发生爆仓的次数比率，平均总归集时间为未爆仓情况下总归集时间的均值。其中加粗字体代表对应指标下的较优值。

表1本发明实施例的传送带长度设计方法与现有方案的对比示意表

如表1所示，在相同的参数组合方案下，本发明实施例的优化方法与传统根据订单到达即上线的策略相比有着巨大的优势，当上线区数量较少时(如4,6)，本发明实施例的调度规则在传送带长度较短时仍可能发生爆仓情况，传送带长度较长时则没有发生这种情况，当上线区数量较多时，使用两种调度规则进行归集均未发生爆仓；但传统的归集方法在上线区数量较少时基本上均发生爆仓情况，即便是上线区数量较大时有少部分未发生爆仓情况，但其平均总归集时间也远远大于本发明实施例的调度规则的归集时间。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.建立智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件；

S2.利用上述智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型和约束条件，结合预设的调度规则和包括传送带长度的若干组参数数据计算对应的归集完成时间和爆仓率，比较得到智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值，从而实现智能选箱装箱包装线传送带长度的优化设计；

智能选箱装箱包装线传送带长度的设计模型为：

f＝min(c₁*E_N+c₂*L)

其中，f为智能选箱装箱包装线传送带的长度设计模型的目标函数，其由总归集完成时间E_N、传送带长度L所决定，N为波次数量，c₁和c₂分别为第一权重系数和第二权重系数；

所述约束条件为：

保证所述智能选箱装箱包装线的订单归集完成时间大于归集开始时间且非负；

所述智能选箱装箱包装线的上一波次的归集完成时间小于下一波次的归集完成时间；

限定所述智能选箱装箱包装线不能陷入爆仓的状态，即下一波次总要继续归集；

所述智能选箱装箱包装线的上一波次的最晚开始归集的订单也要先于下一波次最早开始归集的订单进行归集；

所述智能选箱装箱包装线的一个订单只需要在单个归集区进行归集；

所述智能选箱装箱包装线的单个归集区某一时刻只能归集一个订单；

步骤S2中预设的调度规则具体为：

S2.1随机生成若干组实验数据，若干组实验数据的参数值包括智能选箱装箱包装线的上线区数量和传送带长度；

S2.2选取一组实验数据，商品随机上线；判断当前上线商品是否属于正在归集的订单，若是，按照设定规则选择某一订单，将当前上线商品在对应归集区上进行归集，进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.3；

S2.3判断当前是否存在空闲的归集区，若是，选择当前波次中含当前上线商品的订单中规模最小的订单在空闲的归集区上进行归集，更新对应订单信息，记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，将当前上线商品滞留在传送带上，进入步骤S2.6；

S2.4判断已选择订单是否归集完毕，若是，释放该订单占用的所有归集区并更新归集区状态，进入步骤S2.5；否则，进入步骤S2.7；

S2.5判断是否存在空闲的归集区且传送带不为空，若是，按照设定规则选择当前波次剩余的某一订单进行归集，并更新对应订单信息和记录归集区占用情况，并进入步骤S2.4；否则，进入步骤S2.7；

S2.6判断智能选箱装箱包装线的传送带上的商品数量是否超过容量限制，若是，记为爆仓并结束归集；否则，进入步骤S2.7；

S2.7判断是否仍有未上线商品，若是，进入步骤S2.2；否则，结束归集；

S2.8判断归集是否完成，若是，记录平均归集时间；否则，记为爆仓，并统计爆仓率；

S2.9统计所有组实验数据对应的平均归集时间和爆仓率信息，比较得到最优传送带长度L。

2.根据权利要求1所述的一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其特征在于，步骤S2中预设的调度规则还包括：

S2.10设定搜索区间、搜索步长，对最优传送带长度L进行局部搜索；

S2.11按照指定的归集规则进行商品归集，重复步骤S2.2至S2.8，按照预设的搜索步长进行搜索，得到最优传送带长度L的一个局部最优值L*，若L*<L，则更新最优传送带长度L＝L*；否则，L不变；搜索整个预设的传送带取值范围内得到的最优传送带长度即为所求智能选箱装箱包装线传送带长度的优化值。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其特征在于，步骤S2.2中的设定规则为：

S2.2.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.2.2；

S2.2.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能选箱装箱包装线传送带长度设计方法，其特征在于，步骤S2.5中的设定规则为：

S2.5.1判断当前上线商品属于当前正在归集的哪些订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，进入步骤S2.5.2；

S2.5.2对于当前上线商品所属订单，优先将当前上线商品归集剩余未上线商品数量最小的订单，若订单数量仅为1，则直接选择该订单；若订单数量大于1，则优先将当前上线商品归集已上线的商品所属的订单。