CN114297565A - 一种装配一体化智能配送方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种装配一体化智能配送方法和系统，本方法包括：对所有的货物进行分装处理，得到送货总数据；基于所述送货总数据，得到车辆送货的路径规划；基于所述路径规划，生成货物装车方案，并完成所述货物的装载；基于所述路径规划，对装载的货物进行送货。本系统包括智能拣货系统、路径规划系统和智能装卸系统；智能拣货系统对所有的货物进行分装处理，得到送货总数据；路径规划系统基于送货总数据，得到车辆送货的路径规划；智能装卸系统基于路径规划生成货物装车方案，并完成货物的装载。本申请避免了不必要的重复配送，大大提高了配送效率；降低运输成本。

Description

一种装配一体化智能配送方法和系统

技术领域

本申请属于物流运输规划设计领域，具体涉及一种装配一体化智 能配送方法和系统。

背景技术

快递最后一公里配送是快递抵达客户的最后一环，与客户紧密相 连，具有分散性、站点多、快递员多、客户多的特点。最后一公里问 题是困扰物流行业多年的难题，在有效提升仓储、运输、分拣等环节 的效率后，如何有效解决最后一公里的配送效率问题尤为重要。现有 技术一般采用面包车、三轮车或小型货车进行快递最后一公里的配送， 在这种情景下，具有两大痛点：一是多个配送地址时，货物为混装， 且堆积在一起，导致货物的拣选效率低下；二是装卸环节无自动化设 备，装卸的劳动强度较大。针对这些痛点，现有技术主要是在装卸环 节设置一些自动化设备，但是很少有研究提出对于车厢的改造，且没 有将硬件设施和软件算法结合起来。

发明内容

本申请提出了一种装配一体化智能配送方法和系统，对分散的货 物进行重新分拣，采用集中投放的原则，设计配送线路和相对应的装 车方案，实现便捷、自动装卸，大幅提高快递最后一公里配送的效率。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种装配一体化智能配送方法，包括如下步骤：

基于货物的送货信息，对所有的货物进行分装处理，得到送货总 数据，所述送货信息包括送货地址和客户信息，所述送货总数据包括 送货地址、客户信息和路径距离；

基于所述送货总数据，以最小化运输路径距离为目标，得到车辆 送货的路径规划，所述路径规划包括送货地址；

基于所述路径规划，按照后进先出的原则生成货物装车方案，并 完成所述货物的装载；

基于所述路径规划，对装载的货物进行送货，当车辆到达所述送 货地址时，将所述送货地址相应的客户的货物卸下。

可选的，同一客户的货物分装在一起，不同客户的货物不允许分 装在一起。

可选的，车辆送货的所述路径规划以车辆装载能力为限制条件。

可选的，所述最小化运输路径距离的函数表达式为

可选的，所述车辆装载能力的函数表达式为：

另一方面，为实现上述目的，本申请还公开了一种装配一体化智 能配送系统，包括智能拣货系统、路径规划系统和智能装卸系统；

所述智能拣货系统用于基于货物的送货信息，对所有的货物进行 分装处理，得到送货总数据，所述送货信息包括送货地址和客户信息， 所述送货总数据包括送货地址、客户信息和路径距离；

所述路径规划系统用于基于所述送货总数据，以最小化运输路径 距离为目标，得到车辆送货的路径规划，所述路径规划包括送货地址；

所述智能装卸系统用于基于所述路径规划，按照后进先出的原则 生成货物装车方案，并完成所述货物的装载，当车辆到达所述送货地 址时，将所述送货地址相应的客户的货物卸下。

可选的，所述分装处理为同一客户的货物分装在一个或多个标准 货箱中，不同客户的货物不允许分装在同一个标准货箱。

可选的，所述路径规划系统包括最小路径函数单元和车辆装载约 束单元；

所述最小路径函数单元中设置有所述最小化运输路径距离的函 数表达式，所述最小路径函数单元用于基于所述送货总数据，以最小 化运输路径距离，得到车辆送货的路径规划；

所述车辆装载约束单元中设置有车辆装载能力的函数表达式，所 述车辆装载约束单元用于约束所述路径规划。

可选的，所述智能装卸系统包括传送带和递送装置；

所述传送带为双向传送带，所述传送带用于传送并放置货物；

所述递送装置用于将所述货物递送至所述传送带上，或将所述货 物从所述传送带上卸下。

可选的，所述智能装卸系统位于多层货箱中；

所述多层货箱内以水平且相互平行的方式布置有多层传送带层；

所述传送带层由多条并行排列的所述传送带组成。

本申请的有益效果为：

本申请公开了一种装配一体化智能配送方法和系统，能够大幅提 高快递最后一公里配送的效率，通过对分散的货物进行重新分拣，以 送货地址为依据，采用集中投放的原则，设计送货线路，并按照后进 先出的原则制定出相对应的装车方案，能够保证在车辆到达客户节点 时避免重复装卸，直接将正确的包裹配送到客户节点，同时，集中配 送的方式，也避免了不必要重复配送，大大提高了配送效率；进一步 的，通过自动化的多层货箱设计，不仅充分利用了货箱的装载空间， 提高一次配送的满载率，降低运输成本，而且包裹的装卸过程都可以 通过自动传送，减少了人工工作量，大幅提高了装卸效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一的装配一体化智能配送方法流程示意图；

图2为本申请实施例二的装配一体化智能配送系统结构示意图；

图3为本申请实施例二的多层货箱整体结构示意图；

图4为本申请实施例二的多层货箱纵切图示意图；

图5为本申请实施例二的多层货箱透视图示意图；

图6为本申请实施例二的多层货箱顶视图示意图；

图7为本申请实施例二的不同车辆不同送货地点的路径规划结 果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

如图1所示，为本申请实施例一的装配一体化智能配送方法，主 要包括如下步骤：

S1.基于货物的送货信息，对所有的货物进行分装处理，得到送 货总数据，所述送货信息包括送货地址和客户信息，所述送货总数据 包括送货地址、客户信息和路径距离。

在本实施例中，该步操作在物流站点或者物流仓库完成，按照送 货地址和客户信息，对所有的货物进行分拣，将同一客户(或同一社 区)的货物分装在一起，由一个或多个标准货箱进行分装，不同客户 的货物不允许分装在同一个标准货箱。分装进标准货箱后，标记每一 个标准货箱的送货地址、客户信息和路径距离。

S2.基于所述送货总数据，以最小化运输路径距离为目标，规划 的过程中需要考虑车辆载重和装箱数量的限制，得到车辆送货的路径 规划，所述路径规划包括送货地址。

车辆路径规划的数据来源一方面来自于客户运输需求数据，也就 是每个客户的货箱数量。在仓库处，通过智能拣货系统将属于同一客 户的货物(如同一社区的快递)分装在标准化货箱中，同一客户的货 物可以用多个货箱分装，但不同客户的货物不能用同一货箱分装，因 此保证在配送过程中送达客户点的货物以标准化货箱为单位。货物分 装完成后生成客户运输需求数据，即各个客户点需要运输的标准货箱 数与标准货箱编号。

本申请的本质，可理解为一种含运力限制的车辆路径规划问题 (Capacitatedvehicle routing problem)，只是在这里存在两种运 力限制，一是不能超过货车的最大载重，二是不能超过货车的最大承 载货箱数。

在本实施例中，定义V＝{0,1,…n}表示节点集，其中节点0表示 仓库，节点1,…n表示n个客户。E＝{(i，j)|0≤i＜n，0≤j＜n，i≠j} 表示V中所有节点两两组成的边，边的距离定义为c_i,j>0。V和E共 同组成了无向图G＝(V,E)。每个客户i需要配送m_i个货箱，货箱用 B_ik(k＝1，...，m_i)来表示，每个货箱的重量为q_ik，每个客户处的货 箱总重量为

一个货车可以被分为a层，b列，c排， 每个货箱的位置分别由

表示，分别表示该货箱位于车辆 s(s∈S＝{s|s＝1，...，t})的车厢的第a_ik层，第b_ik列以及第c_ik排。 特别规定从车尾的视角来看，车厢最低层为第一层，最左列为第一列， 最靠近车头排为第一排。设配送中心有t辆货车，每辆货车承载量为 Q。定义如下两个0-1决策变量，x_ijs∈{0，1}和y_is∈{0，1}，如果车辆 s由i行驶到j，则x_ijs＝1，否则x_ijs＝0；如果客户i的货物由车辆s运 输，则y_is＝1，否则y_is＝0。

此时，该问题的核心即转变为CVRP(Capacitied VRP)问题的求 解，最小化运输路径距离的模型的函数表达式如式1：

为该模型设定约束条件：

公式(1)表明目标函数是最小化运输路径距离，公式(2)表明车 辆不能超载，公式(3)和公式(4)表明到达某一客户的车辆有且仅 有一辆，从某一客户离开的车辆也有且仅有一辆,公式(5)表示每个 客户的配送任务仅由一辆车完成。公式(6)表示一辆车最多只能装 载abc个货箱。

通过该模型进行求解可以得知车辆服务的客户以及服务的具体 路径，从而使得车辆的运行成本最小。

S3.基于所述路径规划，按照后进先出的原则生成货物装车方案， 并完成所述货物的装载。采用后进先出的装货原则，能够保证较晚配 送的客户的货箱不至阻碍较早配送的客户的货箱的卸载，避免了重复 装卸带来的时间和劳动力的浪费。

S4.基于所述路径规划，对装载的货物进行送货，每到达一个客 户点，自动的直接进行货物的卸载。

以最小化运输距离为目标，基于客户运输需求数据、各客户节点 以及仓库之间的距离、车辆运力等数据进行车辆路径规划。根据车辆 路径规划求解结果，按照LIFO原则，装车时优先装载最后配送的货 物，保证了配送时无需挪动其他客户的货物，即可直接自动卸下该客 户点的货物，避免了重复装卸带来的时间和劳动力的浪费。

实施例二

如图2所示，为本申请实施例二的装配一体化智能配送系统结构 示意图，主要由智能拣货系统、路径规划系统和智能装卸系统组成。

在本实施例中，智能拣货系统用于基于货物的送货信息，对所有 的货物进行分装处理，得到送货总数据，送货信息包括送货地址和客 户信息，送货总数据包括送货地址、客户信息和路径距离；路径规划 系统用于基于送货总数据，以最小化运输路径距离为目标，得到车辆 送货的路径规划，路径规划包括送货地址；智能装卸系统用于基于路 径规划，按照后进先出的原则生成货物装车方案，并完成货物的装载， 当车辆到达送货地址时，将送货地址相应的客户的货物卸下。

下面分别介绍这三个系统部分的具体功能或结构组成。

在本实施例中，智能拣货系统位于物流点或物流仓库，按照送货 地址和客户信息，对所有的货物进行分拣，将同一客户(或同一社区) 的货物分装在一起，由一个或多个标准货箱进行分装，不同客户的货 物不允许分装在同一个标准货箱。

路径规划系统随后对重新分拣打包的标准货箱进行统计，根据送 货地址，以最小化路径距离为目标，规划送货路线。同时在这个过程 中，还必须以车辆的装载能力为限制。因此，在本实施例中，路径规 划系统由最小路径函数单元和车辆装载约束单元构成。

其中，最小路径函数单元中设置有最小化运输路径距离的函数表 达式，基于送货总数据，以最小化运输路径距离，得到车辆送货的路 径规划；车辆装载约束单元中设置有车辆装载能力的函数表达式，用 于约束路径规划。车辆装载能力又包括两方面：一是不能超过货车的 最大载重，二是不能超过货车的最大承载货箱数，即不能超载运送。

在本实施例中，智能装卸系统由传送带和递送装置组成；其中传 送带为双向传送带，传送带用于传送并放置货物；递送装置用于将货 物递送至传送带上，或将货物从传送带上卸下。

为了配合自动传送带的货物传送和放置，本实施例设置了如图3 所示的多层货箱，将自动传送带和递送装置安装于其中。特别的，在 本实施例中，多层货箱内以水平且相互平行的方式布置有多层传送带 层，每层传送带层又由多条并行排列的传送带组成,，每条传送带上 又可划分多个放置位。多层货箱的纵切图如图4，透视图如图5所示， 顶视图如图6所示。

在本实施例中，货车车厢的长、宽、高分别为L,W,H,假设将车 厢分为m层，每一层安装n条传送带(传送带平行于货车的长边， 可双向传送)，每一层货架(shelf)的厚度为s，那么每层货架的高度 为

具体货架规格的设计要考虑实际业务场景，针对于电商快递等配 货服务场景，货件体积相对较小、服务客户数相对较多，货架设计时 货架层数和传送带的条数应相对较多，尽可能满足较多客户的配货需 求。本实施例的货箱共分为3层，每层可以横向放置两个标准货箱， 货箱由双向传送带进行装卸。每一层货架都安装有传送带，每两条传 送带运载一个标准货箱。这样设计的目的一方面是可以节省传送带材 料成本，另一方面是为运输各种规格的货箱提供可能，不限制运输货 箱的规格。

通过标准货箱对同一客户的货物进行装载，统一规定货箱的长度、 宽度和高度分别等于l,w和h，货箱的高度h应不超过每层货架的高 度h_s，货箱的宽度w应大于两条传送带之间的距离，且不超过车厢 宽度的一半(在理论设计中不考虑货箱材料的厚度)。对于更复杂的 情形，考虑到不同客户的货物量不同，可以制定多种(货箱长度)规 格的标准货箱，如制定三种长度的货箱，大中小三种长度货箱的长度 分别为l_b，l_m，l_s。此外，为了便于货箱的回收和运输，货箱为可折叠 设计，在使用完毕后折叠放置，减少空间占用，便于其他货箱的卸载。 进一步的，在每一个货箱上安装电子标签，记录货箱内货物所属地、 发往客户节点编号、运载车辆车牌号等信息，可在配货时通过手持设 备扫描电子标签完成配货。

以最小化运输距离为目标，基于客户运输需求数据、各客户节点 以及仓库之间的距离、车辆运力等数据进行车辆路径规划。根据车辆 路径规划求解结果，按照LIFO原则，装车时优先装载最后配送的货 物，一个简单的规则是，从车厢的第一层开始，按照车辆配送客户节 点顺序的逆序从里向外装货，第一层装满则从上一层开始继续装载， 直至所有货物装载完毕。通过以上规划过程，保证了配送时无需挪动 其他客户的货物，直接由传送带自动卸下客户点所需的货物，避免了 重复装卸带来的时间和劳动力的损失。

对于本申请实施例一、二可产生的技术效果，用下面的具体案例 予以说明。

一个快递点在某一时刻在城区内共有25个社区需要提供配货服 务，快递点以及25个社区的位置坐标如表所示，其中编号0表示仓 库位置。快递点在收到当日待配送的货物时，进行货物的分装，将待 配送至各个社区的货物分装在标准货箱中，同一个社区的货物可能由 多个货箱承载，但不同社区的货物不可以用同一个货箱承载，这保证 了每一个社区处的配送都以标准货箱为单位进行配送。货箱分装完成 后根据社区编号和货箱号进行编号，如1号社区共有两箱货，那么1 号社区的两个货箱分别编号为B₁₁,B₁₂，每一箱货物的重量经称重分 别为q₁₁,q₁₂，要向1号社区配送的货箱数为m₁＝2，货箱总重量为q₁₁+q₁₂。25个社区的货物需求总量(以货箱数为单位)及货物总重量 如表所示，其中，货物配送量单位为个，总重量单位为千克。

表1

表2

快递点处有10辆轻卡，这10辆轻卡搭载了本发明所设计的自动 化多层车厢以及装箱和路径规划算法。每辆轻卡货车(载重5吨)的 规格为：长4.2米×宽1.9米×高1.8米，共分为3层，每一层安装 4条传送带，每两条传送带传送一个货箱。假设每一层货架的厚度为 s＝0.1米，那么每层货架的高度为h_s＝0.5米。标准货箱的规格为长1 米，宽0.9米，高0.5米，那么一辆货车可以运输24个标准货箱。 通过构建CVRP模型，对车辆路径进行求解，求解结果如表所示，运 输路径如图7所示。

表3

在获得最优车辆路径之后，对每一辆车分别按照LIFO的原则进 行装车，具体装车逻辑是，从车厢的最底层开始，按照车辆配送客户 节点顺序的逆序从里向外装货，第一层装满则从上一层开始继续装载， 直至所有货物装载完毕。如车辆4按照17、8、16、20的顺序为这四 个社区提供配送服务，那么先装载20号社区的货箱(共1个)，放置 于4号车的(1,1,1)位置，即第一层(最底层)第一列(最左列)第 一排(最前排)的位置，接下来装载16号社区的货箱(共9个)，分 别装载于第一层的剩余七个位置以及第二层的(2,1,1)和(2,1,2)两个位置中，之后再装载8号社区的货箱(共10个)，分别装载于第二 层剩余的六个位置中，以及第三层(3,1,1)、(3,1,2)、(3,1,3)和 (3,1,4)四个位置中，最后装载17号社区的货箱(共4个)，装载于 第三层剩余四个位置中。装箱时只需要通过人工或叉车将货箱放置于 车尾，通过控制传送带实现车厢内的货箱归置。在进行货物配送的过 程中，基于算法结果快递员先服务17号社区，到达17号社区之后， 通过控制第三层传送带将17号社区的4个货箱卸载，放置于17号社 区的快递存放点中。随后，快递员再依次服务8号、16号、20号社 区，直至所有货物配送完毕。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本 申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普 通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本 申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种装配一体化智能配送方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于货物的送货信息，对所有的货物进行分装处理，得到送货总数据，所述送货信息包括送货地址和客户信息，所述送货总数据包括送货地址、客户信息和路径距离；

基于所述送货总数据，以最小化运输路径距离为目标，得到车辆送货的路径规划，所述路径规划包括送货地址；

基于所述路径规划，按照后进先出的原则生成货物装车方案，并完成所述货物的装载；

基于所述路径规划，对装载的货物进行送货，当车辆到达所述送货地址时，将所述送货地址相应的客户的货物卸下。

2.根据权利要求1所述的装配一体化智能配送方法，其特征在于，

同一客户的货物分装在一起，不同客户的货物不允许分装在一起。

3.根据权利要求1所述的装配一体化智能配送方法，其特征在于，

车辆送货的所述路径规划以车辆装载能力为限制条件。

4.根据权利要求3所述的装配一体化智能配送方法，其特征在于，

所述最小化运输路径距离的函数表达式为

5.根据权利要求3所述的装配一体化智能配送方法，其特征在于，

所述车辆装载能力的函数表达式为：

6.一种装配一体化智能配送系统，其特征在于，包括智能拣货系统、路径规划系统和智能装卸系统；

所述智能拣货系统用于基于货物的送货信息，对所有的货物进行分装处理，得到送货总数据，所述送货信息包括送货地址和客户信息，所述送货总数据包括送货地址、客户信息和路径距离；

所述路径规划系统用于基于所述送货总数据，以最小化运输路径距离为目标，得到车辆送货的路径规划，所述路径规划包括送货地址；

所述智能装卸系统用于基于所述路径规划，按照后进先出的原则生成货物装车方案，并完成所述货物的装载，当车辆到达所述送货地址时，将所述送货地址相应的客户的货物卸下。

7.根据权利要求6所述的装配一体化智能配送系统，其特征在于，

所述分装处理为同一客户的货物分装在一个或多个标准货箱中，不同客户的货物不允许分装在同一个标准货箱。

8.根据权利要求6所述的装配一体化智能配送系统，其特征在于，

所述路径规划系统包括最小路径函数单元和车辆装载约束单元；

所述最小路径函数单元中设置有所述最小化运输路径距离的函数表达式，所述最小路径函数单元用于基于所述送货总数据，以最小化运输路径距离，得到车辆送货的路径规划；

所述车辆装载约束单元中设置有车辆装载能力的函数表达式，所述车辆装载约束单元用于约束所述路径规划。

9.根据权利要求6所述的装配一体化智能配送系统，其特征在于，

所述智能装卸系统包括传送带和递送装置；

所述传送带为双向传送带，所述传送带用于传送并放置货物；

所述递送装置用于将所述货物递送至所述传送带上，或将所述货物从所述传送带上卸下。

10.根据权利要求9所述的装配一体化智能配送系统，其特征在于，所述智能装卸系统位于多层货箱中；

所述多层货箱内以水平且相互平行的方式布置有多层传送带层；

所述传送带层由多条并行排列的所述传送带组成。

Images