CN117077967A - 一种城市内计划性配送的分拣和装载系统 - Google Patents

一种城市内计划性配送的分拣和装载系统 Download PDF

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Abstract

一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，涉及仓储物流技术领域，所述的分拣和装载系统包含接单模块、sku设置模块、车辆设置模块、sku入库模块、订单分配模块、分拣指示模块、配送路线规划模块和装载指示模块。本发明的分拣和装载方法，能够避免同一个sku的多次分拣，同时能够减小每个sku的分拣路径/时间，并提供了一种装载方法，在一定程度上降低了在目的地卸货时的货物的反复装卸。

Description

一种城市内计划性配送的分拣和装载系统
技术领域
本发明涉及仓储物流技术领域，具体为一种城市内计划性配送的分拣和装载系统。
背景技术
城市内计划性配送，是指在城市内部，基于中心仓进行的有周期、规律性的配送，即配送需求不是随机产生的，而是提前计划的、或者以一个固定频率发生的配送。在计划性配送中，配送前的某个确定时间点(如：停止接单时间)，配送货物已经全部确定。而所谓中心仓，是相对于城市内的网格仓或前置仓而言的。中心仓一般面积较大，辐射半径为几十公里，甚至上百公里。这样的城市内计划性配送，占城市内部配送的相当比例。例如，每周固定时间的餐饮供应链服务的配送(为餐厅配送食材、饮料、耗材等等)，再比如街边的药店、便利店的周期性进货、补货，都是类似的城市内计划性配送。因为城市内计划性配送货物量相对较大，现有的快递体系(如顺丰、“三通一达”)从成本上和时效上都无法解决类似的配送问题。
城市内计划性配送体系的特点有，配送目的地点位的密度相对较高(如街边的餐饮店)；目的地点位的货物相对较多；货物的sku(Stock Keeping Unit)种类重复的较多(也就是各目的地点位对配送货物的需求种类较为一致)，同时每个目的地的货物不会用额外包装区隔。例如某个目的地的货物总计10箱，这10箱并不会被集中再次包装到一起，而是到了目的地点位直接卸载这10箱货物。
上述配送在流程上涉及在中心仓内待配送货物的分拣、车辆的分配和装载。如果在整个流程中数据化、智能化程度低，流程设计不合理，就会导致效率低下及资源的浪费。
目前较为类似的产品通常是针对快递类型订单的配送线路生成方法，如CN106327010一种订单配送线路生成方法及装置，通常不适用于城市内计划性配送的分拣和配送流程。
首先，城市内计划性配送对配送周期的稳定性要求较高。通常这样的配送涉及的是供应链服务，那么对配送服务的要求是规律的周期性配送，也就是“稳定”。而快递订单通常对时效的要求较高，也就是“快”。
其次，城市内计划性配送通常涉及的是供应链服务，而不是个人消费品，所以货物需求量通常较多、体积较大、或者重量较重。
由于城市内计划性配送具有上述两个重要特征，因此无论从适用性上、还是从成本的角度考虑，城市内计划性配送通常不会采取快递配送的形式。城市内计划性配送的形式通常是在城市内设置仓库，在仓库的辐射范围内进行多目的地点位的配送。这涉及到货物在仓库的存放、分拣和配送过程。而快递订单是独立的包裹，包裹内容已经由寄件人分拣完成，并不涉及任何分拣流程。因此现有的配送线路生成方法无法对分拣出仓过程提供数据化、智能化指导。
此外，现有的产品通常在订单线路规划方法当中不会考虑车辆的货物装载顺序。而城市内的计划性配送通常货物体积较大，配送点位较多，就必须要考虑货物的装载顺序。如果不考虑货物的装载顺序，就会出现到达配送点位时待卸货物不在车门附近，造成货物的反复装卸的情况。因此现有的配送线路生成方法无法对货物的装载顺序和方式提供数据化、智能化指导。
类似于如CN115759407基于分拣系统的多维度调度方案优化方法、系统和存储介质也不适用于城市内计划性配送。发明CN115759407是针对轻小包裹的分拣。该分拣系统的分拣过程是首先从上件区取得包裹、然后将属于相同订单中的不同的包裹放置在同一个周转料箱内，最后运至装箱区域装箱。其优化空间是周转料箱的放置位置、分拣搬运机器人和料箱搬运机器人的调度。待分拣的包裹是随机放置在上件区的，也就是分拣过程的优化空间并不包含待分拣的包裹应以何种方式放置、以何种方式获得。在本发明所述的问题中，城市内计划性配送是基于中心仓的，也就是待分拣的货物是大范围分布在仓储空间内的，那么以何种方式、何种路径取得这些待分拣的货物是重点优化的对象。
其次，针对轻小包裹的分拣优化方法不适用于当前所述问题的另外一个原因是，在城市内计划性配送中，通常配送货物的体积较大，属于同一配送线路不同订单的货物在分拣完成后，不会再次进行包装分隔。原因一是成本因素，再次包装区隔会产生额外的成本，二是需要有效利用运输车辆的空间。所以这些分拣好的订单，在货物装载到配送车辆上后又会被打乱。所以装载前的“逐单分拣”是没有意义的。在这种情形下，实际的“逐单分拣”发生在到达目的地之后卸货的过程。
如上所述，城市内计划性配送并不会采用快递配送的形式。在传统的城市内计划性配送领域，大多数还是采用按订单分拣，手动分单，调度员人工排线的方式。通常的操作方式是先由调度员根据对地图和路线的熟悉程度，或者根据地址的行政区域进行人工的分单，以确定配送车辆。在此过程中，对车辆的负载限制，无论是重量还是体积，是根据过往的经验采取预估的方式。为防止车辆在装载时才发现重量超载、或者发生体积过大无法装载，实际操作中都会采用较为保守的预估方式，以避免“牵一发而动全身”，也就是一辆车的调整引起连锁的反应，造成多辆车都需要连锁地进行调整。而保守的预估方式，通常会造成装载车辆载重或者空间上的浪费，造成物流成本的上升。与此同时，由于订单向各车辆的分配是由调度员人工进行的，分配的准确性和合理性重度依赖于调度员的个人能力和经验。不仅如此，人工分单也很难持续性获得订单分配的最优解。
调度员在进行订单分配后，接下来是针对车辆的按订单逐单分拣。传统的逐单分拣的效率通常是十分低下的。例如，分拣员逐单分拣时，订单o1包含sku1 5件，sku210件，分拣员要分别到达sku1和sku2的存储库位上，分别取到相应数量的两种sku，并放置在待出库区域。当分拣到订单o2时，订单o2包含sku25件，sku310件sku46件时，分拣员要再次到达sku2、sku3和sku4的存储库位上，分别取到相应数量的三种sku。依次类推。上文曾提到，城市内计划性配送领域，通常对sku的需求种类是较为一致的。所以分拣员逐单分拣时，订单中有许多重复的sku。不同订单中每个重复的sku，分拣员都要到同一个库位上反复取得该sku，导致了效率的损失。同时，由于城市内计划性配送的货物体积相对较大，订单分拣过后并不会将订单中的货物进行包装分隔。也就是说，当分拣好的订单装载到配送车辆上时，这些货物的顺序是无法被记录、或者按区域分隔装载的，也就是说，装载时这些货物又会被打乱。这样的逐单分拣不仅耗时长、重复相同的分拣动作，这些逐单分拣的结果也无法被保留。
分拣完毕后进行的是车辆的装载。在装载过程中，如果货物的密度较大，车辆的载重量条件先被满足时(体积未装满)，货物的摆放顺序对效率的影响相对较小。如果货物的密度相对较小，体积较大时，货物的摆放顺序对效率的影响相对较大。这是由于车辆体积满载(装满)时，车辆在城市内进行配送，如果配送路线上靠前的目的地的货物装载在车厢里侧，那么车辆在卸载货物时的效率是非常低的。传统的操作方式在货物装载时通常不会有装载顺序的区分，那么货物的装载顺序和配送路线上目的地的货物需求之间的对应是非常随机的。在实际操作当中，每个目的地点位的卸货过程都可能涉及到多种货物的反复装卸，造成效率的损失。
在城市内计划性配送领域，还有一种更加传统的配送方式。这种方式首先提前预估货物的种类和数量，然后通过在区域范围内“巡店”，根据客户的要求当场进行货物卸载。这种方式的缺点和不足更为显而易见。首先，计划性的配送中，不同的目的地点位对于货物需求的周期性是各不相同的。例如，有些点位对货物的需求是2次/周，有些点位对货物的需求是1次/月。“巡店”的方式只能以固定的周期访问这些需求点，无法满足更多或更少的需求频率。另外，由于对货物的需求数量是无法被精准预测的，所以在需求点位上经常出现“缺货”的情况。例如，在目的地点位1的对skui的需求量较平时的需求大幅增加，就会导致后续目的地点位对skui的需求无法满足(缺货)。更进一步地，这样的方式只能管理少量的sku。sku数量一旦超过一定数量(实际操作中通常不超过5个sku)，预估数量、提前装载的方式很难实施，因为预估数量的难度进一步加大，会造成预估数量(也就是提前装载在车辆上的货物数量)与目的地点位的需求的严重不匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市内计划性配送的分拣和装载系统。
本发明针对城市内计划性配送体系的特点，简化了分拣过程，不再按订单分拣，而采用按sku分拣的方式，避免了sku的重复分拣；同时依据sku的入库库位规划分拣顺序，减少了sku分拣的路径/时间。同时，在货物装载时进行分批装载，提高了在目的地点位卸货时的卸货效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明一种城市内计划性配送的分拣和装载系统包含接单模块、sku设置模块、车辆设置模块、sku入库模块、订单分配模块、分拣指示模块、配送路线规划模块和装载指示模块；
接单模块记录订单的sku种类及数量，配送地址的经纬度；
sku设置模块设置每种sku的质量和体积；
车辆设置模块设置每辆物流车的载重和空间；
sku入库模块记录每个sku的仓库中的库位；
订单分配模块根据订单的目的地经纬度，sku的种类及数量，及物流车辆的载重及空间作为约束条件进行订单向每辆物流车辆的分配。
优选的，所述的订单的内容包含该订单待配送的每种sku的数量cio，以及该订单的目的地位置(经度lngo和纬度lato)。
优选的，所述的sku设置模块的作用是设置该仓库中每种sku的质量mi，体积vi。
优选的，所述的车辆设置模块的作用是设置该仓库配置的每辆物流车辆的载重量Mk，体积Vk。
优选的，所述的sku入库模块的作用是设置skui的库位位置Pi。
skui的库位位置Pi是仓库中的实际物理位置的一种映射，其大小反应了仓库中sku实际的物理位置的顺序。
优选的，订单分配模块的作用是将接收到的所有待配送订单分配到该仓库配置的每辆物流车辆上。
优选的，所述的订单分配模块接收接单模块中的所有订单。并接收sku设置模块中每种sku的质量mi，体积vi，以及车辆设置模块中每辆物流车辆的载重量Mk，体积Vk。在进行分配时，订单分配模块考虑每张订单的经纬度，并以车辆的载重量Mk，体积Vk作为约束条件进行分配。订单分配模块的输出是每辆物流车的待配送订单的集合Ok。
优选的，所述的分拣指示模块的作用是指示每个sku分拣的数量以及如何分拣。分拣指示模块接收订单分配模块分配好的每辆物流车辆待配送的订单的集合Ok，并接收每个sku在仓库里的库位位置Pi。
进一步优选，所述的分拣指示模块会按库位的Pi的大小对sku进行排序，作为分拣的顺序。分拣时，分拣指示模块会给出skui在分拣区需要取得的数量Ci，以及在每辆物流车的sku出库区需要卸下的数量Cik。
优选的，所述的配送路线规划模块的作用是规划每辆物流车配送的线路。在配送线路规划模块中可以获得每辆物流车到达目的地的先后顺序。
优选的，所述的装载指示模块的作用是对每辆物流车的装载顺序和方式给出指导。
进一步优选，所述的装载指示模块接收配送规划模块中每辆物流车到达目的地的先后顺序，并将目的地划分为两个批次，前Z个目的地和后Y-Z个目的地。然后对这两个批次中的sku按照排序指数λik进行排序。装载时，先装载后Y-Z个目的地的sku(装载在里侧)。具体地，每个sku的装载顺序按计算出的排序指数λik1进行装载。后装载前Z个目的地的sku(装载在外侧)，具体地，每个sku的装载顺序按计算出的排序指数λik2进行装载。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的分拣和装载方法，能够避免同一个sku的多次分拣，同时能够减小每个sku的分拣路径/时间，并提供了一种装载方法，在一定程度上降低了在目的地卸货时的货物的反复装卸。
附图说明
图1为本发明一种城市内计划性配送的分拣和装载系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中展示的10张订单中的sku及数量示意图；
图3为本发明实施例中sku的库位排序的结果示意图；
图4为本发明实施例中分拣员或分拣机器人按照排序开始分拣sku状态结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种技术方案：如附图1所示，本实施例包含的模块有接单模块、sku设置模块、车辆设置模块、sku入库模块、订单分配模块、分拣指示模块、配送路线规划模块和装载指示模块。
其中，接单模块接收待配送的订单，或生成需周期性配送的订单，总数为N。订单内容包含sku的种类和数量cio，以及收货地的经纬度(lngo，lato)。由于配送是计划性的，所以在确定的时间点(停止接单时间)，待配送的订单是确定的。这些订单会在该确定时间进入订单分配模块。sku设置模块的功能是设置仓库内入库的每种sku的质量和体积，即设置skui的质量为mi，体积为vi。车辆设置模块的功能是设置仓库配置的每辆物流车辆k的载重量Mk和运载体积Vk。sku和车辆的信息会作为订单分配模块在进行订单分配时的约束条件，也就是说，分配到每辆物流车上的sku的质量总和不能超过车辆的总载重量，同时，分配到每辆物流车上的sku的体积总和不能超过车辆的总运载体积。即对于任意物流车辆k上的xk种sku，应满足
其中Cik为skui在车辆k上的数量。
通常情况下，如果货物的密度较大，那么运载质量的约束条件会先被满足。如果货物的密度较小，那么运载空间的约束条件会先被满足。
订单分配模块将订单分配至每一辆物流车辆之后，这些被分配好的订单，连同skui在仓库的库位信息Pi会进入分拣指示模块。库位信息Pi是通过sku入库模块设置的，也就是，每个skui在入库时，都要指定其入库库位Pi。分拣指示模块会遍历所有sku。对于skui，首先获取物流车辆k待配送的订单中skui的总数量Cik：
其中cio是订单o中的skui的数量，Ok是分配在物流车辆k上的订单的集合。
然后获取所有物流车辆上skui的总数量Ci，
也可以通过本次所有待分拣的全部订单(总数为N)中skui的总数获得Ci：
然后将遍历完成的所有sku按库位Pi排序：
skup，…，skui，…skuq
满足
Pp≤…≤Pi≤…≤Pq
其中Pi是skui在仓库中的库位。Pi是skui在仓库中的物理位置的一种映射，其大小反应了仓库中sku实际物理位置的顺序。
如图2所示。本实施例展示了10张订单中的sku及数量。实施例中每张订单中的sku种类不超过2种，但在实际应用中，sku的种类数量没有限制。这些订单被分配到3辆车上。其中订单编码2、5、7被分配到车辆1，订单编码1、3、10被分配到车辆2，订单编码4、6、8、9被分配到车辆3。分拣指示模块随后遍历所有sku，从sku1开始。分配到车辆1上的订单2、5、7中的sku1的总数量是4，分配到车辆2上的订单1、3、10中的sku1的总数量是3，分配到车辆3上的订单4、6、8、9中的sku1的总数量是0。全部待配送订单中的sku1的总数量是7。类似地，分配到车辆1上的订单2、5、7中的sku2的总数量是0，分配到车辆2上的订单1、3、10中的sku2的总数量是3，分配到车辆3上的订单4、6、8、9中的sku2的总数量是16。全部待配送订单中的sku2的总数量是19。依次类推获取到全部sku的总数量及分配在各车辆上的总数量。
后续分拣指示模块将每个sku依据其库位Pi进行排序。skui的库位Pi是仓库中的skui的实际物理位置的一种映射，其大小反应了仓库中sku的物理位置的顺序。这个过程的一个实施例如图3所示。依据sku的库位排序的结果为sku4，sku7，sku8，sku1，sku2，...。其中sku4，sku7，sku8属于通道A，sku1，sku2属于通道B，以此类推。
至此，分拣的顺序已全部确定。实际分拣过程中，由分拣员或分拣机器人，按照排序开始分拣sku。这个过程的一个实施例如图4所示。对于skui，分拣员在分拣区先取得本次所有待分拣的全部订单中skui的总数Ci，然后行进到出库区，遍历每辆物流车辆的sku出库区。在第k辆物流车的出库区，卸下物流车辆k待配送的全部订单中skui的总数量Cik。流程执行正确的情况下，遍历完成时，取得的skui的数量全部被分配到各车辆的出库区。随后全部sku遍历完成后，每辆车的全部待配送sku都会被正确放置在sku出库区。
分拣全部完成后，分配到每辆物流车的所有订单，会根据目的地的经纬度进行线路的规划。线路规划过程会确定目的地点位到达的先后顺序。假设物流车辆k待配送的全部订单总数为Y，并假定Y张订单的目的地均为不同目的地，也就是目的地的数量也为Y。如果有相同目的地的情况，可以先对订单做提前处理，将同一目的地的订单进行合并。
根据线路的规划，共Y个目的地会被划分为两个批次，前Z个目的地，和后Y-Z个目的地。分拣好的sku在装载时，会根据每个sku在两个批次中的体积占比进行装载。后Y-Z个目的地的订单先装载(装载在车厢里侧)，前Z个目的地的订单会后装载，装载在车厢外侧。具体地，对于后Y-Z个目的地的订单中包含的skui，我们计算装载排序指数λik1
其中，Cik1是skui在后Y-Z个目的地的订单中的总数量，即
vi是skui的体积。Vk是当前车辆k的装载体积。
同样，对于前Z个目的地的订单中包含的skui，我们计算装载排序指数λik2
其中，Cik2是skui在前Z个目的地的订单中的总数量。即
装载指示模块先对后Y-Z个目的地的订单中的所有sku依据λik1进行排序，决定每个sku的装载顺序。然后再对前Z个目的地的订单中的所有sku依据λik2进行排序，决定每个sku的装载顺序。至此，车辆k的全部sku装载顺序已全部确定。以此类推，可以确定所有车辆的装载顺序。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的分拣和装载系统包含接单模块、sku设置模块、车辆设置模块、sku入库模块、订单分配模块、分拣指示模块、配送路线规划模块和装载指示模块；
接单模块记录订单的sku种类及数量，配送地址的经纬度；
sku设置模块设置每种sku的质量和体积；
车辆设置模块设置每辆物流车的载重和空间；
sku入库模块记录每个sku在仓库中的库位；
订单分配模块根据订单目的地的经纬度，sku的种类及数量，及物流车辆的载重及空间作为约束条件进行订单向每辆物流车辆的分配。
2.根据权利要求1所述的城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的接单模块中订单的内容包含该订单待配送的每种sku的数量cio，以及该订单的目的地位置，包含经度lngo和纬度lato。
3.根据权利要求2所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的sku设置模块设置该仓库中每种sku的质量mi，体积vi。
4.根据权利要求3所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的车辆设置模块设置该仓库配置的每辆物流车辆的载重量Mk，体积Vk。
5.根据权利要求4所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的sku入库模块设置skui的库位位置Pi，其中skui的库位位置Pi是仓库中skui的实际物理位置的一种映射，其大小反应了仓库中sku实际物理位置的顺序。
6.根据权利要求5所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的订单分配模块接收接单模块中的所有订单，并接收sku设置模块中每种sku的质量mi，体积vi，以及车辆设置模块中每辆物流车辆的载重Mk，体积Vk，在进行分配时，订单分配模块考虑每张订单的经纬度，并以车辆的载重Mk，体积Vk作为约束条件进行分配，订单分配模块的输出是每辆物流车的待配送订单的集合Ok。
7.根据权利要求6所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的分拣指示模块指示每个sku分拣的数量以及如何分拣，分拣指示模块接收订单分配模块分配好的每辆物流车辆待配送的订单集合Ok，并接收每个sku在仓库里的库位位置Pi。
8.根据权利要求7所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的分拣指示模块会按库位的Pi的大小对sku进行排序，作为分拣的顺序，分拣时，分拣指示模块会给出skui在分拣区需要取得的数量Ci，以及在每辆物流车的sku出库区需要卸下的数量Cik。
9.根据权利要求8所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的配送路线规划模块的作用是规划每辆物流车配送的线路，在配送线路规划模块中可以获得每辆物流车到达目的地的先后顺序。
10.根据权利要求9所述的一种城市内计划性配送的分拣和装载系统，其特征在于：所述的装载指示模块的作用是对每辆物流车的装载顺序和方式给出指导；
装载指示模块接收配送规划模块中每辆物流车到达目的地的先后顺序，并将目的地划分为两个批次，前Z个目的地和后Y-Z个目的地；然后对这两个批次中的sku按照排序指数λik进行排序，装载时，先装载后Y-Z个目的地的sku；具体地，每个sku的装载顺序按计算出的排序指数λik1进行装载；后装载前Z个目的地的sku，具体地，每个sku的装载顺序按计算出的排序指数λik2进行装载。
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