卷煙物流中心分揀作業(yè)柔性調(diào)度策略研究與應(yīng)用

1  研究背景

隨著異型煙銷量呈井噴式增長，按照“十四五”銷售規(guī)劃，到“十四五”末，異型煙銷量達(dá)到5萬箱/年。隨著銷售任務(wù)結(jié)構(gòu)的變化，物流生產(chǎn)的主要矛盾已經(jīng)由最初的產(chǎn)能不足轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)能不平衡、不充分，給物流分揀生產(chǎn)安排工作帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，不同崗位的實(shí)際作業(yè)時(shí)長相差較大，且隨著異型煙持續(xù)增長還存在擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)。

為解決異型煙分揀產(chǎn)能不足和不平衡，一般采取新建異型煙分揀線或新增物流作業(yè)人員的方式來緩解生產(chǎn)壓力，但該方法降低了運(yùn)行效率，對空間預(yù)留要求較高，考慮到項(xiàng)目建設(shè)的周期性和銷售政策的不確定性，增加資源投入保障物流生產(chǎn)的方法對于大部分卷煙物流中心并不適用。

本研究以浙江省某市煙草商業(yè)企業(yè)物流中心分揀作業(yè)為例，基于現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，通過“管理+技術(shù)”的手段，運(yùn)用數(shù)據(jù)模型，智能計(jì)算最優(yōu)生產(chǎn)模式和資源配置，在“零投入”的情況下，構(gòu)建柔性分揀策略，提升卷煙的分揀效率，為煙草商業(yè)企業(yè)物流分揀作業(yè)提供了有益的探索和借鑒。

2  文獻(xiàn)研究

所謂柔性管理是對“穩(wěn)定和變化”同時(shí)進(jìn)行管理的新戰(zhàn)略,是倡導(dǎo)企業(yè)主動(dòng)適應(yīng)變化、制造變化、利用變化以提高自身在動(dòng)態(tài)環(huán)境下競爭性的管理思想。[1]柔性管理可以分為系統(tǒng)柔性改造和制定柔性策略，由于系統(tǒng)柔性改造成本較高，目前，越來越多的研究傾向于柔性策略。

對于卷煙分揀策略的研究主要包括兩個(gè)方面。一是從不同的功能模塊分析了分揀策略的類型，如分成分揀模式選擇、任務(wù)調(diào)度策略、備煙策略和優(yōu)化煙倉策略等[3]。或者提出改造補(bǔ)貨小車結(jié)構(gòu)和調(diào)整分揀線品規(guī)優(yōu)化的策略[4]。另外一方面是從解決問題入手，例如運(yùn)用仿真工具Plant Smulation 構(gòu)建柔性分揀系統(tǒng)模型，并且設(shè)計(jì)了虛擬托盤算法進(jìn)行仿真分析[5]。通過建立時(shí)間模型改善分揀工作提升物流中心的分揀效率[6]。

調(diào)度是指根據(jù)作業(yè)計(jì)劃和實(shí)際情況，對資源、人員、設(shè)備等進(jìn)行合理分配和安排，使其協(xié)調(diào)運(yùn)作，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和效果的過程。調(diào)度問題屬于比較典型的組合優(yōu)化問題，調(diào)度所要解決任務(wù)或作業(yè)的次序問題，以及資源的分配問題，其屬于離散空間的非數(shù)值優(yōu)化問題，隨著調(diào)度問題規(guī)模的增加，如任務(wù)和資源數(shù)量的增加，調(diào)度問題的求解也愈加困難，絕大多數(shù)調(diào)度問題是問題，有的甚至是強(qiáng)問題，它們幾乎不可能有多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度的最優(yōu)求解算法。調(diào)度問題的核心是模型和算法。

3  案例介紹

3.1  某市煙草物流中心分揀線情況

目前，某市煙草物流中心共有5條分揀線，其中，標(biāo)準(zhǔn)分揀線三條，產(chǎn)能約50000條/小時(shí)；新異型煙分揀線一條，平季產(chǎn)能約3000條/小時(shí)，啟動(dòng)老線進(jìn)行小訂單切割的情況下產(chǎn)能約3800條/小時(shí)，高峰期產(chǎn)能約4500條/小時(shí)；老異型煙分揀線一條，平季產(chǎn)能約2500條/小時(shí)，高峰期產(chǎn)能約3000條/小時(shí)。

分揀線班組現(xiàn)有作業(yè)人員包括：三條標(biāo)準(zhǔn)線每線8人，其中電控員（組長）1人，立式機(jī)填倉員1人，碼包員2人，巡線員1人，開箱工3人；新異型煙分揀線6人，其中電控員1人，碼包員2人，備貨上架1人，填倉員2人；老異型煙分揀線0人。

3.2  生產(chǎn)模式

煙草物流中心傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式為固定的“三標(biāo)一異”生產(chǎn)模式，人員固定在四條分揀線的各個(gè)崗位。要實(shí)現(xiàn)柔性管理，就是要打破既有模式，引入“2.5標(biāo)1.5異”、“兩標(biāo)一異”、“兩標(biāo)兩異”等生產(chǎn)模式，根據(jù)銷售任務(wù)，動(dòng)態(tài)確定生產(chǎn)模式，并對應(yīng)開展崗位作業(yè)人員安排。

3.3  柔性調(diào)度規(guī)則

本研究利用每日分揀線運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，對各分揀線效率的設(shè)定假設(shè)如下：若選擇“三標(biāo)一異”模式，標(biāo)準(zhǔn)煙生產(chǎn)效率參照當(dāng)日分揀線效率記錄，否則根據(jù)參考效率設(shè)定；若選擇僅使用新異型煙分揀線的特定模式，新異型煙分揀效率參照當(dāng)日記錄（因老異型煙分揀線不投入分揀作業(yè)，不影響新異型煙分揀效率），否則根據(jù)參考效率設(shè)定；老異型煙分揀效率均根據(jù)參考效率設(shè)定。最終設(shè)計(jì)了柔性調(diào)度規(guī)則，見下表：

表1 某市煙草物流中心柔性調(diào)度規(guī)則

時(shí)間 生產(chǎn)模式 觸發(fā)條件 任務(wù)調(diào)度 人員調(diào)度 參考效率 預(yù)計(jì)產(chǎn)能

高峰期 “三標(biāo)兩異” 固定模式 1、類標(biāo)煙量最大的五個(gè)品規(guī)轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)線；

2、標(biāo)準(zhǔn)線按照總量均衡、中轉(zhuǎn)區(qū)域分量均衡原則分配；

3、若新異型煙預(yù)測分揀結(jié)束時(shí)間超過額定時(shí)間，則兩條異型煙按照結(jié)束時(shí)間相同分配任務(wù)。 標(biāo)準(zhǔn)線(三條） 現(xiàn)有班組人員加臨時(shí)輔助人員 54000條/小時(shí) 477000條

老異型煙線 機(jī)動(dòng)人員加臨時(shí)輔助人員 3000條/小時(shí) 17500條

新異型煙線 現(xiàn)有班組人員加臨時(shí)輔助人員（部分崗位視情與老線輪換作業(yè)避免疲勞作業(yè)） 4500條/小時(shí) 40500條

平季 “三標(biāo)一異” 初始模式 1、類標(biāo)煙量最大的五個(gè)品規(guī)轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)線；

2、標(biāo)準(zhǔn)線按照總量均衡、中轉(zhuǎn)區(qū)域分量均衡原則分配。 標(biāo)準(zhǔn)線（三條） 現(xiàn)有班組人員 50000條/小時(shí) 275000條

新異型煙線 現(xiàn)有班組人員 3000條/小時(shí) 17000條

“兩標(biāo)一異” 預(yù)測結(jié)束時(shí)間不超過16:30，且標(biāo)準(zhǔn)煙在15萬條以內(nèi) 1、類標(biāo)煙量最大的五個(gè)品規(guī)轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)線；2、兩條標(biāo)準(zhǔn)線按照總量均衡、中轉(zhuǎn)區(qū)域分量均衡原則分配。3、“兩標(biāo)一異”生產(chǎn)模式下，周二至周四采用兩條標(biāo)準(zhǔn)線分揀，三條標(biāo)準(zhǔn)線分別安排一天年休。 標(biāo)準(zhǔn)線（兩條） 現(xiàn)有班組人員 30000條/小時(shí) 150000條

新異型煙線 現(xiàn)有班組人員 3000條/小時(shí) 17000條

“2.5標(biāo)1.5異” 預(yù)測結(jié)束時(shí)間超過16:30，且標(biāo)異線預(yù)測結(jié)束時(shí)差1.5小時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)線按照每條線8萬條左右的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分配，中轉(zhuǎn)地區(qū)任務(wù)均衡分配至標(biāo)準(zhǔn)線；機(jī)動(dòng)組上午承擔(dān)老異型煙4000條左右異型煙（小訂單切割產(chǎn)生）的分揀任務(wù)，下午承擔(dān)剩余標(biāo)準(zhǔn)煙分揀任務(wù)，若無，則下班；新異型煙線分揀其余異型煙分揀任務(wù)。 標(biāo)準(zhǔn)線（兩條） 現(xiàn)有兩條標(biāo)準(zhǔn)線作業(yè)人員 33000條/小時(shí) 160000條

機(jī)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)線 輪流設(shè)置其中一條標(biāo)準(zhǔn)分揀線為機(jī)動(dòng)組（8人），下午分揀剩余標(biāo)準(zhǔn)煙。機(jī)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)線上午訂單下載優(yōu)化工作由標(biāo)準(zhǔn)線電控員負(fù)責(zé)，C類煙補(bǔ)貨整理由巡線員負(fù)責(zé)。（暫定） 16500條/小時(shí) 55000條

老異型煙線 機(jī)動(dòng)組（8人），由機(jī)動(dòng)組組長負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)。中轉(zhuǎn)異型煙分組裝籠，由拉籠員負(fù)責(zé)拉至中轉(zhuǎn)交接區(qū)。 2500條/小時(shí) 4000條

新異型煙線 現(xiàn)有班組人員 3800條/小時(shí) 21500條

“兩標(biāo)兩異” 預(yù)測結(jié)束時(shí)間仍超過16:30，且標(biāo)準(zhǔn)煙在16萬條以下 兩條標(biāo)準(zhǔn)線按照“總?cè)蝿?wù)均衡、中轉(zhuǎn)地區(qū)任務(wù)均衡”的原則均衡承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)煙分揀任務(wù)；新異型煙分揀線按照16:30分完成分揀的標(biāo)準(zhǔn)分配任務(wù)；老異型煙分揀線承擔(dān)其余異型煙分揀任務(wù)。若老異型煙剩余任務(wù)少于6000條，則老異型煙線按6000條分配，其余分配至新異型煙線；若老異型煙預(yù)測結(jié)束時(shí)間超過16:30，則兩條異型分揀線按照相同時(shí)間結(jié)束原則分配任務(wù)。 標(biāo)準(zhǔn)線（兩條） 現(xiàn)有兩條標(biāo)準(zhǔn)線作業(yè)人員 33000條/小時(shí) 160000條

新異型煙線 現(xiàn)有班組人員 3800條/小時(shí) 21500條

老異型煙線 機(jī)動(dòng)組（8人），由機(jī)動(dòng)組組長負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)。中轉(zhuǎn)異型煙分組裝籠，由拉籠員負(fù)責(zé)拉至中轉(zhuǎn)交接區(qū)。 2500條/小時(shí) 12500條

3.4  基于數(shù)據(jù)模型的柔性調(diào)度

管理調(diào)度人員根據(jù)銷售任務(wù)確定相應(yīng)的作業(yè)模式，但是由于調(diào)度策略涉及的變量較多，用人工的方式去計(jì)算一方面效率很低下，另一方面調(diào)度結(jié)果在合理性上也會(huì)存在偏差，為此，需要通過數(shù)據(jù)建模來開展智能調(diào)度。

將配送中心在生產(chǎn)平季的作業(yè)模式?jīng)Q策問題數(shù)學(xué)模型化，設(shè)可行的作業(yè)模式方案共有種，而第種生產(chǎn)模式需使用條類分揀線，其中，為分揀線類型集合，分別對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)煙、新異型煙、老異型煙類型。如果讓對應(yīng)“三標(biāo)一異”模式，則。令分別代表第種作業(yè)模式下分配給第類分揀線的卷煙分揀量和此時(shí)的分揀效率。注意到對標(biāo)準(zhǔn)煙分揀線（），與作業(yè)模式無關(guān)，但當(dāng)兩類異型煙分揀線同時(shí)使用時(shí)，分揀量在二者之間的分配情況與具體的作業(yè)模式（的取值）有關(guān)。

以“兩標(biāo)兩異”生產(chǎn)模式為例，新異型煙分揀線按照16:30分完成分揀的標(biāo)準(zhǔn)分配任務(wù)；若老異型煙剩余任務(wù)少于6000條，則按6000條分配，其余分配至新異型煙線；若老異型煙預(yù)測結(jié)束時(shí)間超過16:30，則兩條異型分揀線按照相同時(shí)間結(jié)束原則分配任務(wù)。此時(shí)可計(jì)算出第種作業(yè)模式下第類分揀線的平均作業(yè)時(shí)間。令作為模型的二值決策變量，即代表是否選擇第種作業(yè)模式，代表選擇第種作業(yè)模式；反之。

作業(yè)模式預(yù)排的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各工作班組任務(wù)均衡，最小化不同分揀線工作時(shí)間差異。

需要選擇合適的使得如下不等式組盡量成立：

絕對值中的表達(dá)式代表任意兩類分揀線的工作時(shí)間差（如代表標(biāo)準(zhǔn)線分揀平均時(shí)間）。參數(shù)表示工作時(shí)間差應(yīng)滿足的上界，其具體數(shù)值可靈活選擇，如可設(shè)定為30分鐘。表示第類分揀線的工作時(shí)間上限，如一般而言應(yīng)要求各條分揀線在下午16:30分之前完成任務(wù)。

事實(shí)上，同時(shí)滿足所有約束條件的作業(yè)模式選擇方案可能并不一定存在，各約束條件的重要性業(yè)不盡相同。假如生產(chǎn)管理人員更關(guān)注不同類型分揀線工作時(shí)間的差異，而允許一定范圍內(nèi)的加班工作，將允許不等式約束在一定范圍內(nèi)的松弛，構(gòu)建目標(biāo)規(guī)劃模型，以賦予模型更多柔性。

作業(yè)模式預(yù)排原問題共有6個(gè)不等式約束和一個(gè)必須滿足的等式硬約束，設(shè)第個(gè)不等式約束的正向和負(fù)向偏差分別為和，相應(yīng)賦予的權(quán)重分別為和。以第4個(gè)不等式為例，若標(biāo)準(zhǔn)線平均工作結(jié)束時(shí)間提前于額定下班時(shí)間，可認(rèn)為是實(shí)際提前的時(shí)間（分鐘數(shù)）；若標(biāo)準(zhǔn)線需加班方能完成當(dāng)日分揀任務(wù)，可認(rèn)為是加班工作時(shí)間；而和分別代表著決策者對上述兩類偏差量的重視程度。由此可構(gòu)建如下目標(biāo)規(guī)劃模型以最小化總偏差：

該目標(biāo)規(guī)劃模型是混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，可使用數(shù)學(xué)優(yōu)化軟件進(jìn)行建模和求解。相關(guān)的模型參數(shù)可基于實(shí)際運(yùn)行分揀數(shù)據(jù)和煙草生產(chǎn)柔性調(diào)度規(guī)則給出的參考生產(chǎn)效率、任務(wù)調(diào)度規(guī)則確定。

如當(dāng)采用“三標(biāo)一異”生產(chǎn)模式時(shí)，即為當(dāng)日標(biāo)準(zhǔn)煙分揀量，即為當(dāng)日異型煙分揀量；；分揀效率可由當(dāng)日實(shí)測效率表示，或根據(jù)參考效率（每條標(biāo)準(zhǔn)煙分揀線16500條/小時(shí)，新異型煙分揀線3000條/小時(shí)）賦值。由此即可計(jì)算分揀線作業(yè)時(shí)間。

為方便問題求解，并充分利用每日分揀線運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，對各分揀線效率的設(shè)定做如下假設(shè)：若選擇“三標(biāo)一異”模式，標(biāo)準(zhǔn)煙生產(chǎn)效率參照當(dāng)日分揀線效率記錄，否則根據(jù)參考效率設(shè)定；若選擇僅使用新異型煙分揀線的特定模式，新異型煙分揀效率參照當(dāng)日記錄（因老異型煙分揀線不投入分揀作業(yè)，不會(huì)影響新異型煙分揀效率），否則根據(jù)參考效率設(shè)定；老異型煙分揀效率均根據(jù)參考效率設(shè)定。

4  柔性分揀成效

4.1  基本滿足“十四五”銷售任務(wù)

根據(jù)產(chǎn)能測算分析，通過柔性生產(chǎn)調(diào)度，在額定的作業(yè)時(shí)間內(nèi)，在現(xiàn)有資源下，異型煙保障能力將達(dá)到4萬箱/年，按照規(guī)劃，能保障2024年之前的銷售任務(wù)，基本滿足“十四五”銷售任務(wù)。

4.2  實(shí)現(xiàn)員工作業(yè)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)均衡

若不開展柔性管理，按照4萬箱/年的銷量，標(biāo)準(zhǔn)線平均結(jié)束時(shí)間為14:00，異型煙線平均結(jié)束時(shí)間為23:00，作業(yè)時(shí)長極差為9小時(shí)。按照柔性管理生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)線平均結(jié)束時(shí)間為16:00，異型煙線平均結(jié)束時(shí)間為17:00，也就是說崗位作業(yè)時(shí)長極差將從9個(gè)小時(shí)縮短至1個(gè)小時(shí)以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)員工作業(yè)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)均衡。

4.3  實(shí)現(xiàn)柔性管理數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

相比人工計(jì)算，通過模型計(jì)算具有高效、科學(xué)、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。通過將管理需求和調(diào)度規(guī)則轉(zhuǎn)為為數(shù)據(jù)模型，運(yùn)用模型對周預(yù)測訂單和日真實(shí)訂單進(jìn)行智能計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。

4.4  為行業(yè)提供有益探索

煙草商業(yè)企業(yè)異型煙分揀產(chǎn)能不足是行業(yè)的共性困難，各省市單位都在以不同的方式積極開展異型煙產(chǎn)能提升和生產(chǎn)保障工作。A市煙草本次基于數(shù)據(jù)分析的物流柔性管理模式研究，為具有類似需求的同行特別是物流中心建成較早的單位提供了新的思路和有益探索。

本文來源：《物流科技》http://k2057.cn/w/jg/30901.html