1.2 问题提出、研究目的和意义

作为供应链的必要组成部分，仓库的主要作用是在供应链各个环节间提供缓冲以调节因产品季节性、批量生产运输、多供应商产品整合配送及个性化定制服务等因素带来的物料流转的波动。市场竞争的加剧意味着需要对产品配送网络的设计和运营不断地进行改进，这就转变为仓库提高运营效率的需求。随着更多企业开始将削减成本和提高生产效率的工作重心放在其组织内部的仓储设施和配送中心上，订单拣选作业开始受到管理人员和研究学者的重视[1]。订单拣选是为了响应客户订单需求，而从仓储区或缓冲区收集货物的作业过程，在人工作业仓储系统中，订单拣选是最消耗人力成本的运作环节，而在自动化仓库中，则是最消耗资源成本的运作环节[1]。因此，仓储管理的研究人员都将订单拣选视为提高生产率的关键措施。

近年来，在制造和配送领域的一些变化更是使得订单拣选作业流程的设计和管理变得更加重要和复杂。制造领域更多地采用如准时生产制（just-in-time, JIT）、供应商管理库存（vendor managed inventory, VMI）、小批次（small lot size）、直送工位交付（point-of-use delivery）、精细制造（lean production）及订单与产品的个性化定制等生产方式。在配送领域，管理者则更倾向于为客户订单提供更迅速快捷的服务。这些变化为仓储系统提出了新的需求，如更精密的库存控制、更短的响应时间和更多的产品多样性。为此，基于有成本、技术和管理规范上的优势，大量的大型仓库和配送中心相继适应这种需求。这类大型仓库和配送中心日吞吐量巨大，订单拣选流程的改善不仅能直接优化其自身的服务水平和降低运营成本，也能间接地提高整个供应链的管理水平。

订单拣选流程始于一个订单到达仓库，终于它被完成并移交至之后的运输环节。对于作业人员而言，这中间有许多环节会出现操作错误以影响到订单完成的准确性，更不用说时间上的消耗。这也恰恰是管理人员和研究人员着眼的优化空间。近年来，管理人员通过采用多种信息技术，如条码（bar coding）、无线射频识别（radio frequency identification devices，RFID）[3]、电子地图[4]、室内定位（indoor positioning system）、自动导航（autonomous navigation）[5]和仓库管理系统（warehouse management systems, WMS）[6]等，以提高仓库的自动化、信息化程度[8]。这些新技术为改进订单拣选流程提供了技术基础，如订单实时拣选、多拣货员间通信、拣货流程全自动化。研究人员则将研究重点放在解决这一领域出现的新问题并提出新的解决方案，然而，目前的研究成果和实际需求之间仍然存在不小的差距。因为新的拣选模式尚未得到充分研究，拣选相关环节策略设计，如布局设计、货位分配、订单分配等的最优组合的确定也刚刚起步，而在拣选的各个环节中，更是有不少待解决的问题。在应用技术已经取得长足发展的背景下，复杂环境下的订单拣选相关环节策略设计更是凸显出解决问题的紧迫性。

以往的大多数研究，将订单拣选作业设置在简单的、静态的、确定的仓库环境中开展，这就意味着这类研究忽略了订单拣选作业中广泛存在着的复杂性、动态性及不确定性。这类差距体现在以下问题中：首先，多数拣选策略都是针对流程中的一个订单或一个拣货员进行，而实际作业中，拣选系统中会存在多个订单或多个拣货员，这类假设忽略了多个订单之间、多个拣货员之间的相互作用对拣选效率产生的影响；其次，订单的生成在很多研究中都是提前设置好，在之后的流程中都是静态的批量处理，现实情况中，订单是实时到达，批处理不能很好地满足快速响应的需求；最后，为了简化处理，订单的详细信息一般假设为确定，而且认为作业人员的拣选作业都能够正确无偏差地完成，而在电子商务大环境下，订单内容无法提前预知，更不用说实际情况下作业人员的误操作，导致订单的实际拣选过程有许多不确定性。

综上所述，针对拣选作业流程中普遍存在的复杂性、动态性及不确定性，对拣选作业流程各个环节进行建模与分析，对于降低仓库运营成本、提高供应链管理水平具有重要意义。本书旨在从项目实践出发，围绕订单拣选作业中的订单拣选路线规划问题，应用蚁群算法及信息共享等方法，探究拣选作业流程各环节的运行规律，为拣选作业中的布局设计、人员配置、拣选策略选择及技术应用等问题提出建议，同时，扩展了相关理论的应用领域。本书以订单拣选作业中的订单分批与拣选路线规划问题为核心，具体关注以下研究问题。

1）拣货员堵塞的订单拣选路线规划。绝大多数拣选策略研究[9]是假设仓库中只有一个拣货员（order picker），而实际操作中，为提高效率，仓库中会有多个拣货员同时工作。当多个拣货员同时访问同一个货位或通道时，堵塞情况就会发生[11]，这就意味着，现有的基于单个拣货员假设的拣选策略缺乏处理堵塞的机制。在堵塞发生时，拣货员为了避免冲突，只能原地等待，直到被占用的货位或通道能够被访问。这毫无疑问增加了拣选作业时间，而且增加的部分是不能带来任何附加价值的等待时间。所以，在规划拣货员的行走路线时，考虑拣货员堵塞的情况，在理论研究和实际应用方面都十分必要。

2）不确定信息环境下的订单拣选路线规划。传统的拣选策略设计中大多假设订单中的详细信息是可预知的，然而现实中订单内容无法预知且待拣选货物的规格与数量上存在差异。因此，拣选单个货位的拣选用时具有不确定性[12]，进而导致实际拣选作业中的相关作业信息具有不确定性。这种不确定性引发的问题对拣选效率有影响，且已有的拣选策略并不能完全应对。所以，考虑拣选作业信息的不确定性，对于设计适用于这种不确定信息环境下的订单拣选路线规划有实际意义。

3）在线环境下的订单分配与订单拣选路线规划。电子商务的兴起使得直接面向客户的配送中心订单与生产企业的内部订单有很大的不同。配送中心的客户订单一方面具有小批量、实时到达的特性，另一方面，有更高的快速响应、正确性、完整性的服务要求。这时，以往大多数研究中静态批量处理订单的思路[14]就显得不太符合要求。所以在在线环境下，设计出符合电子商务特性的订单分配与订单拣选路线规划方法具有十分重要的意义。

拣货员堵塞、不确定信息环境等问题是订单拣选研究中的热点与难点，但是现有研究集中在货位分配等战术层面，而在运作层面的相关环节设计中尚未得到充分涉及。本书通过研究针对拣货员堵塞、不确定信息环境等问题的订单拣选路线规划，既促进了相关理论的发展，也能够对实际拣选作业起到改进效率的指导作用。