（机械电子工程专业论文）第三方物流管理系统中的货位优化调度研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 货位的优化调度就是如何合理的安排货物的存放次序或空间，使之达到 在现有资源的基础之上降低作业时间，提高作业效率。作者的思路是将整个 仓库的货场划分为若干区，再把每个区分为若干货位，给每个货位编号，这 样货位称之为实货位；按照货位存取的方便程度以及离出货口的远近将货位 重新编号，这样编号的货位称之为虚货位；把虚实货位结合起来，按照物品 的入出库频度，将货物存放在相应的位置。具体的研究内容有： ( 1 )自动化仓储系统优化过程中涉及到的相关问题，如堆跺机、自动导 向车、龙门吊等路径的优化问题。主要介绍了堆跺机、自动导向车、龙门吊 等的特点、应用以及作业模式，并分析了各种作业模式的特点和应用范围， 指出了优化的目标对象及意义。 ( 2 ) 货位的划分方法。结合货物的存放模式和货位分配储存策略，设计 出一种优化的货位划分方法。主要内容是将货场进行物理分区和逻辑分区， 物理分区是指没有存放货物时的按照货场的地理位景划分的实货位，分区时 只考虑地理位置这一个因素；逻辑分区是指货场在按照地理位置划分了实货 位之后，将实货位按照优先级重新对货位进行编号区分所划分成的虚货位。 分区时考虑地理位置的同时也考虑了货位的优先级。 ( 3 ) 数学模型的建立和算法的实现。考虑在优化过程中涉及到的基本对 象并结合生产资料仓储系统的特点，建立了数学模型，用遗传算法实现了模 型的求解。本系统的优化是一个多目标优化问题，结合生成资料仓储系统的 特点和优化对象对仓储效益的影响程度，主要对货位划分和龙门吊路径进行 了优化。 论文最后给出了实例。考虑了货位的划分方法和存储货物的方案，给出 了货位设置模式和管理方法。并且在总结全文的基础上对该优化研究进行了 展望，提出了今后工作的重点。 关键词：自动化仓储系统，龙门吊，货位优化，遗传算法 武汉理工大学硕士学位论文 t h eo p t i m i z a t i o no rs t o r a g es p a c ei saw a yt h a te n a b l e st or e d u c et h ew o r kt i m ea n d e n h a n c et h ew o r ke f f i c i e n c yo nt h eb a s i so fe x i s t i n gr e s o u r c e sb yp l a c i n gt h eo r d e ro rs p a c eo f t h ed e p o s i t i n gg o o d s t h ea u t h o rd i v i d e st h eg o o d sa r e ao ft h ew h o l ew a r e h e u s ei n t oa n u m b e ro fs t o r a g es p a c e s ，t h e ng i v eas e r i a ln u m b e rt oe a c hs t o r a g es p a c e ，s u c hs t o r a g es p a c e i sc a l l e dt h ea c t u a ls t o r a g es p a c e ；a c c o r d i n gt ot h ed e p o s i to rw i t h d r a wc o n v e n i e n td e g r e eo f t h es t o r a g es p a c ea n dt h ed h t a n c ef r o mt h ep l a c et ot h ee x i tg i v et h es t o r a g es p a c ea n o t h e r n u m b e r , s u c hn u m b e ri sc a l l e dt h ed u m m y s t o r a g es p a c e c o n s i d e r i n gt h ea c t u a ls t o r a g ep l a c e a n dt h ed u m m ys t o r a g ep l a c et o g e t h e rw ed e p o s i tt h eg o o d st ot h er i g h tp l a c ea c c o r d i n gt ot h e f r e q u e n c yo ft h eg o o d sf l u x 1 1 l em a i nc o n t e n ti n c l u d i n g ： ( 1 ) t h er e l a t e dq u e s t i o n si n v o l v e di nt h eo p t i m i z a t i o np r o c e s so fa u t o m a t e ds t o r a g ea n d r e t r i e v a ls y s t e m s u c ha sc r a n e ，a g v , g a n t r yc r r i l ea n ds oo n i nt h ep a p e rw ei n t r o d u c e m a i n l yt h ec h a r a c t e r i s t i c ，t h ea p p l i c a t i o na sw e l la st h ew o r kp a t t e r n 。a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c o ft h ew o r kp a t t e r na n dt h ea p p l i c a t i o ns c o p e , a n dp o i n to u tt h e o p t i m i z e dg o a la n d s i g n i f i c a n c e ( 2 ) n ed i v i s i o nm e t h o do fs t o r a g es p a c e a c c o r d i n gt ot h ed e p o s i t i n gp a t t e r no fg o o d s a n dt h ea s s i g n m e n ts t o r a g es t r a t e g yo fs t o r a g es p a c e ，w ed e s i g no n ek i n do fo p t i m i z a t i o n d i v i s i o nm e t h o do fs t o r a g es p a c e t h em a i nc o n t e n ti st od i v i d et h ef r e i g h ty a r di n t op h y s i c a l d i s t r i c ta n dl o g i c a ld i s t r i c t t h ep h y s i c a ld i s t r i c ti st od i v i d et h es t o r a g es p a c ew i t h o u t d e p o s i t i n gg o o d sa c c o r d i n gt ot h ef r e i g b ty a r dg e o g r a p h i c a lp o s i t i o no n l yc o n s i d e r i n gt h e f a c t o rg e o g r a p h i c a lp o s i t i o n t h el o g i c a ld i s t r i c ti st or e n a m et h ef a c tg o o d s - p l a c e m e n tt ot h e v i r t u a lg o o d s - p l a c e m e n ta c c o r d i n gt ot h ep r i o r i t ya g a i n ，a n dc o n s i d e r i n gt h eg e o g r a p h i c a l p o s i t i o na tt h es a m et i m et h ep r i o r i t yo fs t o r a g es p a c e ( 3 ) t h ee s t a b l i s h m e n to fm a t h e m a t i c sm e d e l sa n da l g o r i t h mr e a l i z a t i o n c o n s i d e r i n gt h e b a s i co b j e c t si n v o l v i n gi nt h eo p t i m i z e dp r o c e s sa n dt h ec h a r a c t e ro fm e t a ls t o r e h o u s es y s t e m ， w ee s t a b l i s h t h em a t h e m a t i c sm o d e l sa n dr e a l i z et h em o d e ls o l u t i o nw i t ht h e g e n e t i c a l g o r i t h m s t h eo p t i m i z a t i o no ft h i ss y s t e mi sam u l t i - o b j e c t i v e so p t i m i z a t i o n sq u e s t i o n w e o p t i m i z em a i n l yt h ed i v i s i o no fs t o r a g es p a c ea n dt h ew a yo fg a n t r yc r a n ec o n s i d e r i n gt h e c h a r a c t e r i s t i co ft h es t o r e h o u s es y s t e md e p o s i t i n gp r o d u c t i o nm a t e r i a la n dt h ei n f l u e n c e d e g r e eo ft h eo p t i m i z e do b j e c t f i n a l l yt h ep a p e rc a r r i e so i l t h ef o r e c a s tt ot h i so p t i m i z e dr e s e a r c ho nt h eb a s i so f s u m m a r i z i n gt h ef u l lt e x tf o u n d a t i o n t h ep a p e rf i n a l l yh a sp r o d u c e dt h ee x a m p i e w eg i v et h ee s t a b l i s h m e n t p a t t e r no f g o o d s - p l a c e m e n ta n dt h em a n a g e m e n tc o n s i d e r i n gt h es t o r a g es p a c ed i v i s i o nm e t h o da n dt h e m e m o r yc a r g op l a n a n dw ec a r r yo nt h ef o r e c a s tt ot h i so p t i m i z e dr e s e a r c hi nt h ef u l lt e x t f o u n d a t i o na n db r i n gf o r w a r dt h es t r e s so ft h ef u t u r e k e yw o r d ：a u t o m a t e ds t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m ，t h eg a n t r yc r a n e ，t h eo p t i m i z a t i o n o fs t o r a g es p a c e ，g e n e t i ca l g o r i t h m s h 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 物流及第三方物流现状 物流是随着社会经济的发展和社会分工的细化而产生的，它是一项跨行 业、跨部门、跨地区甚至于跨国界的系统工程。简单的说，物流是物品从生 产地至消费者或使用地点的整个流通过程。根据物流的内在实质和活动特点， 美国物流管理协会给物流下的定义是：物流是为了满足生产者或消费者的需 要而进行的从起点到终点的原材料、中间过程、最后产品及相关信息的有效 流动和流动过程的计划、实施、控制的过程。物流管理要解决的问题就是如 何保证准时、高效、优质、低费用地把货物按要求的数量运到目的地，把传 统上相互分割的生产领域和流通领域联系起来，进行统筹考虑，求得全过程 的最小成本和最大收益。同时它要求把物质流、资金流、信息流统一起来， 做到既安全可靠又快捷廉价【”。近年来，随着“第一利润源泉”和“第二利 润源泉”的潜力越来越小，利润开拓越来越困难，物流领域的潜力逐渐受到 人们的关注，以至于物流被称为降低成本的“最后边界”、企业的“第三利润 源泉”和未来企业的“核心竞争力”。而物品供方与需方以外的物流企业提供 物流服务的业务模式，即所谓的第三方物流f r h i r o p a r tl o g i s t i c s ，简称3 p l 或者t p l ) 在此过程中发挥着重要的作用。 1 1 1 国内物流现状 用现代物流的观点来衡量，在我国物流尚处于起步阶段，一批颇具竞争 力的企业，对专业化物流服务的需求旺盛，专业化物流企业因此应运而生， 层出不穷，不断改善物流基础的设施、加大设备的投资规模；另外，我国政 府对现代物流也给予高度重视和扶持，并积极地研究颁布促进物流发展的有 关法规政策，这些都使得现代物流在我国飞速的发展【锄。 第三方物流从国外传入也仅几年时间。目前第三方物流需求仍显不足， 主要是一些跨国公司或合资企业，而国有企业大多有自己的物流体系，很少 会有第三方物流的需求。但从另一个角度来看，我国的第三方物流的潜力也 是巨大的。首先，跨国公司进入中国市场后，经过自带物流伙伴( 供应链复制1 和自建物流企业( 包括合资和合作) 阶段以后，希望用物流的理念来整合我国 困内现有的物流服务资源，进一步降低初始资本投入，扩大市场空间。其次， 西部大开发也将促使西部地区物流量增长，第三方物流需求的地域分布将扩 大。第三，加入w t o 后，中国的经济和国际经济将全面接轨，中国企业可 武汉理工大学硕士学位论文 以无条件地享受最优惠国待遇，有效地消除中国在国际贸易中歧视性的待遇， 这将极大促进中国对外贸易的发展，同时国际大公司也将调整其中国战略， 势必加大在我国的投资【3 】。另一方面，随着进口关税的减少，将使国外优质 产品进入中国市场更容易。在这种情况下，企业为了增强竞争力，则将更专 注于本企业的核心技术，生产商会更集中精力制造产品，因此也会更多地把 物流交给高效优质的第三方物流企业去完成。这对物流也来说既是机遇又是 挑战。 1 1 2 国外物流现状 国外物流的发展是与生产力的发展相适应的。比如日本也是经历了一个 重生产轻流通到重视流通的发展过程，这个过程是与日本经济的发展阶段相 联系的。据资料显示l ”，在欧洲，全年1 2 9 0 亿欧元的物流服务市场，约四分 之一由第三方物流完成。其中德国9 9 的运输业务和5 0 以上的仓储业务交 给了第三方物流，在美国，大型制造企业使用第三方物流的比例占到6 9 ， 未来3 到5 年，美国第三方物流业的收入将以1 5 2 0 的比例持续递增。由 此可见，发达国家第三方物流在整个物流产业中已占有了较大的比重。其次， 重视物流技术研究，为第三方物流的发展提供良好的保证。在美国，电子商 务相当发达，也投入了很大的人力物力到第三方物流咎理中去。使第三方物 流企业的运营成本降低，效率得到提高，拓展了其盈利空间，从而促进了整 个第三方物流业的发展。另外，政府积极促进第三方物流的发展。欧洲发达 国家物流的迅速发展是建立在较为完善的市场经济体系下，政府没有专门的 部门来对物流进行一体化管理，但政府的运输管理部门对物流的发展起着重 要作用【5 j 。在改善基础设施，完善市场环境方面，政府部门作了相当重要的 工作，并通过放宽管制政策等措施，进一步促进了第三方物流的发展。总体 来看，国外发达国家物流管理呈现出的特点是：物流管理的社会化、自动化 和合理化。 1 2 第三方物流理论 1 2 1 物流的概念及分类 1 、物流的定义 物流是不断发展的概念，根据物流的内在实质和活动特点，1 9 6 2 年美国 物流管理协会( c o u n c i lo fl o g i s t i cm a n a g e m e n t ) 把物流定义为【6 】：“物流是为了 满足生产者或消费者的需要而进行的从起点到终点的原材料、中间过程、最 武汉理工大学项士学位论文 后产品及相关信息的有效流动和流动过程的计划、实施、控制的过程。”1 9 9 8 年该协会再次给物流下定义为：“物流是供应链流程的一部分，是为了满足客 户需求而对商品、服务及相关信息从原产地到消费地的高效率、高效益的正 向和反向流动及储存进行的计划、实施与控制过程。” 在我国，物流这个概念是在7 0 年代由日本引进的，它来源于美国的“实 物配送”( p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ) ，是指物质资料从供给者到需求者之阐的物理 性运动。现在，与之内容相近的还有物资供应( p h y s i c a ls u p p l y ) 、物料管理 ( m a t e r i a lm a n a g e m e n 0 、配送工程i s t r i b u t i o ne n g i n e e r i n g ) 、市场供应( m a r k e t s u p p l y ) 、企业商业后勤( b u s i n e s sl o g i s t i c s ) 、后勤管l 里( l o g i s t i c sm a n a g e m e n t ) 等。它是正在发展中的新科学，包含了运输、保管、包装、装卸、流通加工、 配送和信息这七大环节【j ”。物流管理便是对这七个环节进行系统、全面的计 划安排等管理活动。 2 、物流的分类 对物流类别的划分有不同的角度和方法，本论文根据运作主体的不同， 将物流的运作模式划分为第一方物流、第二方物流以及第三方物流。第三方 物流实际上是相对于第一方和第二方物流而言的，目前又出现了第四方物流 和第五方物流的概念【8 l 。 第一方物流( f i r s tp a r t yl o g i s t i c s ，简称1 p l ) 是由卖方、生产者或供应方 组织的物流，这些组织的核心业务是生产和供应商品，为了自身生产和销售 业务需要而进行物流自身网络及设旖设备的投资、经营与管理。 第二方物流( s e c o n dp a r t yl o g i s t i c s ，简称2 p l l 是由买方、销售者组织的 物流，这些组织的核心业务是采购并销售商品，为了销售业务需要投资建设 物流网络、物流设施和设备，并进行具体的物流业务运作组织和管理。 第三方物流( t h i r dp a r t yl o g i s t i c s ，简称3 p l l 是由专业的物流组织进行的 物流，其中的“第三方”是指提供物流交易双方的部分或全部物流功能的服 务提供者，即物流企业，是独立于第一、第二方之外的组织，具有比这二者 明显资源优势的承担物流业务、组织物流运作的主体。 第四方物流( f o u r t hp a r t yl o g i s t i c s ，简称4 p l l 是随着供应链管理的发展 出现的一种新的物流运作模式。美国埃森哲公司给出的定义引叼：“第四方物 流hp l ) 供应商是一个供应链的集成商，它对公司内部和具有互补性的服务供 应商所拥有的不同资源、能力和技术进行整合和管理，提供一整套供应链解 决方案。”4 p l 提供的是一种全面的物流解决方案，与客户建立的是长期、稳 固的伙伴关系。 第五方物流( f i r t hp a r t yl o g i s t i c s ，简称5 p l ) 是在第四方的基础上，建立了 武汉理工大学硕士学位论文 一个电子物流网络。有人称其为物流人才的培训，也有人把它当作电子商务。 从第一方到第五方，服务区域是越来越广阔，系统复杂性越来越简单， 而客户依赖程度却越来越强。 1 2 2 第三方物流背景知识 1 、物的概念 物：物流中的“物”的概念是指一切可以进行物理性位置移动的物质资 料。物流中所指“物”的一个重要特点，是其必须可以发生物理性位移，而 这一位移的参照系是地球。因此，固定了的设施等，不是物流要研究的对象。 物资：我国专指生产资料，有时也泛指全部物质资料，较多指工业品生 产资料。其与物流中“物”区别在于：“物资”中包含相当一部分不能发生物 理性位移的生产资料，这一部分不属于物流学研究的范畴，例如建筑设施、 土地等。另外，属于物流对象的各种生活资料，又不能包含在作为生产资料 理解的“物资”概念之中。 物料：是我国生产领域中的一个专门概念。生产企业习惯将最终产品之 外的，在生产领域流转的一切材料( 不论其来自生产资料还是生活资料) 、燃 料、零部件、半成品、外协件以及生产过程中必然产生的边、角、余料、废 料及各种废物统称为“物料”。 货物：是我国交通运输领域中的一个专门概念。交通运输领域将其经营 的对象分为两大类：一类是人，一类是物。除了人之外，“物”的这一类统称 为货物。 商品：商品和物流学的“物”的概念是互相包含的。商品中的一切可发 生物理性位移的物质实体，也即商品中凡具有可运动要素及物质实体要素的， 都是物流研究的“物”，有一部分商品则不属于此。因此物流学的“物”有可 能是商品，也有可能是非商品；商品实体仅是物流中“物”的一部分。 物品：是生产、办公、生活领域常用的一个概念。在生产领域中，一般 指不参加生产过程，不进入产品实体，而仅在管理、行政、后勤、教育等领 域使用的与生产相关的或有时完全无关的物质实体；在办公生产领域则泛指 与办公、生活消费有关的所有物件。在这些领域中，物流学中所说的“物” 就是通常所称之物品i ”。 2 、第三方物流的概念 第三方物流是在物流渠道中出中间商提供的服务，中f i jr g 以合同的形式 在一定期限内，提供企业所需的全部或部分物流服务。第二方物流提供者是 4 武汉理工大学 贡士学位论文 一个为外部客户管理、控制和提供物流服务作业的公司，他们并不在供应链 中占有一席之地，仅是第三方，但通过提供一整套物流活动来服务于供应链。 现代意义上的第三方物流是一个约有1 0 到1 5 年历史的行业。在美国， 第三方物流业被认为尚处于发展期；在欧洲，尤其在英国，普遍认为第三方 物流市场有一定的成熟程度。欧洲目前使用第三方物流服务的比例约为7 6 ： 美国约为5 8 ，而且其需求仍在增长。 3 、第三方物流 前面提到过，第三方物流是由物流劳务的供方、需方之外的第三方去完 成物流服务的物流运作方式。其中，“第三方”是独立于“第一方”和“第二 方”的一类专业物流服务公司或企业，其本身不拥有货物，是专业的物流组 织进行的物流，提供物流交易双方的部分或全部物流功能的服务提供者，具 有比这二者明显的资源优势来承担物流业务、组织物流运作。从总体看来， 第三方物流兴起主要有以下6 个方面因素： ( 1 ) 企业降低运营成本的需要； ( 2 ) 企业专注核心业务的需要； ( 3 ) 企业减少流通投资的需要； ( 4 ) 企业重新整合供应链的需要； ( 5 ) 企业拓展国际业务的需要； ( 6 ) 公司虚拟化的需要。 从服务的内容看。第三方物流企业侧重于为客户提供一体化的综合物流 服务，具体内容既有纵向的连接，可以完成从原材料物流、生产线物流，到 销售物流的完整过程的组织和管理；也有横向的整合，体现在对物流服务资 源的整合和优化利用，如运输车队的选择，仓储资源的选择等。 从业务运作看。第三方物流企业在一个完整的物流服务体系中，通过整 合低层的物流资源，为客户提供一站式的物流服务。 从与客户的关系看。第三方物流的采购不是货主向物流服务商偶然的、 一次性的物流服务采购活动，而是采取委托一业务外包形式的长期合作关系。 物流服务提供商同客户之间体现为一种战略性的合作伙伴关系。这有别于简 单的货运或仓储服务。 综上，很到第三方物流的基本特征如下： ( 1 ) 一种合同制有偿服务。第三方物流是根据合同条款的要求，以合同 为导向的系列服务，而不是根据客户临时的需求提供的服务。 ( 2 ) 与客户建立长期战略联盟。第三方物流企业不是货贷公司，也不是 单纯的速递公司，它的业务深深地延伸到客户的销售计划、库存管理、订货 武汉理工大学硕士学位论文 计划、生产计划等整个生产经营过程，所以超出了与客户一般的买卖关系， 形成了一种长期的战略合作伙伴关系。 ( 3 ) 是以现代信息技术为基础。信息技术是第三方物流生存和发展的必 要条件。它包括快速交换的e d i 技术、资金快速交付的e f t 技术、条形码技 术以及网上交易的电子商务技术等。现代信息技术实现了数据的快速传递， 提高了业务处理的自动化水平以及各环节运作的一体化程度，使客户把原来 由内部完成的物流活动分离出去交给第三方物流公司完成。 管理技术能力是第三方物流的核心价值。企业物流现代化的最大意义就 是将整个物流成本大幅降低，而物流成本的降低就要靠物流系统的科学规划， 物流信息系统的合理使用，在发展过程根据实际情况不断改进。第三方物流 以自己在物流方面的专业优势，可以帮助客户企业挖掘第- - - n 润源，在选择 客户的时候，会考虑业务类型的搭配，如货物密度，物流活动区域分布，物 流活动的季节性等，通过轻重搭配，均衡货流，季节互补等手段，实现物流 的互补效益。 1 2 3 物流合理化需要信息技术的支持 物流成本的降低有赖于物流的合理化，把物流各环节综合起来考虑。“物 流的合理化既要追求微观物流的合理化又要追求宏观物流的合理化：既要从 静态角度调整物流结构，包括物流资源的合理布局与配置、实现物流网点的 配置与分工科学合理，又要从动态角度调整物流过程，在既定的物流资源配 置条件下合理组织与使用，谋求物流资源时间上的最大价值，包括运输过程 的优化、存储过程的优化、配送过程的优化和整个物流系统的优化等。认识 到物流合理化的重要性之后，是如何使这种合理化成为现实，这正是物流信 息系统发挥作用的时刻。 信息是提高物流效率的技术保障，物流企业用e d i 、互联网、数据库等 技术，通过网络平台和信息技术将企业经营网点连接起来，建立物流信息系 统，既可以优化企业内部资源配置，又可以通过网络与用户、制造商、供应 商及相关单位联结，实现资源共享、信息共用，对物流各环节进行有效控制 与全程管理，加快物流与电子商务的融合，使物流过程的各环节紧密衔接， 保证商品配送的及时准确，加速商品周转，同时将零售企业的库存压缩到最 低限度。 物流信息化的直接结果是物流信息流动的加快、信息流动的及时准确， 而信息的迅速流动关系到工作流程的平衡。信息技术将原先割裂的供应链中 各个物流环节整合在一起，最大限度地将原先在实现物品空间位移中所进行 的运输、仓储、包装、装卸、加工以及配送等多个环节整合在一起，以一个 武汉理工大学硕士学位论文 整体面对社会的物流需求。借助于现代物流信息管理，可以解决传统物流依 靠手工作业的诸多弊病。 1 3 论文研究背景 随着中国经济的持续高速增长，中国企业的规模化、国际化步伐正在加 快，并且正在利用现代化科学技术、管理技术顺应全球经济发展的趋势，中 国的物流市场也逐步开始成长。第三方物流企业作为物流行业中的新兴力量， 以其自身所从事的物流配送活动，在国民经济中起着重要作用。然而许多物 流企业由于其自身的信息化程度不高，物流配送的效率低下，已经不能适应 2 1 世纪现代物流的发展模式，因而势必要寻找一条适合自身发展的出路。 本文就是根据中国物资储运武汉汉口分公司6 6 1 仓库的实际需求提出的。 中国物资储运武汉汉口分公司6 6 1 仓库是一个典型的储运生产资料( 例如钢材) 的企业。该企业作为第三方物流企业的典型代表，其盈利的主要方式是收取 各进驻客户储备物资的出入库费用( 该单位不收取库存费用) 。单位时间内货 物的吞吐量( 入库量与出库量之和) 越大，其营业额也就相对越大。可是这些 都是6 6 1 仓库自己不能决定的。为了能够获得更多的利润，就只能在保证完 成正常作业的基础之上尽量降低成本损耗、提高作业效率，从而以此方法相 对来获得更多的利润。因此，本论文研究决定将以钢材物资储运为主的6 6 1 仓库为研究对象，建立货位划分的数学模型，找出一个优化货位调度的方法， 提高作业的效率，减少成本损耗，使其在有限的资源能力基础之上，获得最 大的利润。 1 4 论文研究目的和意义 现代物流条件下，企业为了获取最大的投资回报，需要把资源集中在企 业的核心竞争能力上，通常大多数的制造企业和分销企业并没有把物流业视 为他们的核心能力。尽管从2 0 世纪6 0 年代至今，众多企业在提高物流效率 方面已经取得了巨大的进展，但要取得更大的进展将付出更多努力。要想实 现新的改善，企业不得不寻求其它途径，包括物流外包。第三方物流( t h i r d p a r t yl o g i s t i c s ) 应运而生1 1 0 l 。 第三方物流是指作为外部组织利用现代技术手段，为用户企业或最终消 费者提供全部或部分物流，包括物料后勤保障系统的规划、设计、运营、管 理等服务活动的过程。2 0 世纪9 0 年代后，在西方各国，现代的第三方物流 作为一个新兴的事业形态，得到了高速发展。它的出现不仅是2 0 世纪8 0 年 代西方对于物流领域政策放松的结果，更主要的是由于越来越多的企业关心 武汉理工大学硕士学位论文 本身的核心业务，而把主业以下的工作加以外部化的结果。第三方一词，来 源于物流服务提供者作为发货人和收货人之间的中间人这样一个事实，也代 表着这个新兴产业目趋独立和专业化的社会角色特征。它与客户之间构成一 种不可分割的供应链关系，因为它能够提供专业的、比客户自己做要好得多 的物流解决方案，能使客户非常愿意把这部分工作从内部事务中分离出去。 第三方物流企业所追求的最高境界应该体现为物流企业对于其所面对的可控 资源与可利用资源进行最大限度上的合理开发与利用。这种合理化表现为物 流企业对于自身物流能力的客观评估与正确定位，对外部环境与市场需求的 深刻了解与合理预期，对企业自身发展方向与发展时机准确把握，使物流企 业能够将可控制资源进行有机融合，并在市场运作中以各类有效方法与措旌 使上述两种资源始终处于相互协调、相互支持的动态平衡状态，使之成为推 动和促进物流企业实现其总体发展战略目标的重要原动力。所以第三方物流 的发展程度反映和体现着一个国家物流业发展整体水平【1 1 1 。 进入2 0 世纪9 0 年代以来，关于企业竞争力的研究开始逐渐转移到企业 核心竞争力领域。因为从长远考察，企业竞争优势来源于以比竞争对手更低 的成本、更快的速度去发展自身的能力，来源于能够产生更高的、具有强大 竞争力的核心能力f l o j 。在这个思想的指导下，第三方物流企业通过提高自己 的信誉、改善自己的工作方法提高工作效率，吸引更多的客户，赢得更多的 商业活动，进而实现最大利润。为了实现更大的利润，第三方物流除了在改 善自身的经营方法，吸引更多的进驻客户，实现最大的吞吐量，获得更多的 利润之外，也可以通过降低自己的作业成本来缩减开支，这也是个行之有 效的方法。货位的优化调度就是如何合理的安排货物的存放次序或空间，使 之达到在现有资源的基础之上降低作业时间，提高作业效率。我们的思路是 将整个仓库的货区划分为若干区，再把每个区分为若干货位，给每个货位编 号，这样货位称之为实货位；按照货位存取的方便程度以及离出货口的远近 将货位重新编号，这样编号的货位称之为虚货位：把虚实货位结合起来，按 照物品的入出库频度，将货物存放在相应的位置。这样在第三方物流企业节 省自己成本的基础之上又为客户节约了时间，相对亦为其赢得了利润。由此 形成良性循环，更多的进驻客户将进驻其中，从而在价值增值链上达到“共 赢( w i 一w i n ) ”的效果。 1 5 论文研究内容 随着“第一利润源泉”和“第- n 润源泉”的潜力越来越小，利润开拓 越来越困难，物流领域的潜力逐渐受到人们的关注，以至于物流被称为降低 武汉理工人学硕士学位论文 成本的“最后边界”、企业的“第三利润源泉”和未来企业的“核心竞争力”。 而物品供方与需方以外的物流企业提供物流服务的业务模式，即所谓的第三 方物流( t h i r dp a r t yl o g i s t i c s ) 在此过程中发挥着重要的作用。本文就是从第三 方物流管理的现状入手，针对储运生产资料的第三方物流企业进行了研究。 指出要解决传统物流信息不畅，作业效率低下等问题必须加强信息、技术在 物流管理中的应用。随后分析第三方物流不同于传统的物流的特点和运作流 程，从流程的分析可以看出，仓储管理和配送管理仍然是第三方物流管理中 的两个主体部分。 之后对仓储管理的货位划分方法进行了建模，提出了一种构筑于储运生 产资料的第三方物流企业基础之上的货位划分模型。采用面向对象的分析设 计方法对仓储管理涉及的庞大数据进行分析，把得出的对象模型映射为关系 数据库中的数据模型，给出货位规划方法。然后分析了货位调度的实际方案， 针对不同情况下约束条件和目标，对调度方案进行分类和数学描述，提出了 分层调度模型，应用由遗传算法进行求解并给出验证实例。 最后，结合多种技术描述出了一种适合第三方物流企业的货位优化调度 的方法，并结合中国物资储运武汉分公司的实际情况，通过货位优化调度管 理，使之在现有人力物力的基础之上赢得最大的利润。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章自动化仓储管理系统 自动化仓储系统目前应用十分广泛，在机械、冶金、化工、航空航天、 电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场和港口等均有应用。 自动化仓储系统，一般由几层、十几层甚至几十层高的货架加上与之相应的 自动化技术和搬运设备构成；常称为立体仓库。由于这类仓库能充分利用空 间、自动化程度高，因而具有很高的灵活性，在物流中占有重要的地位。工 厂中的立体仓库由于它一般与生产紧密衔接，货物进出频繁、自动化程度很 高，被看作是生产物流的一部分，系统比较复杂，有“工厂中的工厂”之称 【1 2 l 。 2 1 自动仓储技术的发展 由于现代自动控制技术的发展和电子计算机的普及，使得仓储管理的自 动化在我国发展迅速成为可能。我国是个大国，厂矿企业、百货商业、邮电、 图书，物资储备、港口码头等各种军用民用仓库星罗棋布。但是，由于城市 用地曰趋紧张，物流速度日益加快，仓库建设和改造向高空发展，向机械化、 自动化发展已迫在眉睫，建设大批自动化立体仓库是今后发展的必然趋势。 据不完全统计，进入8 0 年代以来，一些交通运输部门和部队物资储存对老式 仓库进行技术仓库2 0 0 0 多座，日本拥有4 0 0 0 多座，德国拥有1 0 0 0 多座，英 国有4 0 0 多座，前苏联有1 5 0 多座，且向高度4 0 米以上的巨型立体仓库发展。 自动化仓库最早产生于2 0 世纪五六十年代的美国，到现在大致经历了以下四 代的发展，并逐步向第五代过渡【1 3 l 。 第一阶段：机械式仓库系统。2 0 世纪6 0 年代在美国首先产生了机械式仓 库系统，在该仓库系统中，操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些 机械设备进行入出库作业，实现了搬运的机械化。 第二阶段：自动化仓库系统。到2 0 世纪7 0 年代末，随着可编程控制器 p l c 、自动存取a s 爪s ( a u t o m a t i cs t o r a g ea n dr e t r i e v a ls y s t e m ) 、自动导引小 车a g v s ( a u t o m a t i cg u i d e dv e h i c l e s ) 、条形码阅读器( b a rc o d es c a n n e r ) 等设 备在立体仓库中的应用，出现了自动化仓库系统，实现了控制自动化。 第三阶段：集成化仓库系统。到2 0 世纪8 0 年代来，计算机技术的异军 突起及其在自动化仓库系统中的成功应用，导致了第三代集成化仓库系统的 诞生，形成了管理级、监控级、执行级三级控制结构，上位管理机协调控制 整个仓库系统的入出库作业和库存管理，实现管理微机化。 第四阶段：智能型仓库系统。进入2 0 世纪9 0 年代，出现了智能型仓库 武汉理工大学硕士学位论文 系统，该仓库系统不仅实现了对入出库作业和仓库信息的全自动处理，而且 还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力，并依据货物的现有 库存量提出采购建议，当某些物资库量不能满足需要时，系统还可根据现有 在库物资情况调整产品出入库情况，并反映给客户。 第五阶段；3 i 立体仓库系统。目前随着电子数据交换e d i 技术的发展及 应用，自动化立体仓库系统逐步向3 i ( i n t e l l i g e n t ，i n t e g r a t e d ，i n f o r m a t i o n ) 仓 库系统过渡。用自动化功能齐全的立体仓库取代了传统的普通式仓库，成为 世界仓库建设发展的潮流。 当前，自动化仓库己经进入智能储运技术阶段。智能储运技术包括两种 方式：人工( 或机械) 智能和自然( 或人类) 智能。内容涉及智能物料储运设计和 智能物料储运作业。目前，人们在人工智能及其有关在物料储运领域中的专 家系统技术方面正在进行着大量的工作。例如，正在研究的将专家系统应用 于自动导引车的单轨系统，使它们具有确定在线路线和合理的运行决策。在 接收物料入库和装运出库方面，专家系统能控制机器人进行物料入架和出架 操作，能控制码垛机的装卸，以及指定物料储存点。正在研制一种专家系统， 能实现辅助设计人员设计自动导引车导向槽和缓冲件，配置和单元装载件和 研究小型物件的储运技术。为了设计智能化的仓储系统，必须深入研究物料 处理的基础知识及复杂的仓储大系统技术。为了适应工业发展的新形势，出 现了规模小，反映速度快，用途广的自动化仓库系统。它结合先进的控制技 术，应用到分段输送和按预定线路输送方面。保持了高度的柔性和高生产率， 满足了工业库存搬运的需要。 在堆垛机方面，不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的 开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高 搜索能力和运行速度。作业的基本要求是能获得更短的操作周期和更大的生 产能力【1 4 】。 标准的模块式自动化仓库系统己引起人们的关注，这种系统在硬件和软 件方面比传统的根据用户要求而提供的自动化仓库有更多的现成产品。这种 模块系统的价格一般也比较适中。 2 2 自动化仓储系统的构成 自动化立体仓库系统是基于现代信息技术、控制技术及计算机通信技术 等而发展起来的综合应用系统，是现代物流观念与现代计算机及自动控制技 术相结合的产物。 自动化立体仓库的结构在不同企业和行业具有不同得特点，从功能层次 武汉理工大学硕士学位论文 上看，可以将自动化立体仓库系统分为3 个层次：管理层、监控层、执行层。 如图2 1 所示【”1 。分别对应于自动化仓储系统的三个子系统：管理系统、监 控系统和执行系统。 图2 1a s r s 的三层结构图 控系统 执行系统 2 2 1 管理层 管理层是计算机物流管理系统一部分，是自动化仓储系统的中枢。管理 层主要是管理仓库( 包括出入库管理、库存管理、查询统计、盘点报表等、， 在e r p 系统连接时还具有接收上下级系统( 生产系统、销售系统等) 指令、调 度运输作业以及处理物流系统信息等功能。可以详细分为以下几点【1 6 】： 接受上级系统的指令。 调度运输作业，根据运输任务的紧急程度和调度原则，决定运输任务 的优先级别，根据当前运输任务的执行情况形成运输指令和最佳运输路线。 管理仓库，包括库存管理、入库管理、出库管理和出入库协调管理。 统计分析系统运行情况，统计分析物流设备利用率、立体仓库库存状 态和设备运行情况等。 物流系统信息处理。 管理系统的计算机不仅要处理全部物资数据，还要在货物入出库作业时 进行作业调度并向仓库内的有关设备发出各种相应作业命令。主终端通常是 由系统管理员和部门负责人操作。它具有对整个系统管理和控制的最高权限。 用户端1 、2 、3 n 可分别设置在仓库入库端、出库端或各有关部门。设备1 、 2 、3 - n 一般都由自身装各的可编程程序控制器( p i _ c ) 控制。 2 2 2 监控层 监控层的是自动化仓储系统的重要组成部分，它接受来自仓储管理层的 指令，控制物流设备完成指令所规定的任务；另一方面，它实时监控自动物 流系统的状态，将监测到的信息反馈给管理层，为管理层调度决策提供参考。 武汉理工大学硕士学位论文 目前一般采用可编程控制器( pl c ) 来实现控制。监控系统是整个仓储系统实 现自动控制的中心，它沟通并协调各设备之间的联系，控制和检测整个自动 化仓储系统的运行，它具有以下功能： 接受管理系统发来的入出库等任务信息； 与管理机、堆垛机、龙门吊等现场设备通讯联系； 监视堆垛机、入出输送机、龙门吊等的运行情况，并以图形方式动态 显示； 检查判别系统状态中的不正常信息，根据不同情况进行相应处理； 对重操作、误操作分别给出提示和告警； 运行日志管理，实施自动记录系统运行情况。 2 2 3 执行层 执行层由自动化的物流机械设备组成。物流设备的控制器接收监控层的 指令，控制设备执行各种操作。包括入出输送控制系统、入，出输送小车控制 系统和堆垛机龙门吊