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1、 深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化 研究 是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研宄做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：皇甫倩倩 日期：2016年 05月 12日 I 摘 要 快递业在其 30年发展历程中，其服务模式和经营方式有很大的转变，目前大型快 递企业主要按照轴辐式来布置其快递物流网络，快递在服务时间要求前提下，对
2、整个快 递物流网络运作提出了很高的要求。快递分拣作为快递物流网络中的重要环节，其配置 的优劣及运作水平的差异会影响快递企业的分拣成本、操作效率和服务质量，进而影响 企业的市场竞争力和可持续发展。由于种种原因，我国快递分拣过程中自动化水平还不 是很高，仍以人工分拣方式为主，而且普遍存在着效率低下及各种浪费现象。按照现代 物流管理的要求，深入分析快递企业人工分拣过程存在的问题，用系统思维及数学方法 求解有针对性的分拣方案，已成为解决快递分拣问题的有效手段。本文基于经典优化算 法并利用 Matlab编程和 Flexsim仿真 ，通过二次优化的方式来帮助快递企业找到提高快 件分拣效率的思路和方案。 本
3、论文首先深入研宄快递企业的分拣过程，分析其中存在的主要问题。具体而言， 本论文以小快件为研宄对象，就小快件人工分拣优化进行研宄。由于流向数庞大以及场 地限制，小快件人工分拣一般分为初分和细分两步来完成，初分时确定的分拣筐数目以 及流向分配方案直接决定了细分时每个分拣筐班组的人员配置数以及工作负荷，本研宄 建立在初分的基础之上，就初分分拣框的流向分配进行研宄进而得出细分分拣人员数量 的安排，以实现减少细分人员总数量并且平衡各个班组工作负 荷的目的。 具体而言，本论文基于某快递企业真实案例，采用了基于邻域搜索的经典优化算法 并通过 Matlab编程实现，求解、筛选出五组较优的快件分拣初分的配置方案
4、，然后对 五组较优分拣方案建立 Flexsim仿真模型并进行模型的运行，对五组优化方案进行仿真 结果分析，最后得出各方案间的优劣差异对比，从而实现优中选优，得到最终优化方案 一一初分分拣框流向分配及细分分拣人员配置数。此优化方法可应用到实际中，具有理 论和实践的指导意义，对其他快递或物流企业的分拣仿真优化同样具有借鉴价值。 关键词：快递业；快件分拣；分拣 优化； Flexsim仿真 I Abstract In its 30-year development history of Express industry, the mode of operation and their service
5、model has changed significantly, the current major express delivery companies mainly in accordance with hub and spoke arrangement to express its logistics network, courier service time requirements under the premise of the entire Express Logistics network operations presented a very high demand. Cou
6、rier express sorting as an important link in the logistics network, the difference between the merits of its configuration and operational level will affect the cost of sorting, operational efficiency and service quality, thereby affecting their market competitiveness and sustainable development. Fo
7、r various reasons, Chinas express delivery sorting process is not very high level of automation, manual sorting is still the main way, but the prevalence of various waste and inefficiency. In accordance with the requirements of modern logistics management, in-depth analysis of the courier business p
8、roblems in manual sorting process, with systematic thinking and mathematical methods to solve the sort of targeted programs, it has become an effective means to solve the problem of sorting the courier. Based on the classic optimization algorithm using Matlab programming and Flexsim simulation, opti
9、mization through twice optimization to help companies find efficiency ways to improve delivery of express mail sorting ideas and programs. This paper in-depth study of courier companies sorting process firstly, and analyzes the main problems which exist. Specifically, the present paper is to study S
10、mall Courier, and the Small Courier manual sorting express optimization studies. Because of the large number of flows and site constraints, manual sorting is generally divided into small shipment early points and segments in two steps, first determine the number of time-sorting basket and flows dire
11、ctly determines the allocation of each segment when sorting basket team staffing and workload number, this study based on the early minutes of the above, it is beginning of sub-sorting box flow allocation study and then coming to the breakdown of the number of sorting personnel arrangements to achie
12、ve a reduction of the total breakdown of staff the number of each team and balance workloads purposes. n Specifically, this paper based on a real case of express delivery companies, using the sorting based on the classic neighborhood search optimization algorithm by Matlab programming, solving selec
13、ted five groups express optimum configuration points early, then using the five group optimum sorting program to build Flexsim simulation model and running these models, then analysis the five groups of optimization simulation results, the conclusion that the merits of the difference comparison amon
14、g programs to achieve the best of the best, to get the final optimization -the box flow distribution of first sorting and distribution sorting subdivision staffing numbers of the second sorting. This optimization method can be applied to the instructive theory and practice, and the simulation and op
15、timization of sorting can be used to other courier or logistics company thats also has reference value. Keywords: courier industry; package sorting; sorting optimization; Flexsim simulation m 目 录 主商 . I Abstract . II m-# 職 . 1 1丄研究背景及意义 . 1 1.2国内外研究现状 . 3 1.2.1国内研究现状 . 3 1.2.2国外研究现状 . 5 1.3研究内容 . 6
16、1.4研究框架 . 7 第二章快件物流系统相关概述 . 8 2.1快件物流网络结构 . 8 2丄 1营业网点 . 8 2丄 2分拨中心 . 8 2.1.3快件物流网络结构 . 8 2.2快件物流分拣相关概述 . 9 2.2.1分拣的定义 . 9 2.2.2分拣的方式 . 10 2_3物流分拣系统分析 . 10 2.3.1人工分拣系统 . 11 2.3.2半自动分拣系统 . 11 2.3.3自动分拣系 统 . 12 2.3.4人工分拣系统作业流程 . 13 2.4本章小结 . 14 第三章 A快递企业分拣流程及优化思路 . 15 3.1 A快递企业快件分拣流程问题描述 15 3.1.1快件的集聚
17、流程 .15 3丄 2快件的分拣 .16 3.2 A快递企业快件分拣优化算法 .17 3.2.1 A快件企业的快件基础数据 .17 3.2.2 A快递企业的快件分拣优化算法过程 .22 3.2.3利用经典优化算法得出优化结果 .24 3.3本章小结 .27 第四章基于 Flexsim的 A快递企业快件分拣仿真与优化 . 28 4_1 Flexsim仿真软件简介 .28 4.1.1Flexsim仿真软件的功能 .28 4.1.2Flexsim仿真软件的特点 .29 4.1.3Flexsim仿真软件的基本组成 .30 4.1.4Flexsim仿真建模的基本步骤 .31 4.2 A快递企业分拣仿真模
18、型的构建 .31 4.2.1 Flexsim 仿真目标 .31 4_2_2 Flexsim仿真数据基础 .32 4_2_3 Flexsim仿真模型构建 .38 4.2.4Flexsim仿真模型参数的设置 .40 4.3 Flexsim仿真模型的运行及结果输出 .48 4_3.1Flexsim仿真模型的运行 .48 4.3.2Flexsim仿真模型运行结果的输出 .50 4_4 Flexsim仿真模型结果分析 .52 4.4.1从仿真分拣时间分析 .52 4.4.2从仿真分拣人员闲忙程度分析 .53 4.4.3从仿真分拣人员分拣负荷分析 .54 4_4_4 Flexsim 仿真结论 .55 4.
19、5本章小结 .57 第五章总结与展望 . 58 5.1总、会吉 . 58 5.2主要创新点 . 58 5.3 MM . 59 参考文献 . 60 if . 63 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研宄 第一章绪论 1.1.研究背景及意义 中国地区随着经济体制自由而蓬勃的发展，依赖人力密度极高的服务业一快递业也 随之迈向现代化的发展。在经济高速发展的同时，网络购物迅速扩张，由此激起快递业 在我国的发展。我国快递业已经从最初的经营模式发展至今已形成了趋于稳定的市场格 局。但随着电子商务的迅速发展，中国快递业也持续着增长的势头 1。 2011年 11月， 据上海航交所对全国物流总量
20、的统计：在 2011年前三季度，物流需求的规模呈现持续 增加，物流总费用急速上升， GDP的比率小幅上升，物流的运行总体保持平稳较快的增 长趋势。 2013年 10月，据邮政局公布： 2013年一月到十月，在全国规模以上的快递服 务企业中，在业务量上累计完成了 70.3亿件。据报告 2014中国快递行业的发展显 示，中国快递累计完成业务量 92亿件，同比增长 61.6%，其规模已经升至世界第二位。 不仅如此，中国的 GDP每增长 1%，中国快递业就将以 2.9%的速度增长，相当于 3倍 的增速，同时物流费用在 GDP的比例每下降 1%，其经济效益就可以增加 400多亿，所 以其对拉低物价水平、
21、降低制造业成本有不凡的意义 1 2。 快速变化的消费需求不断地推动快递业的发展， 同时也改变了人们的基本生活模式， 所以快递业对人们日常生活和国民经济的影响已经不容忽视，快递行业在我国还有巨大 的发展空间。且快递的物流各环节若是相互协调，以最合理的方式运行，必将节约物流 成本，进而推动企业长远发展，能更好的服务人们生活。且快件分拣成本已达到物流成 本的 20%，若能有效改善快件分拣效率，将会给企业带来可观的经济效益 3。 可见快递分拣在快递运营中有非常重要的作用，既是企业间竞争和发展的焦点，更 反映了各自的技术水平、操作能力、服务质量及企业的信誉度和未来的发展。通过对快 递的分拣流程进行 论述
22、、研宄和优化，并合理利用开发自动化分拣装备设备，科学的配 置操分拣操作人员，就可以提高快递行业的服务质量和水平，以此才能达到快递市场的 需求。但目前为止，我国快递企业分拣操作仍存在很多问题，主要问题如下： (1) 技术水平落后 根据有关调查，在快件的分拣流程中，传统的人工分拣方式存在着工作量大、差错 率高的问题，而且每人每天的分拣量最多才达 2000件，但若选择采用自动化分拣技术， 分拣效率会提高 5倍，差错率也控制在 5%以内。但目前为止国内的几大快递企业中， 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研究 大多采用人工分拣，自动分拣设备引用较少。简而言之，我国快件分拣自动化技术远
23、落 后于发达国家。 (2) 分拣布局不合理 我国快递企业在技术上与先进国家相比有很大差距，再加之考虑成本问题，所以大 多采用人工分拣方式，但人工分拣中有存在很多问题，比如分拣框的布局不合理造成分 拣效率低下，分拣人员安排不合理造成员工成本的浪费以及窝工现象等。整体的分拣布 局安排不合理造成整个分拣流程的效率低下以及分拣成本的增高。人工分问题就是在其 他问题解决的基础上，也是本论文着重研究的问题。 (3) 整体环境不规范 从快件分拣流程的整体环境来看，我国快件物流发展环境存在很多问题，很不规范。 据析，我国在 2009年才颁布快递市场准入的第一条法律条文。又加之快递物流行业是 一新兴行业，与它相
24、关的法律条文不够完善，所以可能会被某企业或个人钻法律空子， 只顾自己的利益而不顾消费者权益。且这种现象可能会越来越严重，最终导致严重影响 快递行业的健康发展。 (4) 快递人才缺乏 快递行业目前还属于一个门槛不高的劳动性行业，但近年来随着电子商务的发展， 各大快递企业纷纷出现，但我 国整个物流业起步晚，所以该行业缺乏比较系统的理论知 识和健全的物流系统体系，且物流专业知识和专业思维的人才匮乏，导致无法满足市场 需求引发一些 “ 暴力分拣 ” 等现象。 在整个物流行业中，物流快件分拣环节是整体微笑曲线的其中一个底端，因为它存 在投入大、利润率低的现象，所以快递企业很难向其两端发展，若要向其两端发
25、展，一 是要具备设计分拣解决方案的能力，二是要继续用传统的操作方式或其他方式面对物流 快递分拣。由于快递市场服务需求旺盛和其迅速的发展模式，各个快递企业竞相在快递 市场崭露头角，所以，快递企业在拥有良好发展机遇的同时也要面对着激烈的竞争和严 峻的挑战。快件分拣是快件在快递流通中的基本操作过程，也是快件物流分拣系统的基 本组成单位，特别是在日包裹量剧增的条件下，面对快件分拣量的增加、配送点的繁多、 配送路径的多样、配送时间的缩短，以往的分拣已经不能满足现在快递市场的需求。同 时各个快递企业之间的竞争也会加剧，因此快递业分拣过程的研究与优化，对于引导快 递业健康稳定的发展有着重要的影响和意义，这是
26、快递企业理论和实际发展的双需要， 也是社会经济和国际贸易持续发展的支撑。 6 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研宄 1.2国内外研究现状 无论国内研宄还是国外研宄，有关快件的分拣优化均集中在快递企业分拣系统的整 体优化、自动分拣与半自动分拣优化上面，而且多采用数学算法进行优化。而本篇论文 主要研宄的是快递企业分拨区小快件的人工分拣仿真优化。下面主要从快件分拣策略、 快递分拣系统和分拣仿真优化三方面对快件分拣优化进行国内外研宄综述。 1.2.1国内研宄现状 快递分拣是物流系统中十分重要的环节，但我国快递分拣还处于发展初级阶段，对 快递分拣方面的研宄比较局限。尤其管理服务理念还
27、不够完善，我国处于以人工分拣为 主，半自动分拣为辅的阶段。自动分拣所需的设备技术成本太高，但目前有些自建物流 设施的企业引进了自动分拣设备以提高分拣的准确率和效率。目前对分拨区快件的分拣 仿真优化案例较少。 在快递分拣策略研宄方面：国内研宄较少，其具有代表性的成果有：张少卿、万杰 和李立 （ 2009)以分拣订单行走的最短距离为目标，其采用遗传算法分析了配送中心订 单分批优化问题 7。刘进平 （ 2010)采用方差分析，评价了分拣货物的方法，并对研宄 结果进行多重分析，分析结果表明，当订单规模较小时，单一区域布局下所采用的启发 式路径方法是最大间隙法，双区域下适用的是组合方法，且双区域布局下的
28、路径方法更 节省分拣货物时的行走距离 8。庄景明 （ 2009)研宄的是一种基于优先级的分拣货物的 算法，构造优先级算法方法，最后运用贪心算法实现基于优先级的分拣货物算法 9。冯 华威 （ 2007)通过运用层次分析方法，对配送中心中分拣作业订单的作业过程进行了定 量的分析，为分拣系统中分拣方式的选择提供了详细的 理论指导 1 。吴弈坤 （ 2013)通 过分析航空物流快递分拣系统的构成、种类及特点，通过研宄上海分拣中心网络系统及 分拣操作流程，提出 “ 优化分拣，控制上件 ” 的思想，并在分拣口实施准确的分拣操作， 提高分拣操作准确率 11。 在快递分拣系统方面：其具有代表性的成果有：袁阿勇
29、 （ 2006)通过对开展智能化 货物分拣系统的组建，开发出新型智能化货物分拣系统机构，并组成控制策略，同时研 宄了将射频识别技术运用到货物分拣过程中，运用智能控件来实现货物准确的采集信息、 传输、反馈与控制，并设计了新型锟子浮出式货物分类装置，实现货物信息全球共享 12。 卢少平、张赌弓等人 (2010)研宄了自动分拣系统中分拣区的数量、缓存区的品项与其容 量，并同分拣策略效率建立了基于相似系数的品项分配聚类模型算法方案，研宄出一种 3 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研宄 启发式聚类算法 13。易开刚 （ 2010)通过研宄将快件运到始发港了人工播种式的分拣系 统，并将
30、同一个目的港的包裹取出归类，再投放到对应道口的分拣传送带上，直接 向道 口分拣包裹，这种方法适应一定范围的货量 14。吴颖颖 (2008)通过研宄配送中心随机订 单模式，并研宄了配送中心随机订单模式下的自动分拣系统所具有的差异性、复杂性、 同步性等特点，建立了 Petri网自动分拣系统作业模型，解决了其他自动分拣模型存在 的问题，并基于该模型，建立了分拣作业仿真平台，改善了分拣模式和分拣设备的组合， 优化了分拣作业效率 15。谭俊华等人研宄了货位式人工拣选系统，构建以最小行走距离 为目标结果的分批订单数学模型，并使用启发式节约算法对其分析求解，利用实例证明 启发式算法优 于 FCFS订单分批方
31、法 16。王艳艳 （ 2012)建立并行自动分拣系统的分拣 作业时间的模型，用虚拟视窗理论阐述了并行自动分拣系统的作业流程并建立了货物分 拣作业的时间模型，并对分拣延迟时间进行深入分析，建立最短时间分拣量标配模型， 自动分拣拆分、调度、补货缓存长度优化等，解决了大规模订单自动分拣系统作业问题 以及优化了补货缓存长度的问题 17。 在物流系统仿真优化方面：在中国仿真优化用于分拣方面的研宄还比较少，其代表 性成果有：张凡、淳田和肖锋 （ 2012)运用 Flexsim仿真软件为谋快递企业的分拣中心 构建仿真模型，在分拣中心引入自动化分拣设备及技术之前，通过建立 Flexsim仿真模 型，对优化的规
32、划方案进行模拟仿真、分析、评价 18。薛永吉、李旭宏和程日盛等 （ 2005) 建立描述站台数量的模型，并利用排队论理论得出了最优站台数的算法，且同时利用 Agent仿真软件对这一问题进行仿真研宄。应用 Agent仿真算法克服了理论建模算法的 不足，为物流中心最优站台数问题提供了一种较为满意的解决问题的方法和思路 19。龚 波 （ 2008)通过对生产物流系统规划的建模的技术现状的研宄，并对生产物流系统的结 构形式 和物流属性进行详细分析总结，研宄了基于 SLP方法的物流系统规划技术，通过 这种方法，制定了优化方案，并证明了方案的时效性 2(5。迟晶 （ 2013)从分析和识别现 状需求量预测
33、入手，对顺丰速运有限企业的陆运发展需求量进行分析预测，并对集散中 心总体设计目标和规划布局方案进行优化调整，利用 “ 初分时货物分类，细分时两次校 对，下线后再进行核对 ” 的设计方案，最后再利用 Witness仿真软件技术对集散中心的 分拣优化方案进行仿真建模并运行分析，最终确定最佳分拣能力 21。赵凯、熊云红等 (2008、 2009)通过 自动化分拣系统，提出关于虚拟队列自动分拣算法的数学模型，利用 LabView仿真工具仿真了自动分拣作业的过程，分析评价了其准确性和可行性 22。 4 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研宄 1.2.2国外研宄现状 由于国外在快递物流分
34、拣方面的研宄相对国内来说比较成熟，物流仿真优化在分拣 方面的应用也更加普遍，无论是 Flexsim仿真、 Witness仿真分拣技术的应用，且已经进 入到了快件分拣优化的实施阶段。但目前对分拨区快件的分拣仿真优化案例较少。 在物流快件分拣策略研宄方面，国外具有代表性的成果有： Gibson和 Sharp (1992) 通过研宄货物分拣时存放位置、行走路径、仓储结构等因素，且通过计算机仿真比较了 计算机仿真的分批方式、普通方式、普通方式和分批方式结合时分拣定量订单的效率， 最终表明分批方式能够提高分拣效率 23。 Pratik J.Parikha， Russell D.Meller(2008)分
35、别研宄 了批次分拣策略和区域分拣策略，重点考虑了在分拣效率、分拣阻碍 、系统需求的情况 下，对这两种策略进行最小成本建模，并利用牛鞭效应分析其对分拣策略形成的影响 24。 在物流快件分拣系统研宄方面，主要代表性成果有 ： Gademari (2001)通过研宄人 工拣选系统中订单批次和通过相邻货品进行分批的问题，确定以订货至交货时间最小为 目标，然后利用分支定界法解决小批量订单分批问题，再利用二分启发式算法去解决大 批量订单的问题，最后表明二分启发式算法提供合理上线，满足实际运用 25。 LIU Dai-fei， DUANHan-yan (2001)通过对快递分拣需求的研宄，实现 了变频智能控
36、件系统 技术，该系统可以实现自动化和智能化的包裹变频供件控制，同时实现方案的可控、可 靠性、合理性 26。 Tricia Hyland (2002)通过对包裹分拣信息系统进行改造研宄，使得货 物包裹可以在信息网络中能够被查询得到27。 Eiichi Tariguchi(2005)自动分拣系统物体形 状破损进行研宄，此种方法可以快速有效识别分拣流水线上的破损物件，再利用 SVM 进行分类，采取措施进行重新包装，防止物品的遗失 28。 HsienHua， Lee Pei， Wen Wang(2010)研宄物流分拣基于电子信息系统的模式下，建立分拣路由模型，并在航空分 拣定位分拣路线安排的问题上展开
37、了研宄，最后得出较优的求解问题的方法 29。 在物流快件仿真优化研宄方面，国外主要代表性成果有 ： Jerry Bank (2004)基于 对滑块分拣系统的机械结构的研宄，并对工作原理和关键参数进行研宄，分析了 AutoMod单元库所能达到可重复性，同时利用动态和静态两种建模思路对分拣系统进行 全面的仿真模拟，通过合理的建立模块，为以后进一步优化研宄模块分拣系统打下了基 础 3 。 Soemon TakakuwHiroki Takizawa(2000)通过利用 Arena仿真软件对非自动化仓库 的布局和流程进行了仿真建模研宄和评价分析 31。 Masel(2001)对分拣时间的相关公式 做过一
38、定的研宄 32。 Masel Dale(1997)他通过分拣设备的入手，对配送相关的问题进行 了模拟仿真 33 Norman Saenz JR (2002)通过从物料搬运的特殊角度去研宄物流分拣系统 5 基于 Flexsim的快递企业分拨区快件分拣仿真优化研究 传送带的具体构建模式，并组合各种传送带模式，配置较好的分拣系统 34。且国外仿真 软件发展更加迅速，如英国的 Witness用于生产物流领域的仿真，美国开发的 Flexsim 支持多约束条件下的分拣系统的仿真。 总结： 国外在快递物流分拣方面的研究相对国内来说比较成熟，其无论在分拣技术设备还 是信息技术的延伸也得到了更广泛的应用，尤其是自动分拣的应用更加广泛。物流仿真 优化在分拣方面的应用也更加普遍，且己经进入到了快件分拣优化的实施阶段。由于我 国快递物流业起步相对较晚，加之我国快递企业之间没有信息共享，