摘 要

随着电商B2C的快速发展，如何提高配送中心作业效率已经成为B2C电子商务的主要研究。订单拣选作为仓储作业中的重要环节之一，其效率的提高可以有效改善配送中心的整体作业效率。为此，论文研究如何有效进行订单分批，以使订单集合的总服务时间最短，从而减少订单集合的总延迟。论文基于传统的先到先服务原则和统一配送路径原则分别构建固定时间段内的订单分批优化模型。由于在电子商务环境下，顾客购买具有时间不确定、需求品类多且批量小的特性，因此论文构建了小、中、大三种订单数量环境。

以某电商企业A公司2019年1月2日的订单数据为例，在三种订单数量环境下基于不同原则进行订单分批。研究结果表明，基于统一配送路径原则的订单分批结果要优于基于先到先服务原则的订单分批结果。且基于统一配送路径原则的订单分批策略针对订单集合的订单数量不同，优化效果也不同。订单数量越多，基于统一配送路径原则的订单分批策略的优化效果越好，比基于先到先服务原则的订单分批策略节约的总服务时间越长。

关键词：电子商务 拣选作业 订单分批

Abstract

With the rapid development of e-commerce B2C, how to improve the operation efficiency of distribution center has become the main research of B2C e-commerce. Order picking is one of the most important links in the warehousing operation, and the improvement of its efficiency can effectively improve the overall operating efficiency of the distribution center. Therefore, this paper studies how to effectively carry out order batching so as to minimize the total service time of the order set and thus reduce the total delay of the order set. Based on the traditional first-come-first-served principle and the unified distribution path principle, the paper constructs the order batching optimization model within a fixed period of time. Because in the e-commerce environment, the customer purchase has the characteristics of uncertain time, demand category and small batch, so the paper constructs the small, medium and large order quantity environment.

Taking the order data of A certain e-commerce enterprise company on January 2, 2019 as an example, the order batching is carried out based on different principles under three order quantity environments. The results show that the order batching results based on the uniform distribution path principle are superior to the order batching results based on the first-come-first-served principle. Moreover, the order batching strategy based on the principle of unified distribution path has different optimization effects depending on the number of orders in the order set. The larger the number of orders, the better the optimization effect of the order batching strategy based on the unified distribution path principle, and the longer the total service time saved than the order batching strategy based on the first-come-first-served principle.

Key Words：electronic commerce; pick job; order batching

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 研究目的及研究内容 3

1.4.1 研究目的 3

1.4.2 研究内容 3

1.4.3 研究方法 4

第2章 A公司单区型仓库拣选作业分析 5

2.1 仓库布局现状 5

2.2 拣选工作现状 5

2.3 订单分批拣选系统概述 7

第3章 订单分批合并原则 9

3.1 基于先到先服务原则 9

3.1.1 订单分批方法描述 9

3.1.2 订单批次求解 9

3.1.3 服务时间模型 9

3.1.4 服务时间求解 10

3.2 基于统一配送路径原则 11

3.2.1 订单分批方法描述 11

3.2.2 统一配送路径描述 11

3.2.3 订单分批模型构建 12

3.2.4 配送订单批次求解 14

3.2.5 拣选订单分批模型构建 14

3.2.6 拣选订单分批优化算法 15

第4章 订单分批方案适用性 17

4.1 小批量订单环境 17

4.1.1 小批量订单实例 17

4.1.2 基于先到先服务原则的分批结果 18

4.1.3 基于统一配送路径原则的分批结果 18

4.1.4 结果比较 19

4.2 中批量订单环境 19

4.2.1 中批量订单实例 19

4.2.2 基于先到先服务原则的分批结果 20

4.2.3 基于统一配送路径原则的分批结果 21

4.2.4 结果比较 22

4.3 大批量订单环境 22

4.3.1 大批量订单实例 22

4.3.2 基于先到先服务原则的分批结果 24

4.3.3 基于统一配送路径原则的分批结果 24

4.3.4 结果比较 25

第5章 结论 26

第6章 附录 27

6.1 C 编程1：订单分批 27

6.2 C 编程2：服务时间 28

参考文献 29

致谢 30

绪论

研究背景

近年来，随着互联网技术的不断发展和经济转型不断深入，我国电子商务发展十分迅速。凭借浏览便捷性、产品品类品牌覆盖全、递送服务方便快捷等诸多优势,B2C电子商务深受我国新兴中产阶层消费者的喜爱，是目前中国网络购物的主流模式。

随着电子商务B2C业务的兴起与发展，提高B2C电子商务仓库的作业效率成为重要研究方向。订单拣选是B2C电子商务物流仓储作业的重要环节之一，是根据客户的订单信息，迅速又准确地将所需商品从仓库存储位置中拣选出的过程。早期仓库内多采用按单拣选的订单拣选方式，但拣选员工的工作效率十分低。为了改善这种状况，仓库会选用合适的订单分批策略来提高订单拣选的效率。

订单分批方式有总和计量分批、时间窗分批、固定订单量分批和智能型分批四种^[1]。本文研究在时窗分批方式下的订单分批策略，涉及到将固定时间段内到达的订单集合按最大固定容量分批拣选的过程。在进行订单分批的过程中，每个订单都有一个特定的到期日，即，订单所需的所有商品必须在特定时间之前收集并打包完成。否则，未按时完成的订单将导致延迟惩罚，并导致较低的客户满意度和较高的成本。为了避免订单延迟，从到期日到客户订单完成时间之间的延迟应该尽可能小。因此，为了提高仓库内订单拣选工作的效率以便达成客户的高满意度，在进行订单分批分拣的问题研究时，要着重考虑客户订单的到期日是否能够满足或满足到何种程度，即分批后的订单批次要使客户订单的总延迟最小^[2]。要使客户订单集的总延迟最小，就要提高订单批次的拣选效率，即如何优化订单分批，使得订单集的总拣选时间最小。

研究意义

随着电子商务B2C业务的兴起与发展，消费者的需求逐渐多样化、个性化，电子商务配送中心的订单呈现出高频次、小批量的特征。根据电商配送中心的此种特征，B2C电子商务仓储订单分批分拣问题具有一定的研究意义。

从理论研究的角度看，针对B2C电子商务仓储相关问题的相关研究中，本文研究的订单分批分拣问题可以丰富和完善B2C电子商务仓储作业优化的相关理论；文中更是阐述了基于不同原则的订单分批合并策略，并研究了在不同数量订单集的环境下各个订单分批合并策略的适用性，为电商仓储制定合理的订单分批分拣策略提供依据，具有一定的理论意义。

就电商企业而言，研究订单分批分拣问题有助于提高仓库内订单拣选工作的效率，减少人工拣选作业的成本，从而提高电商配送中心的整体工作效率，减少仓库物流过程的成本，对达成较高的客户满意度和提高企业自身的市场竞争力具有重要的现实意义。

所以，无论是从理论研究的角度还是从现实应用的角度来说，本文都具有一定的研究价值和研究意义。

国内外研究现状

针对B2C电子商务仓储订单分批分拣问题，至今国内外学者已经做出了许多相关研究，其中李时珍，王转，张克诚^[1]介绍了典型的四种订单分批方法，其它的订单分批方法都是基于此四种进行改进以便更好地优化分批结果。如Menéndez,Borja,Bustillo, Manuel,Pardo,Eduardo G等^[3]提出了一种基于变邻域搜索方法的启发式算法，将订单分组成批次，对批次进行排序，并找到收集每个批次的路径，以使总延迟最小化；王旭坪、张珺和马骏^[5]研究的是在拣选员工数量、拣选设备容量等资源有限的约束情况下,在何时、对多少订单进行分批优化，可以保证在订单完成期限前用最短的时间完成最多订单的拣货作业；针对物流企业的订单分批问题，胡小建，韦超豪^[12]提出了改进的Canopy-k-means算法，即依据最大最小原则采用Canopy算法生成初始的聚类中心，并使用k-means聚类算法对初始解进行优化得到分批结果。

订单分批问题研究多以最小化行走距离或最小化成本（将时间、距离等转化为成本）为目标建立模型、以聚类算法为基础进行求解，如吴天行、郭键^[8]根据图论和聚类分析的相关原理，建立了基于图论的聚类算法订单分批模型, 以最小拣选路径为目标函数，通过一个实际的算例论证了该算法的有效性；Mu-Chen Chena, Hsiao-Pin Wu ^[11]是根据数据挖掘和整数规划的研究方法，求解聚类模型来最大化客户订单之间的关联性，再基于此进行订单分批；刘云峰,孙洪华^[13]以拣选员工的行走距离最短为目标，建立了订单分批与拣选路径问题的数学模型，并采用聚类算法和节约算法对订单进行了分批优化.

同时还有相关研究将订单分批与其它作业过程结合起来进行联合分析，如王旭坪、张珺和易彩玉^[14]以最小化订单履行时间为目标构建了单拣选员工和多配送车辆情形下的订单拣选与配送联合调度模型，进行订单拣选与配送联合调度优化；André Scholz, Daniel Schubert, Gerhard Wäscher^[15]提出了一个新的、更有竞争力的方法，联合订单批处理、分配和排序、路由问题，并提出了一个数学规划公式，还引入了一种启发式的解决方法即变邻域下降算法，指出综合考虑各子问题可以大大降低所有客户订单的延迟；Cristiano Arbex Valle, John E, Beasley, Alexandre Salles da Cunha^[16]提出并解决了联合订货批量选择路由问题。

在订单分批问题中以订单总延迟时间最小化为目标的研究较少，如Henn, Sebastian, Schmid, Verena^[2]使用元启发式来最小化给定客户订单集的总延迟；Menéndez等^[3]提出了一种基于变邻域搜索方法的启发式算法以使总延迟最小化；André Scholzr^[15]指出综合考虑各子问题可以大大降低所有客户订单的延迟。

总而言之，在研究B2C电子商务仓储订单分批分拣问题的相关文献中，多以最小化拣选路径或最小化成本为目标构建模型，且大多数研究基于聚类原则进行分析求解，研究模式较为单一。本文将结合国内外研究现状，将最小化给定客户订单集的总延迟的考虑转化为以总拣选时间最小构建目标函数，并根据先到先服务原则和统一配送路径原则分别进行订单分批，比较在小批量订单集、中批量订单集和大批量订单集的不同情况下采用何种订单分批方式合适。

研究目的及研究内容

研究目的

目前，大多数电商产生订单批次时采用的是基于先到先服务原则的传统方法，即根据拣选设备的容量将固定时间段内到达的订单依次进行分批，所以本文首先给出基于先到先服务原则的订单分批方式。但这种方式虽然是批量处理订单，却没有从根本上避免以单张订单为单位处理时存在的问题，尤其是在市场需求暴增时仓库极有可能面临爆仓的风险。所以除了基于先到先服务原则的订单分批策略之外，本文给出另一种基于统一配送路径原则的订单分批方法，得到两种分批结果，通过比较分析来确定基于统一配送路径原则的订单分批策略是否能比传统的基于先到先服务原则的订单分批策略更好地提高仓库内拣选作业的效率，从而提高仓库内的整体作业效率。

研究内容

论文共分为五章。

第一章为绪论部分，阐明了论文的研究背景、研究意义、研究现状、研究目标、研究内容和研究方法，并给出了论文的技术路线图。

第二章对A公司单区型仓库的现状进行了概述，包括仓库的布局、仓库内拣选工作的现状和进行订单分批后的仓库拣选系统。

第三章订单分批合并原则：介绍了基于先到先服务原则和基于统一配送路径的两种订单分批策略，包括相应的模型构建和算法求解。

第四章订单分批方案适用性：给出了小、中、大三种订单批量环境下的实例，验证了模型的可行性，并进行了两种订单分批策略的性能比较。

第五章结论：对研究结果进行总结，并阐明了进一步研究的方向。

研究方法

论文给出了两种订单分批方法，分别是基于先到先服务原则的订单分批策略和基于统一配送路径原则的订单分批策略。在进行基于先到先服务原则的订单分批和基于统一配送路径原则的配送订单分批时，采用了C 编程进行求解；而在配送订单批次内进行拣选订单分批时，首先对订单进行了聚类分析，又根据订单间的巷道相似度通过节约算法进行了拣选订单批次求解。

论文技术路线图如图1所示：

图1 技术路线图

A公司单区型仓库拣选作业分析

仓库布局现状

本文以某电子商务企业A公司物流仓储的单区型仓库作为研究对象。目前仓库内的拣选员工进行订单拣选的方式是按单拣选，即按照订单达到的顺序，依次拣选货物。仓库布局如图2所示。

图2 仓库布局图

仓库内共有28排货架、14条巷道，图中未显示出的是每个货架的高度为4层，所以整个仓库内共有1344个货位。又每种商品只能存放在一个货位上，所以仓库内共存放有1344种商品。仓库内的拣选工作由3名拣货人员负责，仓库内的巷道长为12米，宽为1米，两巷道中心点之间的距离为3米。仓库内每个拣选员工的拣取速度为5秒/个，行走速度为1米/秒，且由于拣选设备的容量限制，每个拣选员工的最大拣选商品容量为20。

拣选工作现状

现阶段仓库内各拣选员工采用的拣选方式为按单拣选，即有一个订单指令到达就开始拣选此订单上的所有商品，之后到达的订单则需要按照到达顺序等待。已知仓库内的商品拣选工作一共由3名拣选员工负责，各个拣选员工均在仓库入口等待。订单到达之后依次分配给拣选员工，不能立即被分配的订单则需要等待拣选员工完成之前被分配订单的拣选工作。

分析现阶段仓库内的拣选作业状况可知，订单集合的完成效率十分低；同时仓库内拣选员工的工作效率和设备的利用率低下；按单拣选造成的大量重复性操作还会造成拣选员工心理上的不满情绪。因此有必要对订单集合进行合理有效的分批合并优化，尽量保证各个拣选员工的拣选任务可以消耗最短的服务时间完成，并最小化订单集合的总服务时间，以提高系统拣选效率，减少总延迟时间。

将图1的仓库布局图顺时针旋转90度，并依次给图中显示的货位编号，如图3所示。由上述可知仓库内的货架共有4层，即图3中每一个货位编号的位置都有立体的4个货位，但由于仓库内拣选员工达到这4个货位时的行走距离是一样的；且所有商品的拣选速度是相同的，与货物在仓库内所处的位置无关；所以同一个货位编号代表的4个货位上的不同商品的服务时间表达式是一样的。因此，本文不再分别对每个货位进行编号，只对仓库布局图内的代表货位进行编号。