货物配装优化问题研究及其应用

2011-01-12湖北物资流通技术研究所沈绪明

物流技术 2011年3期

□ 湖北物资流通技术研究所湛信沈绪明

货物配装优化问题研究及其应用

□ 湖北物资流通技术研究所湛信沈绪明

货物配装是配送的一个重要环节运输成本占配送成本的比重较大这就要求我们最大程度发挥装载工具容积和承载能力在容积和载重量一定情况下尽量做到满载满装从而降低配送成本。货物配装问题解决得好坏直接关系到车辆空间、载重的利用率和物流成本的高低。因此合理的配装有利于物流企业提高空间利用率低、降低运营成本、提高配送效率。

一、货物配装问题

货物配装问题是当前业界与学术界研究的热门问题。其广泛应用于交通和物流业属于组合最优化问题和NP完全问题如同旅行商问题、大合数分解质因数和求大素数问题一样加上自身的复杂性很难求得精确解只能通过间接的“猜算”来得到结果。经典的货物配装问题要求把一定数量的货物放入容量一定的箱体中在满足各种限制条件的前提下使得箱体中所装入货物的总体积最大、总质量最大或者是所装入货物的总价值最大等以获得某种最佳的效益。它在大多数情况下属于多目标、多约束条件下的高度复杂优化问题需根据装载工具和所要装运的货物形状来确定的最优化问题。

目前在物流配送的货物配装环节常采用人工估算拼装往往凭借经验没有统一的规划造成空间利用率低、货物摆放混乱、运载空间没有得到充分利用等问题有时需反复进行装卸才能成功浪费大量的人力和物力。对于约束较少简单货物的配装优化可使用市面上已有的一些智能化的货物装载软件进行配装。但是多数情况下货物的配装因配送工具和货物的多样化、问题复杂程度的不同需施加不同的限制。货物配装在一定程度上可转化为集装箱装载可借鉴集装箱配装优化的研究成果针对具体问题开发相应的货物配装优化软件进行货物的配装。

二、货物配装优化算法

目前货物配装从装载工具和货物两方面可以分为四种配装情形即单个装载工具配装、多个装载工具的并行配装、相同体积货物的配装、不同体积的货物的配装。在学术研究方面研究的多为不带性能约束的配装问题而实际货物配装要考虑诸多约束如箱体的重量约束、体积约束等货物的方向约束、承载性约束、稳定性约束、隔离限制、是否编组等更复杂的情况还涉及多目的地、货物配置顺序等。要实现任意约束条件下的三维物体的装载问题至今尚无成功的通用的方法。目前在配装优化中常用的方法有穷举法、启发式搜索法、遗传算法、模拟退火算法、神经网络方法、分层法、图论法、空间分割法等。

到目前为止人们对货物配装优化提出了许多算法但都有明显不足穷举法在箱子数目稍大时就存在“组合爆炸” 启发式搜索法引入的启发信息依赖于个人经验并且同样存在“组合爆炸” 遗传算法作为一种随机化搜索算法具有很强的全局搜索能力特别适合求出问题的近似最优解但在解群分布不均匀时易于出现未成熟收敛陷入局部极优模拟退火算法往往优化过程较长神经网络方法在解决装箱问题时效果明显但它收敛速度慢易陷入局部极优。目前比较流行的是将启发式算法和遗传算法、遗传算法和模拟退火算法等相结合加之有效设计取长补短以遗传算法为基础保留其强全局随机搜索能力同时又能提高算法的群体多样性产生更好的优化效率。

三、货物配装优化在家电行业中的应用

目前中国家电业发展迅猛中国已名符其实地成了世界家电第一大国。近年来随着国内市场的价格战和跨国公司的强势进入中国家电行业压力骤增。物流竞争在如今的家电业竞争占有重要地位高效率、低成本的现代家电物流是必由之路。家电行业的物流配送流程中由于配送量大、产品种类繁多采用传统的人工估算操作不仅工作量大而且配送人员的工作效率和配送的准确率、车辆空间利用率都受到限制导致产品运输成本居高不下不利于提高企业竞争力。开发专业的家电配装软件实现家电自动配装优化就显得至关重要了。

家电的货物配装在货物配装问题研究上很有代表性常采用厢式运输车和高低板挂车作为运输工具。采用厢式运输车作为运输工具体积一定且封闭性强类似集装箱货物装载。针对厢式运输车的体积和实际装载过程中的各种约束条件对家电配装问题进行抽象和界定设计模型求解的算法借鉴集装箱配装优化方法编制相应程序按照客户要求产生装箱方案完成家电的配装优化。

高低板挂车没有侧壁和箱顶装载灵活性高装载空间较大因此被广泛用来进行家电产品的配送运输。由于车厢厢体的非规则性高低板挂车配装优化问题难度较大。根据其箱体特性以及实际装载过程中的各种约束条件（家电产品属轻密度产品不考虑车辆的载重约束）进行详细分析将高低板挂车的配装过程抽象为一般意义上的规则三维装箱模型借鉴集装箱配装优化方法采用分层装载思想以及空间划分合并原则将基于空间分解的构造式启发式规则融入基本遗传算法中利用计算机强大的数据处理功能实现了家电的自动配装优化。

四、常用的装箱软件

装箱软件能为客户提供高度优化的集装箱装箱方案帮助客户提高装货效率节省计算方案的时间降低货物运输环节的费用已被广泛应用于集装箱装箱、拼箱、卡车装货配载、托盘装载、货柜排柜设计、装柜计算、包装箱设计和企业物流系统管理等领域。常用的装箱软件有很多这里仅介绍Loadmaster、LoadExpert、MaxLoad Pro、Cube-IQ。

1. Loadmaster

Loadm aster装箱大师由北京达纬恒通信息技术有限公司开发是目前国际市场上集装箱装载率非常高且广泛使用的智能优化装箱软件。Loadmaster装箱大师致力于解决货物在集装箱、厢式货车等容器中的最优摆放问题适用于计算货柜装柜、集装箱、拼柜、卡车装箱、火车装箱、纸箱装箱、托盘装柜帮助货主、货代和承运企业简单快速地设计高效的集装箱优化装载方案达到对空间和载重能力最大利用提供给客户高度优化的集装箱优化装载方案。

2. LoadExpert

LoadExpert装柜专家是广州王石信息技术有限公司开发的一款集装箱智能优化装箱软件目前在国内市场上占有率非常高且用户极广。装柜专家适用于各种货柜拼柜排柜、卡车排柜、火车排柜、纸箱排柜、托盘栈板装柜能够根据货物的重量、体积、集装箱的规格等条件自动分析自动安排装箱的顺序并可以打印出装箱清单和装箱步骤分解图等。

3. MaxLoad Pro

MaxLoad Pro是至今为止全世界物流行业公认的最优秀的装载包装产品的策划及优化软件。MaxLoad Pro 采用参量驱驶的科学算法及广泛的堆码规则来决定最佳的运货模式。它具有成本运算功能支持多站式及优先式装货、广泛的堆货、装货规则及载重计算支持装载物品和运输工具的多样化以及装货计划和过程的立体图像显示功能可协助客户准确地计算所需的集装箱数目提高装箱效率及将货运成本减低10%-25%。

4. Cube-IQ

Cube-IQ装载优化软件是美国MagicLogic公司开发的一套解决配载问题的优化软件。其内嵌了世界领先的数模优化引擎能够成功地帮助某些企业解决在物流配载、管理过程中所面临的种种问题诸如如何根据货物的运送顺序以优化的方式装载货物如何组合订单如何选用不同的运输工具才能达到运送成本最低的目的等等。Cube-IQ的运行速度也非常快能提供最可行的装配解决方案。与传统的手工配载方案相比使用Cube-IQ系统可提高装载容器（海运集装箱板条箱货盘卡车等）10%-15%的利用率能最大限度提高装载容器利用率。