Modelling and performance evaluation of explosive storage policies in internet fulfilment warehouses

作者:Sevilay Onal, Jingran Zhang and Sanchoy Das
[管梦城]]

摘要

电商履约仓库IFW与传统仓库有很大不同，主要体现在六个方面:巨量的库存，大量的储位，SKU混合存储在一个货位中，及时的履约，单次拣选路径短，交易量巨大。本文提出两个算法解决:1.库存。2.订单拣选。

1.Introduction

IFW仓库与传统仓库最大的差异是商品分散存储，根据这个差异构造模型并提出算法解决，以降低履约时间为目标，并通过仿真来验证模型的优越性。

2.Background

2.1 Order picking algorithms

订单分批，路径规划问题

2.2 Storage location rules

储位分配策略

2.3 Shared storage

共享存储

2.4 Order picking objective

3.Observational study

4.Key IFW structural differentiators

4.1 Explosive storage policy

传统仓库中，每个SKU存放的储位数不超过10个；IFW仓库中，SKU被分散存储到E个储位，称之为explosive storage policy，分散存储策略，每个储位存放不到10%数量的该SKU，且这些储位不相邻。传统的存储策略E=1，分散存储策略E>10。
定义:
$i \in N$,SKU及总种类数
$E_i$,物品 $i$ 的explosion factor
$L_i$物品 $i$ 存储的储位总数量
$V_i$,物品 $i$ 的总库存
define:
Explosion ratio for product $i$,物品 $i$ 的分散率:

$$\Psi_i=\frac{L_i}{V_i}$$

整个仓库的Explosion Ratio:

$$\Psi_o=\frac{\sum_{i\in N}L_i}{\sum_{i\in N}V_i}$$

$L_i$不一定等于$E_i$，因为在补货的同时也会有履约产生，所以$L_i$及$\Psi_i$随着时间不断在变化，在IFW仓库中，参数大概分布在$0.10<\Psi_i<0.50$。在储物分配策略制定时，可将$\Psi_i,\Psi_i$作为惩罚参数

4.2 Very large number of beehive storage locations

IFW仓库储位远远多于传统仓库

4.3 Bins with commingled SKUs

共享存储，混合存储。IFW仓库与传统仓库最根本的区别之一是在IFW仓库中多种SKU被同时存放在同一个货位。

4.4 Immediate fulfilment objective

IFW需要在较短的时间内完成订单，假设运输车辆离开仓库的时间间隔为$\hat T$，那么完成订单的时间窗就为稍小于$\hat T$

4.5 Short picking routes with single unit picks

5.Modelling fulfilment operations

本文提出了融合这些关键性差异的IFW运作模型。
定义如下变量:
$i \in N$,SKU及总种类数
$b \in M$,仓库储位/货位的顺序编号
$z$,存储分区$\\{ b\in z|B_{min,z}\leq b\leq B_{max,z}\\}$
$s\in S_{z}$,分配到 $z$ 区域的补货人员
$p\in P_{z}$,分配到 $z$ 区域的拣货人员
$E_i$,物品 $i$ 的explosion factor
$t\in T$,operational days in the control model
$r\in R_{t}$,在 $t$ 时期到达仓库的散货
$j\in J_t$,在 $t$ 时期接受的顾客订单
$I_{i,b,t}$,在 $t$ 时期储位 $b$ 上的物品 $i$ 的库存数量
$L_i$物品 $i$ 存储的储位总数量
$V_i$,物品 $i$ 的总库存
$G_i$,物品 $i$ 的最小储存份额
$\beta$,每个货位的存储数量上限