基于線性規(guī)劃的片煙倉儲(chǔ)物流數(shù)字化拆拼包應(yīng)用研究?

（紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 玉溪 653100）

1 引言

現(xiàn)代物流技術(shù)的應(yīng)用使煙草企業(yè)拋棄傳統(tǒng)的手工加機(jī)械的作業(yè)方式，全面改善了煙草行業(yè)的管理和效率，降低了成本，具有十分廣闊的應(yīng)用前景［1］。當(dāng)前片煙物流中，每一包煙箱都會(huì)貼著具有行業(yè)唯一身份標(biāo)識(shí)的RFID標(biāo)簽［2］，RFID標(biāo)簽是片煙的“身份證”，包含了物料代碼、等級(jí)、凈重、加工方式、種植方式、產(chǎn)地、生產(chǎn)年份及日期、理化指標(biāo)等信息。RFID標(biāo)簽具有多標(biāo)簽識(shí)讀、非可視識(shí)讀、識(shí)讀距離長等特點(diǎn)，方便物流出入的標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取［3～4］。通過RFID、GPS/GIS/GPRS等技術(shù)［5］為依托的電子標(biāo)簽和打掃碼等手段，可以對(duì)片煙的入庫、存放、出庫、移庫、盤點(diǎn)、查詢等環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)記、識(shí)別、追蹤與監(jiān)管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)片煙全生命周期的物流跟蹤和質(zhì)量追溯［6］。

然而，片煙物流要料需按配方單按批次進(jìn)行出庫，當(dāng)某一物料要料不足標(biāo)準(zhǔn)值（200kg）時(shí)，需對(duì)煙包進(jìn)行拆拼包操作，根據(jù)配方和要料批數(shù)在備料工段進(jìn)行拆拼包，并打印出自定義的標(biāo)簽貼于拆包后的煙箱上。拆拼包改變了一箱一碼制，導(dǎo)致不能正常使用打掃碼，難以實(shí)現(xiàn)片煙物流的追溯和全生命周期的實(shí)時(shí)監(jiān)控［7］。另外根據(jù)業(yè)務(wù)需求，一箱煙不止會(huì)遇到一次拆包，還有進(jìn)行兩次、三次等多種拆包。拆煙包的次數(shù)不同和拆包重量不同，導(dǎo)致拆包情況多樣化，目前煙草行業(yè)主要依賴人工進(jìn)行拆拼包操作規(guī)劃，缺乏周密考慮，導(dǎo)致拆拼包效率低下，無法找出最優(yōu)拆包方案，造成倉庫尾料剩余多及原料的浪費(fèi)［8］。針對(duì)上述問題，本文對(duì)片煙倉儲(chǔ)物流的拆拼包方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)將線性規(guī)劃算法引入到片煙的拆拼包操作中，實(shí)現(xiàn)了有效的拆包規(guī)劃求解方案，提高了煙葉原料的利用率。

2 數(shù)據(jù)化拆拼包方案設(shè)計(jì)

2.1 拆拼包操作流程

在配方庫要料出庫作業(yè)過程中，對(duì)于拆拼包情況需用PDA對(duì)原煙箱進(jìn)行掃碼拆包，并上傳到后臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)片煙倉儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)化和片煙物流追溯過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過藍(lán)牙和PDA進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交互，獲取新的拆拼包打印信息，在拆包片煙現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打碼貼標(biāo)，并與原標(biāo)簽關(guān)聯(lián)，滿足拆包片煙的跟蹤和管理。圖1為拆拼包作業(yè)流程圖。

圖1 拆拼包作業(yè)流程圖

2.2 拆拼包標(biāo)簽定義

2.2.1 拆拼包電子標(biāo)簽編碼規(guī)則

每箱片煙都貼有封裝了物料、生產(chǎn)、質(zhì)量信息的RFID標(biāo)簽，編碼規(guī)則采取32位編碼（見圖2），32位編碼主要包含了應(yīng)用標(biāo)識(shí)、復(fù)烤企業(yè)代碼、產(chǎn)地、班次、委托企業(yè)代碼、生產(chǎn)日期、箱號(hào)等信息，可以實(shí)現(xiàn)片煙物流的信息化追溯管理［9］。拆包處理時(shí)需生成新條碼，本文在原編碼后增加兩位拆包標(biāo)識(shí)位，如01，02，用于企業(yè)內(nèi)部溝通和管理［10］。拆包編碼規(guī)則如圖2所示。

倉庫現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拆包后，如果在備料處需要再次按批數(shù)進(jìn)行二次拆包時(shí)，需按原標(biāo)簽進(jìn)行子標(biāo)簽的生成，如果原標(biāo)簽為XXXX，一次拆包后為XXXX01，二次拆包時(shí)為XXXX01，XXXX02，因XXXX01標(biāo)簽重量發(fā)生改變，需重新打印進(jìn)行貼標(biāo)，即無論怎么復(fù)雜的拆包要求，都必須拆一包對(duì)應(yīng)一個(gè)新標(biāo)簽，貼在新的煙箱上，從而給新煙包一個(gè)新的身份標(biāo)識(shí)，滿足拆包片煙的跟蹤和管理。

2.2.2 拼包多標(biāo)簽處理

拆包處理時(shí)每個(gè)煙包都必須有新標(biāo)簽，在拼包過程中，參與拼包的煙箱統(tǒng)一把新標(biāo)簽貼在拼包后的煙箱上，進(jìn)行掃碼識(shí)別時(shí)需要兩個(gè)標(biāo)簽同時(shí)掃到，系統(tǒng)將自動(dòng)累加兩個(gè)標(biāo)簽重量之和。本文考慮在PDA上進(jìn)行標(biāo)簽的關(guān)聯(lián)，后一箱拆包信息生成后需關(guān)聯(lián)前一包的拆包信息，由PDA產(chǎn)生新的拆拼包信息，并及時(shí)將拆拼包信息反饋到系統(tǒng)品臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)物追溯、片煙倉儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)化、片煙物流全生命周期的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 基于線性規(guī)劃的拆拼包優(yōu)化設(shè)計(jì)

庫存煙包的標(biāo)準(zhǔn)值為200kg，配方原料要料出庫時(shí)需按技術(shù)中心下發(fā)的配方單按批次進(jìn)行出庫，如原料倉儲(chǔ)科備料工段要供料1200kg，分10批出庫，此時(shí)需要在備料工段將6箱煙拆成10箱；此外，當(dāng)其它片煙原料要料不足標(biāo)準(zhǔn)值（200kg）時(shí)，也需對(duì)煙包進(jìn)行拆拼包操作。針對(duì)不同的供料要求，本文采用線性規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)了倉儲(chǔ)庫存原料的優(yōu)化。

圖2 拆包編碼規(guī)則表

2.3.1 線性規(guī)劃算法

線性規(guī)劃是統(tǒng)籌學(xué)中研究早、發(fā)展快、應(yīng)用廣泛、方法較成熟的一個(gè)重要分支，是輔助人們進(jìn)行科學(xué)管理的一種數(shù)學(xué)計(jì)算方法，一般通過分析數(shù)據(jù)來建立線性規(guī)劃模型，以此求解有限資源的最優(yōu)化問題。即在一組線性約束條件的限制下，求一線性目標(biāo)函數(shù)極值的問題［11］。線性規(guī)劃有很多典型的應(yīng)用，如原料配料優(yōu)化、產(chǎn)品下料、運(yùn)輸問題、用工安排等［12～15］。

線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型的一般形式如下：

上式中，式（1）為目標(biāo)函數(shù)，這里以目標(biāo)函數(shù)最大化為標(biāo)準(zhǔn)，式（2）為約束條件。上式的矩陣形式為

式（4）的圖形為n維空間Rn中的一個(gè)凸邊形，式（3）為Rn中的線性函數(shù)，其解集為凸邊形的一段邊［16］。

2.3.2 拆拼包數(shù)學(xué)模型的建立

拆拼包數(shù)學(xué)模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，本文以各要料需求所拆標(biāo)準(zhǔn)煙包數(shù)量最少為目標(biāo)進(jìn)行拆包優(yōu)化方案的求解。例如某倉儲(chǔ)物料在不同生產(chǎn)線有如下業(yè)務(wù)需求（表1），因要料單包重量不足標(biāo)準(zhǔn)值200kg，需建立拆拼包問題的數(shù)學(xué)模型，從而找出最佳拆包方案，使庫存的尾料最小化。

設(shè)有n種要料需求，定義各要料需求所需的標(biāo)準(zhǔn)煙包拆包數(shù)量為xi（i=1,2,...,n），以庫存標(biāo)準(zhǔn)包拆包數(shù)量最少為目標(biāo)，定義拆拼包數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為

約束條件設(shè)置如下：

上式中，ai，bi分別為第i個(gè)要料號(hào)所需的單位煙包重量和數(shù)量，yi為第一次拆包后各物料需求剩余包重新組成要料i的煙包數(shù)量。

表1 物料需求數(shù)據(jù)表

模型約束條件中，式（6）限定第i次煙葉要料數(shù)量不超過庫存量；式（7）保證總的煙葉要料數(shù)量不超過庫存煙葉數(shù)量；式（8）是將標(biāo)準(zhǔn)煙包拆出第i種要料的單位樣包重量之后，把剩下的煙包通過不同組合得出該物料所需的單位樣包重量，以達(dá)到使用最少的標(biāo)準(zhǔn)煙包得到最優(yōu)的拆拼包組合；式（9）限定各物料剩余包與拆包數(shù)量一致。

2.3.3 模型求解與應(yīng)用

模型的求解利用LINGO實(shí)現(xiàn)，單位煙包的要料重量和數(shù)量作為已知條件使用。表2為利用該模型對(duì)表1所列的4種物料需求的最優(yōu)拆包和拼包組合方案，y1,y2,y3,y4分別為4種物料需求一次拆包后剩余包重新拼包成不同要料i的煙包數(shù)量。

表2 最優(yōu)拼拆包方案

通過建立上述煙葉原料庫存拼拆包優(yōu)化模型，可精確快速地給出庫存原料的最優(yōu)化拆拼包方案和配置優(yōu)化，較傳統(tǒng)人工規(guī)劃方式工作效率顯著提高。使用該方法可使庫存原料的利用率達(dá)到98%，極大地減少了庫存尾料的剩余和原料的浪費(fèi)。該方法結(jié)果可靠，有較強(qiáng)的實(shí)用性，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)庫存現(xiàn)狀等具體情況加入其它限定條件，滿足不同業(yè)務(wù)需求。

3 結(jié)語

本文將電子標(biāo)簽編碼規(guī)則和拆拼包作業(yè)方法結(jié)合，通過藍(lán)牙和PDA進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了片煙全生命周期的信息采集、質(zhì)量追溯和精細(xì)化管理。利用線性規(guī)劃方法的片煙倉儲(chǔ)供料拆拼包作業(yè)方法實(shí)現(xiàn)了倉儲(chǔ)煙包的最優(yōu)化求解方案以及倉庫管理的數(shù)字化和智能化，該方法能有效控制成本，提高原料的使用率，為企業(yè)煙葉結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化提供及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而為計(jì)劃管理者提供決策支持和指導(dǎo)。