配送中心訂單處理作業(yè)流程仿真研究

趙月霞，韓美貴，馬開平

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，江蘇 南京210031）

配送中心訂單處理系統(tǒng)是配送中心所有物流作業(yè)組織的開端和核心[1]。高效的訂單處理作業(yè)能有效提高顧客的滿意度，降低配送中心的運(yùn)作成本。因此，如何科學(xué)合理地進(jìn)行訂單處理，在學(xué)術(shù)界和企業(yè)界得到廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)表明，對(duì)訂單處理系統(tǒng)的研究主要包括：訂單處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、訂單處理流程建模以及訂單處理系統(tǒng)的分析與優(yōu)化三個(gè)方面。

訂單處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究方面，廖開文[2]分析了訂單處理的一般作業(yè)流程，分析并提出了軟件構(gòu)想；雷擎等人[3]根據(jù)移動(dòng)商務(wù)的具體需求，基于J2ME設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)移動(dòng)訂單處理系統(tǒng)。訂單處理流程建模的研究中，高琳等人[4]對(duì)供應(yīng)鏈環(huán)境下的訂單處理過程進(jìn)行了分析并建立了供應(yīng)鏈環(huán)境下的訂單處理模型；史偉[5]將客戶訂單內(nèi)容轉(zhuǎn)化為對(duì)企業(yè)特定時(shí)間內(nèi)配送能力的占用需求，提出了一個(gè)整數(shù)規(guī)劃模型并給出了相關(guān)解法；陳東等人[6]用P/T網(wǎng)構(gòu)建了網(wǎng)上商城訂單前臺(tái)處理和后臺(tái)處理的基本流程模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)訂單處理系統(tǒng)的分析與優(yōu)化研究方面，倪志偉等人[7]建立了基于排隊(duì)論的訂單處理系統(tǒng)概念模型，并在Anylogic仿真平臺(tái)下主要針對(duì)三種排隊(duì)規(guī)則和單、雙服務(wù)臺(tái)進(jìn)行了仿真研究。之后，基于同一思想，張守業(yè)等人[8]建立了基于排隊(duì)論的訂單處理系統(tǒng)M/M/n排隊(duì)模型，利用Matlab對(duì)訂單處理系統(tǒng)排隊(duì)的M/M/n模型進(jìn)行仿真，分析了系統(tǒng)的性能參數(shù)隨訂單處理人員個(gè)數(shù)的變化。

從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，訂單處理系統(tǒng)的分析與優(yōu)化方面的研究較少，而從排隊(duì)論的視角研究訂單處理系統(tǒng)相關(guān)問題的文獻(xiàn)僅有兩篇。文獻(xiàn)[7]考慮了訂單處理和儲(chǔ)存、揀貨的兩個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)系，從零售商、供應(yīng)商和倉庫對(duì)訂單到達(dá)的響應(yīng)著手，進(jìn)行了仿真研究。文獻(xiàn)[8]則將整個(gè)訂單處理過程看作一個(gè)整體，輸入訂單到達(dá)信息，輸出訂單完成信息。這兩篇文獻(xiàn)的研究思路各具特色，形成了具有一定價(jià)值的研究結(jié)論，但均缺乏對(duì)訂單處理流程本身的關(guān)注。由于訂單的到達(dá)和訂單處理的過程存在很大的隨機(jī)性和離散性，采用計(jì)算機(jī)仿真訂單處理的過程具備極大優(yōu)越性。本文認(rèn)為，將訂單處理過程抽象為排隊(duì)過程，采用離散事件建模仿真的研究方法，將訂單處理從配送中心的其他子系統(tǒng)中剝離出來，在研究中關(guān)注訂單處理的作業(yè)流程，可彌補(bǔ)以上文獻(xiàn)的不足。

1 配送中心訂單處理的作業(yè)流程

不同配送中心的訂單處理流程是不同的，但一般來說，包括訂單準(zhǔn)備、訂單傳輸、訂單錄用、訂單履行和訂單報(bào)告五項(xiàng)作業(yè)[9]，每項(xiàng)作業(yè)還可以進(jìn)一步的細(xì)分，如圖1所示。

訂單準(zhǔn)備是顧客在收集相關(guān)商品和服務(wù)的信息后，提出的購買請(qǐng)求，顧客的購買行為是離散到達(dá)且不可預(yù)知的。訂單傳輸是傳遞訂單信息的過程，該過程給到達(dá)配送中心的訂單按照一定的規(guī)則進(jìn)行排序，需要一定的時(shí)間。訂單錄用包括核對(duì)訂貨信息、檢查庫存、檢查顧客信用、開具賬單等具體作業(yè)，是對(duì)訂單信息處理的過程，各項(xiàng)作業(yè)都需要花費(fèi)一定時(shí)間，若訂貨信息有誤，需要作出丟棄或反饋處理；若顧客信用出現(xiàn)問題，訂單也需要退回或重新調(diào)查；檢查庫存的工作中，需要進(jìn)行存貨檢查和分配存貨，并對(duì)缺貨做相應(yīng)的處理，顯然存貨是否滿足客戶需求，對(duì)檢查庫存的處理時(shí)間是有影響的。訂單履行是對(duì)訂單的具體執(zhí)行，是和配送中心其他子系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞和交互作用的階段。訂單報(bào)告包括訂單跟蹤和與顧客交換訂單信息。

根據(jù)以上分析可以得到：

（1）從總體流程來說，配送中心訂單處理系統(tǒng)可以抽象為一個(gè)排隊(duì)系統(tǒng)。

（2）訂單處理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，和配送中心其他子系統(tǒng)存在交互作用。

因此，在分析具體問題時(shí)，需要針對(duì)研究目的進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕幚怼?/p>

2 訂單處理問題案例與分析

某網(wǎng)上商城訂單處理的主要流程如下：網(wǎng)上支付成功后的顧客訂單到達(dá)的時(shí)間間隔服從均值為1.11分鐘的負(fù)指數(shù)分布，每單數(shù)量為1件，工作人員首先進(jìn)行庫存檢查，庫存檢查時(shí)間為0.5分鐘。缺貨率為5%，如遇缺貨，打印缺貨單，并做相應(yīng)的信息處理。缺貨情況下工作人員每人每單的處理時(shí)間平均為3分鐘。單個(gè)工作人員進(jìn)行訂單錄用的時(shí)間服從均值為1.52分鐘的負(fù)指數(shù)分布，工作人員的主要工作是打印訂單、發(fā)票以及綁定第三方物流的快遞單號(hào)。商城采用單一訂單分配存貨，計(jì)算揀貨時(shí)間、安排發(fā)貨及揀選程度等采用公司軟件輔助處理，每人處理每單平均1分鐘。最后由工作人員打印揀貨單據(jù)和送貨單，處理時(shí)間為每人每單0.5分鐘。揀選中心根據(jù)實(shí)時(shí)傳送的揀貨單進(jìn)行揀貨，揀貨和打包的時(shí)間平均每單大約4.5分鐘。打包完成后送交第三方物流，進(jìn)入配送環(huán)節(jié)。商城共有工作人員5位，如何安排能使商城處理訂單的效率最高？該商城一天最多可處理多少訂單？訂單的響應(yīng)周期最短為多少？

如果將訂單接受服務(wù)的流程看做一個(gè)整體，該訂單處理過程可以抽象為一個(gè)多服務(wù)臺(tái)的排隊(duì)系統(tǒng)，用實(shí)體流程圖法建立的系統(tǒng)模型如圖2所示。訂單接受工作人員的服務(wù)過程的流程如圖3所示。

案例中訂單到達(dá)系統(tǒng)之前，已經(jīng)進(jìn)行了網(wǎng)上支付，并確認(rèn)成功，完成了訂單準(zhǔn)備作業(yè)；訂單到達(dá)后尋求最短隊(duì)列以及排隊(duì)等待的過程則對(duì)應(yīng)訂單傳輸作業(yè)；由于正常履行訂單和缺貨訂單的處理時(shí)間和流程不同，將訂單錄用環(huán)節(jié)的庫存檢查提到錄用流程的第一步，并以“訂單錄用”表示正常履行訂單的訂單錄用，以“缺貨信息處理”表示缺貨訂單的訂單錄用。缺貨發(fā)生時(shí)，銷售商和零售商存在多種選擇策略，筆者曾針對(duì)不同的策略進(jìn)行仿真研究[10]。案例系統(tǒng)中，如遇缺貨，工作人員只進(jìn)行信息登記和退款服務(wù)。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)揀貨時(shí)間、安排發(fā)貨和打印單據(jù)由于有相關(guān)軟件輔助，耗時(shí)較短，動(dòng)作連貫，因此以“訂單資料輸出”統(tǒng)一表示。

3 模型的假設(shè)

假設(shè)擬到達(dá)訂單總體無限，訂單以FIFO（先進(jìn)先出）的規(guī)則進(jìn)入隊(duì)列等待服務(wù)，隊(duì)列的容量無限。訂單工作人員的個(gè)數(shù)未知，可能是單服務(wù)臺(tái)或多服務(wù)臺(tái)。由于訂單到達(dá)的時(shí)間間隔服從負(fù)指數(shù)分?jǐn)?shù)，訂單處理工作人員的服務(wù)時(shí)間視缺貨或正常履行，分別服從負(fù)指數(shù)分布或常數(shù)。因此該系統(tǒng)的排隊(duì)標(biāo)記可能為：M/M/1/∞/∞，M/D/1/∞/∞，M/M/c/∞/∞或M/D/c/∞/∞。在服務(wù)臺(tái)數(shù)量確定且是否缺貨也確定的情形下，可以用排隊(duì)論的相關(guān)理論和公式求得所需性能指標(biāo)。案例中兩個(gè)條件均不符合，有必要將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為仿真模型進(jìn)行仿真研究。

4 仿真模型的建立

根據(jù)圖2和圖3的流程圖，以及以上關(guān)于訂單處理的數(shù)據(jù)，采用仿真軟件WITNESS建立仿真模型。仿真模型中用到的元素及說明如表1所示。

表1 仿真模型的元素定義

仿真模型實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題有：

（1）區(qū)分缺貨訂單和能正常履行的訂單。根據(jù)系統(tǒng)描述，缺貨訂單占總訂單數(shù)量的5%，雖然訂單在工作人員進(jìn)行庫存檢查之前缺貨與否并不可知，但其隨機(jī)概率已知。因此，可以訂單到達(dá)時(shí)賦予每個(gè)訂單一個(gè)隱性屬性標(biāo)簽。

（2）為訂單選擇較短隊(duì)列。該問題在WITNESS中使用least作為輸出函數(shù)可實(shí)現(xiàn)。

（3）描述缺貨訂單和正常履行訂單的流程和處理時(shí)間。

把訂單處理時(shí)間定義為函數(shù)，采用函數(shù)體描述處理時(shí)間的不同。處理時(shí)間的函數(shù)體如下：

對(duì)于缺貨訂單，工作人員做缺貨信息處理后，直接離開系統(tǒng)；正常履行訂單則由揀貨區(qū)工作人員根據(jù)訂單處理區(qū)工作人員傳輸?shù)膾泦芜M(jìn)行揀貨。揀貨完成后離開本系統(tǒng)，進(jìn)入配送區(qū)。

5 仿真實(shí)驗(yàn)以及結(jié)果分析

根據(jù)訂單處理人員數(shù)量取值1～4，揀貨區(qū)工作人員數(shù)量取值4～1，安排四組實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)修改偽隨機(jī)數(shù)流，獨(dú)立運(yùn)行5次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。每次實(shí)驗(yàn)運(yùn)行480分鐘。在仿真結(jié)果中，提取完成訂單數(shù)量和平均訂單相應(yīng)周期兩個(gè)目標(biāo)值。整理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2 整理后的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析表1可知，2個(gè)訂單處理人員配合3個(gè)揀貨人員，能夠完成的訂單個(gè)數(shù)最多，訂單的平均響應(yīng)時(shí)間最少。按此人員配置方案，以95%的置信度來構(gòu)造置信區(qū)間，可以得到訂單完成數(shù)的置信區(qū)間為平均訂單響應(yīng)時(shí)間的置信區(qū)間為考查其他元素的仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)訂單從到達(dá)到訂單處理人員開始處理的隊(duì)列最長在80單左右，平均40單左右。訂單到達(dá)后的平均等待時(shí)間90分鐘左右。與平均訂單響應(yīng)時(shí)間比較，顯然訂單到達(dá)后花費(fèi)太多的時(shí)間在等待處理階段。因此，若要進(jìn)一步提高服務(wù)水平，縮短顧客等待時(shí)間，應(yīng)從增加訂單處理人員數(shù)量的角度考慮。

6 結(jié)束語

本研究采用的方法同樣適用于大中型配送中心，工作人員數(shù)量的增加并不會(huì)增加模型的復(fù)雜程度；若每單數(shù)量不確定，但具有一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律，則只需改變?cè)亍坝唵巍钡呐俊Ｋ⒌南到y(tǒng)模型和仿真模型從訂單處理的流程出發(fā)，模型考慮了訂單到達(dá)后如何選擇最短隊(duì)列，對(duì)缺貨情況的處理以及如何描述正常履行訂單等。但是在建立系統(tǒng)模型時(shí)，也采用了一定的簡化處理。比如缺貨時(shí)，只進(jìn)行了缺貨信息處理，在流程中不再考慮該缺貨訂單。實(shí)際流程中，如遇缺貨，還存在是否可用替代品，是否允許過期交貨和是否重新分配存貨等問題，如以上情況允許，訂單流程會(huì)做一定改變。此外，模型根據(jù)案例的實(shí)際情況僅考慮了訂單先到先服務(wù)，具有優(yōu)先級(jí)的和后到先服務(wù)兩種規(guī)則未在考慮范圍內(nèi)。

本文以某網(wǎng)上商城訂單處理系統(tǒng)為例，從訂單處理流程的角度，以排隊(duì)系統(tǒng)的視角研究流程中的性能指標(biāo)，得到訂單工作人員和分揀工作人員的最優(yōu)人員配置，計(jì)算了訂單的平均響應(yīng)時(shí)間和每天完成分揀進(jìn)入配送環(huán)節(jié)的訂單數(shù)，研究結(jié)論對(duì)優(yōu)化訂單處理作業(yè)具有一定的實(shí)際意義。

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