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

（紅塔煙草（集團）有限責任公司 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］。當前片煙物流中，每一包煙箱都會貼著具有行業(yè)唯一身份標識的RFID標簽［2］，RFID標簽是片煙的“身份證”，包含了物料代碼、等級、凈重、加工方式、種植方式、產(chǎn)地、生產(chǎn)年份及日期、理化指標等信息。RFID標簽具有多標簽識讀、非可視識讀、識讀距離長等特點，方便物流出入的標簽數(shù)據(jù)讀?。?～4］。通過RFID、GPS/GIS/GPRS等技術(shù)［5］為依托的電子標簽和打掃碼等手段，可以對片煙的入庫、存放、出庫、移庫、盤點、查詢等環(huán)節(jié)進行標記、識別、追蹤與監(jiān)管，進而實現(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行出庫，當某一物料要料不足標準值（200kg）時，需對煙包進行拆拼包操作，根據(jù)配方和要料批數(shù)在備料工段進行拆拼包，并打印出自定義的標簽貼于拆包后的煙箱上。拆拼包改變了一箱一碼制，導致不能正常使用打掃碼，難以實現(xiàn)片煙物流的追溯和全生命周期的實時監(jiān)控［7］。另外根據(jù)業(yè)務(wù)需求，一箱煙不止會遇到一次拆包，還有進行兩次、三次等多種拆包。拆煙包的次數(shù)不同和拆包重量不同，導致拆包情況多樣化，目前煙草行業(yè)主要依賴人工進行拆拼包操作規(guī)劃，缺乏周密考慮，導致拆拼包效率低下，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［8］。針對上述問題，本文對片煙倉儲物流的拆拼包方案進行了設(shè)計，同時將線性規(guī)劃算法引入到片煙的拆拼包操作中，實現(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

2.1 拆拼包操作流程

在配方庫要料出庫作業(yè)過程中，對于拆拼包情況需用PDA對原煙箱進行掃碼拆包，并上傳到后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)片煙倉儲管理數(shù)據(jù)化和片煙物流追溯過程中的實時監(jiān)控；通過藍牙和PDA進行連接和數(shù)據(jù)交互，獲取新的拆拼包打印信息，在拆包片煙現(xiàn)場進行打碼貼標，并與原標簽關(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 拆拼包標簽定義

2.2.1 拆拼包電子標簽編碼規(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)用標識、復烤企業(yè)代碼、產(chǎn)地、班次、委托企業(yè)代碼、生產(chǎn)日期、箱號等信息，可以實現(xiàn)片煙物流的信息化追溯管理［9］。拆包處理時需生成新條碼，本文在原編碼后增加兩位拆包標識位，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)場進行拆包后，如果在備料處需要再次按批數(shù)進行二次拆包時，需按原標簽進行子標簽的生成，如果原標簽為XXXX，一次拆包后為XXXX01，二次拆包時為XXXX01，XXXX02，因XXXX01標簽重量發(fā)生改變，需重新打印進行貼標，即無論怎么復雜的拆包要求，都必須拆一包對應(yīng)一個新標簽，貼在新的煙箱上，從而給新煙包一個新的身份標識，滿足拆包片煙的跟蹤和管理。

2.2.2 拼包多標簽處理

拆包處理時每個煙包都必須有新標簽，在拼包過程中，參與拼包的煙箱統(tǒng)一把新標簽貼在拼包后的煙箱上，進行掃碼識別時需要兩個標簽同時掃到，系統(tǒng)將自動累加兩個標簽重量之和。本文考慮在PDA上進行標簽的關(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，并及時將拆拼包信息反饋到系統(tǒng)品臺，實現(xiàn)實物追溯、片煙倉儲管理數(shù)據(jù)化、片煙物流全生命周期的實時監(jiān)控。

2.3 基于線性規(guī)劃的拆拼包優(yōu)化設(shè)計

庫存煙包的標準值為200kg，配方原料要料出庫時需按技術(shù)中心下發(fā)的配方單按批次進行出庫，如原料倉儲科備料工段要供料1200kg，分10批出庫，此時需要在備料工段將6箱煙拆成10箱；此外，當其它片煙原料要料不足標準值（200kg）時，也需對煙包進行拆拼包操作。針對不同的供料要求，本文采用線性規(guī)劃方法實現(xiàn)了倉儲庫存原料的優(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)籌學中研究早、發(fā)展快、應(yīng)用廣泛、方法較成熟的一個重要分支，是輔助人們進行科學管理的一種數(shù)學計算方法，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、運輸問題、用工安排等［12～15］。

線性規(guī)劃的數(shù)學模型的一般形式如下：

上式中，式（1）為目標函數(shù)，這里以目標函數(shù)最大化為標準，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)學模型的建立

拆拼包數(shù)學模型包括目標函數(shù)和約束條件，本文以各要料需求所拆標準煙包數(shù)量最少為目標進行拆包優(yōu)化方案的求解。例如某倉儲物料在不同生產(chǎn)線有如下業(yè)務(wù)需求（表1），因要料單包重量不足標準值200kg，需建立拆拼包問題的數(shù)學模型，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準煙包拆包數(shù)量為xi（i=1,2,...,n），以庫存標準包拆包數(shù)量最少為目標，定義拆拼包數(shù)學模型的目標函數(shù)為

約束條件設(shè)置如下：

上式中，ai，bi分別為第i個要料號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）是將標準煙包拆出第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，以達到使用最少的標準煙包得到最優(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到98%，極大地減少了庫存尾料的剩余和原料的浪費。該方法結(jié)果可靠，有較強的實用性，實際應(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

本文將電子標簽編碼規(guī)則和拆拼包作業(yè)方法結(jié)合，通過藍牙和PDA進行連接和數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)了片煙全生命周期的信息采集、質(zhì)量追溯和精細化管理。利用線性規(guī)劃方法的片煙倉儲供料拆拼包作業(yè)方法實現(xiàn)了倉儲煙包的最優(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)化提供及時準確的數(shù)據(jù)支撐，進而為計劃管理者提供決策支持和指導。