發(fā)布時(shí)間：2017-04-10 15:38

 

【摘要】 隨著物流行業(yè)對于倉儲配送的柔性和魯棒性要求的提高,一種新型的自動(dòng)化立體倉庫——多層穿梭車倉儲系統(tǒng)逐漸得到重視和應(yīng)用。多層穿梭車倉儲系統(tǒng)是由多層貨架內(nèi)的穿梭車與該巷道的提升機(jī)組成,出入庫作業(yè)時(shí)用穿梭車與提升機(jī)的組合來替代傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫中的堆垛機(jī),提高了系統(tǒng)的柔性和魯棒性。該新型倉儲系統(tǒng)根據(jù)穿梭車能否跨層運(yùn)動(dòng)分為單層作業(yè)和跨層作業(yè)兩種類型。本文以單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)為研究對象,分析其出庫任務(wù)作業(yè)的運(yùn)動(dòng)過程和交接次序,建立出庫作業(yè)任務(wù)完成的時(shí)間模型,綜合運(yùn)用開環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)、蟻群聚類算法和基于Pareto最優(yōu)解的帶精英策略的非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ),從儲位優(yōu)化和任務(wù)調(diào)度兩個(gè)方面對多層穿梭車倉儲系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)分析多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的作業(yè)流程,在考慮各個(gè)設(shè)備運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上,建立了基于并行取貨、串行出庫的作業(yè)時(shí)序數(shù)學(xué)模型,分析了作業(yè)時(shí)序數(shù)學(xué)模型的主要影響因素,并對其分別進(jìn)行詳細(xì)闡述說明。(2)建立開環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型分析多層穿梭車倉儲系統(tǒng),利用分解法分析設(shè)備配合作業(yè)的空閑時(shí)間和系統(tǒng)表現(xiàn),利用品項(xiàng)間相關(guān)性和蟻群聚類算法形成初始儲區(qū)。再設(shè)計(jì)相應(yīng)存儲原則,在二維平面內(nèi)排列組合相應(yīng)儲區(qū)。最后將該算法應(yīng)用到某配送中心的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的貨位分配問題中。(3)基于并行取貨、串行出庫的作業(yè)時(shí)序數(shù)學(xué)模型,分別對提升機(jī)和穿梭車進(jìn)行分析,從而建立起以出庫時(shí)間、提升機(jī)空閑時(shí)間和穿梭車等待時(shí)間最小為目標(biāo)的任務(wù)調(diào)度模型,運(yùn)用基于Pareto最優(yōu)解的帶精英策略的非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行模型求解。最后,為驗(yàn)證模型及算法的有效性,本章以某省電力公司電力儀表倉庫實(shí)際出庫單據(jù)為實(shí)驗(yàn)對象,確定最優(yōu)的任務(wù)調(diào)度方案。最后,本文在單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)建模與優(yōu)化基礎(chǔ)上,對跨層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)進(jìn)行了分析和展望。 

第一章緒論

1.1引言
自動(dòng)化立體倉庫（Automated Storage and Retrieval System, AS/RS)是信息技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，是物流作業(yè)全流程中具有重要意義的節(jié)點(diǎn)。現(xiàn)階段，大多數(shù)自動(dòng)化立體倉庫是由負(fù)責(zé)存儲貨物單元（Stock Keeping Unit，SKU)的幾層、十幾層乃至幾十層高層貨架系統(tǒng)和能在二維空間按歐式軌線高速運(yùn)行的堆操機(jī)組成。自動(dòng)化立體倉庫具有占地小、容量大、周轉(zhuǎn)率強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、自動(dòng)化程度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在機(jī)械、冶金、煙草、電子、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代物流業(yè)倉儲與配送不可缺少的重要組成部分[1]。
然而在傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫中，這種由堆操機(jī)負(fù)責(zé)貨物存取的方式存在兩方面的不足。一方面是魯棒性不強(qiáng)，，當(dāng)堆躲機(jī)發(fā)生故障時(shí)，其所服務(wù)的巷道隨即處于癱瘓狀態(tài)，無法繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)的出入庫作業(yè)，且一般不存在備用設(shè)備，只能停機(jī)維修造成停工。另一方面是柔性不足，當(dāng)傳統(tǒng)堆躲機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)建造完成后，其出入庫能力隨之固定。隨著電子商務(wù)的發(fā)展和定制化服務(wù)的深入，產(chǎn)品生命周期不斷縮短，小批量、多批次、多品種、高時(shí)效特點(diǎn)的訂單不斷增多，使得現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需求原則從“可靠性第一”逐漸轉(zhuǎn)變成“柔性第一”。
此情況下，一種由負(fù)責(zé)水平運(yùn)動(dòng)的軌道導(dǎo)引車輛(Rail Guided Vehicle, RGV)和負(fù)責(zé)垂直運(yùn)動(dòng)的提升機(jī)（Lift)共同組成的新型倉儲系統(tǒng)一一自動(dòng)小車存取系統(tǒng)（Autonomous Vehicle Storage and Retrieval Systems, AVS/RS)于 2000 年左右在歐洲、美國等地開始陸續(xù)投入使用。該系統(tǒng)融合了自動(dòng)導(dǎo)引車輛系統(tǒng)(Automated Guided Vehicle, AGV)的柔性和傳統(tǒng)堆垛機(jī)式自動(dòng)化立體倉庫的高速出入能力，被認(rèn)為是自動(dòng)化立體倉庫的發(fā)展方向[2]。在自動(dòng)小車存取系統(tǒng)中，其每一層貨架均有一輛或多輛軌道導(dǎo)引車輛，因此系統(tǒng)不會由于某輛車的故障而全線停機(jī)，使其柔性要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)堆垛機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫[3]。
但是，自動(dòng)存取小車系統(tǒng)也存在著其相應(yīng)的弊端。一方面，該自動(dòng)小車存取系統(tǒng)更適用于標(biāo)準(zhǔn)托盤化的貨物倉儲，即單次出入的貨物單元內(nèi)存貨數(shù)量多，難以應(yīng)對以周轉(zhuǎn)箱為主要存儲單元的小規(guī)格、多頻次的存取需求；另一方面，每層貨架上均有一輛或多輛小車，對車輛管理系統(tǒng)的調(diào)度、控制、防堵塞等方面要求高，存在著控制系統(tǒng)繁復(fù)、成本巨大等問題。因此，上述原因也限制自動(dòng)小車存取系統(tǒng)的大量應(yīng)用。
為了解決上述難題，在自動(dòng)存取小車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，另一種新興的簡化的自動(dòng)化倉儲系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是多層穿梭車倉儲系統(tǒng)（Multi-tier ShuttleWarehousing System, MSWS)。該系統(tǒng)既很好的解決自動(dòng)存取小車系統(tǒng)難以適應(yīng)以周轉(zhuǎn)箱為主的小規(guī)格貨物高頻次存取問題，其簡潔的系統(tǒng)設(shè)計(jì)又能使控制調(diào)度系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，降低信息管理系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)的開發(fā)難度以及設(shè)備調(diào)度過程中可能的出錯(cuò)率。隨著顧客的訂單日趨呈現(xiàn)多批次、小批量、多頻次的趨勢以及電子商務(wù)環(huán)境下對高效顧客訂單履行的迫切需求，物流行業(yè)對于倉儲配送的柔性化要求的日漸提高，該系統(tǒng)得到越來越多物流廠商的重視，并在醫(yī)藥、煙草等領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如Dematic公司的Multishuttle、Knapp公司的OSR Shuttle以及 Vanderlande 集團(tuán)的 QUICKSTORE HDS shuttle system 等。
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1.2多層穿梭車倉儲系統(tǒng)簡介
由于多層穿梭車倉儲系統(tǒng)是由自動(dòng)小車存取系統(tǒng)簡化演變而來，所以有必要首先介紹自動(dòng)小車存取系統(tǒng)。如圖1-1所示，自動(dòng)小車存取系統(tǒng)是由高層貨架、軌道導(dǎo)引車輛、提升機(jī)以及鋪滿貨架間隙的軌道組成。在傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫中，出入庫作業(yè)是由巷道中一個(gè)能夠同時(shí)進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)的堆操機(jī)完成，到達(dá)出庫貨位的時(shí)間為提升機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)分別所用時(shí)間的最大值。而在自動(dòng)小車存取系統(tǒng)中，貨物出入庫所需的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)被分開成依次執(zhí)行。從水平方向看，用軌道導(dǎo)引車輛來代替堆燥機(jī)完成巷道內(nèi)的水平運(yùn)動(dòng)作業(yè)，利用車輛自身裝置完成叉取/出貨物作業(yè)；從垂直方向看，由一臺或多臺提升機(jī)完成貨物或者軌道導(dǎo)引車輛的垂直方向移動(dòng)。自動(dòng)小車存取系統(tǒng)從一定意義上弱化了巷道的概念，每兩排貨架之間不再強(qiáng)制性要求設(shè)置一個(gè)巷道，當(dāng)軌道導(dǎo)引車輛需要跨巷道作業(yè)，可以利用排與排之間的橫向巷道來完成，以此來實(shí)現(xiàn)貨物的密集存儲。提升機(jī)的設(shè)計(jì)既可以用來運(yùn)輸貨物單元，也可以將載貨狀態(tài)的軌道導(dǎo)引車輛運(yùn)輸?shù)匠鋈胝九_，又可以將空載狀態(tài)的軌道導(dǎo)引車輛運(yùn)送到某缺少軌道導(dǎo)引車輛的層內(nèi)。因此，根據(jù)自動(dòng)小車存取系統(tǒng)中軌道導(dǎo)引車輛是否能夠借助提升機(jī)實(shí)現(xiàn)跨層作業(yè)，將其劃分為單層作業(yè)和跨層作業(yè)兩類。

如圖1-2所示，多層穿梭車倉儲系統(tǒng)是在自動(dòng)小車存取系統(tǒng)基礎(chǔ)上演變而來，其用穿梭車（shuttle)來代替能夠在整個(gè)水平平面運(yùn)動(dòng)的軌道導(dǎo)引車輛，保留了傳統(tǒng)堆採機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫中巷道概念。在多層穿梭車倉儲系統(tǒng)內(nèi)，每一層只有一輛穿梭車，每臺提升機(jī)只負(fù)責(zé)一個(gè)巷道內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)，穿梭車不能跨巷道運(yùn)動(dòng)，用組合式的“穿梭車+提升機(jī)”來代替了堆探機(jī)。

與自動(dòng)小車存取系統(tǒng)的分類方式相同，多層穿梭車倉儲系統(tǒng)根據(jù)其穿梭車能否在提升機(jī)的幫助下實(shí)現(xiàn)換層作業(yè)，可以分為以下兩類：
單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)（Tier-captive Multi-tier ShuttleWarehousing System, TCMSWS ）
跨層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)（Tier-to-tier Multi-tier ShuttleWarehousing System, TTMSWS ）
在單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)中，每一層均有一輛穿梭車。以執(zhí)行出庫作業(yè)為例，該層的穿梭車首先水平運(yùn)行到相應(yīng)出庫貨位，利用自身的貨叉取出貨物單元，然后再水平運(yùn)行至該層首列向提升機(jī)申請調(diào)度服務(wù)，該服務(wù)請求被加入提升機(jī)的任務(wù)隊(duì)列。如提升機(jī)當(dāng)前沒有執(zhí)行其他相應(yīng)任務(wù)，提升機(jī)將響應(yīng)該調(diào)度服務(wù)請求，垂直運(yùn)動(dòng)至該層，進(jìn)而與穿梭車完成貨物單元交換，再由提升機(jī)將貨物單元運(yùn)送到I/O站臺，而穿梭車則執(zhí)行下一條該層出庫任務(wù)，循環(huán)往復(fù)。
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第二章多層穿梭車倉儲系統(tǒng)建模

多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備與傳統(tǒng)的自動(dòng)化、):體倉庫有著很大的區(qū)別，尤其是出入庫任務(wù)調(diào)度方面。因此，本章以單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)完成出庫任務(wù)為例進(jìn)行分析，建立出庫作業(yè)時(shí)間模型，分析影響作業(yè)效率的重要因素。

2.1系統(tǒng)描述與作業(yè)流程
單層作業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的作業(yè)模式不同于傳統(tǒng)堆採機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫，其每層均由穿梭車來完成貨物的水平移動(dòng)和貨位存取，再統(tǒng)一經(jīng)由提升機(jī)來實(shí)現(xiàn)貨物單元的垂直方向移動(dòng)，如圖2-1。在該系統(tǒng)中，出入庫作業(yè)由并行運(yùn)動(dòng)的穿梭車和順序執(zhí)行的提升機(jī)共同完成，在一定程度上提高了作業(yè)效率。

如同傳統(tǒng)的自動(dòng)化、y.體倉庫一樣，多層穿梭車倉儲系統(tǒng)也存在簡單作業(yè)模式和復(fù)合作業(yè)模式。在簡單作業(yè)模式下，該型倉儲系統(tǒng)只執(zhí)行出庫任務(wù)或只執(zhí)行入庫任務(wù)；在復(fù)合作業(yè)模式下，該型倉儲系統(tǒng)可以在某一層實(shí)現(xiàn)入庫作業(yè)，而同時(shí)在另一層實(shí)現(xiàn)出庫作業(yè)。在實(shí)際倉儲作業(yè)中，入庫作業(yè)和出庫作業(yè)往往存在不同的時(shí)間窗，因此，本文的所有分析均基于簡單作業(yè)模式，即在該型倉儲系統(tǒng)的分析過程巾，只存在出庫作業(yè)或者入庫作業(yè)。此外，項(xiàng)0運(yùn)營中存在不同的設(shè)備調(diào)度規(guī)則，例如：“先到先服務(wù)”、“優(yōu)先權(quán)服務(wù)”、“隨機(jī)服務(wù)”和“后到先服務(wù)”等。本文以穿梭車和提升機(jī)雙方均遵循“先到先服務(wù)”（First Come FirstService, FCFS)的調(diào)度原則。
在此基礎(chǔ)上，以出庫作業(yè)為例，多層穿梭車倉儲系統(tǒng)出庫作業(yè)流程如圖2-2:

在單條出庫任務(wù)執(zhí)行時(shí)，首先進(jìn)入對應(yīng)層的穿梭車任務(wù)隊(duì)列等待空閑狀態(tài)的穿梭車。當(dāng)穿梭車按照FCFS規(guī)則執(zhí)行該任務(wù)后，首先水平運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)出庫貨位，利用自身貨叉從貨位上取出對應(yīng)貨物，再水平運(yùn)行到該層首列向提升機(jī)申請調(diào)度服務(wù)并等待提升機(jī)響應(yīng)。若提升機(jī)此時(shí)空閑則會立即響應(yīng)服務(wù)并前往該層與穿梭車完成貨物交接。交接完成后的穿梭車再次進(jìn)入空閑狀態(tài)等待任務(wù)分配，而提升機(jī)則繼續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)將貨物運(yùn)送到I/O站臺，兩者間的貨物交接見圖2-3。
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2.2作業(yè)效率影響因素
通過上文分析，我們可以將影響多層穿梭車倉儲系統(tǒng)作業(yè)效率的主要因素為兩個(gè)部分：（1）硬件設(shè)計(jì)方面，包括穿梭車最大速度Vp提升機(jī)最大速度TV和貨架層列比等；（2）運(yùn)營管理方面，包括儲位分配和任務(wù)調(diào)度。下文對影響倉儲管理水平和作業(yè)效率的因素進(jìn)行理論性概要分析。
(1).穿梭車最大速度vA
多層穿梭車倉儲系統(tǒng)出庫作業(yè)可以類比成流水線作業(yè)調(diào)度，增加穿梭車最大速度，能夠縮短第一個(gè)出庫任務(wù)申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度服務(wù)的時(shí)間。同時(shí)，穿梭車提速后使得申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度任務(wù)的時(shí)刻提前，在其他因素不變的前提下有助減少提升機(jī)的空閑時(shí)間。
(2).提升機(jī)最大速度Vy
所有的出庫任務(wù)均需要提升機(jī)完成最后一步，因此提升機(jī)的運(yùn)行速度與整體作業(yè)效率有著重要意義。提升機(jī)提速后能夠減少完成單次任務(wù)完成時(shí)間，從而有效的提高單位時(shí)間內(nèi)所服務(wù)的穿梭車申請任務(wù)數(shù)。
(3).貨架層列
比在總庫存量一定的情況下，貨架系統(tǒng)的不同的層列比也對作業(yè)效率有著影響。在傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫中，立庫貨架長高比為SIT (Square in Time)時(shí)堆燥機(jī)出入庫效率最高，此時(shí)堆操機(jī)的到達(dá)最遠(yuǎn)端貨位的水平方向用時(shí)與垂直方向的用時(shí)相同[5]。但是，對于多層穿梭車倉儲系統(tǒng)而言，一方面，隨著層數(shù)（穿梭車數(shù)量）的增多，一定時(shí)間段內(nèi)提升機(jī)調(diào)度服務(wù)的申請數(shù)量增多，能夠減少提升機(jī)的空閑時(shí)間；另一方面，隨著列數(shù)的增多，不同層穿梭車完成水平運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差值會增大，防止較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)多輛穿梭車申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度服務(wù)的情況，減少穿梭車等待時(shí)間。
(4).儲位分配
在傳統(tǒng)堆躲機(jī)式旳自動(dòng)化立體倉庫中，常見儲位分配策略有共享存儲、分類存儲、隨機(jī)存儲和定位存儲等，大多基于貨物全周轉(zhuǎn)率或者訂單體積指數(shù)的分配原則。在多層穿梭車倉儲系統(tǒng)中，這些原則并不完全適合。一方面，高頻率貨物均靠近I/O點(diǎn)會造成穿梭車申請?zhí)嵘龣C(jī)任務(wù)時(shí)刻集中，造成穿梭車等待時(shí)間變長，車輛利用率降低；另一方面，僅僅考慮貨物自身屬性而忽略了品種間關(guān)聯(lián)性，也會影響貨物分配的效果。因此，在多層穿梭車倉儲系統(tǒng)中，儲位分配是依據(jù)最小化提升機(jī)空閑時(shí)間和最大化穿梭車?yán)寐实脑瓌t進(jìn)行。
(5).任務(wù)調(diào)度
傳統(tǒng)堆垛機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫的任務(wù)調(diào)度研究大多將此類問題歸結(jié)為旅行商問題，即如何在復(fù)合作業(yè)模式下有效的將兩個(gè)或多個(gè)貨位出庫任務(wù)進(jìn)行組合，從而減少堆躲機(jī)行駛路程。在多層穿梭車倉儲系統(tǒng)中，減少提升機(jī)的空閑時(shí)間要求兩個(gè)或多個(gè)穿梭車申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度的時(shí)刻差正好滿足提升機(jī)完成上一任務(wù)，而不是簡單的兩個(gè)出庫任務(wù)路徑之和最短。
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第三章多層穿梭車倉儲系統(tǒng)儲位優(yōu)化........................................ 19
3.1問題描述........................................ 19
3.2開環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)........................................ 20
3.3基于蟻群聚類的儲位分配........................................ 25
3.3.1存儲策略........................................ 25
3.3.2傳統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫儲位優(yōu)化模型........................................ 26
3.3.3基于聚類分析的儲區(qū)劃分........................................ 27
3.3.4蟻群聚類算法........................................ 28
3.3.5儲位分配........................................ 32
3.4實(shí)例分析........................................ 33
3.5本章小結(jié)........................................ 37

第四章多層穿梭車倉儲系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度

4.1問題描述
在多層穿梭車倉儲系統(tǒng)中，提升機(jī)和穿梭車的服務(wù)規(guī)則為“先到先服務(wù)”(First-Come-First-Serve, FCFS)。當(dāng)執(zhí)行出庫作業(yè)時(shí)，由不同層上的穿梭車并行完成取貨任務(wù)，再由提升機(jī)串行順序?qū)⒇浳锍鰩斓絀/O站臺。當(dāng)多個(gè)穿梭車與一個(gè)提升機(jī)進(jìn)行任務(wù)交接時(shí)，會出現(xiàn)兩種不同類型的交接時(shí)間：穿梭車的等待時(shí)間和提升機(jī)的空閑時(shí)間。當(dāng)穿梭車完成水平取貨作業(yè)后，將會申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度服務(wù)，若此時(shí)提升機(jī)正在執(zhí)行其他任務(wù)，則此穿梭車申請的調(diào)度5艮務(wù)將會放入提升機(jī)任務(wù)隊(duì)列中，穿梭車處于等待服務(wù)狀態(tài)直到提升機(jī)響應(yīng)該申請，此段時(shí)間為穿梭車的等待時(shí)間；若此時(shí)提升機(jī)處于空閑狀態(tài)，會立即響應(yīng)穿梭車申請的調(diào)度服務(wù)，但是提升機(jī)從上一次響應(yīng)服務(wù)到本次響應(yīng)服務(wù)的這段時(shí)間內(nèi)處于空閑狀態(tài)，此段時(shí)間為提升機(jī)的空閑時(shí)間。
由于所有出庫任務(wù)最終均由提升機(jī)順序串行完成，依前文分析，多層穿梭車倉儲系統(tǒng)執(zhí)行出庫任務(wù)作業(yè)時(shí)可看作流水線作業(yè)模式，其總出庫任務(wù)完成時(shí)長等于出庫開始時(shí)刻到第一個(gè)穿梭車申請?zhí)嵘龣C(jī)調(diào)度服務(wù)的時(shí)長與提升機(jī)執(zhí)行完所有出庫任務(wù)的時(shí)長之和，即與提升機(jī)總工作時(shí)間長度和第一個(gè)完成出庫任務(wù)的穿梭車用時(shí)之和。
以上三種作業(yè)時(shí)間長度分別反映了多層穿梭車倉儲系統(tǒng)在完成出庫任務(wù)任務(wù)時(shí)的各類設(shè)備表現(xiàn)，既有相互促進(jìn)的效果，也有相互矛盾的地方。一方面，較長時(shí)間的提升機(jī)空閑時(shí)間降低了提升機(jī)的利用率，延長了出庫任務(wù)作業(yè)總時(shí)長；另一方面，較長時(shí)間的穿梭車等待時(shí)間造成該層出庫任務(wù)排隊(duì)等待，影響了穿梭車?yán)寐省?br /> 對于以存儲為重點(diǎn)的面向倉儲行業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)而言，其出庫作業(yè)任務(wù)往往是根據(jù)出庫單據(jù)中的各品種貨物出庫數(shù)量，按照貨物“先進(jìn)先出”(First-In-First-Out, FIFO)原則選擇出庫貨位，形成出庫任務(wù)隊(duì)列。這與前文所述的面向準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)制（JIT)的生產(chǎn)性或訂單分揀性的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)有著較大的區(qū)別。其出庫任務(wù)次序不再是由生產(chǎn)系統(tǒng)或訂單分揀系統(tǒng)“拉動(dòng)”形成，而是對一個(gè)固定時(shí)間窗（Time Window)內(nèi)所有出庫貨物的數(shù)量形成任務(wù)隊(duì)列，該任務(wù)隊(duì)列的次序是可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整的。
面向倉儲行業(yè)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)，可以通過對一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)的任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行次序調(diào)度，從而能有效的減少穿梭車等待時(shí)間和提升機(jī)空閑時(shí)間，增加穿梭車和提升機(jī)的利用率，提高貨物出入效率�；诖�，本章將從任務(wù)調(diào)度方面進(jìn)行研究，以出庫完成時(shí)間、提升機(jī)空閑時(shí)間和穿梭車等待時(shí)間最短三個(gè)目標(biāo)進(jìn)行綜合優(yōu)化，建立出庫任務(wù)調(diào)度優(yōu)化模型，并釆用帶精英策略的非支配排序遺傳算法（NSGA-II)進(jìn)行求解，某電力儀表倉庫驗(yàn)證了該模型和算法。
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第五章總論與展望

5.1工作總結(jié)與創(chuàng)新點(diǎn)
本文以多層穿梭車倉儲系統(tǒng)為研究對象，詳細(xì)闡述了傳統(tǒng)堆操機(jī)式的自動(dòng)化立體倉庫在“柔性第一”的企業(yè)需求下的弊端和多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，分析了多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和思路，建立了出庫作業(yè)時(shí)序模型，確定了影響倉儲作業(yè)效率的影響因素。在此基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用開環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)、蟻群聚類算法、NSGA-II算法等工具，從儲位分配和任務(wù)調(diào)度兩個(gè)方面優(yōu)化多層穿梭車倉儲系統(tǒng)，對于提高多層穿梭車倉儲系統(tǒng)作業(yè)效率有重要意義，能夠?yàn)槲锪鱾}儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供理論指導(dǎo)。本文主要的研宄內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1、描述了多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的作業(yè)流程，建立了基于并行取貨、串行出庫的作業(yè)時(shí)序數(shù)學(xué)模型。通過對模型的分析，得到了影響出庫作業(yè)總時(shí)間的多個(gè)因素，并對其進(jìn)行詳細(xì)闡述說明。
2、建立了多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的開環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，利用分解法分析穿梭車與提升機(jī)配合作業(yè)的各設(shè)備空閑時(shí)間長度和系統(tǒng)表現(xiàn)。建立了各品項(xiàng)的相關(guān)性矩陣并用其表示品項(xiàng)間距離。利用蟻群聚類方法對貨物進(jìn)行聚類分析確定儲區(qū)劃分。再依照儲位優(yōu)化原則在二維平面內(nèi)將儲區(qū)排列組合，解決多層穿梭車倉儲系統(tǒng)儲位分配優(yōu)化問題。
3、建立了以出庫作業(yè)時(shí)間、提升機(jī)空閑時(shí)間和穿梭車等待時(shí)間最短為目標(biāo)的多層穿梭車倉儲系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度模型，將任務(wù)調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為流水線并行多機(jī)成組調(diào)度問題，利用NSGA-II算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解。 
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本文編號：11735