自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題研究

◆黃濤

（光洋電子（無(wú)錫）有限公司 江蘇 214072）

1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)介紹

在如今工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)領(lǐng)域交叉應(yīng)用的時(shí)代背景下，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)變成了前沿綜合設(shè)備，它能發(fā)揮的作用也越來(lái)越廣泛，其改變了傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)模式，將智能化與信息化融入倉(cāng)儲(chǔ)管理體系中，形成了具有自動(dòng)識(shí)別物料、自動(dòng)分揀物料、物料信息記錄等功能多位一體的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中大幅度地提升了實(shí)用性和運(yùn)行效率，其又被稱為高層貨架倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)（Automatic Storage／Retrieval System）。

2 自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)的組成

貨架：貨架的材質(zhì)通常選用鋼制材料，其高度介于十米至三十米之間，其作為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要架構(gòu)，行列相交形成了放置物料的各個(gè)單元格。

運(yùn)輸設(shè)備：即堆垛機(jī)。堆垛機(jī)的運(yùn)行包括X 軸和Y 軸兩個(gè)方向，堆垛機(jī)作為輸送設(shè)備，在倉(cāng)庫(kù)巷道中按照規(guī)定路線行駛從而實(shí)現(xiàn)物料的存儲(chǔ)與拿取任務(wù)，它是倉(cāng)庫(kù)中出、入庫(kù)指令的具體實(shí)施部分，分為單柱和雙柱兩個(gè)類型。

出入庫(kù)平臺(tái)：出入庫(kù)平臺(tái)的位置在立體倉(cāng)庫(kù)巷道的出入口，其對(duì)暫放的物料起到周轉(zhuǎn)存儲(chǔ)的作用。

傳送系統(tǒng)：傳送系統(tǒng)是日常輸送物料的車輛或自動(dòng)引導(dǎo)小車（Automated Guided Vehicle，AGV），在收到指令后，傳送系統(tǒng)會(huì)將需要運(yùn)輸?shù)呢浳锼偷街付ǖ攸c(diǎn)。

控制系統(tǒng)：當(dāng)立體倉(cāng)庫(kù)的核心系統(tǒng)發(fā)出輸送貨物的指令時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)控制堆垛機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)任務(wù)。

3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題

3.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題介紹

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化主要包括AGV 路徑調(diào)度優(yōu)化、貨位優(yōu)化、出/入庫(kù)作業(yè)調(diào)度優(yōu)化，其主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）AGV 路徑調(diào)度優(yōu)化

AGV 路徑調(diào)度優(yōu)化是為行駛在倉(cāng)庫(kù)巷道里的AGV 小車規(guī)劃出能夠不碰到障礙物并且最合理的路線，來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV 小車輸送的快速性和便捷性。這種輸送裝置作為傳送系統(tǒng)的一種，其投入的技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)成本通常都很高，因此不是在所有企業(yè)中都能得到廣泛應(yīng)用的。傳送系統(tǒng)的另一類型人工輸送車，對(duì)其路徑的調(diào)度優(yōu)化難度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于AGV 小車。

（2）貨位優(yōu)化

貨位優(yōu)化是立體倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化工作的一個(gè)組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)貨位單元格以及其對(duì)應(yīng)存放的貨物名稱、編碼等全部信息的調(diào)度優(yōu)化，從而使得貨架的利用率和存放效率大大提升。影響其優(yōu)化效果的因素一般都比較復(fù)雜，同時(shí)，由于項(xiàng)目訂單情況的變化，也使得這種優(yōu)化方式不能得出較為滿意的結(jié)果。

（3）出/入庫(kù)作業(yè)調(diào)度優(yōu)化

出入庫(kù)作業(yè)調(diào)度優(yōu)化是立體倉(cāng)庫(kù)優(yōu)化內(nèi)容中的重要組成部分，它能夠根據(jù)實(shí)際訂單需求以及輸送裝置的運(yùn)行情況對(duì)出、入庫(kù)的貨物進(jìn)行排序，從而使得等待時(shí)間大大減小，實(shí)現(xiàn)出、入庫(kù)的效率最大化。

3.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)出/入庫(kù)貨物揀選作業(yè)分析

在對(duì)出、入庫(kù)的物料進(jìn)行分揀工作時(shí)的流程一般是從上級(jí)管理系統(tǒng)把作業(yè)指令傳達(dá)給立體倉(cāng)庫(kù)的中樞管理系統(tǒng)，然后該系統(tǒng)會(huì)按照項(xiàng)目訂單要求以及物料的存放資料給出一份出入庫(kù)的數(shù)據(jù)，同時(shí)，把作業(yè)命令傳達(dá)至底層控制系統(tǒng)，輸送設(shè)備就會(huì)根據(jù)指令要求來(lái)完成出、入庫(kù)的作業(yè)。

對(duì)于存放物料的分揀和選擇，一般包括單指令作業(yè)方式和復(fù)合作業(yè)方式這兩種分揀作業(yè)方式。其中，單指令作業(yè)就是輸送裝置每次只接受并完成一次貨物揀選任務(wù)指令，分多次完成全部貨物揀選作業(yè)要求。而符合作業(yè)方式則是輸送裝置每次能夠接受并完成多次貨物揀選任務(wù)指令。

4 基于匈牙利算法的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)的調(diào)度優(yōu)化

4.1 匈牙利算法的原理

匈牙利算法的簡(jiǎn)介：系數(shù)矩陣中獨(dú)立0 元素的最多個(gè)數(shù)等于能覆蓋所有0 元素的最少直線數(shù)，這種算法就是匈牙利算法。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)的輸送巷道有n 個(gè)的時(shí)候，如何為n 種物料挑選不同的巷道；當(dāng)貨物單元格有n 個(gè)時(shí)，如何為n 中物料挑選其取放的方式，此時(shí)我們可以考慮使用匈牙利算法來(lái)完成此類問(wèn)題?？紤]到倉(cāng)庫(kù)巷道有著大小不一的出、入庫(kù)能力，使得每個(gè)巷道在執(zhí)行作業(yè)指令時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)短不一，所以就要解決每個(gè)巷道該對(duì)應(yīng)完成哪個(gè)作業(yè)指令的問(wèn)題，從而最大程度地縮短任務(wù)完成時(shí)間，提高任務(wù)完成效率。這個(gè)問(wèn)題是立體倉(cāng)庫(kù)統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)調(diào)優(yōu)化的主要內(nèi)容。

從數(shù)學(xué)模型可以得出：第i 個(gè)巷道接受一種貨物，第j 個(gè)貨物由一個(gè)倉(cāng)庫(kù)巷道來(lái)完成其輸送任務(wù)。矩陣Xij 中各行各列的元素之和都是1。

4.2 貨位優(yōu)化

考慮到多種任務(wù)的出、入庫(kù)作業(yè)流程基本相同，所以在這里只研究多種任務(wù)入庫(kù)作業(yè)。當(dāng)出庫(kù)數(shù)據(jù)信息都已知時(shí)，就能夠得出所有巷道輸送貨物入庫(kù)的成本。使用匈牙利算法對(duì)該過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化分析。所以可以得出的最終結(jié)果是：貨物1→2 巷道，貨物2→3 巷道，貨物3→1 巷道。

4.3 立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)調(diào)度Petri 網(wǎng)的模擬仿真

立體倉(cāng)庫(kù)的出、入庫(kù)任務(wù)指令實(shí)現(xiàn)流程具有離散性。針對(duì)這種情況可以考慮使用Petri 網(wǎng)，該種方法能夠?qū)⒊?、入?kù)任務(wù)指令實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行模擬，并將其劃分成六大子模塊。在這里可以使用Petri 網(wǎng)仿真建模軟件VisobjNet 實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的模擬，從而清楚地得出需要的結(jié)論。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的起源和發(fā)展開(kāi)始，再對(duì)其主要構(gòu)成和特定功能進(jìn)行討論，再?gòu)牧Ⅲw倉(cāng)庫(kù)調(diào)度優(yōu)化方面入手來(lái)討論其基本情況和需要解決的問(wèn)題。本文將出、入庫(kù)作業(yè)調(diào)度作為主要著眼點(diǎn)，對(duì)影響其實(shí)施結(jié)果的重要因素——出、入庫(kù)貨物分揀挑選任務(wù)類型進(jìn)行研究，再借助于數(shù)學(xué)模型和仿真模擬軟件來(lái)對(duì)此提出改善。