基于實際生產(chǎn)的自動化立體庫貨位動態(tài)優(yōu)化分配

許宇星

摘要：在實際生產(chǎn)中，立體倉庫不停地進行出入庫作業(yè)，同時還要求入庫貨物必須滿足“上輕下重”原則，這對貨位分配方案的實時性和可靠性以及動態(tài)優(yōu)化提出較高要求。

關(guān)鍵詞：立體倉庫、貨位分配、動態(tài)

自動化立體倉庫以高層貨架為主，此外還包括分揀設(shè)備、輸送設(shè)備、堆垛設(shè)備等，集機械、電子、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動控制等多種技術(shù)于一體，從而實現(xiàn)物料的自動存取及物料信息的自動管理。

自動化立體倉庫的效率主要取決于其貨位的分配，使用適合的貨位分配策略能夠大大提高物料出入頻率，降低立體倉庫的運作成本。

理論界對立體倉庫的貨位優(yōu)化分配方案進行了大量研究，但多數(shù)方案是建立在立體倉庫貨位初次分配和靜態(tài)的基礎(chǔ)上。但在實際生產(chǎn)中，立體倉庫不停地進行出入庫作業(yè)，貨位不停地被占用和釋放，與此同時，還要求入庫貨物必須滿足“上輕下重”的原則，以保證貨架的穩(wěn)定性，這就對分配方案的實時性和可靠性提出了較高要求。筆者就實際生產(chǎn)中立體倉庫貨位動態(tài)分配的優(yōu)化進行探討，并提出相應(yīng)的方案。

立體倉庫貨位分配的基本方案

設(shè)單位時間內(nèi)物料出入庫的作業(yè)時間為T，則立體倉庫貨位分配方案的最終目的是得到T的最小值，從而達到立體倉庫最大的運作效率。在實際生產(chǎn)過程中，還需考慮不同物料的出入庫頻率。

按照數(shù)學(xué)極值理論，進行以下工作：

1獲得貨位出入庫時間的數(shù)據(jù)鏈。只要立體倉庫的布局和堆垛機的速度保持不變，這組編號數(shù)據(jù)鏈G(i)就保持不變，屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)鏈。

2獲得物料出入庫的頻次數(shù)據(jù)鏈。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計劃，對今后一段時間內(nèi)，不同物料的出入庫頻次進行由大到小的排序，這組編號數(shù)據(jù)鏈P(i)受生產(chǎn)計劃的影響，每隔一段時間就要調(diào)整一次，屬于動態(tài)數(shù)據(jù)鏈。

3將排序后的貨位編號數(shù)據(jù)鏈G(i)同排序后的物料編號數(shù)據(jù)鏈P(i)一一對應(yīng)起來所進行入庫操作即為所求的最小出入庫作業(yè)時間。

實際生產(chǎn)中貨位分配的需要

在實際生產(chǎn)中，不能無條件采用上述基本貨位分配方案，這是因為它受到幾個實際問題的制約：

1實際生產(chǎn)中，入庫操作不是單獨進行的，在進行入庫作業(yè)的同時，也在進行出庫作業(yè)，因此空置的貨位在動態(tài)變化。

2實際生產(chǎn)中，為了保證貨架的穩(wěn)定性，應(yīng)遵循“重物在下，輕物在上”的原則，因此要保證自身較重的物料處于貨架的底部，即使它們的出入庫頻次較低，這樣會犧牲一部分效率。

為了解決這兩個問題，對貨位分配基本方案進行如下改進。

實際生產(chǎn)中貨位動態(tài)優(yōu)化分配方案

1假設(shè)某次入庫作業(yè)數(shù)為x盤，立體倉庫內(nèi)現(xiàn)有的空余貨位數(shù)為Y個，必須滿足x≤Y，那么可從貨位由小到大的出入庫時間這一靜態(tài)編號數(shù)據(jù)鏈G(i)中從頭開始按順序選出x個空余貨位。

2將選出的x個空余貨位按立體倉庫的層數(shù)進行分組，同一組貨位處于同一層，組內(nèi)順序保持不變，仍按貨位出入庫時間來排列。

3將入庫的x個物料按重量大小降序排列，大的在前，小的在后，得到一組物料數(shù)列。

4將排序后的x個物料數(shù)列也按層分組。每組物料個數(shù)同每層選出的空位個數(shù)保持一致。

5分組后的物料在每一組中重新排序，組內(nèi)順序由出入庫頻次P來決定的，出入庫頻次較高的物料排在前面。

6將排序后的物料同排序后的貨位一一對應(yīng)起來進行入庫操作。

7每完成一次入庫作業(yè)后，尋找同上一次入庫作業(yè)之間是否有出庫作業(yè)存在，如果有，重新按上述步驟開始整理排序；沒有出庫作業(yè)則按原系列繼續(xù)進行入庫作業(yè)。

這種貨位分配方案可以保證“重物在下，輕物在上”的原則。同時，每一層的出入頻次較大的物料放入較小出入庫時間的貨位，從而能使總的出入庫時間降低，提高運行效率，并保證了動態(tài)生產(chǎn)中不斷釋放出的空閑貨位能夠被納入選擇范圍。

該方案能夠獲得本次入庫作業(yè)的貨位分配的最優(yōu)解。如果要進行長時段多次入庫作業(yè)，可以結(jié)合實際生產(chǎn)過程中，考慮時間因子，估算出未來生產(chǎn)中的貨位余額和動態(tài)釋放量，將多次入庫作業(yè)視為一次，即可按照上述改進貨位分配方案進行操作。此外，還可以依據(jù)“分區(qū)管理，區(qū)分重點”的原則和設(shè)立優(yōu)先級的方式進行調(diào)整，進一步提高效率。