自動化立體倉庫的優化調度研究

摘 要：為提高自動化立體倉庫的運行效率，通過歸納總結調度原則，建立簡易專家系統的貨位管理知識庫及相應的推理機制，得出貨位分配方案。在此基礎上，利用遺傳算法對堆垛機存取路徑進行優化，建立優化模型。通過Matlab仿真，得出上述方法在優化調度中的可行性。

關鍵詞：自動化立體倉庫；優化；調度；遺傳算法

1 引言

自動化立體倉庫的貨位分配及作業調度的優化問題一直是業界研究關注的重點，所采用的方法包括時態邏輯、模擬退火、遺傳算法、神經網絡、Petri網等[1-3]。其中，遺傳算法在自動化立體倉庫調度優化問題上已有多項研究。本文結合調度專家的知識經驗，依據推理策略建立貨位管理專家系統，在此基礎上采用遺傳算法對自動化立體倉庫的調度問題進行建模仿真，驗證了該方法的可行性和有效性。

2 立體倉庫模型

自動化立體倉庫的出入庫調度任務主要包括兩個方面：一是作業調度原則，二是貨位管理原則[4]。一般作業調度原則有：先到先服務原則、優先權原則、處理時間最短原則、處理時間最長原則、隨機原則、聯合出入庫原則、中斷搶先原則。一般貨位管理原則有：分巷道存放原則、就近原則、貨架受力均勻原則、先入先出原則、貨位分區原則。

3 貨位管理的專家系統模型

3.1 專家系統基本結構

專家系統一般由6部分組成：人機接口、知識庫、推理機、綜合數據庫、方法庫和解釋系統，其中知識庫和推理機是專家系統的兩個重要組成部分。

3.2 貨位管理知識庫的建立

3.3 推理機制的選擇

推理系統負責整個專家系統的運行，本文采用正向推理機制。

4 組合優化的作業調度問題描述

在得到優化后的貨位分配前提下，建立尋求運輸效率最高或運輸費用最低的目標函數是解決優化掉問題的關鍵。本文針對減少堆垛機的空載運行時間，得出對貨物的存取順序進行排列，從而達到作業調度最優。

5 堆垛機作業優化調度的遺傳算法設計

5.1 編碼

本文采用順序表示的遺傳基因編碼方法。例如：順序表為C=（1 2 3 4 5 6 7 8），運送路線為：1-3-5-7-2-8-4-6，則編碼為：L=（1 2 3 4 1 3 1 1）。

5.2 適應度評價

本文的目標函數為最小化問題，即堆垛機行駛時間T最短，故選擇適應度函數F=1/f（x）。

5.3 遺傳算法步驟

（1）隨機生成初始種群，采用順序編碼方案進行染色體編碼，確定最大允許進化代數Gmas。（2）按照適應度函數計算染色體適應值。（3）選擇運算采用比例選擇算子。（4）交叉運算采用次序交叉法。（5）變異算子的設計比較靈活，本文采用的方法是交換。（6）判斷終止條件，如果超過最大代數，或得到最優解則退出程序，否則轉回步驟2繼續執行。

6 結束語

本文在建立自動化立體倉庫模型的基礎上，分析立體倉庫調度原則，建立了基于貨位分配原則的專家系統知識庫和推理機制，仿真得出較為理想的結果；在此基礎上，利用遺傳算法對作業調度進行優化，減少堆垛機運行路程和時間，有效地提高自動化立體倉庫的效率。本文僅是在前人研究基礎上的又一探索，仍需進一步研究兩種人工智能方法在立體倉庫實際管理和運行中的應用。

參考文獻

[1]田國會，劉長友，等.自動化立體倉庫若干優化調度問題及其研究進展[J].山東工業大學學報，2001，31（1）：12-17.

[2]常發亮，劉增曉，等.自動化立體倉庫揀選作業路徑優化問題研究[J].系統工程理論與實踐，2007，5（2）：139-143

[3]李梅娟，陳雪波，等.自動化立體倉庫存取設備優化調度方法研究[J].計算機工程與設計，2006，27（2）：181-183

[4]曾明如，游文堂，等.基于專家系統的貨位管理與作業調度優化[J].南昌大學學報（工科版），2009，31（4）：385-388.

[5]施鴻寶，等.專家系統[M].西安：西安交通大學出版社，1990.

[6]趙培忻.現代物流管理模型、方法與應用[M].北京：北京交通大學出版社，2012.