自動化立體倉庫調度優化問題研究

◆黃濤

（光洋電子（無錫）有限公司 江蘇 214072）

1 自動化立體倉庫介紹

在如今工程技術與計算機信息技術領域交叉應用的時代背景下，自動化立體倉庫轉變成了前沿綜合設備，它能發揮的作用也越來越廣泛，其改變了傳統的倉儲模式，將智能化與信息化融入倉儲管理體系中，形成了具有自動識別物料、自動分揀物料、物料信息記錄等功能多位一體的倉儲系統，在實際應用中大幅度地提升了實用性和運行效率，其又被稱為高層貨架倉庫、自動化存儲系統（Automatic Storage／Retrieval System）。

2 自動立體倉庫的組成

貨架：貨架的材質通常選用鋼制材料，其高度介于十米至三十米之間，其作為自動化立體倉庫的主要架構，行列相交形成了放置物料的各個單元格。

運輸設備：即堆垛機。堆垛機的運行包括X 軸和Y 軸兩個方向，堆垛機作為輸送設備，在倉庫巷道中按照規定路線行駛從而實現物料的存儲與拿取任務，它是倉庫中出、入庫指令的具體實施部分，分為單柱和雙柱兩個類型。

出入庫平臺：出入庫平臺的位置在立體倉庫巷道的出入口，其對暫放的物料起到周轉存儲的作用。

傳送系統：傳送系統是日常輸送物料的車輛或自動引導小車（Automated Guided Vehicle，AGV），在收到指令后，傳送系統會將需要運輸的貨物送到指定地點。

控制系統：當立體倉庫的核心系統發出輸送貨物的指令時，控制系統就會控制堆垛機等運輸設備進行運輸作業任務。

3 自動化立體倉庫調度優化問題

3.1 自動化立體倉庫調度優化問題介紹

自動化立體倉庫調度優化主要包括AGV 路徑調度優化、貨位優化、出/入庫作業調度優化，其主要包括以下幾點：

（1）AGV 路徑調度優化

AGV 路徑調度優化是為行駛在倉庫巷道里的AGV 小車規劃出能夠不碰到障礙物并且最合理的路線，來實現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的一種，其投入的技術成本和經濟成本通常都很高，因此不是在所有企業中都能得到廣泛應用的。傳送系統的另一類型人工輸送車，對其路徑的調度優化難度就遠遠低于AGV 小車。

（2）貨位優化

貨位優化是立體倉庫調度優化工作的一個組成部分，它可以實現貨位單元格以及其對應存放的貨物名稱、編碼等全部信息的調度優化，從而使得貨架的利用率和存放效率大大提升。影響其優化效果的因素一般都比較復雜，同時，由于項目訂單情況的變化，也使得這種優化方式不能得出較為滿意的結果。

（3）出/入庫作業調度優化

出入庫作業調度優化是立體倉庫優化內容中的重要組成部分，它能夠根據實際訂單需求以及輸送裝置的運行情況對出、入庫的貨物進行排序，從而使得等待時間大大減小，實現出、入庫的效率最大化。

3.2 自動化立體倉庫出/入庫貨物揀選作業分析

在對出、入庫的物料進行分揀工作時的流程一般是從上級管理系統把作業指令傳達給立體倉庫的中樞管理系統，然后該系統會按照項目訂單要求以及物料的存放資料給出一份出入庫的數據，同時，把作業命令傳達至底層控制系統，輸送設備就會根據指令要求來完成出、入庫的作業。

對于存放物料的分揀和選擇，一般包括單指令作業方式和復合作業方式這兩種分揀作業方式。其中，單指令作業就是輸送裝置每次只接受并完成一次貨物揀選任務指令，分多次完成全部貨物揀選作業要求。而符合作業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指令。

4 基于匈牙利算法的自動化立體倉庫出入庫的調度優化

4.1 匈牙利算法的原理

匈牙利算法的簡介：系數矩陣中獨立0 元素的最多個數等于能覆蓋所有0 元素的最少直線數，這種算法就是匈牙利算法。當倉庫的輸送巷道有n 個的時候，如何為n 種物料挑選不同的巷道；當貨物單元格有n 個時，如何為n 中物料挑選其取放的方式，此時我們可以考慮使用匈牙利算法來完成此類問題。考慮到倉庫巷道有著大小不一的出、入庫能力，使得每個巷道在執行作業指令時耗費的時間長短不一，所以就要解決每個巷道該對應完成哪個作業指令的問題，從而最大程度地縮短任務完成時間，提高任務完成效率。這個問題是立體倉庫統一調度、協調優化的主要內容。

從數學模型可以得出：第i 個巷道接受一種貨物，第j 個貨物由一個倉庫巷道來完成其輸送任務。矩陣Xij 中各行各列的元素之和都是1。

4.2 貨位優化

考慮到多種任務的出、入庫作業流程基本相同，所以在這里只研究多種任務入庫作業。當出庫數據信息都已知時，就能夠得出所有巷道輸送貨物入庫的成本。使用匈牙利算法對該過程進行優化分析。所以可以得出的最終結果是：貨物1→2 巷道，貨物2→3 巷道，貨物3→1 巷道。

4.3 立體倉庫出入庫調度Petri 網的模擬仿真

立體倉庫的出、入庫任務指令實現流程具有離散性。針對這種情況可以考慮使用Petri 網，該種方法能夠將出、入庫任務指令實現流程進行模擬，并將其劃分成六大子模塊。在這里可以使用Petri 網仿真建模軟件VisobjNet 實現整個過程的模擬，從而清楚地得出需要的結論。

5 結束語

文中從自動化立體倉庫的起源和發展開始，再對其主要構成和特定功能進行討論，再從立體倉庫調度優化方面入手來討論其基本情況和需要解決的問題。本文將出、入庫作業調度作為主要著眼點，對影響其實施結果的重要因素——出、入庫貨物分揀挑選任務類型進行研究，再借助于數學模型和仿真模擬軟件來對此提出改善。