立体仓库货位优化研究

朱建平 王直杰

摘 要：在物流系统中，立体仓库具有十分重要的地位，而物流技术现代发展的大趋势是自动化，所以高度自动化的立体仓库在系统中具有举足轻重的研究价值。文章通过对立体仓库进行基础数据收集、优化目标和约束的确定、算法设计、最后进行仿真试验，将自动化立体仓库货位分配优化，使得立体仓库的货位结构合理，出入库效率优化。

关键词：自动化立体仓库；优化建模；物流

1 立体仓库的基本构成

自动化立体仓库是由多层货架（货物存储钢结构）、输送机设备、巷道堆垛机、自动化控制系统、信息存储管理系统等组成。

图1 立体仓库的平面结构

如图1所示，货架是用于货物存储的钢结构主体。主要有焊接式、组合式货架等基本形式；巷道堆垛机是用于自动存取货物的机器。按其结构分为单立柱、双立柱等形式；输送机是用于将货物从堆垛机来回运送的设备。输送机分有提升设备，皮带输送机，链式输送机等。自动控制系统是用于自动控制立体仓库各个机构的现场级自动化控制系统。信息储存管理系统是用于立体仓库货位管理、出入路径规划，是自动立体仓库的大脑。

2 货位优化建模

在货品的重量和出库、入库的频率确定之后，需要采取合适的货位分配方法来分配货物的存储位置。对于AS/RS（AutomatedStorageandRetrievalSystem自动存取系统）的货位进行管理，本质上就是合理地分配每个货物的货位位置，使得立体仓库能达到最高出入库效率的基础上，进一步深化利用货位。

立体仓库的货位优化是在一定的标准规则下，对货位的存储位置进行安排，让库位中任何货物能够最为合适的处于自己应该在的位置，立体仓库整体效率大大提高。优化货位的过程将会关联三个主要的元素：货物、库位和堆垛机。堆垛机根据固定的运行规定把货物运送到目标库位。堆垛机在出入库的过程中是中间执行机构，是货物、库位当中的衔接机构，简单来说就是，把出入库的货物通过堆垛机被运送到已经优化后的库位位置上。立体仓库库位优化的研究元素就是货物、库位和巷堆垛机。要建立其数学模型，就要将这三种元素的主要属性具象化，完整考量其之间的关系，具象化、公式化其中的关系。[1]

2.1 模型的确定

假设存在有m层高n列宽的立体仓库，层数从低到高依次增大，列数从离出口最近的位置依次增大，堆垛机纵向运行速度是Vy，横向运行速度是Vx，库位长度是L，宽度是H，因此有：

（1）立体仓库货物排列规则要下层重量比上层重，这样仓库结构才会稳定，即每个库位货物的重量与它的层数乘积之和最小最佳，据此建立数学模型：

min f1=？撞■■？撞■■Wij×（i-1）=1 （1）

式中：f1-每个库位与其层数乘积之和；

Wij-i行，j列庫位上货物重量。

（2）想要最大化提高出入库效率就是要使出入库平率越高的货物库位离出入口越近，即货物的出入库频率与堆垛机出入此货物的时间乘积之和最小，据此建立数学模型：

min f2=？撞■■？撞■■tij×pij （2）

tij=|L×i/Vx，H×（j-1）/Vy| （3）

式中：f2-每个货物的存取频率和存取货物时堆垛机运行的时间乘积之和；

tij-i层j列货物的出入库时间；

pij-i层j列货物出入库频率。

这是一个涉及到多目标优化的问题，有需要到要采用多目标的方法策略解决此问题。可是多目标求解的过程比较繁琐。此次处理多目标问题采用了对两个目标函数赋予权重因子，将两目标问题简单地变化成了单目标的问题，就是说不同类型的立体仓库对两目标的侧重要求各有不同，为了达到简化求解的要求，赋给两个目标函数的权重一致，那么函数就成了如下：

min h=0.5f1+0.5f2=0.5？撞■■？撞■■Wij×（i-1）+0.5？撞■■？撞■■tij×pij （4）

两侧乘以2，既有了最终求解函数：

min h=？撞■■？撞■■Wij×（i-1）+？撞■■？撞■■tij×pij （5）

式中：1？燮i？燮m，1？燮j？燮n[2]

2.2 货位优化模型

优化方法：使用遗传算法将目标函数得到的解就是可以看做其最优解。

样本使用10行20列，200个库位的货物，需要出入库的货物参数在表1中。

将此函数在Matlab中进行运算，获得f函数变化曲线图，图2所示。

运算内容小结：在多次的函数的迭代过程中，函数值f在迭代次数的上升过程中，一致处于下降趋势，在迭代值达到170以后，目标函数值f变化趋于稳定，达到收敛效果。[3]在图2分析，得到初始迭代时，f值是1.98×105，趋于收敛后，其值成了1.44×105，Matlab运算后的货位分配结果如表2和表3所示。

3 结束语

文章简单介绍了自动化立体仓库出入库库位优化的方式方法，其中主要涵盖了货物货位构建方法、出入库库位分配原则，主要有两个目标函数，仓库货架稳定性关系函数，出入库效率最大化函数，分析其中关系建立数学模型，借助MATLA软件运算求出最佳解。

参考文献

[1]柳赛男，柯映林，李江雄，等.基于调度策略的自动化仓库系统优化问题研究[J].计算机集成制造系统，2006，18（2）：44-46.

[2]蒋字.基于预测模型立体仓库调度策略研究[D].大连：大连海事大学，2008.

[3]王军锋.自动化立体仓库储位分配策略优化的研究[D].北京：北京邮电大学，2010.

[4]韩彩云.基于遗传算法的自动化立体仓库的货位优化研究[D].太原：太原科技大学，2009.