自动化立体仓库调度优化问题研究

时间：2024-09-03

◆黄涛

（光洋电子（无锡）有限公司江苏 214072）

1 自动化立体仓库介绍

在如今工程技术与计算机信息技术领域交叉应用的时代背景下，自动化立体仓库转变成了前沿综合设备，它能发挥的作用也越来越广泛，其改变了传统的仓储模式，将智能化与信息化融入仓储管理体系中，形成了具有自动识别物料、自动分拣物料、物料信息记录等功能多位一体的仓储系统，在实际应用中大幅度地提升了实用性和运行效率，其又被称为高层货架仓库、自动化存储系统（Automatic Storage／Retrieval System）。

2 自动立体仓库的组成

货架：货架的材质通常选用钢制材料，其高度介于十米至三十米之间，其作为自动化立体仓库的主要架构，行列相交形成了放置物料的各个单元格。

运输设备：即堆垛机。堆垛机的运行包括X 轴和Y 轴两个方向，堆垛机作为输送设备，在仓库巷道中按照规定路线行驶从而实现物料的存储与拿取任务，它是仓库中出、入库指令的具体实施部分，分为单柱和双柱两个类型。

出入库平台：出入库平台的位置在立体仓库巷道的出入口，其对暂放的物料起到周转存储的作用。

传送系统：传送系统是日常输送物料的车辆或自动引导小车（Automated Guided Vehicle，AGV），在收到指令后，传送系统会将需要运输的货物送到指定地点。

控制系统：当立体仓库的核心系统发出输送货物的指令时，控制系统就会控制堆垛机等运输设备进行运输作业任务。

3 自动化立体仓库调度优化问题

3.1 自动化立体仓库调度优化问题介绍

自动化立体仓库调度优化主要包括AGV 路径调度优化、货位优化、出/入库作业调度优化，其主要包括以下几点：

（1）AGV 路径调度优化

AGV 路径调度优化是为行驶在仓库巷道里的AGV 小车规划出能够不碰到障碍物并且最合理的路线，来实现AGV 小车输送的快速性和便捷性。这种输送装置作为传送系统的一种，其投入的技术成本和经济成本通常都很高，因此不是在所有企业中都能得到广泛应用的。传送系统的另一类型人工输送车，对其路径的调度优化难度就远远低于AGV 小车。

（2）货位优化

货位优化是立体仓库调度优化工作的一个组成部分，它可以实现货位单元格以及其对应存放的货物名称、编码等全部信息的调度优化，从而使得货架的利用率和存放效率大大提升。影响其优化效果的因素一般都比较复杂，同时，由于项目订单情况的变化，也使得这种优化方式不能得出较为满意的结果。

（3）出/入库作业调度优化

出入库作业调度优化是立体仓库优化内容中的重要组成部分，它能够根据实际订单需求以及输送装置的运行情况对出、入库的货物进行排序，从而使得等待时间大大减小，实现出、入库的效率最大化。

3.2 自动化立体仓库出/入库货物拣选作业分析

在对出、入库的物料进行分拣工作时的流程一般是从上级管理系统把作业指令传达给立体仓库的中枢管理系统，然后该系统会按照项目订单要求以及物料的存放资料给出一份出入库的数据，同时，把作业命令传达至底层控制系统，输送设备就会根据指令要求来完成出、入库的作业。

对于存放物料的分拣和选择，一般包括单指令作业方式和复合作业方式这两种分拣作业方式。其中，单指令作业就是输送装置每次只接受并完成一次货物拣选任务指令，分多次完成全部货物拣选作业要求。而符合作业方式则是输送装置每次能够接受并完成多次货物拣选任务指令。

4 基于匈牙利算法的自动化立体仓库出入库的调度优化

4.1 匈牙利算法的原理

匈牙利算法的简介：系数矩阵中独立0 元素的最多个数等于能覆盖所有0 元素的最少直线数，这种算法就是匈牙利算法。当仓库的输送巷道有n 个的时候，如何为n 种物料挑选不同的巷道；当货物单元格有n 个时，如何为n 中物料挑选其取放的方式，此时我们可以考虑使用匈牙利算法来完成此类问题。考虑到仓库巷道有着大小不一的出、入库能力，使得每个巷道在执行作业指令时耗费的时间长短不一，所以就要解决每个巷道该对应完成哪个作业指令的问题，从而最大程度地缩短任务完成时间，提高任务完成效率。这个问题是立体仓库统一调度、协调优化的主要内容。

从数学模型可以得出：第i 个巷道接受一种货物，第j 个货物由一个仓库巷道来完成其输送任务。矩阵Xij 中各行各列的元素之和都是1。