大型倉儲系統(tǒng)的調(diào)度算法研究.pdf

1、自動化倉儲系統(tǒng)(AS／RS)是現(xiàn)代物流和CIMS中的重要環(huán)節(jié),對現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)揮著日益重要的作用。AS／RS是一個離散的、隨機的、動態(tài)的、多因素、多目標的復雜系統(tǒng),對AS／RS的智能化管理將導致復雜的系統(tǒng)優(yōu)化問題。大型倉儲系統(tǒng)作為自動化倉儲系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向,具有控制更為復雜、優(yōu)化效率要求更高等特點,而傳統(tǒng)的優(yōu)化方法求解過程不僅時間較長、成本較高,而且不易求得最優(yōu)解。
　　 本文將快速遺傳算法的理論研究,與首都國際機場大型

2、貨運站倉儲系統(tǒng)工程項目相結合,以進一步完善大型倉儲系統(tǒng)的智能化管理、提高系統(tǒng)整體效率為目標,開展了大型倉儲系統(tǒng)優(yōu)化方法的研究。該項研究,對于提高大型倉儲系統(tǒng)的智能化水平,提高倉庫的運行效率,降低運行成本,提高物流運營企業(yè)和設計研發(fā)企業(yè)的競爭力等方面,都具有重要的工程意義；對于如何獲得高效、穩(wěn)定、可靠的快速遺傳算法,遺傳算法如何更好地模擬復雜系統(tǒng)的適應性過程和進化行為、在優(yōu)化問題求解中如何才能具備全局收斂性、搜索效率如何評價、如何與其他算

3、法結合、如何更好地適應工程的需要等遺傳算法的主要研究方向上,都具有重要的理論價值。
　　 論文主要工作如下:
　　 (1)以首都國際機場大型貨運站倉儲系統(tǒng)為例,分析了AS／RS,特別是大型倉儲系統(tǒng)的工作流程和特點,提出了智能控制的方向和內(nèi)容,建立了大型倉儲系統(tǒng)的優(yōu)化模型,選擇遺傳算法作為主要的優(yōu)化算法,提出了大型倉儲系統(tǒng)優(yōu)化的目標函數(shù)和約束條件。
　　 (2)設計了一種快速單目標約束遺傳算法。該算法提出一種既利用

4、不可行解擴大搜索范圍、又不引入懲罰因子的約束處理方法；設計了一種具有“記憶”能力的交叉算子,能夠阻止個體的“返祖”現(xiàn)象,避免了重復搜索,提高了搜索效率；設計了搜索步長和方向可變的非均勻變異算子,可以保證算法在前期的快速搜索能力和后期的最優(yōu)解的保持能力；采用“精英”保持策略,將父代的最優(yōu)個體合并到子代,使算法具有較強的魯棒性。性能分析表明,該算法為1階快速收斂的遺傳算法,收斂速度優(yōu)于其它3種對照的遺傳算法,而且參數(shù)的選擇對于算法的收斂速度

5、沒有本質的影響,一般能很快找到全局最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。
　　 (3)設計了一種快速多目標約束遺傳算法。該算法提出一種能夠從可行解空間和不可行解空間同時搜索(邊界搜索)的交叉算子,將約束條件和目標結合在一起,引入一種新的偏序關系用于比較個體之間的優(yōu)劣；提出一種新的Niche值計算方法作為維持群體均勻性的主要動力,并采用已搜索解集避免了算法的重復搜索。采用Markov鏈作為分析工具,證明了算法的收斂性。仿真結果表明,與同類進化算法相

6、比,該算法能夠快速收斂到Pareto前沿,并能很好地維持群體的多樣性。
　　 (4)采用遺傳算法,進行自動化倉庫的貨位和揀選路徑的優(yōu)化。在AS／RS中,提出了基于隨機存儲策略的庫區(qū)分配優(yōu)化、貨位分配優(yōu)化、行駛時間優(yōu)化的優(yōu)化控制目標,采用罰函數(shù)法對堆垛機的容量和行駛速度、多任務作業(yè)周期中先存后取、由近及遠存儲、由遠及近出庫等約束條件進行處理。利用遺傳算法,在已經(jīng)存儲一定數(shù)量的貨物的大型自動化倉庫中,求出了動態(tài)貨位分配和揀選路徑優(yōu)化

7、的Pareto最優(yōu)解。實驗表明,該方法能夠很好地滿足立體倉庫優(yōu)化控制的工程實際需要。
　　 (5)進行AS／RS中堆垛機動態(tài)待命位的研究。由存儲時間優(yōu)先的出庫策略確定了m個可能的訪問點{Pi｜i=1,...,m},由隨機存儲策略得到了這m個可能的訪問點分別具有的流通率{Ii｜i=1,...,m},證明了這m個可能的訪問點屬于格拉斯曼空間。利用多質點重心法,通過格拉斯曼空間到仿射空間的映射,求出了堆垛機動態(tài)待命位。計算結果表明,該

8、方法總體性能優(yōu)于已有的研究結果。
　　 (6)在上述研究的基礎上,分析了該大型倉儲系統(tǒng)的性能。利用遺傳算法確定了自動化倉庫的動態(tài)揀選路徑,采用多質點重心法獲得了堆垛機的動態(tài)待命位,之后,利用堆垛機的加速和減速曲線,得到堆垛機在自動化倉庫中的平均作業(yè)時間,最終獲得該大型倉儲系統(tǒng)的出入庫能力,并分析了貨位分配、揀選路徑優(yōu)化和堆垛機的動態(tài)待命位對提高出入庫能力的貢獻,從而也體現(xiàn)了本文研究的工程價值。
　　 本文的研究結果,已經(jīng)