自动化立体仓库存取策略优化与仿真

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 自动化立体仓库存取策略优化与仿 真 摘 要：在分析已有研究成果的 基础上，针对自动化立体仓库的现实需 要，提出了改进的基于最少时间和最低 能耗模型的动态货位存取优化策略，建 立了数学模型，并对其进行了仿真分析。 仿真结果表明建立的模型提高了存取效 率，节约了能耗，而且简单易行，便于 理解，很容易在计算机控制中得到实现， 有很大的实用价值。 中国论文网 /8/view-12768863.htm 关键词：立体仓库；动态存取策 略；优化；仿真 中图分类号：F253 文献标识码： A -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Abstract： Analysis the results of existing research， in view of the practical need of automated warehouse， put forward a dynamic storage and retrieval operation strategy based on the least time and lowest energy consumption model. Established mathematical model and has carried on the simulation analysis. The simulation results show that the model established in the paper improved the access efficiency and has great practical value in saving energy consumption. Key words： automated warehouse； dynamic storage and retrieval； operation； simulation 随着企业生产能力的提高及第三 方物流企业规模的扩大，货物的存储向 规模化和自动化方向发展，自动化立体 仓库日益成为物流仓储系统的主选设备。 立体仓库在小批量、多品种、快周转的 货物储存方面优势明显，极大地提高了 劳动作业率和存取货准确率。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 国内外学者和企业对自动化立体 仓库的理论和技术进行了多方位的研究， 使得自动化立体仓库在提高效率、节约 成本等方面取得了实际的进步，并促进 了立体仓库的大规模应用。在立体仓库 中，货位分配问题决定了仓库运行情况 的好坏，因此，国内外研究人员针对货 位分配问题进行了深入研究。本文在前 人研究的基础上，针对自动化立体仓库 的现实需要，提出了改进的基于最少时 间和最低能耗模型的货位优选存取策略。 鉴于仿真技术在模型验证，系统 可视化分析，以及解决复杂问题方面具 有极大的优势。Flexsim 作为一款离散 事件仿真软件，广泛用于制造业、物流 和管理决策中，而且可以通过自带的脚 本语言以及集成的 C+编程环境进行用 户化开发。据此，本文对所建立的存取 策略模型进行了仿真分析。 1 自动化立体仓库的组成 自动化立体仓库，简称 AS/RS。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 主要由货物存储搬运系统和仓库管理监 控系统组成。货物存储搬运系统主要负 责货物的搬运和移动。管理监控系统则 通过计算机来控制搬运设备的搬运过程 和监控货物存储状态，其核心是智能控 制策略。合理的控制策略能够减少配送 时间，提高作业效率，降低能耗，减小 差错率。仓库管理监控系统一般是作为 WMS 系统的子系统，集成在于整个仓 储系统中，WMS 系统记载着货物的种 类、数量，出入库日期或者重量等相关 信息。这些信息为自动化仓储系统的控 制策略提供了决策依据1。 为了科学合理地进行货物的存储 作业，一般在进行货位分配时需要遵循 货物存储的基本原则，常用的基本原则 包括2：存取频率高的放在出入口近 处，存取频率低的放在出入口远处； 质量重的放在出入口近处，质量轻的放 在出入口远处；质量重的放在下层， 质量轻的放在上层；大型货物放在近 处，小型货物放在远处；大型货物放 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 在下层，小型货物放在上层；加快周 转，先入先出；同类货物就近存放。 根据货架离进出口的距离和搬运 高度的划分，通常把立体仓库位于靠近 地面的 20%区域和靠近出入库台的 20% 的区域称为最佳储位。这类区域具有便 于存储，路径较短，机械运行损耗小的 特点。同时，对于货物出入口相同的立 体仓库和出入口不在同一位置的立体仓 库，最佳储位的划分方式也不相同，对 于前者流动性高的物品尽量靠近出入口， 对于后者则需要按物品的接受次数和连 送次数的比例大小来划分最佳储位区域。 本文主要研究对象为较常见的出入口在 同一位置的立体仓库，暂不考虑接送次 数比。一个完善的立体仓库主要包括货 物存储搬运系统和仓库管理监控系统组 成。其中货物存储搬运系统包括：货架、 出入库台和运输设备3。 （1）货架 采用高层货架，两排货架平行对 立摆放，中间留有堆垛机作业通道，由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 于两排货架具有作业独立性，为便于研 究，本文以单排货架为研究对象。货架 的高度为 H，长度为 L，划分为 P 层 Q 列，货位总数为 P*Q 个，所有货位的大 小规格全部相同，货位的高度为 h，长 度为 l，为简化计算，则 H=p*h，L=q*l。 （2）出入库台 每排货架外均有一个出入库台， 每个库台都可以被两个货架共同使用。 研究过程只考虑货物从开始运到货架， 或从货架运到库台的过程，不考虑货物 到达的队列问题。 （3）运输设备 一个巷道只有一台堆垛机，负责 两排货架的作业任务。开始时，堆垛机 位于库台固定起始位置，堆垛机作业模 式为单一作业，即存货任务中单一存货 作业，取货任务中单一取货作业，每一 个单一作业完成后回到库台起始位置， 定为一个作业时间。 堆垛机的运行可以分为在自身在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 水平方向上的运动和起重机对载货台所 进行的垂直运动以及伸缩货叉相对于货 架的垂直运动。其中堆垛机水平和垂直 方向运动，最大速度有且只有一个，负 载和空载的速度相同，在到达储位后确 认符合存取要求后才开始伸出货叉进行 货物的存取工作，在本研究中，此过程 可是为固定时间。启动和制动过程中存 在线性的加减速阶段，加减速度相等； 当加速度上升到最大速度时，以最大速 度保持匀速运动3。立体仓库参数如表 1 所示。 2 模型建立 2.1 时间最小模型 建立立体仓库坐标的坐标系，则 完成一次作业路径如图 1 所示。对于固 定的货架，堆垛机运行指定货位的时间 可根据运动学规律来计算，通过建立的 时间最小模型，可以得出每个货位存取 货物占用的时间。 3.4 结果输出 按不同随机值流仿真 10 次，耗 能对比结果如图 4，用时对比如图 5 所 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 示。 由图 4 可见，相比于随机存取方 式下的耗能，优化存取策略耗能明显减 少，且对货物不同的随机值流下的波动 较小；同样，由图 5 两种存取策略下的 用时对比分析可知，优化后的存取策略 相对于随机存取更加省时，对于货物在 不同随机值流的条件下表现出了控制策 略的稳定性。 按 10 次仿真输出平均值计算。 结果显示如表 7 所示。 由表 7 数据分析可知，优化策略 下的存取方式相比于随机存取平均节约 时间 644.2s，完成存货中耗能， 0.26106KJ 则相对较少。说明优化策略 相对于随机存取具有一定的优势，可以 提高自动化仓库的效率及节约能耗。 4 结 论 本文基于自动化立体仓库中 WMS 系统的数据库资料，在建立最小 时间模型和最少耗能模型的基础上，建 立了动态存取的优化模型，相比于随机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 存取而言，既保证了仓库存取遵循货物 存储的基本原则，又提高了效率，节约 了能耗，方便在计算机控制中得以应用。 本文结论如下： （1）针对自动化立体仓库的现 实需要，提出了改进的基于最少时间和 最低能耗模型的货位优选存取策略，并 通过仿真分析证明该策略能够提高存取 效率，节约能耗。 （2）根据 ABC 分类法对货物按 周转率进行了分类，同时按类对货架进 行分区，将同种类或特征相似的物品存 放到