跨层穿梭车系统建模与优化

发布时间：2020-09-27 20:22

　　传统的物流仓储与拣选系统主要以人工拣选为主,近年来由于新零售概念的兴起与电商行业的飞速发展,客户的在线订单结构逐渐倾向“小批量、多频次”的特点。传统的人工拣选十分耗时、耗力,因此,基于“货到人”模式的自动化拣选系统应运而生。基于储分一体的穿梭车系统,因其较高的灵活性和鲁棒性备受研究者的关注。该系统分为多层和跨层穿梭车系统,本文将跨层穿梭车系统作为研究对象。在自动化拣选系统设计阶段,设计人员大多数采用商业软件对系统进行仿真,以寻找最优的设备配置。但系统涉及参数多、仿真难度大、仿真运行过程十分耗时,成为设计中的一个瓶颈问题。另外,如何通过减少穿梭车和提升机的相互等待时间来提高系统效率的调度问题也是一个研究的难点。因此,本文通过对跨层穿梭车系统业务流程深入研究,建立半开环排队网络模型,通过系统性能分析,求解系统最优设备配置。针对任务调度难的问题,通过建立任务调度精准数学模型,获得单时间窗内批量订单的最优作业顺序队列。首先,通过对跨层穿梭车系统取货作业流程分析,将穿梭车和提升机的运动过程分为六个阶段,结合订单等待时间和穿梭车等待时间建立单订单作业时间模型。通过对作业时间模型分析,描述了影响系统作业效率的因素。其次,根据跨层穿梭车系统内部的作业流程和作业时间建立半开环排队网络模型,在该模型中,穿梭车为订单的服务机构,提升机为穿梭车的服务机构。采用近似平均值分析算法以及生灭过程分析求解半开环排队网络求得系统的性能参数,即穿梭车和提升机的利用率,单订单平均完成时间。通过应用MATLAB仿真实验验证了排队模型的准确性,进一步利用该模型考虑最优的单订单平均完成时间求解了在多种场景下系统最优设备配置。最后,为了减小提升机的空闲时间和穿梭车的等待时间,针对作业顺序调度问题,在综合考虑订单和设备各种约束的基础上,构建以完成单时间窗内的所有订单任务总时间最小为目标函数的任务调度优化模型。利用Gurobi线性规划求解器对该模型进行求解,获得最短的订单拣选总时间及最优作业顺序,从而提高了系统的作业效率。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：F724.6;F724.2;F274
【部分图文】：

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对于穿梭车系统的研宄还没有深入。但是它与自动小车存取系统逡逑（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋Ｓｔｏｒａｇｅ邋ａｎｄ邋Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ邋Ｓｙｓｔｅｍ，ＡＶＳ／ＲＳ）有很大的相似性，逡逑自动小车存取系统立体图如图１－１所示。自动小车存取系统包括高位货架、自动逡逑小车、提升机、铺设在货架间隙的轨道以及可供小车实现跨巷道运动的横向通道逡逑等设施设备构成。自动小车可以通过横向通道实现跨巷道行驶，在提升机的作用逡逑４逡逑

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层穿梭车系统利用提升机取代了堆垛机垂直方向的运动，穿梭车取代了堆垛机水逡逑平方向的运动，采用并行作业方式，不仅使任务的出入库运作更加灵活，而且大逡逑大提高了系统的拣选效率，如图２－１所示。逡逑跨层穿梭车系统主要由硬件和软件两个部分组成，其中硬件部分主要由高位逡逑立体货架、穿梭车、提升机、出／入库站台、输送系统等组成，而软件部分主要逡逑有仓库管理系统和仓库监控系统等组成，下面将对它们进行详细的介绍。逡逑图２－１跨层穿梭车系统立体图逡逑１、高位立体货架逡逑高位立体货架是仓储系统中的基础存储设备，通常以托盘或者周转箱为单位逡逑放置。该货架可以提供具有成本效益的存储，增加土地的利用率。货架配置一般逡逑可提供放置单个托盘／料箱深度或两个托盘／料箱深度。本文研宄的是跨层穿梭车逡逑９逡逑

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【参考文献】