四向多层穿梭车系统建模与优化研究

四向多层穿梭车系统建模与优化研究

在“德国工业4.0”、“中国智能制造”大背景下,仓储自动化技术引起国内外的研究热潮。电商行业的蓬勃发展改变人们购物习惯,使得碎片化订单呈现指数增长,但消费者对订单响应速度要求越来越高,加之不断攀升的土地和人力成本,集存储和分拣功能于一体的多层穿梭车系统成为最热门的物流仓储自动化解决方案。

例外于大凡多层穿梭车系统中穿梭车在不变层、不变巷道的直线往复运动,四向多层穿梭车系统中的四向穿梭车可以通过跨巷道和跨层作业到达任意存储货位完成存取任务。因此,四向多层穿梭车系统具有较强的柔性,可以根据需求调整系统配置的四向穿梭车数量。

但同时系统的控制调度更为繁复,四向穿梭车单次作业难度和时间也相应增加。本文以四向多层穿梭车系统为研究对象,以系统性能分析、配置优化和针对系统出库作业优化研究的订单排序优化策略为研究点开展研究工作:1、四向多层穿梭车系统性能分析建模。

通过对四向多层穿梭车系统在工程实践应用中的仓储布局结构和主要设备作业特点的研究,分析四向多层穿梭车系统的出入库作业流程,总结拣选工作站在处理一组批量订单时的作业特点。根据四向穿梭车和提升机的作业动作例外,计算设备作业平衡服务时间,并将系统出入库作业拆分细化为16种例外的作业场景。

考虑例外系统布局结构(即巷道数量以及层数)和设备数量(即提升机和四向穿梭车数量)影响下,分析计算16种作业场景出现的概率。同时考虑订单队列和四向穿梭车队列,建立半开环排队网络模型,并在小批量作业任务场景下对四向穿梭车系统排队网络模型中两个服务节点的服务率求解。

2、四向多层穿梭车系统配置优化问题。应用矩阵几何法对半开环排队网络进行求解,仿真验证可靠性。

分析一定系统规模下,在例外出入库作业到达率下,系统配置例外数量四向穿梭车时,平衡外部队列长、系统中正在接受服务的平衡任务数、四向穿梭车平衡使用率、每个出入库作业任务平衡在系统中的等待时间的数据变化情况。根据

工程实践经验,四向穿梭车平衡使用率以80%作为选取依据,分析在例外出入库作业任务到达率下,系统最优的四向穿梭车配置数量。

3、四向多层穿梭车系统订单排序优化研究。针对四向穿梭车的跨巷道和跨层作业特点,对批量订单进行排序优化,使两个包含更多相同SKU或者包含更多分布在同一巷道或同一层SKU的订单连在一起拣选,以减少四向穿梭车出入库的次数和跨巷道、跨层次数。

以批量订单拣选的完成时间最小为优化目标建立订单排序数学模型,并提出改进耦合度的启发式订单排序算法求解。通过仿真实例分析得出,本文提出的改进耦合度的订单排序优化算法对批量订单拣选完成时间有显赫的优化效果,但在例外订单量和订单结构下,策略的优化效果例外。