基于启发式算法的自动化立体仓库拣货路径优化研究
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自动化 仓库存 储 采用 先进 的 自动 化物料 搬运 设备 ， 仅能 按需 要 自动存 取仓库 内货物 ， 不 而且 可 以与 仓库外 的 生产 环 节有 机 的连接 在一 起 ， 效 提高 生产 物流 的效 率 。拣 货作 业是 自动化仓 库 的一项 重要 内容 ， 有 优化拣 货 作业 能 够 明显提 高仓库 运 作效 率 。李诗 珍等 人＿ 采 用 ｓ形 启 发式 方法对 订单 拣取 路径 进行 优化 ； ｉｎＧｕ — １ ］ Ｔ ａ ｏ ｈ ｉ 人口 结 合 Ｈｏ ｆ ｌ ｕ等 ｐｉ ｄ网络模 型 ， 用 改进 的遗 传算 法 研 究 自动 化 立 体仓 库 中固定 货 架拣 选 作 业路 径 优 ｅ 采 化 问题 ； 陈伊 菲 ＿建 立 拣选作 业路 径优 化 ＶＲ ３ Ｐ模 型 ， 利 用 扫 描算 法 对 模 型求 解 ； 并 刘增 晓等人 Ⅲ 构造 一 种 环状 作业 路径 ， 计 了适 合于 工程应 用 、 编程 简单 的算 法 ， 将该 算法 与最 近邻居 法 和混 合遗 传 算法 进 行 设 且 并
中 图 分 类 号 ：ＴＰ１ ｌ 文 献 标 识 码 ：Ａ
自动 化立 体仓 库 （ ／ Ｓ 是 一种 多层 存放 货物 的高 架仓 库 系统 ， 由高层 固定货 架 、 道堆 垛 机 、 Ａｓ Ｒ ） 它 巷 自动
控 制 系统 、 托盘 输送 机系 统 、 讯 系统 、 通 检测 条码 阅读 系统 、 算 机监 控 与 管理 系 统 以及 其 他辅 助 设 备组 成 。 计
基 于启 发式 规则 的算 法求 解 。仿 真结果 表 明 ， 算法 可 明显提 高 自动化 立体 仓库 拣选作 业 的运行 效率 。 本
１ 建 立 以拣 货 时 间最 小 化 为 目标 的 数 学 模 型
１ １ 拣 货 作 业 描 述 ．
自动化仓 库作 业 中拣货 单 数量 庞大 ， 品种类 繁 多 。如 何 正确 而迅速 地把 不 同种类 、 同数量 的商 品集 物 不 中起来 是 一件 非常 复杂 的任 务 。在按 照订 单需 求 进行 拣 选 的 过程 中 ，拣 选所 需 时 间分 为 ４部分 ： 垛 机 运 堆
特点 ， 以拣 货 时 间最小化 为 目标 建 立 了相 应 的数 学模 型 ，设计 了基 于启 发 式 规则 的求 解
算法 ， 并用 ＭＡＴＬ ＡＢ实现 了算 法 ， 经仿 真验 证 以及 将 启发式 算 法与文 献其 它算 法进 行 比 较 ， 果表 明 ， 结 应用 本文 模型 以及 改进 的启 发 式算 法 进 行拣 选 路 径 的设 计 ， 够有 效 地 缩 能 短拣 选时 间和 距离 ， 而提 高拣选 效率 ， 算法 具有 一定 的实 用性 。 从 本 关键 词 ：自动化立 体仓 库 ； 货系 统 ；启发 式算 法 ； 学模 型 拣 数
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ ２ ３—２ ９
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目（０ ７０ ７ ； ７６ １ ５） 山东 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （Ｒ２ １ ＧＭ０ ６ Ｚ ００ ０） 作 者 简 介 ：马 清 悦 （ ９ ７ ） 女 ， １ ８ 一 ， 山东 济 宁 人 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 物 流 与 供应 链 管理 。 硕 研
第 ２ ７卷 第 ３期
２ ０ １ ２年 ９月
青 岛大学学报 （ 程技 术版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｔ （ Ｉ Ｙ Ｅ＆Ｔ）
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ Ｉ２ ．
Ｓｅ ｐ． ２ ０ １ ２
文 章 编 号 ：１ ０ —９ ９ （ ０ ２ ０ ０ ６ ７ ８ ２ １ ） ３—０ ３ 一Ｏ ０１ ４
行 到 货位 时 间 、 拣选 人员 寻 找货 物时 间 、 出货 物 时间及 运 回货物 时 间 。对 于 多数物 品 ，运 行 时 间和运 回货 取 物 时 间远 大 于寻找 和取 出货 物 时间 。因此 ，提高拣 选作 业 效率 的关键 是缩 短 运行 和运 回货 物 时 间 。拣 选 作
比较 分析 ； ｈ ｎ ａｉｎ Ｃ ａ ｇＦ ｌ ｇ等人 Ⅲ 对 自动化 仓库 建立 多 目标优 化模 型 ， ａ ５ 并用遗 传算 法进 行求 解 ； 晓辉 等人 嘲 赵
对 目前高 层货 架拣 货作 业过 程 中存在 的 问题进 行分 析 ， 用 启发 式算 法优化 了 ＷＭＳ制 定拣货 单 的流 程 ； 使 谭 俊华 等人 构 造 了拣 货作 业 中订单 分批 问题 的数 学 模 型 ， 出 了解 决 该 问题 的 节 约启 发 式 算 法 ； 丽 琳 等 提 蒋 人 ［ 将 拣选 路径 作为 研究 对象 ， 立相应 的 自动化 仓 库简 约 模 型和 拣选 路 径 模 型 ， ８ 建 应用 图论 的有 关 算法 ， 提 出 了针对 现有仓 库 的堆垛 机拣 选 路径 的优 化方 法 ； 熊芳 敏等 人 运 用蚁 群 优 化算 法 解 决物 流 中 心拣 货路 径 问题 。在此 基础 上 ， 针对 周转 货箱 的容 量 限制 ， 文 提 出 了含 装 箱 约束 条 件 的单 目标数 学模 型 ， 采 用 一种 本 并
业 需 采用一 定 的载货 工 具 ， 让拣 选人 员 在载货 件 数 限制 的条 件 下按 照 一 定 的顺 序 拣选 订 单 上所 需 的货 物 。
因此 ， 货 优化 问题 可 以描述 为 ： 拣 在载货 件 数一定 的情 况 下 ， 怎样安 排拣 货单 所要 拣 出货物 的顺序 ， 以达到减
基于 启发 式算法 的 自动化立体仓库拣货路径优化研究
马 清 悦 ，张纪 会 ，宋 晓鹏 ，张超 群
（ 岛大 学复 杂性科 学研 究所 ，山东 青 岛 ２ ６ ７ ） 青 ６ ０ １
摘要 ：为 了对 自动化 立体仓 库 拣货 系统 进 行优 化 ， 文 根 据 自动 化 仓库 订 单 拣货 问题 的 本
自动化 仓库存 储 采用 先进 的 自动 化物料 搬运 设备 ， 仅能 按需 要 自动存 取仓库 内货物 ， 不 而且 可 以与 仓库外 的 生产 环 节有 机 的连接 在一 起 ， 效 提高 生产 物流 的效 率 。拣 货作 业是 自动化仓 库 的一项 重要 内容 ， 有 优化拣 货 作业 能 够 明显提 高仓库 运 作效 率 。李诗 珍等 人＿ 采 用 ｓ形 启 发式 方法对 订单 拣取 路径 进行 优化 ； ｉｎＧｕ — １ ］ Ｔ ａ ｏ ｈ ｉ 人口 结 合 Ｈｏ ｆ ｌ ｕ等 ｐｉ ｄ网络模 型 ， 用 改进 的遗 传算 法 研 究 自动 化 立 体仓 库 中固定 货 架拣 选 作 业路 径 优 ｅ 采 化 问题 ； 陈伊 菲 ＿建 立 拣选作 业路 径优 化 ＶＲ ３ Ｐ模 型 ， 利 用 扫 描算 法 对 模 型求 解 ； 并 刘增 晓等人 Ⅲ 构造 一 种 环状 作业 路径 ， 计 了适 合于 工程应 用 、 编程 简单 的算 法 ， 将该 算法 与最 近邻居 法 和混 合遗 传 算法 进 行 设 且 并
中 图 分 类 号 ：ＴＰ１ ｌ 文 献 标 识 码 ：Ａ
自动 化立 体仓 库 （ ／ Ｓ 是 一种 多层 存放 货物 的高 架仓 库 系统 ， 由高层 固定货 架 、 道堆 垛 机 、 Ａｓ Ｒ ） 它 巷 自动
控 制 系统 、 托盘 输送 机系 统 、 讯 系统 、 通 检测 条码 阅读 系统 、 算 机监 控 与 管理 系 统 以及 其 他辅 助 设 备组 成 。 计
基 于启 发式 规则 的算 法求 解 。仿 真结果 表 明 ， 算法 可 明显提 高 自动化 立体 仓库 拣选作 业 的运行 效率 。 本
１ 建 立 以拣 货 时 间最 小 化 为 目标 的 数 学 模 型
１ １ 拣 货 作 业 描 述 ．
自动化仓 库作 业 中拣货 单 数量 庞大 ， 品种类 繁 多 。如 何 正确 而迅速 地把 不 同种类 、 同数量 的商 品集 物 不 中起来 是 一件 非常 复杂 的任 务 。在按 照订 单需 求 进行 拣 选 的 过程 中 ，拣 选所 需 时 间分 为 ４部分 ： 垛 机 运 堆
特点 ， 以拣 货 时 间最小化 为 目标 建 立 了相 应 的数 学模 型 ，设计 了基 于启 发 式 规则 的求 解
算法 ， 并用 ＭＡＴＬ ＡＢ实现 了算 法 ， 经仿 真验 证 以及 将 启发式 算 法与文 献其 它算 法进 行 比 较 ， 果表 明 ， 结 应用 本文 模型 以及 改进 的启 发 式算 法 进 行拣 选 路 径 的设 计 ， 够有 效 地 缩 能 短拣 选时 间和 距离 ， 而提 高拣选 效率 ， 算法 具有 一定 的实 用性 。 从 本 关键 词 ：自动化立 体仓 库 ； 货系 统 ；启发 式算 法 ； 学模 型 拣 数
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０ ２ ３—２ ９
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目（０ ７０ ７ ； ７６ １ ５） 山东 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （Ｒ２ １ ＧＭ０ ６ Ｚ ００ ０） 作 者 简 介 ：马 清 悦 （ ９ ７ ） 女 ， １ ８ 一 ， 山东 济 宁 人 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 物 流 与 供应 链 管理 。 硕 研
第 ２ ７卷 第 ３期
２ ０ １ ２年 ９月
青 岛大学学报 （ 程技 术版 ） 工
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩ ＮＧＤＡＯ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｔ （ Ｉ Ｙ Ｅ＆Ｔ）
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ Ｉ２ ．
Ｓｅ ｐ． ２ ０ １ ２
文 章 编 号 ：１ ０ —９ ９ （ ０ ２ ０ ０ ６ ７ ８ ２ １ ） ３—０ ３ 一Ｏ ０１ ４
行 到 货位 时 间 、 拣选 人员 寻 找货 物时 间 、 出货 物 时间及 运 回货物 时 间 。对 于 多数物 品 ，运 行 时 间和运 回货 取 物 时 间远 大 于寻找 和取 出货 物 时间 。因此 ，提高拣 选作 业 效率 的关键 是缩 短 运行 和运 回货 物 时 间 。拣 选 作
比较 分析 ； ｈ ｎ ａｉｎ Ｃ ａ ｇＦ ｌ ｇ等人 Ⅲ 对 自动化 仓库 建立 多 目标优 化模 型 ， ａ ５ 并用遗 传算 法进 行求 解 ； 晓辉 等人 嘲 赵
对 目前高 层货 架拣 货作 业过 程 中存在 的 问题进 行分 析 ， 用 启发 式算 法优化 了 ＷＭＳ制 定拣货 单 的流 程 ； 使 谭 俊华 等人 构 造 了拣 货作 业 中订单 分批 问题 的数 学 模 型 ， 出 了解 决 该 问题 的 节 约启 发 式 算 法 ； 丽 琳 等 提 蒋 人 ［ 将 拣选 路径 作为 研究 对象 ， 立相应 的 自动化 仓 库简 约 模 型和 拣选 路 径 模 型 ， ８ 建 应用 图论 的有 关 算法 ， 提 出 了针对 现有仓 库 的堆垛 机拣 选 路径 的优 化方 法 ； 熊芳 敏等 人 运 用蚁 群 优 化算 法 解 决物 流 中 心拣 货路 径 问题 。在此 基础 上 ， 针对 周转 货箱 的容 量 限制 ， 文 提 出 了含 装 箱 约束 条 件 的单 目标数 学模 型 ， 采 用 一种 本 并
业 需 采用一 定 的载货 工 具 ， 让拣 选人 员 在载货 件 数 限制 的条 件 下按 照 一 定 的顺 序 拣选 订 单 上所 需 的货 物 。
因此 ， 货 优化 问题 可 以描述 为 ： 拣 在载货 件 数一定 的情 况 下 ， 怎样安 排拣 货单 所要 拣 出货物 的顺序 ， 以达到减
基于 启发 式算法 的 自动化立体仓库拣货路径优化研究
马 清 悦 ，张纪 会 ，宋 晓鹏 ，张超 群
（ 岛大 学复 杂性科 学研 究所 ，山东 青 岛 ２ ６ ７ ） 青 ６ ０ １
摘要 ：为 了对 自动化 立体仓 库 拣货 系统 进 行优 化 ， 文 根 据 自动 化 仓库 订 单 拣货 问题 的 本