自动化立体仓库出库货位分配优化研究

ELECTRONICS WORLD 技术交流 自动化立体仓库出库货位分配优化研究 中北大学机械与动力工程学院 姚贝贝 刘永姜 王 洋 【摘要】在系统研究自动化立体仓库的基础上，分析了立体仓库出库作业的拣选策略。针对仓储中的出库拣选优化问 题，以巷道堆垛机行走距离最短为目标建立函数模型。并以某自动化立体仓库为例，运用人工蚁群算法进行实例仿真 来求解最短路径，优化后得到一组收敛可行解，同时提高了货物的出入库效率。 【关键词】自动化立体仓库；人工蚁群算法 Study on Optimization of warehousing in Automatic Storage and Retrieval Systems Yao Bei-bei,Liu Yong-jiang,Wang Yang (North University of China,School of Mechanical and Power Engineering) Abstract:In the basic of studying warehousing in automatic storage and retrieval system, we analyzed the picking strategy in retrieval system. Based on the simulation,optimized results show that the stability of the shelves have improved significantly and the efficiency of storage and retrieval improved. Keywords:automatic storage and retrieval system;ant colony algorithm 1 建立出库货位优化模型 1.1 拣选作业优化目标的定义 按拣选流程将堆垛机的调度问题归纳为：由出入 库站台起点出发，拣取存在于n个不同货格的货物，堆垛 机去到一个货格，取出货位托盘，返回出入库站台，待 取出一定数量的货物后，将托盘送回，去往下一个待拣 选货位点，且每个货格在存取过程中仅去一次，依次拣 取完n个货物，最后回到出入库站台。求堆垛机在这整 个捡取过程中行走的最短距离 1 。 1.2 拣选作业优化模型的建立 堆垛机由出入库站台出发，取完货单上第一条目 货物并将托盘送回原货位所需要时间 2 ： 堆垛机从取完第一货物的货位出发，到将第二货物 取回且把托盘送回原货位所需要时间为： 依次类推，可得出堆垛机从n-1条目货物的货位出发 取回最后一件货物，并最终将堆垛机送回出/入库站台所 需要总时间为： n件货物都取回需要总时间为： 因此建立的数学模型为： 式中： 2 出库拣货作业货位优化模型的求解 2.1 算法设计 分布式计算和鲁棒性强是蚁群算法具有的主要优点， 作为一种新的仿生物启发式优化算法，具有很强的寻找较 好解和实现收敛的能力，在解决组合优化问题方面 3 。因 此，用蚁群算法来进行求解。 2.2 蚁群算法求解步骤 1)进行初始化设置，即：设置最大迭代次数Imax， 当前迭代次数I和蚂蚁总数m； 2)放置m只蚂蚁在起点； 3)进行路线的构造。堆垛机用蚂蚁进行模拟，每一 个巷道堆垛机用一只蚂蚁代表，根据各路径上信息素量 的大小，蚂蚁自己决定下一步的转移方向 4 。 4)将各路段局部信息素量的大小进行更新； 5)当所有蚂蚁走完全部路线时，转向步骤6)；否则 转向步骤3)； 6)改变各路段信息素值的大小，通过采用一定的更 新规则。当蚂蚁完成一次循环后，各路径上信息素量的 大小可以根据以下公式进行调整： 7)若满足终止条件，则结束；否则转向步骤2)进行 下一代进化，置I=I+l。 3 实例求解 以某自动化立体仓库为例，假设该仓库系统有24 排，10层，72列。选取某排货架，其各参数为： ELECTRONICS WORLD 技术交流 。 取某次拣选作业，共22个待拣选货物，其坐标信息 如表1所示。 表1 待拣选货物坐标 货物编号 储位坐标 货物编号 储位坐标 1 （1,2） 12 (8,10) 2 （69，6） 13 (20,4) 3 （62，8） 14 (45,8) 4 （12，3） 15 (63,9) 5 （10，8） 16 (5,7) 6 （5，8） 17 (70,9) 7 （17，9） 18 (24,6) 8 (51,6) 19 (37,6) 9 (33,8) 20 (33,4) 10 (29,2) 21 （13，5） 11 (46,4) 22 （17，9） 设Imax=500，在matlab中运行所编的蚁群算法程 序，得到每代最短距离和平均距离(单位：米)图。 图1 每代最短距离和平均距离同时可得到巷道堆垛机优化后的行走路径为： 4 总结 本文以巷道堆垛机总运行时间最短为目标，在提出合理 假设的基础上，根据所要解决的问题建立数学模型。并以某物 流中心立体仓库的拣货单为实验依据，对所建模型利用人工蚁 群算法进行路径优化求解，得到最短路径，缩短了巷道堆垛机 的工作时间，降低了能耗，同时节省了立体仓库运营成本。 参考文献 1吴忠明,卢军锋.自动化立体仓库货位优化研究J. 装备制造技术,2011,12(9):184-185. 2蔡光跃,董卿恩.遗传算法和蚁群算法在求解TSP问 题上的对比分析J.计算机工程与应用. 3Dorigo M,Birattari M,Stiitzle T.Ant Colony Optimization: Artificial Ants As a Computational Intelligence TechniqueJ.IEEE Computational Intelligence Magazine,2006,11(15):28-39 4计三有,陈厚松.基于蚁群算法的立体仓库拣选作业 优化J.武汉理工大学学报,2010,32(23):69-71 （上接第121页） 果更佳明显。 调制技术：目前大功率变流器的调制技术主要是脉 宽调制技术（PWM），为了满足变流器低谐波输出的需 要，在PWM技术的基础上运用特定的改进方法获取更好的 变流器电磁兼容性能。例如：特定谐波消除技术，它是 利用特定的数学算法来消除3、5、7、9等特定次数的谐 波，从而达到降低输出电磁干扰的目的；空间矢量脉宽 调制技术，它是通过对电机的旋转磁场进行更为精确的 拟合，从而减少变流器向电机输出的电磁干扰。 传导干扰反相抵消技术：其核心思想是在系统中认 为构建两个电位变化幅度相同且相位相反的动态节点从 而对共模干扰产生有效的抑制效果。 4 结论 为确保矿井提升机的安全可靠运行，我们采用上 述电磁干扰抑制方法对提升机电控系统进行设计及生 产，按此设计生产的提升机电控系统按国家标准GB/ T17626.4-2008电磁兼容 试验和测量技术中规定的试 验方法和要求进行了相关测试，达到了标准要求，并在 煤矿已投入运行，效果良好。 参考文献 1张友德.电磁干扰及控制M.北京:电子工业出版 社,2004 2白同云.电磁兼容设计案例精选M.北京：中国电 力出版社, 2008. 3马伟明.电力电子系统中的电磁兼容技术M.武 汉：武汉水利电力大