悬臂式货架立体仓库货位优化方法研究

摘要

悬臂式货架立体仓库作为一种特殊的自动化立体仓库，广泛应用于建材行业和工业生产。在板式定制家具生产过程中，板材加工完成后，需要进行订单分拣包装，而当前的人工分拣作业存在缓存占地面积大、劳动强度高、分拣效率低、人工成本高等问题。悬臂式货架立体仓库作为一个重要的分拣工具，兼具缓存和分拣功能，货位大小可以进行动态调整分配，提高悬臂式货架立体仓库的利用率和仓储作业效率对节约生产成本和精细化生产有重要意义。　　提高悬臂式货架立体仓库性能的关键在于货位优化，针对悬臂式货架立体仓库的货位优化问题，本文研究了悬臂式货架立体仓库的静态入库货位分配和在工业生产中分拣作业动态货位优化两个问题和相应算法。两者彼此独立，互为补充，构成了板式家具工业生产中悬臂式货架立体仓库完整的货位分配方法，具体研究如下：　　针对悬臂式货架立体仓库的静态入库货位分配问题，提出以提高立体仓库利用率、稳定性和安全性为目标的货位分配策略，并建立相应的货架整体废弃量和货架整体重心两子目标函数模型，最后采用多种群遗传算法对模型进行优化求解，有效地提高了悬臂式货架立体仓库的利用率和稳定性。针对简单遗传算法求解悬臂式货架立体仓库入库货位分配问题时易出现早熟和收敛速度慢等现象，提出采用适应度函数缩放和控制参数自适应相结合的多种群遗传算法，通过对比试验，结果表明多种群遗传算法针对悬臂式货架立体仓库静态入库货位分配问题在全局搜索能力、收敛速度方面明显优于简单遗传算法。　　针对加工顺序强约束下的悬臂式货架立体仓库分拣作业实时动态货位分配问题，以立体仓库堆垛机的整体存储时间最短、分拣作业效率最高为目标建立分拣作业数学模型，提出最近货位策略、最近邻策略、分类策略等三种分拣作业实时货位优化策略以支持快速分拣，采用系统物流仿真方式对三种分拣作业实时货位优化策略进行仿真实验，通过对比实验分析，结果表明最近货位策略对考虑加工顺序强约束的分拣作业效率影响明显。　　针对纯仿真测试技术对模型简化处理时易忽略一些未知的重要因素等问题，提出了近物理物流仿真模型与实物控制系统相结合的系统物流仿真技术方案，并以板式定制家具生产的分拣作业为研究案例，通过搭建实体通讯网络将1∶1三维物流仿真模型和实物控制系统连接通讯，提高了仿真实验结果的真实性和可靠性。

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摘 要

ABSTRACT

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CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景和意义

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究意义

1.3 研究问题提出

1.4 文献综述

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5 研究内容

第二章 悬臂式货架立体仓库结构及作业分析

2.1 悬臂式货架立体仓库作业背景

2.2 悬臂式货架立体仓库的结构

2.2.1 悬臂式货架立体仓库的组成

2.2.2 悬臂式货架立体仓库的特点

2.3 悬臂式货架立体仓库作业方式

2.3.1 悬臂式货架立体仓库单一作业

2.3.2 悬臂式货架立体仓库复合作业

2.3.3 悬臂式货架立体仓库分拣作业

2.4 研究问题分析

2.5 本章小结

第三章 悬臂式货架立体仓库入库库位优化

3.1 库位优化问题的数学模型

3.1.1 问题描述

3.1.2 数学建模

3.1.3 模型分析和求解方案

3.2 遗传算法优化库位分配

3.2.1 染色体编码

3.2.2 初始种群

3.2.3 适应度函数设计

3.2.4 多种群操作

3.3 计算结果分析

3.4 本章小结

第四章 悬臂式货架立体仓库分拣作业货位优化策略

4.1 分拣作业工艺约束条件

4.2 悬臂式货架立体仓库分拣作业问题描述

4.3 货位优化策略

4.3.1 最近货位策略

4.3.2 最近邻策略

4.3.3 分类策略

4.4 仿真结果对比与分析

4.5 本章总结

第五章 悬臂式货架立体仓库系统物流仿真

5.1 系统仿真整体框架

5.1.1 系统物流仿真系统架构

5.1.2 通讯

5.1.3 关键技术

5.2 分拣作业系统物流仿真平台搭建

5.2.1 物流仿真模型

5.2.2 实物控制系统

5.3 分拣作业系统物流仿真实验展示

5.4 本章总结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

学位论文独创性声明

学位论文版权使用授权声明

致 谢