2021年2月
疫苗伴侣
陈境凯
（广东工业大学计算机学院，广东广州510006）
【摘要】本文基于智能仓储对货物出入库作业调度优化方法进行探析，介绍了智能仓储系统、堆垛机作业模式和出入库调度优化方法，提出基于现代启发式算法可以对智能仓储出入库作业调度问题进行建模和求解，优化调度任务时间，提高仓储效率。
【关键词】智能仓储；调度优化；出入库；方法探析
【中图分类号】TP271【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2021）02-0277-02
0引言
电子商务的蓬勃发展使物流供给充满挑战。随着每天多
种多样且多批次大批量物流订单的出现，智能仓储系统已成
为大型企业物流供给仓库智能调度管理的首选。智能仓储系
统即智能存取系统（automated storage&retrieval system AS/
RS）是由多层多排多列货架、堆垛机、拣选系统等机械设施与
通信系统、识别系统等计算机控制系统组成的实现对货物进
行存入和取出的自动化系统。对于智能仓储系统的优化主要
是在存储库位的分配优化和货物出入库作业调度优化：存储
库位的优化是对仓库中货位进行规划和整合，根据订单的需
求（如货物周转率、货物相关性等）合理地分配货位和调整货位以更有效率地进行出入库；出入库作业调度优化则是合理调整货物出入库作业顺序以优化堆垛机作业时间。二者都是针对仓储系统的工作效率所做的优化。本文首先简单介绍智能仓储系统，然后介绍系统中堆垛机的作业模式和货物出入库作业调度的研究方法。
1智能仓储系统
智能仓储系统是利用机械自动化设备来完成在货架中存取货物重复性任务的仓库系统[1]，它是由多层多排多列货架、堆垛机、拣选系统等机械设施与通信系统、识别系统等计算机控制系统组成的实现对货物进行存入和取出的自动化系统。多排多列的多层货架位于仓库通道（仓库一般有若干通道）两侧，每一个通道都分配有堆垛机（堆垛机的数量可根据订单数量进行调整）。堆垛机根据订单需求在仓库中来回移动进行存取服务。货架上是存放货物的一个个货柜，堆垛机根据订单需求对某一货柜上的货物进行操作。仓库里一般设有出货口和入货口，货物在出货口出库，在入货口入库（见图1）。2出入库作业调度
邮购盒合理调整货物出入库作业顺序以优化堆垛机调度作业时间是出入库作业调度优化的主要方向。整个调度优化过程的核心问题是出入库作业的拣选。而拣选作业作为堆垛机的主要任务，说明出入库调度与堆垛机调度本质是一样的[2]。堆垛机作为一种智能化货物运输车辆，是智能仓储系统的核心组成之一。堆垛机能够根据订单需求，按规定的路线将货物从入货口送到指定货柜进行存储，或从指定货柜中取出货物到出货口进行出库。仓库中的存储作业任务非常繁重，实际应用场景中一般通过多台堆垛机并行地进行作业。合理的调度方式能有效避免出货口和入货口出现货物堆积现象，提高货物周转率和仓库的整体作业效率。
2.1堆垛机作业模式
智能仓储系统出入库调度本质上是堆垛机调度，所以堆垛机的运行作业模式是货物出入库的效率影响因素。堆垛机有不同的作业模式，一般分为两种[3]
。
图1自动化立体仓库平面
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专题综述277
2021年2月
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（1）单一作业模式：堆垛机在接到多个出入库任务时，在一个来回周期内只完成一个出入库任务。假设存在两个入库任务A与B，堆垛机从出入货口O取A货物，然后根据订单需求移动到指定货柜处存储，再回到出入货口O取B货物移动到对应货柜存储。最后堆垛机返回到出入货口O等待下一个任务。
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单一作业模式下完成该任务的总时间为：
T AB=2（T OA+T OB）（1）（2）复合作业模式：堆垛机完成入库作业的时候不先回到出入货口，而是根据出库需求取出需要出库的货物再回到出入货口，比如堆垛机同时接收到入库任务A和出库任务B。则在该模式下，堆垛机（假设堆垛机位于入货口）先在出入货口O根据指令将A货物拣选出来，根据订单需求移动到指定货柜处存放。然后再移动到需要出库的B货物所在的货柜位置，取出B货物回到出入货口O。可以看出在有相同出入库作业量的前提下，堆垛机在该模式下的任务完成时间更短，效率更高。
复合作业模式下完成A、B两个出入库作业的总时间为：T AB=T OA+T AB+T OB（2）2.2作业调度优化研究
在对智能仓储系统出入库调度优化的研究中，学者们大多都是基于特定的仓储环境（包括货物规格、仓库规模等等）建立相应的仓储调度算法模型进行优化求解。在仓储作业调度优化方面，现代启发式算法是目前的主流求解优化算法。不同的智能优化算法在对于特定的仓储模型下所得到的最优解、求解速度和求解结果等方面都有各自的优势。以下列举了国内外学者在针对出入库调度优化问题上的一些研究。Kim等[4]针对智能仓储中堆垛机拣选路径的调度优化问题，利用启发式算法和基于聚类的排序算法进行求解并得到一个具有给定路径的最优序列解决方案。Roy等[5]基于自动化立体仓库提出了使用自主车辆技术的单位负载多层仓库系统的随机模型，他们开发了半开放排队网络模型，可以评估该系统中存取处理中的拥塞效应。Ha等[6]基于多个穿梭机的轻量负载自动化立体仓库开发了一个决策模型，以确定系统中所需的穿梭机数量。该模型基于旅行时间模型，考虑了物理机架配置、设备的速度分布以及穿梭机执行双重命令的概率。该决策模型可以帮助用户根据特定的吞吐能力要求准确地调整仓库中穿梭机的数量。方彦军等[7]建立了自动化立体仓库系统的作业调度问题的数学模型，并基于改进的人工狼算法进行求解。根据模型的特征在人工狼算法中引入个体禁忌表、拥挤度因子，并采用自适应步长来避免算法陷入局部最优，后经实地测试该方法能够优化作业路径和提高系统效率。路晓娟[8]为了提高自动化立体仓库的利用率和堆垛机的作业效率，研究了复合作业模式下堆垛机出入
库作业调度问题。为了缩短堆垛机的运行作业时间，建立了优化模型，并采用多种遗传算法求解了最佳配对结果，优化后的调度结果可以提高仓储效率。
3总结与思考
本文通过对智能仓储系统、堆垛机作业模式和出入库调度优化研究方法的介绍，对智能仓储系统出入库作业调度进行探析。在具有相同出入库作业任务量的前提下，堆垛机在复合作业模式下的作业时间短、效率高。出入库作业的调度问题大多都是基于现代启发式算法进行建模和求解，然而对于多通道多堆垛机并行出入库作业调度和堆垛机之间进行交互的研究还比较少，大多所建模型忽略其他设施对堆垛机的影响，所建模型不能更好地切合实际。是否可以通过其他智能方法来对自动化仓库出入库作业调度进行更切合实际的研究是个值得探讨的问题。
参考文献
[1]Gagliardi J P,Renaud J,Ruiz A.Models for automated storage and retrieval systems:a literature review[J].International Journal of Pro-duction Research,2012,50(24):7110-7125.
[2]丛奎荣.自动化仓储系统调度与优化研究[D].济南：山东大学，2010.
[3]穆晓强.基于改进的单元货格式立体仓库调度优化研究[D].昆明：
昆明理工大学，2017.
[4]Kim B I,Heragu S S,Graves R J,et al.A hybrid scheduling and control system architecture for warehouse management[J].IEEE Transactions on Robotics and Automation,2003,19(6):991-1001.
[5]Roy D,Krishnamurthy A,Heragu S,et al.Stochastic models for u-nit-load operations in warehouse systems with autonomous vehicles [J].Annals of Operations Research,2015,231(1):129-155. [6]Ha Y,Chae J.A decision model to determine the number of shuttles in a tier-to-tier SBS/RS[J].International Journal of Production Re-search,2019,57(4):963-984.
频偏[7]方彦军，唐猛.自动小车存取系统复合作业三维空间路径优化[J].
计算机集成制造系统，2015，21（3）：702-708
[8]路晓娟.智能仓储货位优化及货品出入库调度研究[D].兰州：兰州
交通大学，2020.
收稿日期:2021-01-15
作者简介：陈境凯（1994—），男，汉族，广东揭阳人，硕士研究生，研究方向为智能规划。
专题综述278
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