1.目的及意义

1.1 目的及意义

仓储是物流与供应链中的库存控制中心和调度中心，是影响现代物流活动及社会物质生产的重要因素之一，仓储的发展对优化物流及供应链系统，提高系统的运行效率有重要作用。仓储体系连接物流的生产、仓储、运输配送等环节，现代的仓储系统不仅仅是合理安排货物进行存储和管理，更多的是如何提高仓储作业效率，并减少仓储成本。近年来，随着中国物流业的迅速发展，传统的储存方式已经无法满足企业生产和流通的需要，随着企业的要求不断提高，仓储方式也逐步发生变化，由传统人力手工作业逐渐趋于自动化和无人化，成本也不断降低。自动化立体仓库（Automated Storage/Retrieval System,简称AS/RS）是由高层货架、输送系统、堆煤起重机（有轨堆煤机）、计算机、自动控制系统及其周边设备组成的仓库管理系统，可实现集装单元货物的自动存取和控制，目前在现代物流中发挥着重要作用。为了减少库存，增加商品流通性，仓库的出入库量越来越大，这就需要我们从各个方面提高仓库的出入库能力。由于传统的货物出入库依靠经验来放置物品，通常将货物放置在就近的空货位，未考虑该货物的出入库频次及需求量的变化，可能导致需求量大的货物距离出库口很远等问题，增加堆垛机能耗并降低系统的搬运能力，降低仓库的出入库效率。货位分配问题逐渐成为人们关注的热点，货位分配即根据不同货物的特性，结合当前货架的情况及出入库频率等因素对该货物确定其存储方式，以此实现货物的分类和分区储存。这样不仅可以减少货物搬运成本，也可以提高仓库的空间利用率。优秀的货位分配策略和方法能够大幅提升AS/RS的作业效率。在实际中，货位分配是一个复杂的优化问题，存在许多约束条件必须加以考虑，如货物的种类繁多，不同货物的需求不同，仓库中货架的高度，货位的尺寸，堆垛机的规格等。不合理的货位分配将大大减少仓库的空间利用率，降低仓库出入库效率，增加仓库运行的成本，甚至造成不必要的安全隐患。因此，在遵循货位分配基本原则和保证安全的基础上，进行仓库中货位分配的优化,确定不同货物在仓库中的具体位置，增加空间利用率，提高出入库效率，一直是物流业致力追求的目标。自上个世纪起，许多研究人员对此类问题进行了大量研究,目前已经获得不少成果，但仍有进步的空间。

1.2 国内外研究现状

本文针对自动化立体仓库动态的货位分配及优化方法，分析和研究现阶段国内外自动化立体仓库货位分配优化的研究方法及研究成果；同时，随着目前多目标约束的问题逐渐被重视起来，从而使得这方面的研究更具有实际意义和更大的挑战。

1.2.1 国外研究现状

货位分配优化问题中一个重要的考虑因素就是仓库的布局对仓库中拣作业的影响。Chew 和 Tang ^[1]对一个矩形仓库里的拣选作业时间建立了相应模型，通过将拣选系统设定为一个排队系统以及提供相应的概率函数，他们分析了拣选系统中订单批处理和货位分配的策略。Poulos 等^[2]将仓库的补货任务转换成一个多目标优化问题，并利用含有一种新的交叉因子的遗传算法来求解该问题，以便得到足够多的 Pareto最优解。 Malmborg C J^[3]提供了在不同的货位分配原则下分析空间需求和取货效率之间的折衷的工具。通过发展仓储系统中存货水平的状态分布概率函数，可以计算空间的减少和取货费用的变化。通过比较不同货位分配原则下的平均取货费用，从而可以比较不同的货位分配原则。Moon^[4]等人在分类存储和随机存储相结合的存储策略基础上，研究了物的二次分类和三次分类方法，解决立体仓库存储的货物数量波动较大时货物的存储策略问题。 Heragu等^[5] 建立了一个数学模型并提供了一种启发性的算法。他们将仓库分为收货区、前向区、保留区、直接换装区、发货区，同时将仓库的物流分为四种类型，然后建立优化模型，并给出一种启发式算法。Rosenblatt和Eynan^[6]针对分类存储的库位分配问题研究了货物分成几类存储才最优的问题，发现堆垛机完成一批作业的运行时间有随着货物分类增加而增加的趋势，并提出将仓库内货物分类不超过十类可以保证自动化立体仓库存储效率最高。Laurentiu^[7]等针对工业生产过程中的货物流动，运用flexsim仿真软件建立模型，模拟分析不同情况下产量和效率，最终选出效率最高下的优化策略；Y^[8]在研究订单拣选问题时，介绍了考虑最小库存单位相关的货位分配策略，并应用于分析订单分批和储位分配策略问题，通过与全周转率分配策略对比，验证了该模型的可行性。Pan^[9]等针对订单拣选系统中的货位分配问题，建立一种基于遗传算法的启发式方法以解决多人拣选系统问题。对比了不同存储分配方法的能力，验证了所提出的方法优于现有的拣选系统分配方法。

1.2.2 国内研究现状

柳赛男等^[10]提出了库区分配策略、任务分配策略和货位分配策略3种调度策略来提高自动化立体仓库出入库操作的效率。在一般库区分配策略的基础上，提出了基于映射的货品．货位耦合库区分配策略。贾翌亮，缪立新^[11]为入库分配空货位和为出库选择货位, 通过调整堆垛机的后续操作的行程时间在总行程时间中的权重，依次构建三个优化目标函数。然后利用结合了模拟退火方法的遗传算法。马全伟^[12]从企业的长远发展出发，把一部分平库的货架改造为立体货架，进行了相关计算；对自动化立体仓库的仓储货位布局进行了初步研究。蒋宇等^[13]用动态研究方法，将出入库频率作为货位优化数学模型中的动态变化参数，建立自动化立体仓库出入库调度优化模型。陈月婷，何芳^[14]文章针对自动化立体仓库的库区和货位的分配策略问题进行了讨论，提出立体仓库的库区优化数学模型，在该模型中首先将货架进行了扇形分区，实现了使出库频率高的货物摆放在离出库口进的货位的目标。邵文华^[15]等为了解决定置定位库位管理方式库位利用率较低的问题，对动态货位管理方式进行了研究，建立了虚实耦合动态货位模型。实施结果表明，虚实耦合动态库位不仅提升了库位利用率，还避免了传统动态库位对系统的高依赖性，规避断电风险。陈琪^[16]对某汽车制造公司零部件立体仓库货位优化问题进行研究，针对货物集中存储于某一巷道所导致的订单履行时间延迟问题，提出“分巷道存储”解决方案，然后建立了多目标优化模型，然而优化目标的确定只是个人决策，主观性较强且目标设置未必合理。李英德，鲁建厦^[17]等研究了货品相关性对拣货效率的影响规律，通过分析穿越策略下分区分批拣货时品项间相关性关系的特点，以批次拣货时间最短为目标建立了货位指派优化的数学模型，提出基于品项相关性的货位指派优化算法，最后验证了算法有效性，而该模型仅适用于货品相关性较强的仓库。张懿媛^[18]等在进行货位优化方案选择中，根据货位布局应遵循的原则建立了选择方案的指标体系，考虑到信息的不确定性，以区间数形式表示定性指标值，应用混合型 TOPSIS 方法建立了目标优选模型，为多目标决策提供了新的途径。该文对每种方案的上轻下重、出库频率、分巷道存货和产品相关性的完成情况采用区间型数值表示，然而该区间值是固定的，在下面的求解过程中也较依赖作者的主观经验。邓爱民，蔡佳^[19]等在考虑货物移动前后的相关数据能有效记录的前提下，以医药为例"构建了自动化立体仓库货物出入库效率高，相似货物摆放一起，货物移动距离最短三个因素的基于时间的货位优化多目标模型，最后对算例用遗传算法验证其有效性。赵雪峰，贠超^[20]等针对不规则货位的自动化仓储进行研究，以提高系统效率和空间利用率为优化目标，提出了首先对不规则的货位进行货位区优化，对每个货位区进行货位优化的数学模型，提出两级遗传算法解决该问题。该方法为不规则货位的货位分配优化提供了理论依据和实践途径。曾强，张泽斌^[21]等研究了有货位载重约束的自动化立体仓库货位分配问题。首先引入了货物系概念，选择按货物系分配货位的方式，初步确定了同种货物的分散程度。基于此构建了一种以出库时间最短、货架稳定性最高为目标的货位分配多目标优化模型。然后提出并设计了一种非支配排序遗传算法对模型加以求解，实例验证该方法取得较好的效果。黄银娣，吴阿敏^[22]等对汽车制造企业仓储系统货位的分配进行优化决策。首先根据物料的存储原则进行数学建模，然后运用变邻域搜索算法的思想，利用MATLAB 软件进行货位的分配优化，并给出优化决策方案实例，使物料在进人仓库时，能根据物料的特性和生产的需求得到理想货位。张晓兰^[23]等提出立体仓库货位动态分配优化问题的数学模型和约束条件对货位分配策略进行了讨论，设计了变权重 GA 算法，通过计算得到良好的分配方案。鄂晓征^[24]等针对自动化立体仓库实施中货位规划的难题，以提高零部件出库效率和货架稳定性为优化目标，建立了货位优化的多目标数学模型。通过设置随机目标权重改进传统的遗传算法对模型进行多目标混合遗传算法优化求解。杨玮^[25]等充分考虑了自动化立体仓库货位分配时货架稳定性与出入库效率，利用多色集合理论对货架进行分区，在相应区域内利用粒子群算法对入库货位进行分配，在迭代过程中对粒子进行多样性处理，避免了结果陷入局部最优，从而解决了货位优化问题。