医药物流中心立体仓库库位分配仿真与优化开题报告
2020-04-12 08:59:25
1. 研究目的与意义（文献综述）
| 1.1 研究背景 自动化立体仓库具有很高的空间利用率和很强的出入库作业能力，可构建有效率的物流系统，现已成为企业物流和生产管理不可缺少的核心仓储设施。近年来，我国医药类领域已经逐步使用自动化立体仓库代替传统仓库。自动化立体仓库的使用，使各药品的管理更加有序，更加规模化，运送过程中的出错率也更小。但是，由于药品种类繁多，批量小，货物不断的进出库，而且易受到季节性和流感病影响等特点，会导致立体仓库在使用过程中货位出现空缺，货物的周转率发生变化，仓库库位出现拥挤以及货物没有储位摆放的现象。因此货物在立体仓库存储过程中，对货位进行合理的分配、优化显得尤为重要。 本文将针对这些影响因素，并结合实际案例对医药物流中心的立体仓库库位进行分配和优化，以减少货物搬运成本，节约时间，降低货物在存储过程中的损耗，从而可以降低物流业务成本、提高经济效益。 1.2 研究目的及意义 |
如何对其进行物流成本分析及成本控制，成了各医药物流中心迫切关注的问题。由于药品的种类繁多，出入库频繁，因此在医药物流仓储管理货物的摆放过程中，需要满足一些规则。如货物的摆放要上轻下重、货物周转率高的货物要摆放在离出库口近的地方，同种或相似的货物要尽量摆在一起等，这就对自动化立体仓库的货位分配提出了更高的要求。
本文以医药物流中心为研究背景，提出了货位优化需要实现的几个目标。希望通过Flexsim建模与仿真平台构建自动化立体仓库模型，多次模拟，找到科学有效的货位优化方式，通过提高生产力和将无用的运作减到最少来提高其运行效率，降低物流成本。
| 1.3国内外研究现状 自动化立体仓库具有作业迅速准确、降低物流费用、节约劳动力等优越性，现在被越来越广泛的应用到医药物流行业。自动化立体仓库要想达到高效地运行，准确地拣选，并且最大程度地利用有限的仓储空间，就必须要合理地分配优化货位。目前，国内外对于自动化立体仓库库位分配及优化的研究有很多。 1.3.1库位分配的文献综述 YoungHae Lee等[1]根据实际需要提出了一种自动化立体仓库具有标准货位货架到的最优设计方法。这种设计方法使得货架的货位长、宽、高可以根据货物的体积进行相应的改变，提高货架的空间使用效率。 张仰森,刘安宇以重量均匀分布为目标的货位分配策略，提出了一个从堆垛机控制范围、排、区域、列、层等多个角度进行计算的级联式的货位优化分配的算法及其实现，基本满足了用户提出的重量均匀分布、备件品种均匀分布、就近存取等的库存管理需求[2]。 刘峰等提出了基于模糊数学的货位分配算法，将货品的质量和使用频率属性设为模糊量，并将该模糊量带入最优货位分配算法中计算，再从计算所得模糊量结果中得到精确的货品位置[3]。 刘金平等结合在线自动化立体仓库系统AS/RS实例，分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求，提出了一种应用存储特征码进行库位分配的方法[4]。 马永杰等在已经存储一定数量货物的自动化仓库中, 以基于随机存储策略的库区和货位分配以及堆垛机行驶时间为优化控制目标。用遗传算法求出动态货位分配和拣选路径优化的Pareto最优解[5]。 邱建东等采用两级库位编码的方式对双深式立库的货位分配进行研究，建立了关于货架稳定性和出库效率两个方面的多目标优化数学模型，然后利用遗传算法进行求解,最后在MATLAB仿真软件中进行仿真实验[6]。 Jean-Philippe Gagliardi等补充了以前关于AS / RS的调查，重点关注了每项工作涉及的特定研究问题以及用于评估AS / RS的各种模型的相关假设[7]。 Kees Jan Roodbergen等针对系统配置，旅行时间等一系列问题提供了AS / RS设计中当前最新技术状态的解释估算，存储分配，停留点位置和请求排序。大多数评审模型和解决方法仅适用于静态调度和设计问题。还规定了其他几种设计和控制AS / RS的研究方法[8]。 1.3.2库位优化的文献综述 陈璐，陆志强提出了一个混合整数规划模型对该问题进行优化建模，设计开发了一个基于有向连接图的两阶段优化算法对问题求初始解，并利用禁忌搜索算法对所求得的解进行改进。算法第一阶段解决储位分配问题，在此基础上第二阶段利用 Hungarian 算法对堆垛机的存取作业路径优化问题进行求解。最后利用实例对算法效率和精度进行分析评价，计算结果验证了算法的有效性[9]。 周兴建等用遗传算法对仓库所存放的货物种类、货物数量、出入库频率等因素的基础上，进行库位预分区规划，建立了二次指派伺题的数学模型。利用遗传算法对其求解，结合MATLAB进行编程计算并得出最优划分方案[10]。 银光球等在研究现有自动化立体仓库存储模式的基础上，提出库位优化的思想，根据货物存放最低能量原则，建立了库位优化的数学模型。降低立体仓库的运行成本，而且提高物资出入库的节奏[11]。 Danielle J. Nativ等通过使用混合逻辑动力学（MLD）建模来实现自动存储/检索系统（AS / RS）的MPC。命题演算用于转换将AS / RS的非线性动力学模型方程和约束条件转化为MLD形式。考虑一个性能指标，确保客户需求尽快满足尽可能高效。MLD模型和性能指标被重新整形为一个整数线性规划问题[12]。 冯倩介绍了医药物流和立体化仓库的发展现状，从货位分配优化和拣选作业优化两个方面分析研究，介绍了医药物流和自动化立体仓库货位分配优化及拣选作业优化方法、策略及优化分析[13]。 王强关于对自动化立体仓库调度问题研究的基础上，对仓储的入库货位优化与出库拣选优化问题进行研究，并提出了解决方案。介绍了现代物流和自动化立体仓库的发展趋势，对于入库时的货位优化问题，按照入库货位分配原则，建立了货位分配的优化函数。依据多目标问题的求解方法，将多目标优化问题转化成单目标优化问题，在Matlab中使用遗传算法进行求解，并得到一组收敛的可行解[14]。 Smita U.Chakole研究类型的文献自动化存储和检索系统，文献研究为适合自动化存储和环境的环境检索系统，自动存储和检索系统的订单处理。这种模式将有助于正在进行开发专用的FMS。而这个AS/RS的原型模型将是实现这一目标的前进脚步目标[15]。 从上面的文献综述可以看出，国内外学者大多从两方面对货位进行分配：一方面对货位进行区域划分；另一方面则通过构建模型将货物分配到某个具体的储位上，即货位分配，在货位优化方面的研究通过软件来实现货位优化。对于自动化立体仓库的这些领域，国内外已经有了比较成熟的研究，但在货位管理方面还没有比较标准化的设计方法。本文主要是从货位分配及优化着手来进行研究，通过建模的方式来对货位进行仿真优化，并通过遗传算法对数据结果进行最优处理。 |
2. 研究的基本内容与方案
| 2.1研究的基本内容 本文首先通过介绍医药物流及自动化立体仓库的基本概念特点，提出研究医药物流中心自动化立体仓库货位分配优化的意义。介绍医药物流的国内外发展现状以及货位分配优化的国内外研究现状。接着介绍医药物流中心及自动化立体仓库货位分配的相关理论，然后分析自动化立体仓库货位的存储策略，提出本文要研究的问题，并根据假设和约束条件利用仿真软件Flexsim建立目标优化模型。选择遗传算法来进行求解，并优化结果。最后总结论文工作，根据算例结果，提出结论和建议。 第一部分：介绍医药物流及自动化立体仓库的基本概念特点，提出研究医药物流中心自动化立体仓库库位分配仿真优化的选题背景及意义。 第二部分：医药物流的国内外发展现状以及立体仓库库位分配仿真与优化的国内外研究现状。 第三部分：介绍医药物流中心及自动化立体仓库货位分配的相关理论，然后分析自动化立体仓库货位的存储策略，提出本文要研究的问题。 第四部分：根据假设和约束条件利用仿真软件Flexsim建立目标优化模型。并通过遗传算法来进行求解，并优化结果。 第五部分：在前面四部分对医药物流中心自动化立体仓库库位分配仿真与优化问题的研究基础上，总结了论文的工作和成果，同时得出结论和建议。 |
2.2论文研究思路：
论文研究思路如下：
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2.3研究拟采用的技术方案及措施 （1）文献分析法 主要对立体仓库库位分配仿真与优化方面的文献进行收集、鉴别和整理，归纳总结，并对自己的论文题目有一个全面的了解。 （2）建模与仿真法 数学建模方法是运用用符号、函数关系将评价目标和内容系统规定下来，并把互相间的变化关系通过数学公式表达出来，再通过仿真模拟实验分析。 （3）遗传算法 遗传算法是一种高效、全局、并行搜索的方法，它能在搜索过程中自动生成初始解并获取和积累有关搜索空间的知识，自动控制搜索过程以得到最优解。本文中通过遗传算法计算得出最优解。 （4）优化分析法 本文对所建立出来的模型进行优化分析，结合遗传算法求出最优解。 |
3. 研究计划与安排
4. 参考文献（12篇以上）
| [1] Young Hae Lee，Moon Hwan Lee，Sun Hur．Optimal design of rackstructure with modular cell in AS／RS．Production Economics，2005,9(8)：172—178 [2] 张仰森,刘安宇.智能化立体仓库货位分配的综合优化算法[J]. 计算机科学,2010,37(12):175-189. [3] 刘峰,施展,刘莹.自动化立体仓库的货位分配模糊算法研究[J]. 上海理工大学学报,2011,33（1）:71-74. [4] 刘金平,周炳海,奚立峰.在线自动化立体仓库的库位分配方法及其实证研究[J]. 工业工程与管理,2005,(1). [5] 马永杰，蒋兆远，杨志民.基于遗传算法的自动化仓库的动态货位分配[J]. 西南交通大学学报,2008,(3). [6] 王厅长,邱建东,商庆健,郭春晖,王自强.遗传算法在双深式自动化立体仓库货位分配中的应用[J]. 滨州学院学报,2015,(2). [7] Jean-PhilippeGagliardi, Jacques Renaud, Angel Ruiz. Models for automated storage andretrieval systems: a literature review [J]. International Journal ofProduction Research,2012,50(24):7110-7125. [8] Kees Jan Roodbergen,Iris F.A. Vis. A survey of literature on automated storageand retrievalsystems [J]. European Journal of Operational Research,2009,194(2):343-62. [9] 陈璐，陆志强.自动化立体仓库中的储位分配级存取路径优化[J]. 管理工程学报,2012,01:42-47. [10] 周兴建,刘元奇,李泉.基于遗传算法的库位优化问题[J]. 物流科技,2010,(5). [11] 银光球,何福英,盛冬发.自动化立体仓库中库位优化模型研究[J]. 福建工程学院学报,2006,(3). [12] Danielle J. Nativ ,Andrea Cataldo, Riccardo Scattolini,et al.ModelPredictive Control of an Automated Storage/Retrieval System [J]. European Journal of OperationalResearch, 2016, 49(12): 1335-1340. [13] 冯倩.九州通医药物流中心货位分配及拣选作业优化研究[D].北京交通大学,2014. [14] 王强.基于遗传算法的自动化立体仓库出入库货位分配优化研究[J]. 物流工程与管理,2012,(3). [15] SmitaU.Chakole. Development of Robotic Automated Storage and Retrieval System(AS/RS)[J]. International Journal Of Computational Engineering Research,2014. |
