基于實(shí)際生產(chǎn)的自動(dòng)化立體庫(kù)貨位動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配

許宇星

摘要：在實(shí)際生產(chǎn)中，立體倉(cāng)庫(kù)不停地進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)，同時(shí)還要求入庫(kù)貨物必須滿足“上輕下重”原則，這對(duì)貨位分配方案的實(shí)時(shí)性和可靠性以及動(dòng)態(tài)優(yōu)化提出較高要求。

關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)、貨位分配、動(dòng)態(tài)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)以高層貨架為主，此外還包括分揀設(shè)備、輸送設(shè)備、堆垛設(shè)備等，集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動(dòng)控制等多種技術(shù)于一體，從而實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)存取及物料信息的自動(dòng)管理。

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的效率主要取決于其貨位的分配，使用適合的貨位分配策略能夠大大提高物料出入頻率，降低立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)作成本。

理論界對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的貨位優(yōu)化分配方案進(jìn)行了大量研究，但多數(shù)方案是建立在立體倉(cāng)庫(kù)貨位初次分配和靜態(tài)的基礎(chǔ)上。但在實(shí)際生產(chǎn)中，立體倉(cāng)庫(kù)不停地進(jìn)行出入庫(kù)作業(yè)，貨位不停地被占用和釋放，與此同時(shí)，還要求入庫(kù)貨物必須滿足“上輕下重”的原則，以保證貨架的穩(wěn)定性，這就對(duì)分配方案的實(shí)時(shí)性和可靠性提出了較高要求。筆者就實(shí)際生產(chǎn)中立體倉(cāng)庫(kù)貨位動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)化進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的方案。

立體倉(cāng)庫(kù)貨位分配的基本方案

設(shè)單位時(shí)間內(nèi)物料出入庫(kù)的作業(yè)時(shí)間為T，則立體倉(cāng)庫(kù)貨位分配方案的最終目的是得到T的最小值，從而達(dá)到立體倉(cāng)庫(kù)最大的運(yùn)作效率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還需考慮不同物料的出入庫(kù)頻率。

按照數(shù)學(xué)極值理論，進(jìn)行以下工作：

1獲得貨位出入庫(kù)時(shí)間的數(shù)據(jù)鏈。只要立體倉(cāng)庫(kù)的布局和堆垛機(jī)的速度保持不變，這組編號(hào)數(shù)據(jù)鏈G(i)就保持不變，屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)鏈。

2獲得物料出入庫(kù)的頻次數(shù)據(jù)鏈。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)今后一段時(shí)間內(nèi)，不同物料的出入庫(kù)頻次進(jìn)行由大到小的排序，這組編號(hào)數(shù)據(jù)鏈P(i)受生產(chǎn)計(jì)劃的影響，每隔一段時(shí)間就要調(diào)整一次，屬于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈。

3將排序后的貨位編號(hào)數(shù)據(jù)鏈G(i)同排序后的物料編號(hào)數(shù)據(jù)鏈P(i)一一對(duì)應(yīng)起來所進(jìn)行入庫(kù)操作即為所求的最小出入庫(kù)作業(yè)時(shí)間。

實(shí)際生產(chǎn)中貨位分配的需要

在實(shí)際生產(chǎn)中，不能無條件采用上述基本貨位分配方案，這是因?yàn)樗艿綆讉€(gè)實(shí)際問題的制約：

1實(shí)際生產(chǎn)中，入庫(kù)操作不是單獨(dú)進(jìn)行的，在進(jìn)行入庫(kù)作業(yè)的同時(shí)，也在進(jìn)行出庫(kù)作業(yè)，因此空置的貨位在動(dòng)態(tài)變化。

2實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證貨架的穩(wěn)定性，應(yīng)遵循“重物在下，輕物在上”的原則，因此要保證自身較重的物料處于貨架的底部，即使它們的出入庫(kù)頻次較低，這樣會(huì)犧牲一部分效率。

為了解決這兩個(gè)問題，對(duì)貨位分配基本方案進(jìn)行如下改進(jìn)。

實(shí)際生產(chǎn)中貨位動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配方案

1假設(shè)某次入庫(kù)作業(yè)數(shù)為x盤，立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)現(xiàn)有的空余貨位數(shù)為Y個(gè)，必須滿足x≤Y，那么可從貨位由小到大的出入庫(kù)時(shí)間這一靜態(tài)編號(hào)數(shù)據(jù)鏈G(i)中從頭開始按順序選出x個(gè)空余貨位。

2將選出的x個(gè)空余貨位按立體倉(cāng)庫(kù)的層數(shù)進(jìn)行分組，同一組貨位處于同一層，組內(nèi)順序保持不變，仍按貨位出入庫(kù)時(shí)間來排列。

3將入庫(kù)的x個(gè)物料按重量大小降序排列，大的在前，小的在后，得到一組物料數(shù)列。

4將排序后的x個(gè)物料數(shù)列也按層分組。每組物料個(gè)數(shù)同每層選出的空位個(gè)數(shù)保持一致。

5分組后的物料在每一組中重新排序，組內(nèi)順序由出入庫(kù)頻次P來決定的，出入庫(kù)頻次較高的物料排在前面。

6將排序后的物料同排序后的貨位一一對(duì)應(yīng)起來進(jìn)行入庫(kù)操作。

7每完成一次入庫(kù)作業(yè)后，尋找同上一次入庫(kù)作業(yè)之間是否有出庫(kù)作業(yè)存在，如果有，重新按上述步驟開始整理排序；沒有出庫(kù)作業(yè)則按原系列繼續(xù)進(jìn)行入庫(kù)作業(yè)。

這種貨位分配方案可以保證“重物在下，輕物在上”的原則。同時(shí)，每一層的出入頻次較大的物料放入較小出入庫(kù)時(shí)間的貨位，從而能使總的出入庫(kù)時(shí)間降低，提高運(yùn)行效率，并保證了動(dòng)態(tài)生產(chǎn)中不斷釋放出的空閑貨位能夠被納入選擇范圍。

該方案能夠獲得本次入庫(kù)作業(yè)的貨位分配的最優(yōu)解。如果要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段多次入庫(kù)作業(yè)，可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中，考慮時(shí)間因子，估算出未來生產(chǎn)中的貨位余額和動(dòng)態(tài)釋放量，將多次入庫(kù)作業(yè)視為一次，即可按照上述改進(jìn)貨位分配方案進(jìn)行操作。此外，還可以依據(jù)“分區(qū)管理，區(qū)分重點(diǎn)”的原則和設(shè)立優(yōu)先級(jí)的方式進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高效率。