鋼鐵企業自動化倉庫貨位分配優化問題分析

宋男，劉麗珍，王志剛，王海楠

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

倉庫是離散化物質管理和物流合理分配的重要組成，倉庫在整合利用物資方面發揮著十分重要的作用，倉庫運輸管理效率在某種程度上決定了物流管理成效。在社會經濟的進步發展下，社會范圍內所需要運輸的物品增多。貨物運輸管理成效直接影響到我國運輸系統的建設發展?，F代倉儲存儲物品實現了從傳統大規模品種向大批量多品種的轉變。面對大批量的貨物管理，需要根據每件物品的情況來為其分配相應的貨位。

貨物分配是倉庫運輸單位對剛剛進入到倉庫中物品的已支付管理，積極有效的分配管理能夠有效提升倉庫貨物的運輸管理效率，節省貨物的運輸管理時間?，F階段，結合貨物運輸管理需要，貨物分配管理研究是靜止空間范圍內的貨物分配管理，但是在貨物數量不斷增多的情況下，這種靜止化的倉庫運輸管理已經不再能夠滿足多樣化貨物管理需要。如何結合倉庫貨位情況和待入庫物品信息，實現貨位動態化分配成為現代多品種倉庫建設需要解決的問題。

文章結合鋼鐵企業貨位分配實際情況和基本要求，提出基于物聯網技術的貨位分配管理主張，打造出基于物聯網技術的智能倉庫環境，在此基礎上形成多規則約束的多目標智能化倉庫貨位分配模型，借助遺傳算法改進貨位分配。

1 基于制造物聯技術的智能倉庫構建

結合鋼鐵企業貨物管理需要，在實施鋼鐵企業貨物運輸管理的過程中需要相關人員強化對鋼鐵貨物運輸信息的全方位感知，在全方位了解貨物信息的基礎上來采取有針對性的動態化措施管理貨物。文章以無線射頻識別技術為核心的物聯網技術引入到鋼鐵企業，打造出基于無線射頻識別的智能對象，通過構造智能倉庫環境來實現倉庫狀態實時感知和傳遞。

1.1 依托無線射頻識別技術獲取智能對象

鋼鐵企業的倉庫所需要管理的貨物對象十分多樣，在管理貨物的過程中需要結合貨物的擺放位置和使用需要來管理調整貨物的使用，使用一些和貨物管理匹配的托盤來實施貨物管理。在這個過程中，為了能夠幫助相關人員更為全面道路了解貨物的運輸管理信息，在貨物運輸管理的過程中可以引入無線射頻識別技術。在無線射頻識別技術的支持下來實現對貨物運輸的全方位跟蹤，幫助貨物運輸管理人員全方位地了解貨物倉庫運行情況。

在無線射頻識別技術的支持下能夠全方位、多角度的跟蹤物理對象，從而能夠更全面的從物理對象身上獲取所需要的信息。依托無線射頻識別技術能夠打造和物品管理密切相關的智能物品、智能貨架、智能貨位和智能托盤。

（1）智能物品。在無線射頻識別技術的支持下能夠更為全面的把握物品的屬性，在物品上面貼上對應的標簽，由此實現對物品使用的全方位跟蹤管理。在無線射頻識別技術支持下能夠對物品的生產日期、最佳使用時期、貨物的入庫時間等進行全方位的管理。

（2）智能貨架。在無線射頻識別技術的支持下會將貨物貼上能夠表明其屬性的標簽，之后將貨物擺放在適合的出入口位置上。在具有無線射頻識別閱讀器的智能叉車、具有無線射頻識別閱讀器的個人進出貨架時能夠掃描貨架標簽。

（3）智能貨位。在無線射頻識別技術的支持下能夠幫助相關人員更為全面地了解貨物的所在位置和狀態，在使用貨物的時候對貨物的基本信息實施全面的管理，這個期間使用過的貨物會被標志為已存儲。在貨物被取出之后，貨位存儲的物品信息會轉存到后端管理數據庫。

（4）智能托盤。在無線射頻識別貼附在托盤上目的是能夠更好的識別托盤的位置，目的是能夠全方位的跟蹤貨物托盤的使用狀態。在將物品放置在對應托牌上的時候能夠對物品的信息進行全面的記錄，在使用物品之后也會標記出貨物的使用狀態。如果后期不再使用貨物，會將貨物的存儲狀態調整為空閑。

（5）智能工人。在無線射頻識別技術的支持下會對貨物使用全過程的基本情況進行分類匯總，之后標定的標簽來實現對貨物使用情況的全過程跟蹤管理。

1.2 基于智能對象的智能倉庫架構

在無線射頻識別技術、通信技術、智能技術的支持下能夠使得倉儲貨物管理更加具備完善的信息支持，且在倉庫運輸管理之后還會在技術的支持下全面的體現出倉庫貨物的使用狀態。在標記倉儲運輸貨物資料期間所使用到的技術包含計算機技術、網絡技術、通信技術等，在這些技術的全方位支持下會打造出智能核心數據庫。

2 貨位分配優化模型——組合多目標優化

2.1 貨位的分配原則

在倉庫運輸管理的過程中可以借助一系列先進的技術形式來打造出一個優化的系統模型，在這個模型的作用下能夠合理分配各個貨位的位置和資源，最終全面提升倉庫入庫的管理效率，減少貨物的存儲和管理時間。結合鋼鐵企業發展實際情況可以在保證整個企業穩定發展的基礎上因地制宜的打造出一個多負責的倉庫運輸貨物中心模式。在先進技術的支持和配合下來全面提升出入庫的操作效率。

（1）按照不同的類別來實現對物品的分區域擺放。鋼鐵倉庫擺放的物品比較多，在具體管理中為了能夠提升對不同物品的管理效率，需要按照物品的類別和使用需要來分區域擺放。在物品擺放的過程中為了能夠提升物品擺放效率，需要就產品的類型進行全方位的劃分。站在保障貨架結構安全和穩定的視角下對物品實施分區域擺放管理，在相關人員對物品有需要的時候及時向人們提供物品。

（2）較重物品的低層存放管理。重量較大物品的擺放和管理要注重保障貨架結構的安全性和穩定性。在物品擺放的時候對于比較輕微的物品可以按照高層的規則來管理貨物和物品，目的是通過對貨架的多層次擺放來保證貨架的安全性和穩定性。

（3）將使用頻率較高的物品臨近入口進行擺放，特別是要嚴格按照規范的標準來保管和使用頻率較高的物品。在這個過程中，對于倉庫系統中使用頻率較高的物品，為了能夠減少這些物品的運輸管理時間，提高出入庫的效率，需要將這類物品靠近出入口存放。

2.2 貨位分配規則建模

（1）不同種類物品分區存放建模。在制造物聯環境下，多品種小批量倉庫存放物品種類多，為了能夠提升物品的存取效率，需要將不同類型的物品分開存放。各個區域的貨架數量可以根據實際情況做出調整。

（2）較重物品的低層存放建模。為了能夠確保貨架的穩定性，需要將比較重的物品放置在貨架低層，低層的物品會被存放在貨架高層，通過這樣的操作能夠確保貨架承載的穩定。為了能夠確保貨架的安全性和穩定，按照重心越低越穩定的基本原則來擺放物品，在物品擺放的期間可以將比較輕微的物品可以擺放在比較高層的位置上，通過對貨架的合理化和集中化管理最終實現對物品的高效率存儲管理。為了能夠確保貨架貨位的充分利用，可以實現對物品的集中管理。

2.3 組合多目標貨位分配模型

為了能夠提升自動化立體倉庫的出入庫效率，會將經常使用的出入庫的頻率較高的貨物擺放到靠近起始點的位置。設置某貨位區的編號為R（1、2、3……q），共有p種貨品，其中一種貨品的COI數值為I1，COI為立方體索引號。COI的計算公式如下：Ii=Ci/fi，Ci是某種貨品的存儲總量所需要的庫存容量，fi是某種貨品的出庫頻率。貨品存儲總量所需的庫存容量較小，且出入庫的頻率越高，對應的COI越少。

為了能夠減少貨物存儲和拿取空間，根據貨物存放原則要求，對于出入庫頻率比較高的貨物需要設定更少的出入庫時間。對于出入庫頻率較低的貨物則是可以讓其擁有較長的出入庫時間，基于這樣的設定要求，打造公式（1）。

tij是將第i列j層貨位上的物品搬運到巷道口所使用的時間。

Tij=max（li/Vx，H（j-1）/Vy）s為了能夠方便處理，不需要考慮堆垛機的啟動和制動時間。Vx和Vy分別是堆垛機的水平、垂直運行速度（m/s）。

上文提到的兩個目標條件是以提升貨物存取效率、減少貨物存取時間為目的的，在具體實施操作的識貨可以合并為一個目標函數。minE=IxT。

由此可以發現，貨位的分配需要同時考慮貨架的穩定性和存取效率，在本質上是一個組合多目標優化問題，對于多目標優化的問題，在很多情況下目標是相互沖突的，一般不存在唯一的全局性最優解，而是存在一個最優化的組合解，在組合優化解中有數據信息是可以用的，有的數據信息是不可以用的。在求解的過程中不能夠單一的追尋某一個目標解，而是需要尋求各維目標比較滿意的解。在經過比較分析各種算法之后，選擇使用Pareto的算法來求解多目標優化問題。

3 基于改進遺傳算法的模型求解

3.1 算法的選擇

在分類管理物品的過程中要注重遵循多目標函數的計算方法。從實際操作角度來看，這類方法在協調數據信息和整合數據信息方面發揮出了十分重要的作用，能夠將函數問題以一種優化的方式予以解決。

基于遺傳算法的模型打造原理如下：對目標實施操作，選擇一定的數量候選解，實現對候選交叉解的處理，獲得最優解。通過一系列的優化處理，在解決多目標優化問題的時候能夠逼近最優解。

3.2 求解思路和基本求解算法

基于遺傳算法的倉庫貨位分配模型如圖1所示，具體操作措施如下所示。

圖1 基于遺傳算法的倉庫貨位分配模型

（1）編碼和解碼。被引入到倉庫中的物品會按照指定的要求被擺放在托盤上面，托盤和貨位之間會呈現出一對一的關系。在計算分析的時候為了能夠更好的協調貨位和圖盤的關系，文章選擇使用整數編碼分析方法來進行計算，具體方法分析如下。使用數字去代表各個托盤的編號，使用整數代表空閑的貨位。在設定9個托盤、10個空閑貨位的情況，按照從左邊到右邊的順序排列，數字0代表的是沒有空閑的貨位，沒有存儲物品。托盤分配空間貨位的基因編碼圖如圖2所示。托盤編號和托盤信息呈現出來的是一種映射關系。

圖2 托盤分配空間貨位的基因編碼圖

（2）種群初始化和參數的確定。種群初始化方法是將隨機產生的信息作為個體研究的重要算法，在整合集群數據信息之后形成初始化的數據樣本群體。在數據信息的初始化處理階段需要操作者能夠全方位的掌握托盤內的數據信息，對托盤內的數據信息實施編碼處理，形成編號為tp1、tp2、tp3.tp的序列，倉庫中這個區域代表是貨位空閑數目y，編號為kw1、kw2、kw3......kw，在y≥x的時候，會保持足夠數量的空閑貨位。種群的初始化處理是將tp1、tp2......tp和（y-x）個0個隨機的排列數值作為初始種群。

（3）適應度的評價函數。適應度是用來描述個體性能的一個重要指標，在整合分析數據信息的時候會根據適應度的大小去選擇數據信息，在這個過程中適應度較小的數據信息會逐漸被替代，信息的傳遞概率也會相應的減少。合建模過程中獲得的函數模型可以對函數求解處理，獲得函數的極小值。

（4）遺傳運算。①選擇性運算。選擇性運算充分體現出了適者生存的原理，在具體實施操作的時候可以通過適應度評價來選擇高質量的個體。數組的大小設置為2，在計算分析的時候，可以在初始性的個體數據中隨機選擇兩個個體，比較這兩個個體的目標函數值，數值小的被選中，②交叉運算。交叉運算主要體現在互相交叉的兩個個體之間存在重疊的基因，每個個體都有各自的貨拉分配方案，在將兩個個體實施交叉運算之后就會得到兩種新的貨拉分配方案。③變異運算。變異運算是指將一些不同于一般情況下的數據信息進行處理的方式，在對信息處理之后會形成新的個體。變異運算知識是遺傳視角下的重要輔助性分析手段，在具體實施操作的時候僅僅會牽扯到比較小概率的數據信息，期間變化的數據信息也是小范圍和小概率內的。在倉庫貨位分配管理中會使用基本位變異方法，即在（0，1）之間隨機產生一個數，如果所選擇的數據信息是低于變異概率的，那么在操作層面上就是可以實施變異操作的。倉庫貨位分配期間的每一個個體數值都可以被看做是重要的托盤編號，在制定操作的時候可以根據任何一個托盤編號的特點來獲得所需要的數據信息。

（5）出入庫頻率高物品靠近出入口存放建模。對待出入使用頻繁的數據信息，在實施出入庫管理的時候要根據數據信息的內容來選擇適合的出入庫管理模式。從而在信息出入庫管理的過程中減少外界信息的干擾。

為了能夠提升產品的出入庫效率，需要將出入庫頻率較高的物品分配靠近出入口的貨位。

4 結語

綜上所述，多品種小批量倉庫受物品種類多、出入庫頻次高，倉庫作業效率成為企業優化發展的重要目標。貨位的規劃和貨位的分配是倉庫作業的重要關鍵。文章以無線射頻識別為核心，探討了物聯網技術在倉庫管理中的應用過程，在無線射頻識別技術的支持下打造出了倉庫智能化模型，在規范化的倉儲管理模式作用下能夠幫助相關人員在第一時間獲得倉庫內部的數據信息，在全面獲得多方面數據信息的基礎上來打造出多規則的模型，結合物品使用分區存放要求來打造出低層次的數據存放關系模型。文章所構建的貨位分配數學模型是一個多目標問題，為了能夠獲得最優解，引進了遺傳改進算法，最終有效提升了物品的入庫時間，增強了貨架的穩定性和倉庫作業效率。