自动化立体仓库堆垛机调度系统的建模及优化研究

论文摘要

自动化立体仓库作为现代物流技术领域内出现的一种新型仓储方式,在工业生产中发挥着日益重要的作用。自动化立体仓库堆垛机的调度优化是提高仓库作业效率的关键,因而一直是当前工程优化领域研究的重点。首先,本文以现代物流为背景,阐述了自动化立体仓库与现代物流的关系、自动化立体仓库的调度优化在现代物流系统的重要作用;介绍了自动化立体仓库的分类、构成以及基本概念,为后续的建模及优化调度做铺垫。接着,以自动化立体仓库系统中堆垛机的出入库调度系统为研究对象,并针对其离散性和事件驱动的特点,引入着色赋时Petri网的建模方法。应用该方法构建了自动化立体仓库堆垛机出入库调度问题的模型,为其进一步的研究奠定了理论基础。然后,分析了堆垛机的调度及其调度优化的目标,具体的对堆垛机常见的五种停留策略进行了讨论,并采用概率模型比较了五种停留策略的性能。最后,文章针对堆垛机作业方式的特点进行了分析,提出了堆垛机拣选作业和复合作业方式的优化方法。针对拣选作业方式,提出了含装箱约束的拣选作业的数学模型。经过对模型的分析,指出该模型是一个NP完全问题,并选用遗传算法对其进行求解。针对复合作业,建立了动态作业路线模型,并通过制定相应的转化规则,将复合作业调度问题转化为TSP问题,并运用遗传算法对复合作业调度进行了优化。对以上两种作业方式的优化进行了仿真验证,并与随机调度进行了比较,结果表明,优化后的算法能够较大的缩短调度的运行时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 自动化立体仓库优化调度的研究现状
• 1.2.1 自动化立体仓库优化调度方法
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容及创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 主要创新点
• 第二章 自动化立体仓库
• 2.1 自动化立体仓库简介
• 2.2 自动化立体仓库优点
• 2.3 自动化立体仓库的组成
• 第三章 堆垛机调度系统的Petri网模型
• 3.1 前言
• 3.2 Petri网理论
• 3.2.1 Petri网的发展
• 3.2.2 Petri网的特点与应用
• 3.2.3 Petri网的基本概念
• 3.2.4 Petri网的运行规则
• 3.3 着色赋时Petri网
• 3.3.1 着色赋时Petri网方法的提出
• 3.3.2 应用CTPN构建系统动态模型方法
• 3.4 研究对象描述
• 3.5 基于Petri网的堆垛机调度系统建模
• 3.5.1 Petri网在调度问题中的应用
• 3.5.2 堆垛机调度流程的Petri网模型
• 3.5.3 堆垛机执行入库操作时的CTPN模型
• 3.5.4 堆垛机执行出库操作时的CTPN模型
• 3.6 模型的性能分析
• 3.6.1 petri网模型的可行性分析
• 3.6.2 petri网模型中的冲突与等待
• 3.7 堆垛机调度算法的设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 堆垛机调度系统的优化
• 4.1 前言
• 4.2 堆垛机系统的调度优化
• 4.2.1 堆垛机的调度
• 4.2.2 调度优化的目标
• 4.3 堆垛机停留策略分析
• 4.3.1 任务系列描述
• 4.3.2 堆垛机的停留策略
• 4.3.3 堆垛机停留策略的比较
• 4.4 堆垛机出入库作业调度优化
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 作业优化调度的原则
• 4.4.3 出入库作业方式
• 4.5 本章小结
• 第五章 堆垛机拣选作业调度优化
• 5.1 前言
• 5.2 遗传算法简介
• 5.2.1 遗传算法概述
• 5.2.2 遗传算法基本过程
• 5.3 堆垛机拣选作业调度的数学模型
• 5.3.1 问题描述
• 5.3.2 拣选作业调度建模
• 5.3.3 模型分析及求解方法
• 5.4 基于遗传算法的拣选作业调度优化
• 5.5 实验及结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 堆垛机复合作业调度优化
• 6.1 前言
• 6.2 堆垛机复合作业调度的数学模型
• 6.3 问题的转化
• 6.4 基于遗传算法的复合作业调度优化
• 6.5 实验及结果分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢