自动化立体仓库管理系统规划与分析一以A企业为例文献综述

 2022-05-15 10:05

文献综述

前言

自动化立体仓库,作为物流仓库中的一个新概念,又称作自动化立体仓储,通过使用相关的设备使得仓库的高层空间得以合理利用,并且可以对仓库中存储的物品进行自动化的存取,是当前较为先进的存储管理方式。自动化立体仓库的出现是现代化工业不断发展的结果,社会化大生产使得工业生产更加自动化、社会化,同时也更加的机械化和智能化。生产的自动和智能化程度的不断提高,也使得自动化立体仓库的技术不断发展进步,而自动化立体仓库的出现,也是现代化工业发展的一个象征。

1国外研究现状分析

早在上个世纪五十年代,制造业最为发达的美国最早出现立体仓库,当时人们开始使用堆垛机对仓库货物行管理和操作。到上个世纪六十年代,美国开始出现具有一定自动化水平的立体仓库,人们开始使用电子计算机对仓库进行管理和操作。随着自动化立体仓库在美国的出现,很快在欧洲和日本等工业较为发达国家对于这个方向的研究也不断深入,逐渐成为一门学科。上个世纪六十年代末,立体仓库在口本开始出现,并很快流行开来。 Sadq提出了一种动态的储位分配策略以适应不断增多的产品种类和不断减少的产品生命周期,这样可以使自动化立体仓库保持长久、高效的工作状态[1]; Rosenbran和Eynan开发了基于分类的货位分配搜索程序,从而得到最佳的存储区域[2];Graves等基于货物分类和周转率的分配规则,应用交叉存取系统来分配货位,使堆垛机的作业效率和存储空间的利用达到一个有效的平衡[3];而Thonemann和Brandeau则提出了在随机环境下应用货物周转率和库位的分类对货物的货位进行分配[4] 。 Hsieh和Tsai在研究立体仓库的货位分配问题时,提出了基于BOM分类的货位分配方法[5]。Chen. L ,Langevin. A等针对共享存储策略的自动化立体仓库中同时解决位置分配和交互的问题。采用单指令操作的启发式模型,开发了两步法来解决问题[6]

截止到目前,日本的自动化立体仓库的使用率已经达到国际领先水平。从世界范围来看,自动化立体仓库的发展经历了以下几个不同历程:

第一代:产生于60年代的美国,第一代机械式立体仓库系统(Mechanical High rise Warehouse System),操作人员通过电器开关按钮来控制机械设备进行出入库作业,实现了搬运的机械化。

第二代:70年代末,随着PLD, AS / RS, AGVS:等设备在立体仓库的应用,实现了控制自动化;

第三代:80年代末,计算机技术在自动化立体仓库的应用,自动化立体仓库步入了新的发展阶段,集成化立体仓库系统开始出现,控制方面也更加专业化,采用分级的控制结构,将管理、监控和控制分开进行管理。同时对整个仓库的出入库以及库存的管理采用上位管理机进行协调,更加专业,并与电子计算机进行连接,实现了仓库管理的电子化。

第四代:到了上个世纪九十年代,开始出现了第四代智能型立体仓库系统,新一代智能型立体仓库系统对出入库任务管理可以自动化进行,不仅能够对出入库和库存进行信息化管理,还可以进行报表输出等操作,并可以指定劳动力计划和材料需求计划,同时可以对当前库存情况进行分析,为决策提供支持;

第五代:目前向“3I”仓库系统过渡。所谓3I,指的intelligent,integrated, information,也就是仓库管理更加智能化、集成化和信息化,说明智能化和信息化程度与以往相比有着本质的提高。美国研究人员怀特对仓储管理中自动化技术进行了划分,将其分为五个不同的阶段,诸如人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成自动化仓储阶段和智能自动化仓储阶段,从这五个阶段的划分不难看出,从人工仓储阶段发展到后面的智能自动化仓储阶段,说明人类在仓储管理方面水平是不断提高的,自动化程度也不断增加,与早期阶段相比也更加智能化和现代化。

2国内研究现状分析

当前国内学者对自动化立体仓储的相关管理和技术进行了相关的研究,并取得一定的成果。邓爱民[7]等人对基于时间的自动化立体仓库货位优化模型展开相关的研究,其认为环境变化影响对自动化立体仓库的管理和优化十分重要,因此基于货物移动距离最小化、货物入库效率最大等因素构建一个基于时间的货位优化多目标模型,旨在对自动化立体仓库的货位进行优化处理。周奇才[8]对基于现代物流的自动化立体仓库系统管理及控制技术在现代物流系统中的作用、功能,提出基于现代物流的仓库规划、设计,另外专门研究了主要设备的设计计算方法以及仓库的可靠性评估和优化计算等。王雯[9]等人针对自动化立体仓库提出一种基于(GA/AHP)的调度规则优化策略,利用一种集成层次分析法的决策优化方法求取相应的适应度值,提出的方法在自动化立体仓库的出入库调度规则的优化问题上效果明显。姚琪[10]等人对基于遗传算法的自动化立体仓库货物配载展开了相关的研究,针对自动化立体仓库货物仓位的配载问题建立了一个多目标数学模型,根据货物出/入库的高效性建立货物存取效率最优模型,并采用遗传算法求解模型的最优解,该模型实现了对货位的分配问题的优化,提高了货架的稳定性,降低了堆货机的访问时间,有效提高了自动化立体仓库的性能。吴婷[11]等以分层仓库为研究对象,以货物周转效率和稳定性为目标,建立空间货位优化模型,使用MATLAB遗传算法工具箱,对仓库系统进行了多目标优化和仿真。王玮[12]等针对立体仓库货位分配问题,通过对仓库库位号与堆垛机运作效率关系的分析,提出了以堆垛机到各货位的时间为等效货位时间,并提出库位螺旋排位法,并进行了仿真验证[。Xiao. J amp; Zheng.L应用生产材料清单(BOM)信息来处理相关的存储位置分配问题,并提出了一个多阶段启发式算法对问题进行处理。杜永华[13]提出了以堆垛机作业均衡与高仓储效率为目标的立体库货位优化模型并设计了基于二进制粒子群(Binary Particle SwarmOptimization, BPSO)和遗传算法(Genetic Algorithm, GA)的模型求解仿生算法。陶勤勤[14]以某烟草配送中心为例,综合考虑货物周转率和货物相关性,以堆垛机作业时间最短为优化目标,构建以均衡作业为约束的货位动态分配数学模型[15],采用自学习粒子群算法对货位分配数学模型进行求解,并将结果与知识库中的知识对比,选出最优方案,实现货位动态分配[16]。谢杨[17]针对自动化立体仓[18],设计基于Petri网与改进遗传算法结合算法对其进行优化调度,并用Flexsim进行仿真验证。王进业[19]以旁通式自动化立体仓库作为研究对象,建立同时考虑堆垛机复合作业路径和出入口选择的集成的优化模型并,设计了一种改进的单亲遗传算法(PGA)求解。在立体仓库管理系统方面,付振伟[20]针对立体仓库的教学实训管理问题设计了基于B/S结构的立体仓库实训管理系统,方便教师发布、考核任务和学生完成实训操作。谢哀伊等[21]针对零部件管理介绍了系统实现方法并用C 实现对仓库管理系统的编程。张成泽[22]将多Agent和RFID技术的研究与 AS/RS应用相结合开发出基于MAS和RFID的自动化立体仓库管理系统[23]。从我国整体发展来看,相当一部分大型企业对立体仓库管理的形式仍以人工操作为主,此管理形式不仅工作效率低下、操作过程中容易出现差错,而且对货位的有效利用和库存中货物出入库有效期把握不准确等问题未有好的解决方法,同时人工整理数据较为缓慢,很难为管理者及时的做出合理的决策提供数据,从而制约了相应行业的快速发展[24]。为了跟上社会发展的步伐,自动化立体仓库系统也就应运而生,该系统较以往的立体仓库有许多明显的优点[25]:由原来的人工完成货物的出入库变成了现在的自动控制的堆垛机,很大程度地节约了出入库的时间,提高了工作的效率;其中的管理系统能够完成对库存货物的智能检索,帮助操作者和管理者实现更为合理地对货物进行管理,减少不必要的库存量,从而使企业利润最大化。

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