航空貨站自動化存取系統(tǒng)作業(yè)優(yōu)化研究.pdf

1、倉儲是航空貨運的重要環(huán)節(jié)，倉儲作業(yè)優(yōu)化是提高航空貨運整體效率的重要途徑。航空貨站自動化存取系統(tǒng)（Automated Storage and retrieval System，AS/RS）作為航空貨運倉儲環(huán)節(jié)的主要載體，在航空貨站吞吐量需求不斷增大的背景下，逐漸成為航空貨運的瓶頸節(jié)點。與普通 AS/RS集中在巷道端口出入庫的作業(yè)方式不同，航空貨站 AS/RS多端口出入庫的作業(yè)方式具有并發(fā)性和分布性特點，調(diào)度過程具有高密度和高柔性的特點。分

2、階段獨立優(yōu)化理念下設計的航空貨站AS/RS運作策略與不斷增長的吞吐量需求逐漸不相適應，探討航空貨站AS/RS的作業(yè)優(yōu)化問題，對于完善航空貨站AS/RS調(diào)度策略，挖掘航空貨站吞吐量潛力具有重要意義。本文基于作者主持完成的航空貨站AS/RS設備監(jiān)控系統(tǒng)（Equipment Monitor System，EMS）項目，針對EMS中出入庫作業(yè)流程，從貨位分配、出庫端口分配和升降式轉(zhuǎn)運車（Elevation Transfer Vehicle, E

3、TV）調(diào)度三個主要環(huán)節(jié)入手，對航空貨站AS/RS不同作業(yè)模式下的作業(yè)優(yōu)化問題進行了深入研究。
　　系統(tǒng)自動分配目的地址入庫是 EMS中主要的入庫作業(yè)方式之一，最近鄰貨位分配策略和先到先服務調(diào)度策略分別是貨位分配階段和調(diào)度階段采用的作業(yè)策略。該作業(yè)流程中分階段獨立優(yōu)化的運作策略割裂了貨位分配階段和調(diào)度階段的相關性，影響和限制了航空貨站AS/RS作業(yè)效率的進一步提高。針對上述作業(yè)流程中運作策略的缺陷，本文采用集成優(yōu)化的方法，統(tǒng)籌考慮貨

4、位分配和作業(yè)調(diào)度對作業(yè)效率的影響，建立了貨位分配和指令排序的集成優(yōu)化模型。針對問題特點，設計了兩階段禁忌搜索算法對模型進行求解，并通過不同問題規(guī)模的算例驗證了算法的有效性。集成優(yōu)化方法與分別優(yōu)化方法仿真結果對比表明，集成優(yōu)化算法在解的性能和計算時間上均優(yōu)于分別優(yōu)化方法，最大改進率分別達到了11.09％和23.98%。
　　在雙ETV并行作業(yè)模式下，指定目的地址入庫和按航空集裝器（Unit Load Device, ULD）編號出庫

5、兩種作業(yè)方式均由用戶指定作業(yè)指令的目的地址，生成的作業(yè)指令采用先到先服務調(diào)度策略分別由兩臺 ETV完成。該調(diào)度策略下的指令分組與排序沒有考慮雙板作業(yè)和防沖突避讓對作業(yè)效率的影響，限制了航空貨站AS/RS作業(yè)效率的提高和吞吐量潛力的挖掘。在雙 ETV并行作業(yè)模式下，本文對作業(yè)指令分組和排序問題進行了優(yōu)化研究，其優(yōu)化過程統(tǒng)籌考慮了雙板作業(yè)和防沖突避讓對作業(yè)效率的影響，以指令序列完工時間最短為優(yōu)化目標，建立了雙 ETV調(diào)度優(yōu)化模型，并設計了改

6、進的蟻群算法對模型進行了求解。不同指令序列規(guī)模下的仿真結果對比表明，本文優(yōu)化方法得到的指令序列完工時間均優(yōu)于先到先服務調(diào)度策略，改進率為37.35%~53.61%。
　　EMS中按航班編號出庫實現(xiàn)了同一航班承運的全部庫存ULD的出庫作業(yè)。該作業(yè)流程中出庫端口分配采用了最近鄰端口分配策略，雙 ETV并行作業(yè)模式下的作業(yè)過程采用了先到先服務的調(diào)度策略。本文針對按航班編號出庫作業(yè)流程中分階段獨立優(yōu)化作業(yè)策略的弊端，在雙 ETV調(diào)度優(yōu)化問

7、題基礎之上，引入出庫端口選擇對雙板作業(yè)和防沖突避讓以及作業(yè)效率的影響，從聯(lián)合優(yōu)化的角度抽象出端口分配和雙 ETV調(diào)度的集成優(yōu)化模型，并給出了模型的求解方法。不同指令序列規(guī)模下的對比仿真結果表明，本文集成優(yōu)化方法在不同指令序列規(guī)模下均優(yōu)于分步優(yōu)化方法，平均改進率為7.35%，最高改進率達到了9.84%。
　　作業(yè)模式方面，針對航空貨站不同作業(yè)時段作業(yè)任務的不均衡性，提出了統(tǒng)籌考慮作業(yè)效率和作業(yè)能耗的節(jié)能作業(yè)模式。在雙 ETV并行作業(yè)

8、模式下，分析了雙板作業(yè)和防沖突避讓對作業(yè)效率和能耗的影響，以能耗最小和指令序列完工時間最短為優(yōu)化目標，建立了節(jié)能模式下雙 ETV調(diào)度多目標優(yōu)化數(shù)學模型。并設計了改進的非支配排序遺傳算法對模型進行求解，通過實驗仿真驗證了模型的正確性和算法的有效性。仿真實驗最終得到的pareto最優(yōu)解集中，指令序列完工時間最短的調(diào)度方案相比能耗最低的調(diào)度方案作業(yè)效率提高了27.17%，而能耗最低的調(diào)度方案相比指令序列完工時間最短的調(diào)度方案能耗節(jié)約了17.8