航空貨站自動(dòng)化存取系統(tǒng)作業(yè)優(yōu)化研究.pdf

1、倉(cāng)儲(chǔ)是航空貨運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)優(yōu)化是提高航空貨運(yùn)整體效率的重要途徑。航空貨站自動(dòng)化存取系統(tǒng)（Automated Storage and retrieval System，AS/RS）作為航空貨運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)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(yùn)的瓶頸節(jié)點(diǎn)。與普通 AS/RS集中在巷道端口出入庫(kù)的作業(yè)方式不同，航空貨站 AS/RS多端口出入庫(kù)的作業(yè)方式具有并發(fā)性和分布性特點(diǎn)，調(diào)度過(guò)程具有高密度和高柔性的特點(diǎn)。分

2、階段獨(dú)立優(yōu)化理念下設(shè)計(jì)的航空貨站AS/RS運(yùn)作策略與不斷增長(zhǎng)的吞吐量需求逐漸不相適應(yīng)，探討航空貨站AS/RS的作業(yè)優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)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(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（Equipment Monitor System，EMS）項(xiàng)目，針對(duì)EMS中出入庫(kù)作業(yè)流程，從貨位分配、出庫(kù)端口分配和升降式轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)（Elevation Transfer Vehicle, E

3、TV）調(diào)度三個(gè)主要環(huán)節(jié)入手，對(duì)航空貨站AS/RS不同作業(yè)模式下的作業(yè)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。
　　系統(tǒng)自動(dòng)分配目的地址入庫(kù)是 EMS中主要的入庫(kù)作業(yè)方式之一，最近鄰貨位分配策略和先到先服務(wù)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(dú)立優(yōu)化的運(yùn)作策略割裂了貨位分配階段和調(diào)度階段的相關(guān)性，影響和限制了航空貨站AS/RS作業(yè)效率的進(jìn)一步提高。針對(duì)上述作業(yè)流程中運(yùn)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(duì)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(duì)問(wèn)題特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩階段禁忌搜索算法對(duì)模型進(jìn)行求解，并通過(guò)不同問(wèn)題規(guī)模的算例驗(yàn)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(jié)果對(duì)比表明，集成優(yōu)化算法在解的性能和計(jì)算時(shí)間上均優(yōu)于分別優(yōu)化方法，最大改進(jìn)率分別達(dá)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(kù)和按航空集裝器（Unit Load Device, ULD）編號(hào)出庫(kù)

5、兩種作業(yè)方式均由用戶(hù)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(wù)調(diào)度策略分別由兩臺(tái) ETV完成。該調(diào)度策略下的指令分組與排序沒(méi)有考慮雙板作業(yè)和防沖突避讓對(duì)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(duì)作業(yè)指令分組和排序問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化研究，其優(yōu)化過(guò)程統(tǒng)籌考慮了雙板作業(yè)和防沖突避讓對(duì)作業(yè)效率的影響，以指令序列完工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)，建立了雙 ETV調(diào)度優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)了改

6、進(jìn)的蟻群算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。不同指令序列規(guī)模下的仿真結(jié)果對(duì)比表明，本文優(yōu)化方法得到的指令序列完工時(shí)間均優(yōu)于先到先服務(wù)調(diào)度策略，改進(jìn)率為37.35%~53.61%。
　　EMS中按航班編號(hào)出庫(kù)實(shí)現(xiàn)了同一航班承運(yùn)的全部庫(kù)存ULD的出庫(kù)作業(yè)。該作業(yè)流程中出庫(kù)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(guò)程采用了先到先服務(wù)的調(diào)度策略。本文針對(duì)按航班編號(hào)出庫(kù)作業(yè)流程中分階段獨(dú)立優(yōu)化作業(yè)策略的弊端，在雙 ETV調(diào)度優(yōu)化問(wèn)

7、題基礎(chǔ)之上，引入出庫(kù)端口選擇對(duì)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(duì)比仿真結(jié)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(jìn)率為7.35%，最高改進(jìn)率達(dá)到了9.84%。
　　作業(yè)模式方面，針對(duì)航空貨站不同作業(yè)時(shí)段作業(yè)任務(wù)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(duì)作業(yè)效率和能耗的影響，以能耗最小和指令序列完工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)，建立了節(jié)能模式下雙 ETV調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。并設(shè)計(jì)了改進(jìn)的非支配排序遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了模型的正確性和算法的有效性。仿真實(shí)驗(yàn)最終得到的pareto最優(yōu)解集中，指令序列完工時(shí)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(shí)間最短的調(diào)度方案能耗節(jié)約了17.8