一种分层式立体仓库的库位动态分配方法及其仓库系统与流程

本发明涉及仓库库位分配方法领域，尤其涉及一种分层式立体仓库的库位动态分配方法及其仓库系统。

背景技术：
分层式立体仓库可降低土地占用率，提高空间利用率，可实现自动化控制，对于仓储物流，特别是对于实现自动化，高效率的物流管理有非常重要的作用。分层式立体仓库可分为单元格式立体仓库和贯通式立体仓库，单元格式立体仓库由一个个相对独立小型仓库组成，这种格局会降低立体仓库的面积利用率，导致一些仓位的利用率不高；而贯通式立体仓库采用流动式仓储形式，使得仓库的利用率得到很大的提升，但是不能实现智能出库，只能保证先入先出，从而出现货物滞留的情况，造成一定的库存负担。而现有的分层式立体仓库的库位分配方法可分为随机存放模式和固定存放模式。随机存放模式根据货物的规格随机分配对应的库位存储，虽然操作简便，出入库速度快，但因其随机性，库位分配不合理导致后续大规格的货物无法存储，库位利用率低。固定存放模式预先编制各个规格货物的库位存储地址，库位利用率较高，但灵活性差，当每种规格的货物存储数量超出编制数量时或者当有新规格货物需要存储时均需要重新编制货物存储方案。

技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种可实时出入库，库位动态分配，库位利用率高的分层式立体仓库的库位动态分配方法及其仓库系统。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种分层式立体仓库的库位动态分配方法，包括以下步骤：步骤1，扫描并统计分层式立体仓库的空余仓位段和占用仓位段；步骤2，获取并预处理入库货物信息，所述预处理包括定义不超过库位深度的最长边为所述入库货物的宽，定义所述入库货物的另一边长为所述入库货物的长，和定义所述入库货物的长的中点为吊车装卸目标点；步骤3，生成最优货物放置方案，并存储至货物存储信息库；步骤4，入库，根据步骤3生成的所述最优货物放置方案，驱动吊车将入库传送带上的所述入库货物运送至所述分层式立体仓库的对应的所述空余仓位段，然后更新所述分层式立体仓库的货物存储信息。优选地，还包括步骤5，出库，当接收到货物出库命令时，根据所述货物存储信息库查找对应的出库货物信息，驱动所述吊车取出并运送对应的出库货物至出库运送带。优选地，定义所述分层式立体仓库的靠近所述入库传送带的一端为所述分层式立体仓库的前端，和定义所述分层式立体仓库的靠近所述出库传送带的一端为所述分层式立体仓库的后端；所述步骤4中，同种规格的所述入库货物，入库时，按照从所述分层式立体仓库的前端至所述分层式立体仓库的后端，从所述分层式立体仓库的最下层至所述分层式立体仓库的最上层的顺序，选择对应的所述空余仓位段；所述步骤5中，同种规格的所述出库货物，出库时，按照从所述分层式立体仓库的后端至所述分层式立体仓库的前端，从所述分层式立体仓库的最下层至所述分层式立体仓库的最上层的顺序，取出对应的所述出库货物。优选地，所述步骤3的所述最优货物放置方案的生成方法为：首先，统计所述空余仓位段的长度和对应的数量，以及所述入库货物的长和对应的数量，将所述空余仓位段的长度从大到小进行排列，所述空余仓位段的长度分别为L1、L2...Lk,对应的所述空余仓位段的数量分别为d1、d2...dk；将所述入库货物的长从大到小进行排列，分别为l1、l2...lm，对应的所述入库货物的数量定义为a1、a2...am；然后，生成货物放置方案：在不超过所述空余仓位段的长度的条件下按所述入库货物的长降序排放，即先排放不超过所述空余仓位段的长度的长最大的所述入库货物，再排放不超过所述空余仓位段的长度的次长的所述入库货物，不断排放至所述空余仓位段的剩余位段的长度小于所述入库货物的最小长时停止排放，从而生成若干个所述货物放置方案；而且，所述货物放置方案满足以下约束条件：其中，bn为所述入库货物的数量an对应的需求量，n=1，2,…,m；最后，找出若干个所述货物放置方案中的最优解，即生成所述最优货物放置方案。优选地，所述入库货物的长增加1～4cm的长度富余量；对于长度值比值差不超过5%的所述入库货物按同种规格的所述入库货物处理，并取其中长最大的所述入库货物作为同种规格的所述入库货物的规格标准，所述长度值比值差按以下公式求得：。优选地，所述最优货物放置方案的生成方法为：定义生成的所述货物放置方案的数量为g；定义每种所述货物放置方案中，第q种长度的所述空余仓位段的数量为Xq,其中q=1，2,…,j；定义每种所述货物放置方案中，第q种长度的所述空余仓位段中第i种长的所述入库货物的数量为aiq,其中i=1，2,…,m；建立线性数学模型如下：其中，第q种长度的所述空余仓位段的废弃位段的长度为rq；调用CPLEX优化器对所述线性数学模型求出最优解，即找出g种所述货物放置方案中所有所述空余仓位段的废弃位段之和最小的解，作为所述最优货物放置方案。使用所述分层式立体仓库的库位动态分配方法的仓库系统，包括分层式立体仓库、入库传送带、出库传送带、吊车和库位管理器，所述入库传送带设置于所述分层式立体仓库的一端，所述出库传送带设置于所述分层式立体仓库的另一端；还设置吊车运行轨道，所述吊车运行轨道靠近所述分层式立体仓库的一侧设置，所述吊车安装在所述吊车运行轨道上；所述分层式立体仓库、所述入库传送带、所述出库传送带和所述吊车均与所述库位管理器电连接，所述库位管理器包括所述货物存储信息库和所述CPLEX优化器。所述分层式立体仓库的库位动态分配方法通过对所述空余仓位段和所述入库货物进行分析，生成所述最优货物放置方案，并根据所述最优货物放置方案进行入库，所述最优货物放置方案的生成方法优先排放长度大的所述入库货物，长度较小的所述入库货物在后续的排样中将具有更高的灵活性，显著提高了整个排样结果的仓位利用率。所述分层式立体仓库的库位动态分配方法，实现入库自动化作业，提高分层式立体仓库的容积利用率与平面利用率。使用所述分层式立体仓库的库位动态分配方法的仓库系统可实现货物的实时出入库，提高所述分层式立体仓库的平面利用率和容积利用率。附图说明附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。图1是本发明其中一个实施例的库位动态分配流程示意图；图2是本发明其中一个实施例的仓库系统俯视图；图3是本发明其中一个实施例的仓库系统侧视图。其中：分层式立体仓库1；入库传送带2；出库传送带3；吊车4；吊车运行轨道5。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本实施例的分层式立体仓库的库位动态分配方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1，扫描并统计分层式立体仓库的空余仓位段和占用仓位段；步骤2，获取并预处理入库货物信息，所述预处理包括定义不超过库位深度的最长边为所述入库货物的宽，定义所述入库货物的另一边长为所述入库货物的长，和定义所述入库货物的长的中点为吊车装卸目标点；步骤3，生成最优货物放置方案，并存储至货物存储信息库；步骤4，入库，根据步骤3生成的所述最优货物放置方案，驱动吊车将入库传送带上的所述入库货物运送至所述分层式立体仓库的对应的所述空余仓位段，然后更新所述分层式立体仓库的货物存储信息。所述分层式立体仓库的库位动态分配方法通过对所述空余仓位段和所述入库货物进行分析，生成所述最优货物放置方案，并根据所述最优货物放置方案进行入库，实现入库自动化作业，提高分层式立体仓库的容积利用率与平面利用率。所述入库货物为矩形件和滚筒型货物，滚筒型货物横卧摆放，所述预处理仅针对滚筒型货物的底面直径和高进行定义。所述预处理定义不超过库位深度的最长边为所述入库货物的宽，则对于最长边小于库位深度的所述入库货物，所述入库货物的最长边为所述入库货物的宽，而其较短边为所述入库货物的长，这样摆放时可节约空间，提高仓位的面积利用率。优选地，如图1所示，还包括步骤5，出库，当接收到货物出库命令时，根据所述货物存储信息库查找对应的出库货物信息，驱动所述吊车取出并运送对应的出库货物至出库运送带。所述分层式立体仓库的库位动态分配方法出库时，利用所述货物存储信息库查找所述出库货物的位置，驱动所述吊车至所述出库货物的位置取出对应的所述出库货物。现有的流动式仓储方式，流动式仓储方式为先入先出的出入库方式，导致货物滞留，加大库存负担，而所述分层式立体仓库的库位动态分配方法，可实现货物的实时出入库，避免货物滞留的发生。优选地，定义所述分层式立体仓库的靠近所述入库传送带的一端为所述分层式立体仓库的前端，和定义所述分层式立体仓库的靠近所述出库传送带的一端为所述分层式立体仓库的后端；所述步骤4中，同种规格的所述入库货物，入库时，按照从所述分层式立体仓库的前端至所述分层式立体仓库的后端，从所述分层式立体仓库的最下层至所述分层式立体仓库的最上层的顺序，选择对应的所述空余仓位段；所述步骤5中，同种规格的所述出库货物，出库时，按照从所述分层式立体仓库的后端至所述分层式立体仓库的前端，从所述分层式立体仓库的最下层至所述分层式立体仓库的最上层的顺序，取出对应的所述出库货物。同种规格的货物具有位置互换性，为满足运动路程最短的出入库要求，入库时从前到后，从下到上地排放同种规格的入库货物；出库时从后到前，从下到上地取出同种规格的出库货物，大大地提高货物出入库效率，优化吊车运行路程。优选地，所述步骤3的所述最优货物放置方案的生成方法为：首先，统计所述空余仓位段的长度和对应的数量，以及所述入库货物的长和对应的数量，将所述空余仓位段的长度从大到小进行排列，所述空余仓位段的长度分别为L1、L2...Lk,对应的所述空余仓位段的数量分别为d1、d2...dk；将所述入库货物的长从大到小进行排列，分别为l1、l2...lm，对应的所述入库货物的数量定义为a1、a2...am；然后，生成货物放置方案：在不超过所述空余仓位段的长度的条件下按所述入库货物的长降序排放，即先排放不超过所述空余仓位段的长度的长最大的所述入库货物，再排放不超过所述空余仓位段的长度的次长的所述入库货物，不断排放至所述空余仓位段的剩余位段的长度小于所述入库货物的最小长时停止排放，从而生成若干个所述货物放置方案；而且，所述货物放置方案满足以下约束条件：其中，bn为所述入库货物的数量an对应的需求量，n=1，2,…,m；最后，找出若干个所述货物放置方案中的最优解，即生成所述最优货物放置方案。所述最优货物放置方案的生成方法中，先找出每种长度的所述空余仓位段的可容纳的最长的所述入库货物进行排放，然后进行降序排放至所述空余仓位段的剩余位段无法排放长度最小的所述入库货物为止，从而生成多种所述货物放置方案；并且在每种所述货物放置方案中，同一种长度的所述空余仓位段的货物排样方案相同。而且，所述货物放置方案满足所述约束条件，即每种货物放置方案的入库货物总长度小于空余仓位段总长度，并且所述入库货物的数量an不应超过所述入库货物的需求量bn。所述最优货物放置方案的生成方法优先排放长度大的所述入库货物，长度较小的所述入库货物在后续的排样中将具有更高的灵活性，显著提高了整个排样结果的仓位利用率。若优先排放长度小的所述入库货物，长度大的所述入库货物在后续排样中可能出现无法找到长度匹配的所述空余仓位段的结果，大大降低仓位利用率。优选地，所述入库货物的长增加1～4cm的长度富余量；对于长度值比值差不超过5%的所述入库货物按同种规格的所述入库货物处理，并取其中长最大的所述入库货物作为同种规格的所述入库货物的规格标准，所述长度值比值差按以下公式求得：所述入库货物的长增加1～4cm的长度富余量，优选为2cm，即所述入库货物的长为所述入库货物的实际长度加上长度富余量，增加长度富余量，使所述入库货物之间有一定的间隙，可便于货物的入库和出库。将长度值比值差不超过5%的所述入库货物按同种规格的所述入库货物处理，从而减少所述入库货物的种类，降低排样冗余度，提高排样速度。优选地，所述最优货物放置方案的生成方法为：定义生成的所述货物放置方案的数量为g；定义每种所述货物放置方案中，第q种长度的所述空余仓位段的数量为Xq,其中q=1，2,…,j；定义每种所述货物放置方案中，第q种长度的所述空余仓位段中第i种长的所述入库货物的数量为aiq,其中i=1，2,…,m；建立线性数学模型如下：其中，第q种长度的所述空余仓位段的废弃位段的长度为rq；调用CPLEX优化器对所述线性数学模型求出最优解，即找出g种所述货物放置方案中所有的所述空余仓位段的废弃位段之和最小的解，作为所述最优货物放置方案。所述最优货物放置方案的生成方法通过建立所述线性数学模型找出g种所述货物放置方案中所述废弃位段之和最小的一种，即找出所述空余仓位段利用率最高的一种作为所述最优货放置方案。所述线性数学模型的约束条件为每种所述货物放置方案中第i种长的所述入库货物的总数量必须不小于它的需求量，并调用现有的CPLEX优化器以求出所述线性数学模型中目标函数的最优解。所述CPLEX优化器的远离为分支界定法，分支界定法是一种搜索与迭代的方法，选择不同的分支变量和子问题进行分支，检查所有分支的解及目标函数值，若某分支的解是整数并且目标函数值大于等于其他分支的目标值，则将其他分支剪去不再计算，若还存在非整数解并且目标值大于整数解的目标值，需要继续分支，再检查，直到得到最优解。所述最优货物放置方案的生成方法调用所述CPLEX优化器，使用数学规划和约束规划快速开发和部署优化模型，可快速可靠地求出所述线性数学模型的最优解。优选地，使用本实施例的分层式立体仓库的库位动态分配方法的仓库系统，如图2、图3所示，包括分层式立体仓库1、入库传送带2、出库传送带3、吊车4和库位管理器，所述入库传送带2设置于所述分层式立体仓库1的一端，所述出库传送带3设置于所述分层式立体仓库1的另一端；还设置吊车运行轨道5，如图2所示，所述吊车运行轨道5靠近所述分层式立体仓库1的一侧设置，所述吊车4安装在所述吊车运行轨道5上；所述分层式立体仓库1、所述入库传送带2、所述出库传送带3和所述吊车4均与所述库位管理器电连接，所述库位管理器包括所述货物存储信息库和所述CPLEX优化器。使用所述分层式立体仓库的库位动态分配方法的仓库系统中所述分层式立体仓库1为通铺式立体仓库，即是所述分层式立体仓库1的每一层都是通铺形式，既满足多种规格货物的存储，又避免因隔板或中间支撑架造成库位平面的浪费。所述库位管理器用于控制所述仓库系统和生成所述最优货物放置方案。使用所述分层式立体仓库的库位动态分配方法的仓库系统可实现货物的实时出入库，提高所述分层式立体仓库1的平面利用率和容积利用率。本实施例的所述分层式立体仓库的库位动态分配方法具有以下有益效果：1.所述分层式立体仓库的库位动态分配方法通过对所述空余仓位段和所述入库货物进行分析，生成所述最优货物放置方案，并根据所述最优货物放置方案进行入库，实现入库自动化作业，提高分层式立体仓库的容积利用率与平面利用率；2.所述最优货物放置方案的生成方法优先排放长度大的所述入库货物，长度较小的所述入库货物在后续的排样中将具有更高的灵活性，显著提高了整个排样结果的仓位利用率；3.所述最优货物放置方案的生成方法调用所述CPLEX优化器，使用数学规划和约束规划快速开发和部署优化模型，可快速可靠地求出所述线性数学模型的最优解。以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。