密集仓储项目案例及优化模型构建

JX物流中心是以智能密集仓储为中心，集快速处理客户订单和配送功能为一体的现代化物流项目，完成物料准确快速地存储、复核、集货、发运等业务。智能密集仓储系统包括四向穿梭车、提升机、货架、出入库站台及计算机调度管理系统，平面布局如（图2）所示。

1. 主要技术指标

(1) 存储货位数：5000货位 (6层货架)

(2) 设计最大储量：80000-100000件；

(3) )存储物料规格 (SKU) ：30个；

(4) 入库流量：满足生产线 3000件/天的产能，满足 500件/小时的入库流量；

(5) 出库流量：满足每天发货大箱 10000件/天，有效工作时间按6小时计算；

(6) 设备配置：4 台货架穿梭车，2 台提升机。

2. 建立多Agent模型

根据四向穿梭车 MAS 模型，建立基于多 Agent 的密集存储四向穿梭车调度模型，如（图3）所示，其协调调度管理策略及机制如（图4）所示。

3. 数据处理与设置

通过对计算机系统数据进行预处理及设置后，对连续时间、储位进行数据分析，得到系统运行基础数据。

(1) 货架梭车在进行出入库作业时，一动作周期具体分解为：接货(升降)-换轨匀加速直线运动匀速直线运动-匀减速直线运动-放货(升降)；

(2) 换轨时间 5S、升降时间 6S；

(3) 在进行换轨时，只需要子道向主道询问路径(通讯时间 4S) ；

(4) T实际=T_总=t_升降+n*t_换轨+t_直线t_通讯；

(5) 系统要求到达70PL/h (4台5车)的流量，按照均分原则，每层物料间隔时间为4PL/min；

(6) 针对多车模型，在主道只能一辆小车通过，当前车离开主道后，后车可以即刻进行。

4. 模型参数设置验证

在实际任务主导下，因要达到 T_实际=T_总，四向穿梭车在直线道上速度未知，进行多次数据校验，对平均速度进行参数化设置，使单车单循环的作业时间近似等于实际时间，在允许误差到达 2% 以下，得到可行性参数。

5. 基于多Agent的单车与多车任务调度优化

(1) 单车任务出入库调度

在进行单任务出入库任务时，存在多个穿梭车以及多台提升机竞争同一任务的情况，这种情况下的入库过程采用分布式控制的方式，控制决策由控制层的各Agent之间相互通讯协调来实现，对于单任务出入库来说，存在于一个最优选的穿梭车以及提升机选择，因此要对于各执行层Agent进行指标评价，主要指标有：穿梭车到出入库站台的时间，穿梭车预计完成任务的时间，穿梭车的排队任务指标，穿梭车的健康指标，穿梭车的利用率等。各子Agent需要互相协商，根据指标公式计算出自身能力值，同时对该任务进行竞标，随后由控制层Agent进行决策并分配任务，能力计算如下。

c(t) = h_a(t)(T_(Lxy，Le) + T_(Le，Lij)A式中： C(t)表示各子Agent的总能力值，h_a(t)表示健康指标，T_(Lxy，l)、T_(le，Lij)采用时间计算各子Agent完成任务的能力，A表示当前子Agent是否空闲，空闲为1，否则为0。

(2) 多车任务出入库调度

在进行多任务出入库任务时，采用集中控制方式，各子Agent将自己的能力转化为参数递交给调度系统中，随后采用改进的匈牙利算法，将所有完成任务的子Agent的能力指标参数构成一个代价矩阵，随后通过匈牙利算法对矩阵进行转换，最终得到一个简化矩阵，最终矩阵中为1的元素代表任务分配给这些子Agent。

Step1：输入效率矩阵，并且每行中减去最小元素；

Step2：从每列中减去该列最小元素；

Step3：每行中只有一个0，则对该0进行标记，对于标记所在列进行划线，依次划线；

Step4：每列中只有一个0，对该0进行标记，对于标记所在行划线，依次划线；

Step5： 矩阵中是否还存在未划线的0，若存在则转到STEP6，否则STEP8；

Step6：是否存在有0的闭回路若不存在则转到STEP3，否则STEP7；

Step7： 顺回路方向每一个间隔的0进行标记，对标记所在行列划线，随后转到STEP8；

Step8：是否每一行都有被标记的0，都存在则转到STEP10，否则STEP9；

Step9：找出未被直线覆盖的最小元素k，做成新矩阵b；=an-uiV，转到STEP2；

Step10：对应的1为最优分配解。