一種基於直方圖均衡化的自動化立體倉庫儲位自動分配方案簡述
自動化立體倉庫目前被廣泛的應用於零售,生產製造等行業,當新的物品到達倉庫的時候,如何選擇合適的策略爲其自動分配合適的儲位一直以來都是WMS系統需要解決的重要問題之一.本文提出一種基於直方圖均衡化的儲位自動化分配方法,該算法設計簡單清晰易於實現,爲儲位自動化問題提供一個新的思路.
直方圖均衡化的思想來自數字圖象處理學.通過圖像採集器採集到的圖像由於受到光照或圖像本身屬性等因素的影響,圖像中各灰度值所對應的頻率不會均勻的分佈在直方圖的水平軸上,這樣就導致圖像層次不清,邊界難以分清.直方圖均衡化的目的就是將灰度值分佈局部化直方圖調整爲均勻分佈的形式,直觀上看就是提高了圖像的對比度,見圖一,圖二.
直方圖規定化的思想來自直方圖均衡化,規定化允許將一個已經存在的直方圖分佈,調整到我們需要的模式,例如,倉庫中有1000中貨品,出庫每種貨品被取到的概率從大到小分佈,我們系統將這1000種貨品分配到8個巷道中去,並使每個巷道中貨品被取到的概率相近,這就可以使用直方圖均衡化的方法實現這種映射關係.
考慮某零售業某倉庫的自動化倉庫入庫的運作流程,貨品到達倉庫以後,主控系統根據智能軌道引導搬運車的位置和使用情況,就近調來空閒的搬運車,堆垛機器人將貨品碼放到搬運車上,搬運車從主控系統獲得分配的儲位,自動選擇巷道軌道,將貨物送到該儲位,然後通過貨架電梯運送到指定儲位上,搬運車移動到指定位置等待下一次命令.出庫時,主控系統會向搬運車發送出庫指令,搬運車根據從主控系統獲取的儲位信息移動到對應位置取得貨品,然後將貨品搬運到出庫區.從這個過程上來看,自動分配儲位的策略實質上是要保證:
1. 各巷道內存貨品的入庫/出庫頻率相似,即搬運車經過任意巷道的概率相同.
2. 單個巷道內,搬運車應該能用最快的速度找到某一貨品.
其中,第一條可以保證巷道有較高的使用率,可以同時運行而無需等待的搬運車數量最多,第二條可以保證在從貨架上取貨品的時候,搬運車在巷道內行進的距離最小.
調整倉庫中貨品的擺放位置:
倉庫管理的目的實質上是要做調整進貨和配送使貨品的積壓量最小,因此,可以假設對於某一種貨品來說出入庫頻率基本相似,也就是說入庫頻繁的貨品出庫也一樣頻繁.這樣模型可以簡化到以出庫最優作爲系統最優的標準.
設倉庫中共有M種產品,每種產品出庫的概率分別爲P1,P2,..,PM,且P1>P2>…>PM,設巷道數量爲N,每巷道最多防止C種產品,N*C>=M.
將P1,P2,P3…組成一副原始直方圖, 我們希望將這M中商品對應到N個巷道中,且使每個巷道中貨品被取到的概率相同.直接利用直方圖規定化的算法,我們可以得到M中商品放到N個巷道內的映射關係,根據這個映射關係即可滿足上述要求.
單個巷道內貨品擺放位置
取從一層第一個貨位取商品所用時間T1與從二層第一個貨位取商品所用時間T2,那麼T’1=T2-T1則爲升降機從一層上升到二層所需時間,設在這段時間內搬運車可以移動W個貨位,那麼則從W個貨架以前從一層取貨品所需時間都要比從二層第一個貨位取貨品的時間短.
取從第三層第一個貨位所需時間T3,則可計算升降機從第一層移動到第三層所需時間,T’2=T3-T1.設這段時間搬運車可以移動2W個貨位,那麼顯然,從第一層的前W’個貨位取貨品所需時間都要小於從第三層第一個貨位取貨品所需時間.
同理,以此類推可知將巷道內所有貨品按如下順序擺放引導車取得某種貨品所需時間最短:
1. 如果第一層前w個貨位有空位,則從剩餘貨品中選擇出庫概率最大的貨品放在該位置.
2. 如果第一層前w個貨位已滿,則從剩餘貨品中選擇出庫概率最大的貨品放在第二層第一個貨位上.
3. 如果第二層前w個貨位有空位, 則從剩餘貨品中選擇出庫概率最大的貨品放在該位置.
4. 如果第二層前w個貨位已滿,則從則從剩餘貨品中選擇出庫概率最大的貨品放在第一層第w+1的貨位上.
5. 以此類推.
貨品擺放形式如下:
4w+1 4w+2 4w+3…5w ……
w+1 w+2 w+3…2w 3w+1 3w+2 … 4w
1 2 3 ... w 2w+1 2w+2 …. 3w ….
新貨品到達時,貨位選擇策略.
1. 根據已有知識確定新貨品出庫概率.
2. 計算每個巷道所有貨品總出庫概率.
3. 選擇概率最小的巷道作爲新貨品所要加入的巷道.
4. 根據巷道內貨品的擺放策略選擇擺放層數.
5. 根據巷道內貨品的擺放策略選擇擺放貨位.
6. 將巷道和貨位信息傳給搬運車.