一种基于直方图均衡化的自动化立体仓库储位自动分配方案简述
自动化立体仓库目前被广泛的应用于零售,生产制造等行业,当新的物品到达仓库的时候,如何选择合适的策略为其自动分配合适的储位一直以来都是WMS系统需要解决的重要问题之一.本文提出一种基于直方图均衡化的储位自动化分配方法,该算法设计简单清晰易于实现,为储位自动化问题提供一个新的思路.
直方图均衡化的思想来自数字图象处理学.通过图像采集器采集到的图像由于受到光照或图像本身属性等因素的影响,图像中各灰度值所对应的频率不会均匀的分布在直方图的水平轴上,这样就导致图像层次不清,边界难以分清.直方图均衡化的目的就是将灰度值分布局部化直方图调整为均匀分布的形式,直观上看就是提高了图像的对比度,见图一,图二.
直方图规定化的思想来自直方图均衡化,规定化允许将一个已经存在的直方图分布,调整到我们需要的模式,例如,仓库中有1000中货品,出库每种货品被取到的概率从大到小分布,我们系统将这1000种货品分配到8个巷道中去,并使每个巷道中货品被取到的概率相近,这就可以使用直方图均衡化的方法实现这种映射关系.
考虑某零售业某仓库的自动化仓库入库的运作流程,货品到达仓库以后,主控系统根据智能轨道引导搬运车的位置和使用情况,就近调来空闲的搬运车,堆垛机器人将货品码放到搬运车上,搬运车从主控系统获得分配的储位,自动选择巷道轨道,将货物送到该储位,然后通过货架电梯运送到指定储位上,搬运车移动到指定位置等待下一次命令.出库时,主控系统会向搬运车发送出库指令,搬运车根据从主控系统获取的储位信息移动到对应位置取得货品,然后将货品搬运到出库区.从这个过程上来看,自动分配储位的策略实质上是要保证:
1. 各巷道内存货品的入库/出库频率相似,即搬运车经过任意巷道的概率相同.
2. 单个巷道内,搬运车应该能用最快的速度找到某一货品.
其中,第一条可以保证巷道有较高的使用率,可以同时运行而无需等待的搬运车数量最多,第二条可以保证在从货架上取货品的时候,搬运车在巷道内行进的距离最小.
调整仓库中货品的摆放位置:
仓库管理的目的实质上是要做调整进货和配送使货品的积压量最小,因此,可以假设对于某一种货品来说出入库频率基本相似,也就是说入库频繁的货品出库也一样频繁.这样模型可以简化到以出库最优作为系统最优的标准.
设仓库中共有M种产品,每种产品出库的概率分别为P1,P2,..,PM,且P1>P2>…>PM,设巷道数量为N,每巷道最多防止C种产品,N*C>=M.
将P1,P2,P3…组成一副原始直方图, 我们希望将这M中商品对应到N个巷道中,且使每个巷道中货品被取到的概率相同.直接利用直方图规定化的算法,我们可以得到M中商品放到N个巷道内的映射关系,根据这个映射关系即可满足上述要求.
单个巷道内货品摆放位置
取从一层第一个货位取商品所用时间T1与从二层第一个货位取商品所用时间T2,那么T’1=T2-T1则为升降机从一层上升到二层所需时间,设在这段时间内搬运车可以移动W个货位,那么则从W个货架以前从一层取货品所需时间都要比从二层第一个货位取货品的时间短.
取从第三层第一个货位所需时间T3,则可计算升降机从第一层移动到第三层所需时间,T’2=T3-T1.设这段时间搬运车可以移动2W个货位,那么显然,从第一层的前W’个货位取货品所需时间都要小于从第三层第一个货位取货品所需时间.
同理,以此类推可知将巷道内所有货品按如下顺序摆放引导车取得某种货品所需时间最短:
1. 如果第一层前w个货位有空位,则从剩余货品中选择出库概率最大的货品放在该位置.
2. 如果第一层前w个货位已满,则从剩余货品中选择出库概率最大的货品放在第二层第一个货位上.
3. 如果第二层前w个货位有空位, 则从剩余货品中选择出库概率最大的货品放在该位置.
4. 如果第二层前w个货位已满,则从则从剩余货品中选择出库概率最大的货品放在第一层第w+1的货位上.
5. 以此类推.
货品摆放形式如下:
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 ….
新货品到达时,货位选择策略.
1. 根据已有知识确定新货品出库概率.
2. 计算每个巷道所有货品总出库概率.
3. 选择概率最小的巷道作为新货品所要加入的巷道.
4. 根据巷道内货品的摆放策略选择摆放层数.
5. 根据巷道内货品的摆放策略选择摆放货位.
6. 将巷道和货位信息传给搬运车.
