关于自动存储和检索系统的调查外文翻译资料

 2022-10-27 10:10

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关于自动存储和检索系统的调查

抽象的自动化存储和检索系统 (AS / RSs) 仓储系统用于存储和检索的分布和生产环境中的产品。本文概述了过去的 30 年的文献。当前最先进的是为AS/ RS一系列的问题提供全面解释 ，如系统配置，运作时间估计，存储分配，点定位，并要求测序。审查的模型和求解方法大多只适用于静态调度和设计等问题。然而，AS/RS的要求逐渐成为，更多的动态性质以及哪些新的模型将需要制定来克服大的计算时间和有限的规划视野，并提高系统的性能。为今后的研究的几种其他途径的AS / RSs的设计与控制也被详细提到。

关键词 ︰ 物流、 自动化存储和检索系统，仓库、 系统设计、 控制策略。

1介绍

自动化的存储和检索系统自从 1950 年代推出以来已被广泛应用于分派和生产环境。自动化的存储和检索系统(AS/RS)通常包括起重机机架之间通过过道运行的机架。AS/RS是能够在运营商的介入下处理托盘，因此该系统完全自动化。无论是在生产和分配环境作为 RSs 是用来把产品（例如原料或（半 成品） 中存储产品,并且从存储中检索这些产品来完成订单。1994 至 2004 年期间，分布在美国的分发环境的AS/RS的数目有了显著地上升（自动存储检索系统生产科的材料处理的美国工业，2005年）。AS的用法，相对于无自动化系统，AS/ RSs 有几个忧点。比如节省劳动成本和占地面积，增加可靠性和减少出错率，明显的缺点是高投入（一台单巷道AS/RS约634000美元，Zollinger,1999）,控制系统的低柔性和高投入（大约103000 美元，zollinger,1999）

在设计AS/RS的时候，许多的物理设计和控制问题都必须以正确的方式来充分利用它们各自的优点。本文试图在研究近些年和过去的文献的同时提出的所有关于 AS/RS 设计和控制的生产和分配的环境中的重要问题。之前，有些概述已发表论文讨论部分的 AS/ RS 文献。然而，几乎所有这些概况文件，在AS / RSs中都具有不同的重点，例如，一般仓库设计。正因为如此，只有为数有限的AS/RSs 中的要点在这些文件中被提到。Matson和White （1982 年） 审查的材料处理研究领域，其中之一就是与AS/RSs有关。 Kusiak （1985 年） 描述了设计和业务决策问题，为的是集中于自动化导引车和AS/RS建造柔性制造系的一个焦点上。作者为AS/RS论述了设计、 存储和配料 （即，巩固订单） 政策。 Johnson 和 Brandeau（1996 年）讨论随机模型的设计和控制的自动导引运输车和AS/RS。Manda和 Palekar （1997 年） 讨论一些文件对 AS /rs的运作时间估计 / RSs 和存储分配规则。

仓库的设计和控制的一般概述包括Cormier、 Gunn(1992),Van den Berg(1999),Rouwenhorst(2000)等人，Dekoster等人（2007）和Gu等人（2007）。由于其广泛的范围，这些五份文件只讨论零碎的 AS / RS 的问题。我们所知，Sarker 和Babu （1995年） 是专门为讨论AS/RS的文章。然而，只集中在运作时间模型上介绍一些AS/RS设计方面的问题。我们认为，我们的论文似乎是第一篇十多年专门致力于为AS/ RSs编写的文章，以及有史以来第一次概述了所有关于AS/RS的设计和控制中的问题。

本文的主要结构可以描述如下。第一，我们提出中普遍有关AS / RSs 的描述和相关设计和控制问题的分类。本文主体部分包括讨论这些设计和控制问题的求解方法的概述。最后，我们表明有关开放研究的问题。更详细的说，第二部分定义各种类型的AS/RSs和描述一些重要的技术特征，第3部分提出的物理设计和控制问题的分类，这个详细的介绍将会在第4节用更详尽的方法提到，该方法支持每个讨论的物理设计问题，文中为存储分配处理单独控制政策 (第5节)，配料(第6节)、停车的空闲 AS/RSs (第7节) 和排序 (第8节) 将在后面的章节中讨论。运作时间估计和其他性能指标将在第9节中展示。第10节提出结论和进一步研究的问题。

2 AS/ RS 类型

AS / RS 系统被定义为一个存储系统，采用固定路径存储和检索机运行在一个或多个 轨道之间固定的存储阵列机架 （自动存储检索系统生产科的材料处理的美国工业，2005年）。AS/RS是用于存储和检索货物,它有多种不同的设施。作为AS/RS的主要组成部分，货架，起重机，过道，I/O 点，和选取位置。机架是通常金属结构，拥有可容纳需要存储的负载 （例如，托盘） 的位置。起重机是完全自动化的存储和检索机器，可以自主地移动、拾起和卸载货物。巷道是在货架两边的空位置，起重机可以在里面移动。输入/输出（I/O点）是检索出的货物取出，即将到来的货物选取并存储的位置。选取位置 （如果有）是，当人在货物送回系统之前将一些独立的单元移除的位置。

大量的系统选项存在 As/RSs。最基本的版本的AS/RS 已在每个通道安置一台吊车，这离不开其指定的通道（通道俘虏）和其中一次只可以运输只有一组货物 （单班车）。产品处理在这种情况下是由货物单元完成（例如，完全托盘数量）;处理货物单元不需要人的介入。基本版本中的货架是固定的和单深的，这意味着每个货物是直接由起重机控制的。这 种AS / RS 类型称为单一机组负荷过道俘虏 AS / RS。许多变化存在于这个基本的 AS / RS。图 1 中的主要选项概述。下面我们将简要讨论一些选项。

一可能变化的基本 AS / RS 是当起重机能够改变在过道的时候。在这种情况下，系统中就有可能拥有比过道少的起重机。如果请求的数量不能满足每条过道总起重机的能力，将会是非常有益的。为了克服了起重机的机组负荷能力的限制，多梭起重机就被研发出来了。这种起重机每次可以传输两个或多个货物。可以传输两个负载的起重机是也被称为双班车起重机; 可运载两个以上负荷的起重机仍然很少见。增加传输容量使得起重机，例如，第一次检索一个负载，然后将另一个负载在同一位置存储而无需在这两者之间去I/O点。

通常AS / RS 安装用来处理单元荷载（通常情况下，托盘）。成组货件到达AS / RS 的I/O 点，来自仓库其他部分的方法，借用例如，自动引导的车辆、 输送机、 或叉车来完成。单位载荷都存储在 AS / RS 中，经过一段时间他们再次检索，例如，要向客户发运。然而，在许多情况下，可能需要仅部分机组负荷来完成客户的订单。这能够由有仓库单独领料区来解决。;在这种情况下 AS / RS 有助于补充领料区。另外，拣选操作可以结合 AS / RS。一种方法是设计一种起重机，一个人可以骑上（人板载）。而人可以从该位置选择一个项目，不是从位置自动检索完整的托盘，。更常见的集成物料领料的方法是当AS/RS在负载工作站系放下检索的单元，选择器在此工作站需要所需的产品从机组负荷量后，AS / RS 将剩余的负载移回到存储机架。该系统通常被称为结束的通道系统。如果单位荷载是箱子，那么系统通常被称为作为小型AS/RS。

存储机架中的可能会出现单或双深。在双深度机架，每个机架位置有两个成组货件;一个货物存储在另一个货物前面。如果在第一个位置没有负载负荷，货物只能从第二个位置放入或检索。，如果各种负载是相对较低且这些载荷的流动率非常高 （汤普金斯 et al.，2003年），那么双深度存储可能有益。对起重机的修改可能需要能够存储和检索负载的两个位置。传送带系统 （水平或垂直、 单或双） 是适用于存储在不同级别的小型和中型产品。起重机用于存储和检索项的旋转传送带上。双旋转传送带的下限和上限部分可以彼此独立地旋转。

最后，值得一提的是一种特殊类型的AS/RSs 称为自主车辆储存和检索系统。该系统分离的横向和纵向的行走。车辆在巷道的轨道上水平行驶，升降机用来传送垂直上升的货物。

3 设计的概述

设计AS/RS是至关重要的，它能有效地处理当前和未来的需求，同时避免瓶颈和产能过剩。由于设备的物理布局的僵硬立场，有必要一次的完成正确的设计。图 2 示意性的设计视图展示了设计的要点和它们的相互关联。

AS/RS 通常是一个仓库众多系统中的一个，认识到这一点非常重要。AS/RS的性能的通常受其他系统影响，正如其他系统的性能被AS/RS影响影响一样。这是最明显的，但不是限于在系统之间的相互作用 AS/ RS 的I/O 点。货物在AS/RS中的I/O点被选取和放下。例如，输送机系统或一组车辆要完成I/O 点到仓库的其余部分的连接。在一个系统中的延迟会导致在其他系统中的延误，。因此，当决定其位置和其缓冲容量的数目时，可能需要也看看其他系统的特点。

此外，AS/RS的要求可能取决于系统的一般环境。在制造环境中 AS / RS 主要需要及时提供所需的全部材料，以确保能够继续生产。生产领导和永远不会停止等待 AS/RS。在分布环境中，AS/RS 执行或支持顺序检索过程中，以确保客户的订单能及时完成。

AS/RS实际设计的一部分显然包括确定其外表。物理设计包括两个方面，共同决定系统的物理表现。首先，我们选择 AS/RS 类型（系统选择）。第二，必须配置选定的系统，例如，过道和机架尺寸（系统配置） 的数量决定。这些相互关联的选择可以基于别人、 历史和预测数据、 产品特性、 可用预算、 所需的吞吐量、 所需的存储空间和之间可用土地空间。各种选项 AS/RS 类型显示在图 1 中，然而，小小的研究是可用以从可用选项中选择最好的系统类型。Allen （1992 年）中详细综述各种 AS/RS 类型选择的标准。

任何给定类型AS/RS的配置列表如表 1 所示。对于一个典型的设计问题，事先给出总能力。这基本上意味着过道尺寸、机架高度及机架长度数目为常数。因此增加的通道数意味着减少机架长度和高度，以保持所需的存储容量。由于这种关系以及减少的机架长度和高度，更多的过道间接导致短的响应时间，。此外，在一个标准的系统与一台吊车每一通道设计在同一时间经常以多种方式更改，更多的过道也意味着有更多的起重机，反过来导致更高的吞吐量和更高的投资成本。

当给定了通道数，仍有机架高度与长度之间的权衡。由于起重机可以同时垂直和水平运动，实际运动时间等于最大值的水平和垂直旅行时间（切比雪夫距离度量）。水平速度通常是3米/秒，垂直行程速度达0.75米每秒（汤普金斯 et al.，2003年）。机架高度和长度之间的良好平衡可以帮助缩短运动时间。一个常见的但不一定是最佳选择，配置是机架是时间的平方，这就意味着达到最高的行所需的时间等于到达的最远的列所需的时间。任何不是时间平方的都称为矩形。

经常机架有同样大小的存储位置。不过，为了满足多数不同客户需求，允许一个单独的货架存储不同形状的荷载。另外，AS / RS中每个巷道可能有多个I/O点。而不是只把一个I/O点放在巷道的前面，另一个可能是位于在中和（或） 后面的过道里。以这种方式的话，流动的传入和传出的负载可以容易地被分离。将在第4节写到该领域中的物理设计研究。

像物理设计一样重要的，软件控制需要让 AS / RS 业务运作起来 （例如 Fohn 等，1994年和Terry等人，1988年）。一个好的设计程序应该同时解决物理设计和系统的控制问题。无论实际优化过程中，绩效评价体系需要评估在每个阶段所得到的系统的整体性能。这强调性能在该领域中的重要性。许多出版物中提到性能测试方法，这将第九节中讨论。

控制策略是用来确定AS/RS中执行和操作的方法。通常情况下， AS / RS的操作由一套连贯的调控政策，其中关系到各项活动的特定子集。存储分配策略有助于确定哪些产品分配到哪个位置。空闲的起重机 （即，没有要执行的作业的起重机）等待的位置取决于一个停留点策略。停留点最好选择在前往下一个 （仍然是未知的）请求的预期时间。

一个单位负载 AS/ RS 能以两种方式工作，即在单指令周期或双指令周期下工作。在单个命令周期起重机执行单个存储或检索单个请求。存储周期时间然后就等于回升负载输入的站、时间旅行到的存储位置、时间可在机架中的负载和返回到输入车站的时间的总和。周期时间检索可以类似地定义。如果AS/RS 在一个单独的周期执行存储和检索请求，我们称之为双命令周期。在这种情况下，周期时间定义为回升负荷、 时间旅行到的存储位置和存储负载， 从存储位置到检索位置的空行程时间和从捡取货物到和运输到输出站时间的总和。显然，如果执行双周期命令，执行所有的存储和检索请求的总检索请求的总时间会减少，A S / RS的行走由序列构成的单或双命令周期的原点的第一个请求开始和结束于最后一个请求的目的地。排序规则可以用于创建运动行程，这样处理所有请求的总时间降至最低或预期的时间也打破了。

作为最后一种控制策略，配料认为如何一个可以将不同客户订单合并到单一的起重机 的运行(主要适用于人对板AS/RS)。表 1 概述了所有可能需要选择的控制决策问题。众所周知，某些组合控制策略比其他组合更好地工作。在5-8 中我们广泛地讨论了目前所有 AS/RS控制在文献中已有的策略。.

4 物理设计

只有一些极少文件提到了与工厂中其他材料搬运系统的设计结合的AS/RS的设计，这些文件中大多数考虑到了大量生产的环境。Chincholkar 和 Krishnaiah Chetty（1996年） 使用方法如Petri 网与Taguchi方法在制造系统同时解决AS/RS 系统的调度作业到和机器调度的工作。AS / RS 负责存储和检索货物并将货物在机器之间转移。英曼 (2003) 研究的了在汽车行业中AS/RS的用法。 AS/RS 的功能是在该设施中的各种流程处理的工作中将其还原序列。确定AS / RS的容量基于需要改期的作业的数目。作为一个结果，设计自动化立体仓库是完全从属于在设施中在组装的过程。

Hwang 等人 （2002 年） 结合自动化导引车考虑了小型货架的设计，提出了非线性模型及启发式算法来确

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