自动化立体仓库课程设计xin.docx

1、自动化立体仓库课程设计xin自动化立体仓库课程设计xin 自动化立体仓库课程设计xin 交通运输学院课程设计 目录 1.绪论1 1.1 自动化立体仓库的发展1 1.2 自动化立体仓库的概念1 1.2 自动化立体仓库的特点2 2.货位规划4 2.1设计条件4 2.2计算系数矩阵4 2.2.1符号假设4 2.2.2已知条件5 2.2.3计算系数矩阵5 2.3运用匈牙利算法求解7 2.4最终的货位规划图14 2.5运行结果14 2.6设计总结15 3.堆垛机径路规划17 3.1设计条件17 3.2计算节点相对距离17 3.2.1符号假设18 3.2.2已知条件18 3.2.3计算节点相对距离18 3

2、.3规划堆垛机合理线路20 3.3.1最近邻点法20 3.3.2最近插入法22 3.3.3两种方法的程序运行结果27 3.4分析结果27 3.5设计总结28 参考文献30 附录31 29 1.绪论 1.1 自动化立体仓库的发展 1.1.1 国外自动立体仓库的发展 自动化立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。 50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。 此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。

3、 60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。 1.1.1 我国自动化立体仓库的发展概况 我国自动化仓库的发展与欧美、日本等发达国家相比起步较晚，国内第一座自动化仓库是郑州纺织机械厂冷作二车间的模具库，建成于1974年2月，与此同时，国内一些科研机构也开始了自动化仓库的研究工作。 起步最早的是原一机部系统的起重研究所、自动化研究所和第九设计院等单位。 1974年北京汽车制造厂与自动化研究所合作，动工兴建了该厂的自动化仓库。 稍后，北京商业储运公司与河南粮食科研所和中科院自动化研究所合作，兴建了该公司的针织品自动化仓库。 至1980年

4、，我国已经建成和正在施工建设中的自动化仓库达到21座。 我国的自动化仓库大部分是简易的中低层小型分离式仓库。 货架只有单元货架和重力货架两种。 作业方式几乎都是巷道堆垛机配以小车、叉车或输送机等周边设备。 这些仓库主要分布在机械制造业，其次是商业、电气行业。 仓库的控制以手动控制为主，能够单机自动远距离控制的目前只有北京汽车制造厂零件库、长沙火车站库和天津储运公司库。 在已经建成的自动化仓库中，有一些还处于调试中，有一些则因故障率太高，难以正常使用。 1.2 自动化立体仓库的概念 所谓自动化立体仓库是指在高层货架用货箱或托盘储存货物，用电子计算机管理和控制巷道式堆垛机及其他机械，不需要人工搬运

5、作业而实现收发作业的仓库。 1.2.1 自动化立体仓库的种类 自动化立体仓库可以按照物品的特性、自动化立体仓库的建筑物形式及设备形式等进行分类，下面逐一进行介绍。 1 按照储存物品的特性进行分类 常温自动化立体仓库系统：常温仓库系统温湿度一般限制在540一下，相对湿度限制在90以下。 低温自动化立体仓库系统：该系统包括恒温空调仓储系统、冷藏仓储系统、冷冻仓储系统等。 恒温空调仓储系统相对于温湿度的要求是低温、低湿度，依照其存放物品对于温湿度的要求而设计。 冷藏仓储系统的温度必须在低温05之间，主要用作蔬菜和水果的储存。 冷冻仓库系统，一般而言有-2到-35极速冷冻。 但由于刚才在-20以下会有

6、脆化现象，机械性只会急剧变化，所以冷冻自动仓库的钢架必须考虑使用低温材料以及低温焊材。 防爆型自动仓储系统：主要以存放具有挥发性或易于燃爆的物品为主，所以其系统中使用的电器电控照明等设备，必须考虑其功能，按照不同的防爆等级来设计，因此会有不同的造价。 2.按照自动化立体仓库建筑形式进行分类 按照建筑物形式划分可以将自动化立体仓库分为自立式钢架仓储系统、一体式钢架仓储系统。 3.按照自动化立体仓库设备形式进行分类 按照自动化立体仓库设备形式来划分，自动仓储系统可以分为单位负载式自动化立体式仓库、开放式钢架、封闭式钢架、推回式钢架、重力式钢架、水平式钢架子母车系统等等。 1.3 自动化立体仓库的特

7、点 1.3.1 自动化立体仓库的优点 自动化立体仓库的主要优点有以下几个方面： 提高劳动生产率，降低劳动强度。 提高仓库空间利用率。 减少商品的破损率。 提高仓库的管理水平。 1.3.2 自动化立体仓库的缺点 自动化立体仓库的缺点主要在以下六个方面; 结构复杂，配套设备多，建筑和设备投资较高。 货架安装精度要求高，施工比较困难，而且施工的周期长。 储存货物的品种受到一定限制，不适于储存超长和重量较大的货物。 作业弹性小，难以应付储存高峰需要。 设备的保养和维护依赖于供应商。 系统发挥优势，需与其他管理咨询系统（采购、配送、销售）相结合。 因此，在选择建设自动化立体仓库时，必须综合考虑自动化立体

8、仓库在整个企业中的运营策略地位和设置自动化立体仓库的目的，不能为了自动化而自动化，而后再详细斟酌建设自动化立体仓库所带来的正面和负面影响。 最后，还要考虑相应采取的补救措施。 所以，在实际建设中必须进行详细的方案规划，进行综合评测，最终确定建设方案。 2.货位规划 2.1设计条件 某自动化立体仓库采用2行3列的单元货格式货架存放货物，一共有6个货格，每个货格存放一个托盘货物。 货格以按列编码的形式进行编号，如图2.1所示。 已知其它参数假定如下：假设堆垛机在水平方向的行驶速度Vx=3.0m/s，在垂直方向的行驶速度Vy=2m/s；货格大小为L（长）W（宽）H（高）=1m1m0.8m；堆垛机初始

9、状态在原点0处；货格j的横坐标和纵坐标就是其所在的列和行，如货格6的坐标为（3，2）。 现有6个托盘货物需要存放到货架上，货物的出入库频率如表2.1所示。 Vy 2 4 6 1 3 5 0 Vx 图2.1原始货格图 表2.1 托盘货物出入库频率表 货物 频率 货物 频率 货物 频率 A 6 C 15 E 4 B 30 D 9 F 20 根据以上条件，利用匈牙利算法合理安排各托盘货物的存放位置。 2.2计算系数矩阵 2.2.1符号假设 1.为第i种货物的出入库频率（次数），i=A，B，C，D，E，F； 2，分别为货格j的横坐标和纵坐标，即货格j所在的列和行（距离巷道口最近的列记为第1列，最底层记

10、为第1层），j=1，2，3，4，5，6； 3为水平方向的行驶速度； 4.为垂直方向的行驶速度； 5.L为货格的长； 6.W为货格的宽； 7.H为货格的高； 8.为堆垛机运行之货格j所用时间，该时间是堆垛机行进过程中水平方向和垂直方向所用时间的最大值，j=1，2，3，4，5，6； 9. 为堆垛机将货物i向货格j存取时所花费的时间。 2.2.2已知条件 =6，=30，=15，=9，=4，=20； =3.0m/s, =2.0m/s；LWH=1m1m0.8m； 货格1的坐标为（，）=(1,1)；货格2的货格为（，）=（1，2）；货格3的坐标为（，）=（2，1）；货格4的坐标为（，）=（2，2）；货格5

11、的坐标为（，）=（3，1）；货格6的坐标为（，）=（3，2）。 2.2.3计算系数矩阵 1.计算：公式为=max （2.1） =max=max=1/3 =max=max=2/5 =max=max=2/3 =max=max=2/3 =max=max=1 =max=max=1 2.计算系数矩阵中的系数：= （2.2） =61/3=2, =301/3=10, =151/3=5,=91/3=3, =41/3=4/3，=201/3=20/3； =62/5=12/5，=302/5=12， =152/5=6，=92/5=18/5， =42/5=8/5，=202/5=8； =62/3=4，=302/3=20，

12、 =152/3=10，=92/3=6， =42/3=8/3，=202/3=40/3； =62/3=4，=302/3=20， =152/3=10，=92/3=6， =42/3=8/3，=202/3=40/3； =61=6，=301=30， =151=15，=91=9， =41=4，=201=20； =61=6，=301=30， =151=15，=91=9， =41=4，=201=20； 得到系数矩阵表： 表2.2系数矩阵表 A B C D E F 1 2 10 5 3 4/3 20/3 2 12/5 12 6 18/5 8/5 8 3 4 20 10 6 8/3 40/3 4 4 20 10 6

13、 8/3 40/3 5 6 30 15 9 4 20 6 6 30 15 9 4 20 2.3运用匈牙利算法求解 1. 匈牙利算法的步骤 第一步：建等效矩阵。 （1） 从系数矩阵的每行元素中减去该行的最小元素。 （2） 再从所得系数矩阵的每列元素中减去该列的最小元素。 第二步：找独立0元素，进行试指派。 （1）从只有一个0元素的行（或列）开始，给这个0元素加括号（0），表示这行所代表的货格已有一种货物分配。 然后划去（0）所在列（或行）的其它0元素，记作“”，表示这列所代表的货物已指派。 （2）对只有一个0元素的列（或行）的0元素加括号（0），然后划去（0）所在行（或列）的0元素，记作“”。

14、如果在（1），（2）两步中，遇到每一行和每一列都有两个或两个以上的0元素，可任选一个加括号，同时把其所在行和列的0元素都划去。 （3）重复（1），（2）两步，直到所有0元素都被加括号或打叉。 （4）加括号的0元素即为独立0元素，若其个数m等于矩阵的阶数n，则已得到问题的最优解。 若m 第三步：用最少的直线覆盖所有0元素。 （1）对没有独立0元素的行打“”。 （2）对以打“”的行中所含0元素的列打“”。 （3）再对（2），（3），直到得不到新的打“”的行、列为止。 （4）将没有打“”的行和以打“”的列用直线覆盖，且直线的数目一定等于独立0元素的个数。 转第四步。 第四步：增加0元素。 从没有被直

15、线覆盖的元素中找出最小元素。 未被覆盖的元素都减去该最小元素，而被两条线覆盖的元素都加上该最小元素，其它元素不变。 这样得到新系数矩阵，转第二步，重新确定独立0元素。 2应用过程 (1)给系数矩阵表乘以15， 从系数矩阵的每行元素中减去该行的最小元素, 再从所得系数矩阵的每列元素中减去该列的最小元素，得到等效矩阵。 （2）从只有一个0元素的第2行开始，给这个0元素加括号（0），表示这行所代表的货格已有一种货物分配。 然后划去（0）所在列的其它0元素，记作“”，表示这列所代表的货物已指派。 对只有一个0元素的第1列的0元素加括号（0），然后划去（0）所在行的0元素，记作“”。 独立0元素的个数m

16、=2 （3）用最少的直线覆盖所有0元素。 对第3、4、5、6行打“”。 对第5列打“”。 得不到新的打“”的行、列，停止。 将没有打“”的行和已打“”的列用直线覆盖，且直线的数目一定等 于独立0元素的个数。 （4）增加0元素。 从没有被直线覆盖的元素中找出最小元素2。 未被覆盖的元素都减去该最小元素，而被两条线覆盖的元素都加上该最小元素，其它元素不变。 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=3n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=3n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 重新确定 独立0

17、元素 用直线覆盖 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=4n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=4n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 重新确定 独立0元素 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=4n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=5n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 重新确定 独立0元素 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m

18、=5n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=5n=6，用最少的直线覆盖所有0元素。 重新确定 独立0元素 m 这样得到新系数矩阵，然后重新确定独立0元素。 矩阵中独立0元素的个数m=n=6，所以问题已得最优解，将矩阵中的非0元素变为0，将独立0元素变为1。 重新确定 独立0元素 m=n 由解可得最优分配方案：A货物放5货格，B货物放1货格，C货物放3货格，D货物放4货格，E货物放6货格，F货物放2货格。 2.4最终的货位规划图 2（货物F） 4（货物D） 6（货物E） 1（货物B） 3（货物C） 5（货物A） 图2.2最

19、终的规划货位图 通过以上手工计算过程，我们得知计算繁琐且困难，计算结果误差较大，为了简化计算过程，减少作业量，提高完成作业的效率，同时使得计算结果精确而又可靠，也使得阅读者能清晰而又准确地理解我们的计算过程，于是我们利用计算机编程语言，经过对程序的运行，得出2.5示结果图。 2.5运行结果 计算机编程运行过程与手算结果一致，编程语言见附录。 为了能更好更快地掌握与编程有关的知识，在以后的学习工作中我们应该多多地运用此方法解决类似的设计问题，以提高作业效率。 2.6设计总结 在此次的课程设计中不仅检验了我们所学习的知识，也培养了我们如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。 在设

20、计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。 学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真细致的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 通过这次货位优化设计，我们在多方面都有所提高。 通过这次优化设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次货物位置优化设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充

21、了自动化立体仓库设计等课程所学的内容，掌握自动化立体仓库设计的方法和步骤，掌握货位优化设计的基本思想，懂得了怎样分析货位能力，怎样确定设计方案，了解了货位的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 通过此次课程设计，我们了解了自动化立体仓库货位规划问题，并掌握了解决这个问题的方法：匈牙利算法。 利用匈牙利算法对货位进行规划，合理安排各托板货物的存放位置。 将学到的计算方法灵活运用到现实问题中，可以量化的解决问题，增加了我的知识储备。 在此过程中，培养了我们的细心计算和认真检查能力。 更重要的是，我们学会了这种学习的方法

22、，而这是日后最实用的，真的是受益匪浅，也感觉到了收获的喜悦。 在此感谢我们的赵小柠老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我们无尽的启迪；这次自动化立体仓库货位优化设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。 而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我们很顺利的完成了这次课程设计。 没有你的指导和讲解，我们根本无法顺利完成此次课程设计，设计过程中有很多需要注意的事项和细节，你都反复跟我们强调，让我们尽量避免出现不必要的错误。 你细致而又耐心的解答我们每一个人的疑难问题，使得我们的设计过程变得顺理，设计结果更加准确。 是你让我们

23、懂得了好多不曾懂得知识，在设计过程中，我们不仅巩固了以前学过的相关知识，同时也通过此次设计了解并掌握了相关的新知识，使得我们的各方面知识有更进一步的扩展。 同时感谢互帮互助的同学们，谢谢大家相互之间的帮助和支持，让我们感受到同学之间的友谊之情。 单靠一个人的力量是无法顺利完成课程设计，只有互相协助，互相合作，发挥各自优势，才能更好更有效地完成一项作业，所谓“团结就是力量”。 由于我们的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，但我们也已经很努力的做了，有不足之处的恳请老师多多指教,及时住处我们存在的问题，并指导我们如何更好地完成课程设计，以便我们吸取教训，在以后的课程设计中不再出现类似的错误和不

24、足，能很快很准确的完成课程设计，同时也渐渐完善我们自己的设计能力，为以后在工作中的相关设计奠定坚实的基础。 我们将会十分诚恳地接受你的批评与指正，争取最大努力在以后的课程设计中做的越来越完美。 3.堆垛机径路规划 3.1设计条件 随机从图3.1中的25个货格中抽出7个货格的货物，分别用节点v1,v2,v3,v4,v5, v6,v7表示。 节点间的距离用直角距离公式求解。 分别用最近邻点法和最近插入法找出堆垛机存取7个托盘货物的合理路线。 Vy 5 (O) 10 (U) 15 (W) 20 (X) 25 (Y) 4 (G) 9 (K) 14 (T) 19 (N) 24 (Q) 3 (D) 8 (

25、J) 13 (H) 18 (E) 23 (S) 2 (B) 7 (F) 12 (I) 17 (V) 22 (R) 1 (A) 6 (C) 11 (M) 16 (P) 21 (L) o Vx 图3.1 最终的货位规划图 3.2计算节点相对距离 从图3.1中随机抽出7个货格的货物B、J、I、T、P、X、S，分别用节点,，表示。 货格和节点的相对位置如图3.2、图3.3所示。 Vy 5 (O) 10 (U) 15 (W) 20 (X) 25 (Y) 4 (G) 9 (K) 14 (T) 19 (N) 24 (Q) 3 (D) 8 (J) 13 (H) 18 (E) 23 (S) 2 (B) 7 (F

26、) 12 (I) 17 (V) 22 (R) 1 (A) 6 (C) 11 (M) 16 (P) 21 (L) o Vx 图3.2货格相对位置图 图3.3节点相对位置图 3.2.1符号假设 1. 表示节点i，i=1，2，3，4，5，6，7； 2.为节点与之间的直角距离； 3. 为节点i的横坐标； 为节点j的纵坐标； 4. L为货格的长； 5.W为货格的宽； 6.H为货格的高； 3.2.2已知条件 节点的坐标为（，）=（1,2），节点的坐标为（，）=（2,3）， 节点的坐标为（，）=（3,2）， 节点的坐标为（，）=（3,4）， 节点的坐标为（，）=（4,1）， 节点的坐标为（，）=（4,5），

27、 节点的坐标为（，）=（5,3）；LWH=1m1m0.8m；两货格相对距离相等。 3.2.3计算节点相对距离 计算出所有节点之间的相对距离，直角距离公式为： （3.1） =|2-1|1+|3-2|0.8=1.8 =|3-1|1+|2-2|0.8=2 =|3-1|1+|4-2|0.8=3.6 =|4-1|1+|1-2|0.8=3.8 =|4-1|1+|5-2|0.8=5.4 =|5-1|1+|3-2|0.8=4.8 =|3-2|1+|2-3|0.8=1.8 =|3-2|1+|4-3|0.8=1.8 =|4-2|1+|1-3|0.8=3.6 =|4-2|1+|5-3|0.8=3.6 =|5-2|1

28、+|3-3|0.8=3 =|3-3|1+|4-2|0.8=1.6 =|4-3|1+|1-2|0.8=1.8 =|4-3|1+|5-2|0.8=3.4 =|5-3|1+|3-2|0.8=2.8 =|4-3|1+|1-4|0.8=3.4 =|4-3|1+|5-4|0.8=1.8 =|5-3|1+|3-4|0.8=2.8 =|4-4|1+|5-1|0.8=3.2 =|5-4|1+|3-1|0.8=2.6 =|5-4|1+|3-5|0.8=2.6 得到节点相对距离表： 表3.1节点相对距离表 元素 v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v1 1.8 2 3.6 3.8 5.4 4.8 v2 1.8

29、 1.8 3.6 3.6 3 v3 1.6 1.8 3.4 2.8 v4 3.4 1.8 2.8 v5 3.2 2.6 v6 2.6 v7 3.3规划堆垛机合理线路 3.3.1最近邻点法 1最近邻点法的思路 （1）从零点开始，作为整个回路的起点。 （2）找到离刚刚加入到回路中的顶点最近的一个顶点，并将其加入到回路中。 （3）重复步骤（2），直到所有顶点都加入到回路中。 （4）最后，将最后一个加入的顶点和起点连接起来。 2.应用过程 （1）先将节点加入回路中，T=。 （2）从节点出发，比较其到节点，的距离，选择其最小值，加入到回路中。 Min|iN,1i7，且i1=1.8 因此将加入到回路中，T

30、=,，其结果如图3.4。 图3.4步骤2图 （3）从节点出发，在节点，中，找出离最近的节点。 Min|iN,1i7，且i1，2=1.8 这样就是最近的点，将加入回路中，T=，其结果如图3.5。 图3.5步骤3图 （4）从节点出发，在，中，找出离最近的节点。 Min|iN,1i7，且i1，2，3=1.6 这样就是最近的点，将加入回路中，T= ，其结果如图3.6所示。 图3.6步骤4图 （5）从节点出发，观察离最近的节点。 Min|iN,1i7，且i1，2，3，4=1.8 这样就是最近的点，将加入到回路中，T= ，其结果如图3.7所示。 图3.7步骤5图 （6）从节点出发，观察离最近的节点。 Mi

31、n|iN,1i7，且i1，2，3，4，6=2.6 这样就是最近的点，将加入到回路中，T= ，其结果如图3.8所示。 图3.8步骤6图 （7）从节点出发，是最后一个点，直接加入就可以加入了。 然后，将和相连，得到最后的解为 ，其结果如图3.9。 图3.9步骤7图 所以堆垛机运行线路为：281214202316 即取送货物次序为：BJITXSP 堆垛机总行驶距离为： f=1.8+1.8+1.6+1.8+2.6+2.6+3.8=16 3.3.2最近插入法 1.最近插入法的思路 （1）先将节点加入到回路中，找到最小的节点，形成一个子回路，T=，。 （2）在剩下的节点中，寻找一个离子回路中某一节点最近的节点。 （3）在子回路中找到一条弧（，），使得里程增量+最小。 如果有多条满足条件，任选一