医药物流进出库的多目标权重优化方案

摘 要：在医药物流中心，立体仓库的拣选效率直接影响整体运作效率与成本。针对传统拣选模式难以满足需求的问题，本文提出了一种基于多目标权重优化的医药物流进出库方案。研究以“出库时间最短”和“上轻下重、重心最小”为优化目标，构建了包含时间目标和空间目标的多目标优化模型，并通过遗传算法的权重系数变换法将多目标问题转化为单目标问题求解。算例分析中，假设某医药物流中心立体仓库的货位布局与作业任务，通过合理分配权重（时间权重0.73，空间权重0.27），优化后的仿真结果显示，出入库总时间缩短了12.4%，设备阻塞时间显著减少，作业均衡性得到改善。研究表明，该方法能有效提高立体仓库的运作效率，优化资源配置，为医药物流中心的进出库管理提供了可行的优化方案。

关键词：医药物流；多目标优化；遗传算法

引言：在国民经济水平日益提高的前提下，这促进了我国医药物流的迅速发展，传统的医药物流拣选模式也渐渐难以满足需求，立体仓库作为一种可进行密集化、大规模的存储作业仓库，其拣选作业顺序、设备与人员组合作业合理与否，将直接影响着整个物流中心的运作效率与物流成本。根据目前医药物流中心存在的问题，立体仓库的拣货效率是影响医药物流中心运作效率的主要原因。如何在保证各种药物进出库时在满足既合理放置又快捷高效的原则下，调整分配各种目标的权重，是实际生活应着重探讨的问题。

1 问题描述与模型构建

1.1 问题描述

要实现立体库出入库调度优化，则必然将合理统筹多个优化目标，通过约束条件对当前货位进行调整，让货物放置在合理的位置。由此可见，货位优化问题是一个多目标优化问题。文中以时间目标“出库时间最短”和空间目标“上轻下重，重心最小”的原则建模，保证拣选作业效率以及货架的承受能力和稳定性，利用合理分配权重，将多目标优化转换为线性目标函数，对该问题进行优化求解。

1.2 模型构建

在初始模型中，模型的确立标准是时间最短原则，又必须考虑子母车是否位于相同层的货架而造成的出入库复合作业的情况。其中（xi， yi， zi）代表取货坐标，（xj， yj， zj）代表存货坐标。各参数设置为：升降机满载，空载速度均为vs；存取时间分别为 t's， ts；母车满载、空载速度分别为 vm， v'm；存取时间 t'm， tm；子车满载、空载速度分别 vz， v'z，存取时间均为 tz。

2 求解方法

对于多目标优化问题，采用遗传算法的权重系数变换法，根据目标函数的重要程度，对其分配一个权重，从而将多目标优化转化为单目标优化，简化求解。

根据实际仓库作业特点，权重值w1=0.73， w2=0.27。使用随机方法产生=45个可能解 Xi组成初始解群；对于群体中每一个个体计算适应度 g（xi（k））；对于群体中每一个体 Xi，计算其生存概率 Pk=g（Xi（k））/ Σg（gxi（k））。

对于最小值问题，目标函数和适值可通过以下的变换得到适应度函数：

3 算例分析

3.1 算例描述

假设某医药物流中心正考虑对其立体仓库进行优化，货物对方原则按传统的ABC分类法进行排放，并假设该模型为研究最佳的存取货物顺序，设定运行订单共有 45 个存取动作，其中有 20 个存货任务和 25 个取货任务。根据穿梭子母车实际运行，设定子车空载速度为 1 m/s，满载速度为 0.8 m/s；母车空载速度为 2.5 m/s，满载速度为 2 m/s；升降机速度为 2/3 m/s，满载时间为 1.2 s，空载时间为 1 s，仓库货架尺寸：长为 34.58 m，宽为 14 m，高为 13 m，货位数总计 2912，试以不同的权重分配多目标任务后判断并模拟运行，并判断其优化效率多少。

3.2 算例分析

在未进行合理分配权重比时，对该模型的运行仿真后，可获得下表1：

分析表 2 的数据可以得到，该模型中最小出、入库停留时间分别是 9.25 s 和 63.95 s，最大出、入库停留时间为 19.20 s 和 671.96 s。从出入库作业均衡方面考虑，最大最小作业停留时间相差很大，说明此过程资源分配不均匀，存在瓶颈。

同时将按权重值w1=0.73， w2=0.27进行多目标加权分配优化后的结果再次仿真运行后，可获得下表2。

可以看到，运行完所有的出入库作业需要的时间是 2705.713 s，对比未优化前的 3088.678 s，效率提高了 12.4%。 优化后订单出入库最小、最大停留时间同时减少为9.25 s 和 7.40 s；349.40 s 和 19.21 s，从作业均衡方面考虑，优化后用于出入库作业的传送带均衡性得到改善，入库的阻塞时间由 2994.624 s 减小到 2484.24 s，在一定程度上缓减了作业过程中的拥堵现象。说明线性规划的多目标问题，在合理分配权重后模型运作效率会获得提高。

4 结论或结果分析

通过对某医药物流配送中心的自动化立体仓库的拣选作业、以及运作流程研究，并仿真单巷道立体仓库实际运作，发现运行中存在的瓶颈，采用遗传算法对订单进出库顺序进行优化，并仿真优化结果，通过对各实体运行的最终数据分析可以明显得到该算法缩短出入库时间，降低设备运作过程中的阻塞时间，提高叉车、穿算子母车的有效利用；同时在此基础上，对整个立体库作业流程进行仿真，确定了合理的人员、设备组合，提高了人-机协调作业的效，实现了优化立体仓库资源配置的目标。

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