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仓储是航空货运的重要环节,仓储作业优化是提高航空货运整体效率的重要途径。航空货站自动化存取系统(Automated Storage and retrieval System,AS/RS)作为航空货运仓储环节的主要载体,在航空货站吞吐量需求不断增大的背景下,逐渐成为航空货运的瓶颈节点。与普通AS/RS集中在巷道端口出入库的作业方式不同,航空货站AS/RS多端口出入库的作业方式具有并发性和分布性特点,调度过程具有高密度和高柔性的特点。分阶段独立优化理念下设计的航空货站AS/RS运作策略与不断增长的吞吐量需求逐渐不相适应,探讨航空货站AS/RS的作业优化问题,对于完善航空货站AS/RS调度策略,挖掘航空货站吞吐量潜力具有重要意义。本文基于作者主持完成的航空货站AS/RS设备监控系统(Equipment Monitor System,EMS)项目,针对EMS中出入库作业流程,从货位分配、出库端口分配和升降式转运车(Elevation Transfer Vehicle,ETV)调度三个主要环节入手,对航空货站AS/RS不同作业模式下的作业优化问题进行了深入研究。系统自动分配目的地址入库是EMS中主要的入库作业方式之一,最近邻货位分配策略和先到先服务调度策略分别是货位分配阶段和调度阶段采用的作业策略。该作业流程中分阶段独立优化的运作策略割裂了货位分配阶段和调度阶段的相关性,影响和限制了航空货站AS/RS作业效率的进一步提高。针对上述作业流程中运作策略的缺陷,本文采用集成优化的方法,统筹考虑货位分配和作业调度对作业效率的影响,建立了货位分配和指令排序的集成优化模型。针对问题特点,设计了两阶段禁忌搜索算法对模型进行求解,并通过不同问题规模的算例验证了算法的有效性。集成优化方法与分别优化方法仿真结果对比表明,集成优化算法在解的性能和计算时间上均优于分别优化方法,最大改进率分别达到了11.09%和23.98%。在双ETV并行作业模式下,指定目的地址入库和按航空集装器(Unit Load Device,ULD)编号出库两种作业方式均由用户指定作业指令的目的地址,生成的作业指令采用先到先服务调度策略分别由两台ETV完成。该调度策略下的指令分组与排序没有考虑双板作业和防冲突避让对作业效率的影响,限制了航空货站AS/RS作业效率的提高和吞吐量潜力的挖掘。在双ETV并行作业模式下,本文对作业指令分组和排序问题进行了优化研究,其优化过程统筹考虑了双板作业和防冲突避让对作业效率的影响,以指令序列完工时间最短为优化目标,建立了双ETV调度优化模型,并设计了改进的蚁群算法对模型进行了求解。不同指令序列规模下的仿真结果对比表明,本文优化方法得到的指令序列完工时间均优于先到先服务调度策略,改进率为37.35%~53.61%。EMS中按航班编号出库实现了同一航班承运的全部库存ULD的出库作业。该作业流程中出库端口分配采用了最近邻端口分配策略,双ETV并行作业模式下的作业过程采用了先到先服务的调度策略。本文针对按航班编号出库作业流程中分阶段独立优化作业策略的弊端,在双ETV调度优化问题基础之上,引入出库端口选择对双板作业和防冲突避让以及作业效率的影响,从联合优化的角度抽象出端口分配和双ETV调度的集成优化模型,并给出了模型的求解方法。不同指令序列规模下的对比仿真结果表明,本文集成优化方法在不同指令序列规模下均优于分步优化方法,平均改进率为7.35%,最高改进率达到了9.84%。作业模式方面,针对航空货站不同作业时段作业任务的不均衡性,提出了统筹考虑作业效率和作业能耗的节能作业模式。在双ETV并行作业模式下,分析了双板作业和防冲突避让对作业效率和能耗的影响,以能耗最小和指令序列完工时间最短为优化目标,建立了节能模式下双ETV调度多目标优化数学模型。并设计了改进的非支配排序遗传算法对模型进行求解,通过实验仿真验证了模型的正确性和算法的有效性。仿真实验最终得到的pareto最优解集中,指令序列完工时间最短的调度方案相比能耗最低的调度方案作业效率提高了27.17%,而能耗最低的调度方案相比指令序列完工时间最短的调度方案能耗节约了17.89%。