由于现代商业订单结构逐步由“大批量、小批次”向“小批量、大批次”转变,传统仓储系统人工作业方式难以应对,多层穿梭车系统以其高效特点正成为物流仓储理论研究和工程应用的新热点,其中出入库同时进行的多层穿梭车系统比常见单出库的多层穿梭车系统复杂但在性能优化方面具有不可比拟的优势,引起了广泛关注。本文着重研究了多层穿梭车系统的货架优化以及设备运行速度优化的问题,具有积极的理论和实践指导意义。首先,通过对多层穿梭车系统的组成部分以及该系统在不同工作模式下库内作业流程、入库作业流程以及出库作业流程运行时间的分析,为多层穿梭车系统货架尺寸优化和设备运行速度优化模型的建立奠定了基础。其次,建立了多层穿梭车系统货架以任务完成时间最短为目标的尺寸优化模型,并使用融合差分进化算法的改进Nelder-mead算法对不同的货架高长比、深长比情况进行求解。还通过仿真实验验证了模型及算法的有效性,为仓库设计人员提供货架尺寸优化的指导意见。然后,进一步考虑多层穿梭车系统的能耗问题,通过分析该仓储系统中穿梭车水平运行、提升机水平运行和提升机垂直运行的能量损耗,及多层穿梭车系统的总能耗,建立了货架尺寸最优且任务完成时间最短情况下,多层穿梭车系统提升机和穿梭车的速度及加速度优化模型。最后通过仿真实验获得了系统能耗、运行时间、设备速度三者的平衡点。