大型自动化立体仓库是目前物流配送中心的关键组成部分,它具有货物存取立体化、运输分拣无人化、货位分配智能化、仓库管理信息化等诸多优势,因此得到越来越多生产制造企业的重视。自动化立体仓库合理高效的规划与运行,不但可以提高仓储效率、增加仓储能力,而且可以缩短仓储周期、减少占地面积、加快企业资金周转,对于提高企业的核心竞争力具有重要意义。本文提出将数字孪生技术应用于立体仓库的设计规划与调试优化过程中,利用计算机仿真软件实现对立体仓库的半实物仿真模型建模,并模拟立体仓库系统运行,使得系统的运行问题及瓶颈在方案设计初期就可以被发现,能够帮助避免在建设物理仓库的时候出现返工甚至返厂调试设备等问题,在立体仓库的建设投资之前,节省对仓库系统的设计及调试成本。经过仿真模拟运行及调试,实现对立体仓库系统的评估与诊断,并提出合理的优化方案进行改进,帮助企业制定高度个性化的物流系统设计方案。本文的主要研究内容如下:首先,对烟包立体仓库系统进行设计规划,对其需求进行数据分析与计算,总结出立体仓库的系统能力要求,为调试平台的模拟运行提供数据支持。针对调试平台中半实物仿真模型的建模问题,提出了一种基于Petri网的三维动态半实物仿真建模方法,利用Petri网模型能够形象地描述立体仓库系统存在的状态迁移、行为变化及作业流程,在仿真软件Demo3D提供的相关实体模型和Petri网模型结合的基础上,对立体仓库系统进行半实物仿真模型建模,通过对Petri网模型进行避死锁分析,找到该半实物仿真模型系统可以正常无死锁运行的充要条件。其次,WCS系统对于实现立体仓库的信息智能化管理至关重要,本文针对立体仓库控制系统(即WCS系统)的半实物仿真调试方法进行了研究。对WCS系统半实物仿真调试平台的通讯机制及信息交互原理进行研究与分析,实现了半实物仿真调试平台与WCS系统的通讯与信息交互。基于半实物仿真模型的建模,搭建WCS半实物仿真调试平台,通过对WCS系统的调试运行,发现输送线系统潜在的不合理问题并提出了相应的优化方案。然后,针对立体仓库货位分配问题,本文从出入库效率、货架稳定性、货物关联性聚集程度这三个问题,建立多目标函数的货位分配数学模型,然后利用多种群遗传算法求解该数学模型,经过对目标函数的求解结果进行分析与对比,验证了多种群遗传算法对解决货位分配问题的优越性。最后,通过对立体仓库系统半实物仿真建模的集成调试及运行,得到系统的仿真数据,分析验证了立体仓库系统的性能,证明了系统运行没有发生死锁或者其他瓶颈问题,对系统中关键物流设备利用率进行了统计,分析了某些设备利用率过低的原因,并提出了相应的优化方案再次运行,证明了立体仓库系统设计方案的可行性与稳定性。