传统的物流仓储与拣选系统主要以人工拣选为主,近年来由于新零售概念的兴起与电商行业的飞速发展,客户的在线订单结构逐渐倾向“小批量、多频次”的特点。传统的人工拣选十分耗时、耗力,因此,基于“货到人”模式的自动化拣选系统应运而生。基于储分一体的穿梭车系统,因其较高的灵活性和鲁棒性备受研究者的关注。该系统分为多层和跨层穿梭车系统,本文将跨层穿梭车系统作为研究对象。在自动化拣选系统设计阶段,设计人员大多数采用商业软件对系统进行仿真,以寻找最优的设备配置。但系统涉及参数多、仿真难度大、仿真运行过程十分耗时,成为设计中的一个瓶颈问题。另外,如何通过减少穿梭车和提升机的相互等待时间来提高系统效率的调度问题也是一个研究的难点。因此,本文通过对跨层穿梭车系统业务流程深入研究,建立半开环排队网络模型,通过系统性能分析,求解系统最优设备配置。针对任务调度难的问题,通过建立任务调度精准数学模型,获得单时间窗内批量订单的最优作业顺序队列。首先,通过对跨层穿梭车系统取货作业流程分析,将穿梭车和提升机的运动过程分为六个阶段,结合订单等待时间和穿梭车等待时间建立单订单作业时间模型。通过对作业时间模型分析,描述了影响系统作业效率的因素。其次,根据跨层穿梭车系统内部的作业流程和作业时间建立半开环排队网络模型,在该模型中,穿梭车为订单的服务机构,提升机为穿梭车的服务机构。采用近似平均值分析算法以及生灭过程分析求解半开环排队网络求得系统的性能参数,即穿梭车和提升机的利用率,单订单平均完成时间。通过应用MATLAB仿真实验验证了排队模型的准确性,进一步利用该模型考虑最优的单订单平均完成时间求解了在多种场景下系统最优设备配置。最后,为了减小提升机的空闲时间和穿梭车的等待时间,针对作业顺序调度问题,在综合考虑订单和设备各种约束的基础上,构建以完成单时间窗内的所有订单任务总时间最小为目标函数的任务调度优化模型。利用Gurobi线性规划求解器对该模型进行求解,获得最短的订单拣选总时间及最优作业顺序,从而提高了系统的作业效率。