本文是一篇电气工程论文，本文针对大批量电子元件仓库存放所产生的人力成本大、货物管理混乱、出入库效率低下等问题，在自动化立体仓中设计控制系统、信息管理系统和优化算法进行解决。
1绪论
1.1研究背景及意义
近年来，随着网络通信、电子商务、新能源汽车和工业控制等产业的迅速发展，使得我国的电子元器件行业也得到了快速发展。目前，我国对电气元器件市场需求量大，规模增长速度快，在中商产业研究院的调查数据中，我国电子元器件市场规模在2017-2022年由18310亿元增长至229545亿元，复合年均增长率为4.8%，如下图1.1所示。
随着市场需求增加，人力成本越来越高，这使得很多企业希望采用自动化管理的方式来降低人力成本。智能控制系统是物流领域的重要组成部分，它的应用和发展对于提高物流运作效率和准确度具有重要的意义，它能够实现对货物的快速出入库，提高物流运作效率，减少了人力和物力的浪费。在未来，随着技术的不断创新和进步，智能控制系统将会发挥更加重要的作用。
传统仓储的货架占地面积大，货物运输和出入库效率低，货物信息、交易信息记录保存不完善，且大量采用人力管理的方式[1]。该方式如果适用于大批量的货物管理会导致成本变高，也可能会导致出库入库管理混乱，如果合理的管理电子元器，可以适当的降低企业的投入成本[2]。且国家在“十四五”规划指出，需要加快数字化发展，建设数字中国，“推动数据赋能全产业链协同转型，培育发展个性定制、柔性制造等新模式，加快产业园区数字化改造”[3]。因此，为了有条理、有秩序、有效率的管理好货物，将仓储管理进行智能化转型是电子元器件行业迫切需求。
1.2国内外研究现状
（1）自动化立体仓库
自动化立体仓库相比传统仓库，它会存放更多的物品，且在存储过程中会减少物品的损坏，在入库时的准确度和效率都很高[5]。
自动化立体仓库的概念最早是在20世纪50年代由美国的一家机械公司提出，随后传入了欧洲的多个国家，距今已有一百多年的历史[6]。因此，在这些国家中，自动化立体仓库的发展相对比较成熟，并且在智能化和信息化等方面占据这领先地位，像亚马逊（Amazon）和沃尔玛（Walmart）这两大商业巨头就占据这主要市场[7]。
而我国科学技术起步相对较晚，因此，对自动化立体仓库的研究也相对有限。直到近期的电商行业的兴起，智能仓储和物流管理才得到了广泛的关注和研究。在2017年，京东才首次推出了无人仓储，并投入使用。截止到2019年，我国的自动化立体仓库总共有五千多座，数量远远不如美国和日本[8]。该数据由中国物流与采购联合会、高工产业研究院和中泰证券研的统计，数据如下图1.2所示。
2系统总体设计
2.1自动化立体仓库概述
（1）自动化立体仓的定义
自动化立体仓库是指利用先进的自动化技术，按照一定规律将货物进行存储和管理的高效、智能化、节约空间的仓库。自动化立体仓库通常由高速输送机、机器人、仓库控制系统（Warehouse Control System，简称：WCS)、仓库管理系统（WarehouseManagement System，简称：WMS)和其他自动设备构成[29]。
自动化立体仓库可以通过自动化控制系统，精确控制货物的存储和提取，极大提高了物流效率。它充分利用仓库的立体空间，节省仓库的占地面积，同时还降低了物流成本。且自动化设备上相对稳定，不易出现故障，有效保障了物流中货物的安全运输和存储。在物流运输上，实现了快速响应，快速完成业务需求，极大缩短了物流的周期[30]。
自动化立体仓库的优势是减少了人工操作，避免了因人为疏忽导致的错误，提高了出入库的工作效率。它通过自动化设备实现了精细化管理，有效减少了资源浪费，大大节省了管理成本。且利用数据分析和优化算法，提高物流的精度和准度。
（2）自动化立体仓库的组成
自动化立体仓库是现代物流重要的一部分，它一般由货架、搬运机器人、出入库装置、仓储控制系统、智能仓储管理系统等组成[31]。
立体货架是自动化立体仓库中的重要组成部分，它的功能是对货物进行存储，将货架空间合理设计和利用，可以实现更多货物的存储。立体货架的种类很多，可以根据存储商品的类型和重量等其他因素来选择适合的货架。
3 立体仓库控制系统设计 ....................... 27
3.1 PLC介绍 .................................... 27
3.2 PLC程序控制流程设计 ................................ 29
4 立体仓库管理系统设计 ............................. 37
4.1 系统设计 ............................... 37
4.2 系统展示 .................................. 41
5 货位优化算法仿真实验 ........................ 45
5.1 实验平台 ................................... 45
5.2 仿真基本步骤 .......................... 45
5货位优化算法仿真实验
5.2仿真基本步骤
5.2.1问题描述和定义
本次围绕电子元器件的自动化立体仓库展开研究。由于电子元器件种类繁多、形状多样，因此符合立体仓库存储要求的只有圆盘类、单体类、可组盘类这三种货物[27]。为了提高出库效率和货架稳定性，本次研究针对货物的特性对货架做了的定制规划，且结合此特性对货位优化算法进行设计。
为了方便此次研究，本文做出了以下假设：
（1）仓库每个货架的起点坐标为（1，1）；（2）每个货位的长宽高相同，且每一个货位只存放一个货物；（3）忽略各种摩擦力、堆垛机滞留的时间和货架的重量；（4）堆垛机一次只运送一个物品；（5）每个堆垛机的速度和和货位距离都相同，运算时可以约掉，因此本次的研究采用单位时间进行记录。（7）电子元器件的类型用数字代替，例如种类1，种类2。每个货架只存固定种类的货物。（8）每个货架都有一个出入口，因此忽略堆垛机在货架之间的移动。
6总结与展望
6.1总结
本文针对大批量电子元件仓库存放所产生的人力成本大、货物管理混乱、出入库效率低下等问题，在自动化立体仓中设计控制系统、信息管理系统和优化算法进行解决。本文总结如下：
（1）控制系统主要是对堆垛机对货物出入库的控制，PLC选用了德国西门子S7-1500控制器对硬件进行控制，并与上位机进行信息交互，利用TIA Portal V17对控制程序进行编程、仿真和触摸屏设计。
（2）信息管理系统主要是的对货物信息的条理性管理，对下位机发出出库的指令。该系统采用Vue3、Spring Boot、MySql和搜索引擎技术等。实现了软件系统中的一键出入库、货物信息的模糊搜索、销售数量的报表展示、货物信息数字化管理等。
（3）货位优化算法设计是利用贪心算法和遗传算法进行设计，根据电子元器件和仓库业务信息的特性对算法进行建模，将该优化算法与传统遗传算法比较，在出入库效率上提升了约6%到27%。
因此，该系统可以有效解决了现在大批量电气元器件仓储存放中人力成本大、货物管理混乱、出入库效率低下的问题。
参考文献（略）
