[发明专利]一种面向多移动货架的两阶段智能订单分拣方法

权利要求书

1.一种面向多移动货架的两阶段智能订单分拣方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、对订单池内全部待拣选的N个订单的需求货物信息编码，建立订单编码矩阵对货架区内M个储物货架的存储货物信息进行编码，建立货架编码矩阵/其中，L_GO为全部订单中包含货物种类最多的订单所需的货物种类数，L_GR为全部货架中包含货物种类最多的货架所储的货物种类数；

步骤二、计算能够满足所述全部订单货物需求的具有最少货架个数的货架集合β_end；

步骤三、分别建立每个订单与β_end中货架的关系，得到订单-货架关系矩阵；

步骤四、基于订单-货架关系矩阵，对订单池内全部订单分批聚合处理，形成K个拣选站订单组，K为拣选站数量；

步骤五、分别计算各拣选站订单组的货架进站次数，并求和得到货架总进站次数；

步骤六、设置最大迭代次数Iter_max，重复步骤四-步骤五，存储得到的货架总进站次数，直至完成Iter_max次迭代，选择货架总进站次数最小的一轮，输出该轮中订单-货架关系矩阵和各拣选站订单组，形成调度方案；

步骤二具体过程为：

S201、计算初始订单货物总需求：对订单池内具有的全部待拣选的N个订单，基于各订单货物输入信息，生成订单货物总需求OG；其中，订单货物总需求中的需求货物为所有订单中的货物种类的并集，对应的货物数量为所有订单中相应货物的数量之和；

S202、定义和初始化各类变量：定义二元组状态变量(α,β)：其中α表示订单货物需求，β表示已为订单提供货物的货架集合；定义包含二元组状态变量的四种不同状态：初始状态S_ini、转移前状态S_cur、转移后状态S_trans和终止状态S_end；其中初始状态为{S_ini:(α_ini,β_ini)}，α_ini为步骤S201中全部订单的货物总需求OG，β_ini为空集；转移前状态、转移后状态和终止状态均为状态集合，即S_cur、S_trans和S_end中包含若干个形如(α,β)的状态变量，在初始时三者均为空集；

S203、生成初始决策货架集合DecR_ini，对于货架区内具有的M个储物货架，首先令i＝1，计算r_i存储的货物种类集合与所述初始状态下α_ini需求的货物种类集合的交集，若交集不为空，则将r_i加入集合DecR_ini，否则执行i＝i+1，重复上述步骤，直至i＝M；记遍历全体货架后，DecR_ini包含的货架为

S204、计算转移前状态集合{S_cur:(α_cur,β_cur)}，具体为：

初始时S_cur为空；对于所述DecR_ini中的货架首先令k＝1,然后取α_cur的初值为α_ini，β_cur的初值为β_ini，并将/加入集合β_cur中，遍历所述S203中/和α_cur的货物交集中的全部货物，对每一种货物，若货架/中该货物的储量不少于α_cur中该货物的需求，则在α_cur中删除该货物；否则将α_cur中需求该货物的数量减去/存储该货物的数量；遍历交集中所有货物后，将状态变量(α_cur,β_cur)_k存入S_cur中；执行k＝k+1，重复上述步骤，直至k＝a，此时S_cur中包含数量为a的(α_cur,β_cur)状态变量组；

S205、对于转移前状态集合S_cur中的每个状态组(α_cur,β_cur)_k，分别生成各状态对应的决策货架集合首先令k＝1，初始时/为空，对于货架区内具有的M个储物货架，令i＝1，若r_i已经在β_cur中存在，则跳过继续判断下一个货架；否则计算r_i存储的货物种类集合与所述初始状态下(α_cur)_k需求的货物种类集合的交集，若交集不为空，则将r_i加入集合否则执行i＝i+1，重复上述货架判断步骤，直至i＝M，然后执行k＝k+1，重复上述步骤，直至k＝a；记得到的每个转移前决策货架集合/包含的货架为/

S206、计算转移后状态集合{S_trans:(α_trans,β_trans)}：初始时S_trans为空；首先令kf＝1,对于所述中的货架/执行如下内操作：令ks＝1，然后取(α_trans)_ks的初值为(α_cur)_kf，(β_trans)_ks的初值为(β_cur)_kf，并将/加入集合(β_trans)_ks中，遍历/和(α_trans)_ks的货物交集中的全部货物，对每一种货物，若货架/中该货物的储量不少于(α_trans)_ks中该货物的需求，则在(α_trans)_ks中删除该货物；否则将(α_trans)_ks中需求该货物的数量减去/存储该货物的数量；遍历交集中所有货物后，将状态变量(α_trans,β_trans)_ks存入S_trans中；执行ks＝ks+1，重复上述步骤，直至ks＝b_kf；结束内操作，执行kf＝kf+1，重复上述步骤，直至kf＝a，此时S_trans中包含数量为/的(α_trans,β_trans)状态变量组；

S207、计算终止状态集合{S_end:(α_end,β_end)}：初始时S_end为空；首先令n＝1,计算(α_trans,β_trans)_n中的β_trans需求所有货物数量总和，若和值大于0，则执行n＝n+1，继续判断；否则将(α_trans,β_trans)_n记为(α_end,β_end)_n，存入终止状态S_end中，执行n＝n+1；重复上述步骤，直至若此时S_end仍为空集，则执行将/S_cur＝S_trans，/然后重复执行步骤S205-S206；若S_end不为空集，则进入步骤三，其中S_end所包含的每个β_end都是能够满足全部订单货物需求的具有最少货架个数的货架集合，所述β_end用于步骤三中相关操作；

步骤三具体过程为：

S301、定义和初始化各类变量：定义五元组状态变量，(ε,χ,γ,η,φ)，其中ε表示尚未与货架集合中货架建立关系的订单数量，χ表示订单货物信息矩阵，γ表示货架所储剩余货物信息矩阵，η表示已与订单建立关系的货架集合，φ表示订单货架关系矩阵；

定义包含五元组状态变量的四种不同状态：初始状态S′_ini、转移前状态S′_cur、转移后状态S′_trans和终止状态S′_end；其中初始状态为{S′_ini:(ε_ini,χ_ini,γ_ini,η_ini,φ_ini)}，ε_ini为初始订单数量N，χ_ini为每个订单的货物需求，即订单编码矩阵γ_ini为空集，η_ini为空集，φ_ini为N×M′的全零矩阵，其中M′为β_end中货架的数量；转移前状态、转移后状态和终止状态均为状态集合，即S′_cur、S′_trans和S′_end中可包含若干个形如(ε,χ,γ,η,φ)的状态变量；

S302、生成初始决策货架集合DecR′_ini：对于步骤S207中所述的货架集合β_end(r_i∈β_end,i∈1,2,…M′)，首先令i＝1，计算r_i存储的货物种类集合与所述初始状态下χ_ini需求的货物种类集合的交集，若交集不为空，则将r_i加入集合DecR′_ini，否则执行i＝i+1，重复上述步骤，直至i＝M′；记遍历全体货架后，DecR_ini包含的货架为

S303、计算转移前状态集合{S′_cur:(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)}：对于所述初始决策货架集合DecR′_ini中的货架首先令k＝1,然后取当前五元组状态变量(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)的初值为(ε_ini,χ_ini,γ_ini,η_ini,φ_ini)，并将/加入集合η_cur中，通过/对(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)进行状态更新运算，将更新后的状态变量(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)存入S′_cur中，执行k′＝k′+1，重复状态更新运算操作，直至k′＝a′停止；并将结果存入S′_cur中,S′_cur中包含数量为a′的(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)状态变量组；

S304、对于转移前状态集合S′_cur中的每个状态组(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)_k，分别生成对应的决策货架集合首先令k′＝1，初始时/为空，对于步骤S207中所述的货架集合β_end(r_i∈β_end,i∈1,2,...M′)，首先令i＝1，若r_i已经在η_cur中存在，则跳过继续判断下一个货架；若不存在，则计算r_i存储的货物种类集合与所述初始状态下(χ_cur)_k′需求的货物种类集合的交集，若交集不为空，则将r_i加入集合/否则执行i＝i+1，重复上述货架判断步骤，直至i＝M′，然后执行k′＝k′+1，重复上述步骤，直至k′＝a′；记得到的每个转移前决策货架集合/包含的货架为/

S305、计算转移后状态集合{S′_trans:(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)}：初始时S′_trans为空；首先令kf′＝1,对于所述中的货架/执行如下内操作：令ks′＝1，然后取(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)_ks′的初值为(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)_kf′，并将/加入集合(η_trans)_ks′中，用/替换/用(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)_ks′替换(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)，执行S303中的状态更新运算，将结果存入S′_trans中；执行ks′＝ks′+1，重复上述步骤，直至ks′＝b_kf′；结束内操作，执行kf′＝kf′+1，重复上述步骤，直至kf′＝a′，此时S′_trans中包含数量为/的(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)状态变量组；

S306、计算终止状态集合{S′_end:(ε_end,χ_end,γ_end,η_end,φ_end)}：初始时S′_end为空；首先令m＝1；计算(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)_m中的χ_trans需求所有货物数量总和，若和值大于0，则执行m＝m+1；否则将(ε_trans,χ_trans,γ_trans,η_trans,φ_trans)_m记为(ε_end,χ_end,γ_end,η_end,φ_end)_m，存入终止状态S′_end中，执行m＝m+1；重复上述步骤，直至若此时S′_end仍然为空集，则执行将/S′_cur＝S′_trans，/然后重复执行步骤S304-S305；若此时S′_end不为空集，则进入步骤四，其中S′_end所包含的每个φ_end都是全部订单与步骤二中所述的货架集合β_end间的订单-货架关系矩阵，所述φ_end用于步骤四中订单聚合操作；

在步骤S207和S306中，用转移后状态集合S_trans作为新的转移前状态集合时，若包含的状态数超过给定阈值BM，则需要对S_trans的状态数量进行剪枝，使其数量减少至BM，具体方法如下：

a、设定剪枝优先级列表Prlist＝({v₁:s₁},{v₂:s₂},...,{v_p:s_p})，其中v_p和s_p分别表示优先级规则和对应的排序方式，定义剪枝状态集合S_bm和临界状态集合S_limit，两者初始时都为空集；

b、分别计算S_trans每个转移状态在Prlist列表中第一优先级元素v₁对应的值，并按照s₁进行排序；排序后依次取出前BM个值对应的状态作为当前状态，其余删除；排序后若出现“僵局”，即第BM个位置的值与该位置前后的若干个值相同，则先将序列中所有临界值之前的值对应的状态取出并存入剪枝状态S_bm中，然后计算新的阈值为BM与S_bm中状态数的差值，再将所有取值为临界值对应的状态取出，存入临界状态集合S_limit中，执行步骤c；若未出现“僵局”，则依次取出前BM个值对应的状态存入剪枝状态集合S_bm中，其余删除；

c、用S_limit给S_trans赋值，优先级序号增加1，即优先级变为{v₂:s₂}，重复步骤b，若阈值不为0则继续执行优先级序号加1和重复步骤b的操作，直至阈值为0，即S_bm中具有BM个状态为止；若S_limit在计算最后一个优先级元素v_p的值后仍出现“僵局”，则随机取出数量为当前阈值的临界值对应状态存入S_bm；

d、用S_bm给S_cur赋值，即得到新的转移前状态集合；

在步骤S303中，分别加入决策货架集合中的每个货架后，状态更新的具体步骤为：

a、令(ε_cur,χ_cur,γ_cur,η_cur,φ_cur)中的每个变量初始值为初始状态中各变量值(ε_ini,χ_ini,γ_ini,η_ini,φ_ini)；

b、对于χ_cur中的全部订单o₁,o₂，...o_N，分别计算存储的货物种类集合与每个订单o_i(i＝1,2,...N)需求的货物种类集合的交集，若交集为空，则继续下一个订单的计算；若交集不为空，则遍历交集中的全部货物，判断对每一种货物/货架储量不少于订单需求量是否都成立；若有至少一种货物不成立，则将o_i存入临时集O_temp中，继续下一个订单的计算；若全都成立，则记为完全覆盖订单，在χ_cur中删除订单o_i并执行φ_cur(i,k′)＝1，ε_cur＝ε_cur-1，其中k′表示货架/在φ_cur中的列编号，更新/货物存储量，对交集中的全部货物，/存储每种货物的数量减去o_i需求该种货物的数量；

c、若γ_cur当前为空集，则结束；否则执行以下步骤：记γ_cur中的全部货架编号为r_γ1,r_γ2,...,r_γc，则定义联合货架集合RT：生成联合货架总存储量G_RT，其中货物种类为RT中的货物种类的并集，对应的货物数量为RT中相应货物的数量之和；

d、对于O_temp中全部订单首先令t_j＝1,计算G_RT存储的货物种类集合与订单需求货物种类集合的交集，对交集中的每一种货物s，若/需求s的数量均小于等于RT存储s的数量，则在χ_cur中删除订单/信息，执行ε_cur＝ε_cur-1，t_j＝t_j+1，并进入步骤e；否则执行t_j＝t_j+1，重复上述计算，当j＝T时停止，进入步骤f；

e、删除冗余货架：首先令k＝1,在G_RT中减去货架r_γk的存储信息，然后用G_RT代替步骤b中的用/代替步骤b中的o_i，采用步骤b中方法判断RT能否完全覆盖订单/

f、若能则将货架r_γk对应的货物信息存入γ_cur中，并更新RT＝RT/r_γk，对更新后的G_RT和RT重复上述操作；否则执行k＝k+1，重复上述操作；当k等于当前RT中包含货架数量时停止，记此时RT中剩余货架为r_γ1′,r_γ2′,...,r_γc′，执行φ_cur(t_j,{γ1′,γ2′,...,γc′})＝1，然后用当前RT替换步骤b中的用/替换步骤b 中的o_i，采用步骤b中方法对货架所储货物信息更新；更新后，将存储货物数量总和仍大于0的货架的货物信息存入γ_cur中，返回步骤d。