随着信息技术和电子商务的迅猛发展,作为企业第三利润源的物流业获得了前所未有的发展动力。仓储系统是企业物流系统的物质与信息中转中心,对整个供应链的运作效率和成本有着决定性的影响。传统自动化仓储系统的地面面积利用率低、运行成本高且柔性差。自动小车存取系统克服了传统自动化仓储系统的缺陷,该类系统构建高密度存储区域来存储货物,并采用自动小车运输货物,拥有较高的地面面积利用率,同时也可通过增减小车数量来改变其吞吐能力。目前,自动小车存取系统的相关研究主要集中在系统结构设计方面,关于运行策略优化的研究还未形成体系,然而,运行策略优化会显著影响该系统的运行效率和成本。如何为该系统构造准确有效的理论模型,并进行运行策略优化研究,将对自动小车存取系统的推广应用具有重要的理论与现实意义。基于此,本学位论文为自动小车存取系统构建基于排队网络的绩效指标评估模型,并对几类关键运行策略优化问题进行研究。首先,研究了使用了固定存储单元的自动小车存取系统的小车与电梯的运行模式优化问题,学者们关于该系统的研究均假设小车与电梯服从串行运行策略,本文创新性的提出了电梯与小车的并行运行策略,构建了分叉-汇合排队网络模型评估系统绩效。然后,设计了基于位相型分布的近似算法求解模型,并建立仿真模型验证了理论模型的准确性与可靠性。两种策略的对比分析结果表明,并行运行策略在系统面临较低顾客需求率时具有显著优势。此外,本文还将并行运行策略用到真实系统中,为其提供了 2.11%的绩效提高。然后,研究了两类使用移动存储单元的自动小车存取系统,包括使用移动标准料箱的紧致化自动小车存取系统和使用移动货架的自动小车订单履行系统。紧致化自动小车存取系统在最近五年才受到关注,目前还未得到研究。本文构建了半开半闭排队网络来评估系统绩效,在堆叠中考虑指定和分享式存储策略,在网格面考虑随机与分类存储策略,取货作业考虑立即与延迟翻箱策略。然后,通过仿真验证了理论模型的准确性与有效性。此外,还构建了成本优化模型对系统结构与运行策略进行优化。分析结果表明,指定存储策略更有利于系统吞吐时间,但其投资成本较高,分类存储策略可以显著提高系统吞吐能力;立即翻箱有利于双指令作业时间而延迟翻箱则更有利于单指令作业时间。其次,在使用移动货架的自动小车订单履行系统中研究了小车的电池管理问题。首先为该系统设计了有线充电、无线充电和电池更换策略。然后,构建了排队网络模型评估系统绩效,并通过仿真验证了理论模型的准确性与可靠性。最后,从系统吞吐能力与投资成本两个角度对比分析了三种策略,结果表明,无线充电策略在系统吞吐时间方面最优,但其运行成本较高;有线充电策略较便宜,但其吞吐时间较大;而电池更换策略的绩效则取决于空闲电池的成本。最后,研究了自动小车订单履行系统中工作站对小车的指派策略优化问题。在该系统的相关研究中,学者们通常假设工作站被随机指派给作业小车。为提高系统绩效,本文创新性的提出了基于作业速率的指派策略,并设计了临域搜索算法寻找近似最优指派策略。然后,构建了排队网络模型评估系统绩效,并通过仿真验证理论模型。随机、基于作业速率和近似最优指派策略的对比分析结果表明,基于临域搜索算法的指派策略接近于最优指派策略,可以大幅提高系统吞吐能力。基于作业速率的指派策略对随机指派策略的优势会受工作站分布的影响,当作业速率快的工作站离存储区较近时,前者更优。