目前,多层穿梭车系统存在由于输送机缓存长度不合适,而导致出库阻塞或拣选空闲等问题,进而影响系统的整体效率。为提高系统作业效率,减少输送设备成本,在对多层穿梭车系统出库作业流程进行深入分析的基础上,建立输送机缓存输入输出平衡模型;在输送机缓存满足分拣作业正常运行的情况下,提出该缓存长度的最优条件及临界条件。运用开环排队网络建模方法对料箱出库作业流程进行分析,建立料箱平均出库时间模型,并根据料箱出库作业流量分布与人工拣选效率的关系,构建输送机缓存长度的优化模型;为缩短料箱平均出库时间,利用k-means聚类算法和储区排列规则对储位优化,进一步降低输送机缓存长度。仿真结果显示,优化后的品项分配与随机分配相比,补货缓存长度更趋合理,长度减少约12%。该研究一方面可指导规划设计人员对输送机缓存长度进行设计,另一方面可提高系统的整体作业效率,降低运营成本。