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1、精品论文大集合基自动化立体仓库入库优化调度研究1聂峰，程珩，李宁，杨高宏 太原理工大学机械电子工程研究所，山西太原( 030024） E-mail：摘要：本文针对某乳制品自动化立体库的入库模式。首先介绍了入库前端设备轨道式多功 能穿梭车的结构功能和入库作业流程；其次根据生产情况作出实时灵活的入库策略，策略是 设置入库输送机、穿梭车和堆垛机三者的对应关系，通过策略设置来缓解作业高峰时期的堵 塞现象和提高作业效率；最后在作业顺序排队的基础上提出了一种就近算法，作业就近算法 是把已生成的作业任务重新排队执行，排队的原则是根据任务的目标货位位置距离穿梭车的 距离就近来定，距离近的优先执行，以此来调度穿
2、梭车；采用这种 “策略+就近算法”的方法 来优化入库作业调度。 应用结果表明该方法提高了入库作业效率，并在应对突发事故时是有效的和实用的。 关键词：穿梭车；策略；入库作业调度；就近算法中图分类号：TB498文献标识码：A1引言随着自动化立体仓库的飞速发展，设备技术的不断改进,产生了多种入库模式。本文所 述为某乳制品立体仓库，根据物流规划的入库前端采用“输送机+穿梭车”入库模式。输送机 是仓储中常用设备。文中主要针对穿梭车RGV（Rail Guided Vehicle)的调度问题进行研究。 穿梭车以其速度快、可靠性高、成本低和稳定性在现代制造业、物流等行业内得到快速的发 展和广泛的应用1，扮演越
3、来越重要的角色。RGV系统既可作为立体仓库的周边设备，也 可作为独立系统。RGV可以十分方便地与其他物流系统实现自动连接，如出/入库站台、各 种缓冲站、输送机、升降机和机器人等2。但是由于生产规模的不断扩大和生产要求的复 杂化，不同行业，不同的自动化立体库对RGV的应用要求不同，研发设计出多种功用的RGV， 而每一种都有其特点和特殊功用。本文针对某自动化立体库设计出的多功能穿梭车，根据其结构功能设计，研究合理的调 度算法，并结合策略设置方法来优化调度算法，从而有效的提高其入库效率。2穿梭车入库流程穿梭车RGV根据功能的不同，可分为装配型RGV系统和运输型RGV系统两大类型，主 要用于物料输送、
4、车间装配等；根据运动方式的不同，可分为：直线往复式穿梭车和环形轨 道式穿梭车两种2。本文所述穿梭车为轨道式多功能双工位穿梭车，如图1实物图所示。第1个工位是拆盘工 位，用来送空托盘给入库输送机，托盘经这里拆离后就由下方的输送链直接送走。具体过程 为：由拆盘机的升降装置由低位升到高位，再降到中位，伸叉托住底部第二托盘后升降装置 由中位降到低位，将底部的托盘拆出，将第一次拆出的盘送离后，可进行第二次拆盘操作。 这一系列动作大都在小车沿导轨直线运行时就会完成。第2个工位是输工位，用来输送接转 货物。双工位小车支架上安装的限位开关或测距装置使其到达指定位置后将拆盘送出或接转 货物，所有操作都由PLC监
5、控完成，PLC指示它以高速、中速、低速在导轨上运行3。采用 轨道式多功能穿梭车不仅满足了该仓库业务需要，且和以往直线往复式穿梭车比起来，提高1本课题得到山西自然科学基金资助项目（项目编号：20050147）的资助。- 5 -了运行速度和稳定性，优化了物流结构。跟环形穿梭车相比结构相对简单，降低了成本，同时更有利于操作和控制，提高入库效率。 入库作业流程：人工码盘入库输送机RGV巷道口输送机堆垛机货位，RGV在其中的作用是：将以托盘为单元的货从入库输送机取上，同时送一个空托盘，然后送货到 某个巷道口的输送机上，然后再由堆垛机取货入库，这样就完成了一次入库作业。入库前端布置可参照图4。S1S2RG
6、VS S3SnC1L1C2L2CmLm图1 轨道式多功能穿梭车实物图图2 策略设置方法Fig1 Rail Guided Vehicle multifunctional shuttleFig2 strategy settings3小车调度策略和作业调度优化算法研究关于如何调度小车，或者是什么时候调用小车，既省时又达到均匀调用的目地，文献4 中给出了一般的调度原则，调度哪辆小车去输送台接货，是由RGV到输送台的距离和它的 使用频率来决定的。最近的和使用频率最低的小车将会分配任务4。3.1 策略问题本文根据入库的作业流程设计要求，制定出相应的策略。策略是针对生产情况做出的， 以用来缓解作业堵塞和提高
7、作业效率。具体过程需按具体情况灵活修改。策略设置方法如图2所示。入库输送机RGV 轨道巷道口输送机RGV图 3 入库策略设置图 4 入库前端布置Fig3 in-warehouse shuttle strategy settingsFig4 layout of in front of warehouse图中 S1 , S2 , S3 ,.Sn 是入库输送机， C1 , C 2 ,.C m 是巷道口输送机， l1 , l2 ,.lm 是堆垛机。中间的全部输送过程是由 RGVS 来完成。首先策略的设定是入库输送机对应 巷道来实现的，每一巷道对应于一堆垛机，一堆垛机对应于一个巷道口输送机。S 与 L
8、可以 一对一，一对多，可以是多对一。当设定好 S 与 L 的关系后，可根据设定的策略，然后设 定 S 与 RGV 的对应关系，设定好后执行入库作业时调用相应的 RGV。入库策略程序实现如 图 3 所示。对整个入库作业来说，RGV 就是这个入库作业的瓶颈节点，可以通过增加合适 数量的 RGV 移动节点和配合灵活的策略，消除瓶颈效应。3.2 优化调度算法3.2.1顺序排队原则 该原则是作业顺序排队，先生成的任务先执行。作业的调度开始，首先由信息员将货物的品名、数量、打印日期等信息录入仓储管理系统WMS（Warehouse Management Systems）。生成一个任务号，同时系统根据一定的货
9、位分配算法分配货位，将生成的作业写进数据库里 排队，其原则是顺序排队，然后根据设定好的策略来调度小车。作业执行的时候依据数据库 里排好的队列依次调用小车和堆垛机来执行5。该方法优点在于依次执行生成的作业，防止 丢作业，算法简单可行。但是使得小车路线冗余，增加了不必要的小车循环往复时间，不利于提高小车的运行效率。开 始取出 srcssj，targetssj计算 atst信息录入数据库中取出前 5 条作业，把 atst 从小到大排序取出记录集中第一条作业调用相应的 RGV执行新的作业调用堆垛机图 5 算法流程图3.2.2就近算法就近算法是本文作者在顺序原则的基础上，根据该自动化立体库的需要设计出的
10、提高入 库效率的算法。就近算法是以效率优先为目的和在顺序排队原则的基础来实现的。其基本思 想是改变已生成作业的排队顺序。重新排队的原则：计算 RGV 距离入库输送机的距离与入 库输送机到巷道口输送机距离绝对值之和 Sk （入库输送机与巷道口输送机的对应关系通过 策略来结合，如图 2 所示），然后按和的绝对值从小到大排序。每次执行新作业，循环调用 进行排序，每次以小车停车的当前位置为基点，来计算 Sk 。小车的任务是从入库输送机上 接货送到巷道口输送机。图 4 为入库前端布置图，小车执行一次作业的运行轨迹如图中虚线 所示。具体做法是：将数据库里生成的作业，按照式(2.2.1)，计算 S k 。然
11、后按从小到大的顺 序重新排序。Sk = X i + Yj(1)式中 S k 为源目标距离和，k 表示生成的第 k 条作业。 X i 源距离(RGV 到入库输送机的 动态测距，i=1，2，3n)，i 表示入库输送机所对应的编号，每一个入库输送机都有一个 固定的地址与之对应。Yi 目标距离(入库口输送机到巷道口输送机的动态测距，j=1,2,3.m， j 代表巷道口输送机对应的编号)。作业Fig5 flow chart of algorithm 执行时可以循环调用，这样可以减少小车循环往复的时间。每次都是从距离小车最近的输送 机接货，使得 RGV 运行距离最短。本文定位装置采用激光测距,每个输送机距
12、离激光反射挡板是固定的。该算法需要结合 策略来实现，流程如图 5 所示。算法实现如下：定义：TaskExecList数据库表名；列名:Taskid-任务号, TaskType-任务类型(入库或出 库)，devname-设备名，srcssj-入库输送机当前激光测距值，targetssj 巷道口输送机当前激光 测距值，atcs -RGV当前激光测距值 ，atst-RGV距离入库输送机和入库输送机距离巷道口输 送机绝对距离之和（源目标距离和），Row、Column、Floor-货位的排、列、层。1）入库前先从下位取出 atcs，srcssj 和 targetssj 的当前激光测距值，计算出源目标距离
13、 和 as_Atst，as_Atst=|atcssrcssj|+|srcssj-targetssj|2）把作业信息如货位信息、设备名等写进数据库TaskExecList。Insert 任务号，货位的排Row，列Column，层Floor，小车编号into 数据库 TaskExecList.从第一作业开始调用，令i=1Fori=1 to num从数据库TaskExecList中选取任务号taskid，小车编号DevName，排Row，列Column，层Floor 按照源目标距离和atst值由小到大排序。 取出源目标距离和atst值最小的作业，根据所对应的任务号、设备名和货位信息等调用小车来执行作
14、业。Goto XXXX: num=i+1Next i/小车作业执行完毕，返回执行新作业调用堆垛机继续执行入库作业应用上述调度算法，文中所述的某自动化立体库不仅缓解了高峰作业时拥堵的现象，并 且入库量大幅增加。平均生产入库量从原来的400600吨/天，达到现在的500700吨/天，调拨入库量从300400吨/天，达到现在的400500吨/天，表明此方法有较强的实用性和有效性。4. 结论在某种程度上，在现有的技术上提高入库效率是比较困难的，本文采用这种策略+就近 算法的调度方法既容易实现，并且易操做。由于操作简单易于程序化，所以在提高小车的 入库效率和运行可靠性是很有效的。参考文献1 李斌,吴双等
15、.仓储物流系统中多车同轨模型的控制方法研究J.制造业自动化,2008.30(4):20-21 2 于永江,曲雅楠等.穿梭车系统设计及其在物流系统中的应用.自动化技术J,2005.29(1):56-593 刘景义,王学峰.双工位小车在立体仓库中的应用J.大众标准化,2005,(10):15-154 S.G. Lee *, R. de Souza, E.K. Ong. simulation modelling of a narrow aisle automated storage and retrieval system serviced by rail guided vehiclesJ. Com
16、puters in Industry, 1996(30): 241-2535 师向丽.面向自动化立体仓库的仓储管理D.华北工学院学位论文,2004.The optimal Task scheduling research of In-Warehouse inAS/RSNie Feng, Cheng Hang, LI Ning, YangGaoHongResearch Institute of Mechatronics Engineering TaiYuan University of Technology. Tai Yuan, Shan Xi (030024)AbstractAccording
17、tothemodeofin-warehouseinAutomatedStorageandRetrievalSystem(AS/RS).First,introduced a kind of RGV(Rail Guided Vehicle) multifunctional shuttle in front of warehouse,includeRGVs structure and functionandthe process of in-warehouse. Secondly,according to the production make storage strategy real-time
18、and flexible,the strategy is the relationship among of conveyor ,RGV and stacker crane,using strategy to ease busy period. Finally,proposed the nearest served algorithm on the basis of the first encountered first served rule.The algorithm is reorder the generated tasks then take from the first one,a
19、nd the order is based on the distance between target location and RGV, the shortest the first. Using the model storage strategy and the nearest served rule as a method of task scheduling to improve in-warehouse. The result of practice show that the method improved the in-warehouse efficiency, also effective and practical to deal with suddenness.Keywords: RGV; Strategy; Task Scheduling ;The Nearest Served Algorithm作者简介：聂峰（1982 ），男，内蒙临河人，太原理工大学在读硕士，主要从事计算机控 制，自动化物流系统的调度和管理研究。通讯地址：太原市西矿街 53 号太原理工大学西区 机械电子工程研究所。