[發明專利]同軌雙車運行模式下堆垛機調度路徑模型建立方法

有效

• 申請號: 201611138401.9
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106773686B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 蔡安江;蔡曜;郭師虹;應嘉奇
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

1.一種同軌雙車運行模式下堆垛機調度路徑模型的建立方法，其特征在于，該方法將任務合理地分配給自動化倉庫兩端式布局的兩臺堆垛機，完善現有堆垛機SC/DC作業模式，具體按下列步驟進行：

在同軌雙車運行模式下，一批出/入庫任務輸入后，通過統籌分配原則合理地將任務分配給兩臺堆垛機；

這批任務完成的時間取決于兩堆垛機完成各自任務運行時間的最大值；

T＝max(T_L,T_R) (1)

其中：T_L，T_R分別為同一巷道上兩臺堆垛機完成各自任務的運行時間；

兩堆垛機在同一巷道上同時工作，它們各自的水平位移和垂直位移互不干涉，故其中一臺堆垛機完成一次存/取任務所花費的時間為水平、垂直作業所需時間的最大值；

設一個貨架的長度為l、高度為h，堆垛機水平位移速度為V_x、垂直位移速度為V_y，則其中一臺堆垛機以位置[x_a,y_a]為起點，以位置[x_b,y_b]為終點，所花費的時間為：

t＝max(|x_a-x_b|l/V_x,|y_a-y_b|h/V_y) (2)

在同軌雙車運行模式下，決定倉庫存儲效率的要素有兩點：

(1)出/入庫任務的分配情況，即貨位到兩端出/入庫臺的距離和每臺堆垛機獲得的任務數量；

(2)SC/DC任務的組合方式，即堆垛機執行DC任務時，入庫貨位和出庫貨位的距離；

基于上述決定倉庫存儲效率的兩點要素，同軌雙車運行模式下任務的分配原則及雙堆垛機執行SC/DC任務的調度模型如下：

1)任務分配原則：

一批任務輸入后，基于統籌分配原則將這批任務分配給兩臺堆垛機，其對應貨位的橫坐標構成集合L＝{x₁,x₂,...,x_l}和R＝{x₁,x₂,...,x_r}，集合L中元素對應任務由橫坐標小的出/入庫臺執行出/入庫作業，集合R中元素對應任務由橫坐標大的出/入庫臺執行出/入庫作業；

統籌分配原則的目標是在一組出/入庫任務分配完成后，兩堆垛機完成各自任務的運行時間最短；兩堆垛機運行時間差的絕對值最小，數學模型表達如下：

約束條件：

x_i＜x_j (4)

ΔT≤t_min (5)

其中，ΔT＝|T_L-T_R|

x_i∈L,i＝1,2,...,l

x_j∈R,j＝1,2,...,r

t_min＝min(t_j,t_j+1,...,t_end)

式(3)中，T_L和T_R分別為同一巷道上兩臺堆垛機完成各自任務的運行時間；ΔT為兩堆垛機運行時間差的絕對值；

式(4)含義為集合L中元素均小于集合R中元素，以保證堆垛機運行時間短，避免碰撞發生；

式(5)中，t_min為先完成任務的堆垛機執行另一臺堆垛機各未完成任務所需時間的最小值，該式確保在一臺堆垛機完成任務，處于“空閑”狀態時，立體倉庫的總存儲效率最優；

其中，t_j,t_j+1,...,t_end分別為先完成任務的堆垛機執行另一臺堆垛機各未完成任務所需時間；

2)SC任務調度模型：

同軌雙車模式下堆垛機執行SC任務的作業方式為：兩臺堆垛機從出/入庫臺出發，抵達各自任務貨位卸載/裝載貨物，返回出/入庫臺；

針對其中一臺堆垛機執行SC任務的作業方式進行分析，當有n條SC任務由該堆垛機執行時，其所花費的總時間為：

其中：

為這臺堆垛機執行n條SC任務所花費的時間；

為堆垛機從出/入庫臺運行到第i個任務貨位的運行時間；

t_pike和t_put分別為取貨操作和存貨操作所需時間；

由此，兩臺堆垛機同時工作，完成一批SC任務所需時間為：

其中：

分別為同一巷道上兩臺堆垛機完成各自SC任務的運行時間；

3)DC任務調度模型：

同軌雙車模式下堆垛機執行DC任務的作業方式為：兩臺堆垛機從出/入庫臺運載貨物到各自入庫任務貨位，卸載貨物后直接運行到各自出庫任務貨位裝載貨物，再將貨物運至出/入庫臺；

針對其中一臺堆垛機執行DC任務的作業方式進行分析，當有n條DC任務由該堆垛機執行時，所花費的總時間為：

其中：

為這臺堆垛機執行n條DC任務所花費的時間；

2n為包括出庫任務和入庫任務的任務總數；

為堆垛機從出/入庫臺運行到第i個任務貨位的運行時間；

為同一條DC任務中，堆垛機從入庫貨位運行到出庫貨位的運行時間；

t_pike和t_put分別為取貨操作和存貨操作所需時間；

由此，兩臺堆垛機同時工作，完成一批DC任務所需時間為：

其中：

分別為同一巷道上兩臺堆垛機完成各自DC任務的運行時間；

綜上，兩端式自動化倉庫布局中基于同軌雙車運行模式下的堆垛機調度路徑模型如下：

T＝min(T_L,T_R)+ΔT (10)

約束條件：

x_i＜x_j

ΔT≤t_min

其中：

ΔT＝|T_L-T_R|

x_i∈L,i＝1,2,...,l

x_j∈R,j＝1,2,...,r

t_min＝min(t_j,t_j+1,...,t_end)

n_L、n_R、m_L、m_R分別為兩堆垛機獲得的入庫作業數量和出庫作業數量；

約束條件與式(4)、式(5)處含義相同；

在實際工況中，堆垛機所接到的任務數量大，任務分配原則與任務排序方式又相互影響，因此在式(10)中，堆垛機的運動時長因任務分配方式和任務排序的不同而存在較大差異，給出一種智能優化算法，用于求得該模型的最優解：

運用化學反應優化(CRO)全局搜索能力強的特點，采用任務序號映射貨位坐標的間接整數編碼的方式，將任務分配原則嵌入CRO的每一次迭代中，對式(10)進行最優解的計算，得到最優任務分配方案和堆垛機最優調度路徑；

為了方便問題的求解，采用基于任務編號排序的間接整數編碼法將出庫任務和入庫任務分別寫成兩段編碼；

一個分子由兩段編碼組成，編碼的先后順序代表這個分子的結構；

編碼為每條任務的序號，通過映射得到該條任務對應的出/入庫位點坐標；

第一段編碼為出庫任務序號，第二段編碼為入庫任務序號，自首位開始，對應位次的出/入庫任務組成DC任務，剩余的出庫或入庫任務為SC任務；

在調度模型的優化過程中，采用統籌分配原則不能保證一次分配的結果為最優，通過先進行一次任務分配獲得初始分子，再于每次迭代結束后調整分配結果的方式，可逐步尋得任務分配的最優解；

運用CRO，采用基于任務編號排序的間接整數編碼法，將統籌分配原則融入到算法的每一次迭代中，即求得式(10)的最優解。