基于改進(jìn)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法
【專利摘要】一種基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟：采用無向圖為倉庫建模；自動(dòng)小車存取系統(tǒng)將任務(wù)分配給軌道引導(dǎo)小車，并根據(jù)目標(biāo)貨位給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑；定義資源矩陣，資源矩陣包括系統(tǒng)弧矩陣T、各軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni及各軌道引導(dǎo)小車當(dāng)前占用弧矩陣Hi，得到可用弧矩陣A＝T-(H1+H2…Hn)；對(duì)資源矩陣Ni、Hi及A按照軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；利用資源矩陣對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)路徑進(jìn)行防沖突檢測(cè)：在軌道引導(dǎo)小車到達(dá)下一段弧起始節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測(cè)，若該弧出現(xiàn)沖突，則將沖突弧資源授權(quán)優(yōu)先到達(dá)的軌道引導(dǎo)小車。本發(fā)明能對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，防止小車出現(xiàn)碰撞、系統(tǒng)出現(xiàn)擁塞、鎖死等情況。
【專利說明】基于改進(jìn)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物流領(lǐng)域，尤其涉及一種智能立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)，即AVS/RS(自動(dòng)小車存取系統(tǒng))的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002]智能立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)是現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行效率直接影響到物流供應(yīng)鏈的效率。AVS/RS(自動(dòng)小車存取系統(tǒng))是一種新型的智能立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)，是未來智能化立體倉庫發(fā)展及應(yīng)用的趨勢(shì)，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)立體倉庫中堆垛機(jī)只能為單一巷道服務(wù)，且當(dāng)堆垛機(jī)發(fā)生故障時(shí)無法進(jìn)行出入庫作業(yè)從而影響倉庫的整體作業(yè)效率等缺點(diǎn)。由于系統(tǒng)中的作業(yè)任務(wù)大多為跨層任務(wù)，即需要軌道引導(dǎo)小車借助升降電梯到達(dá)目標(biāo)層。因此，當(dāng)系統(tǒng)完成軌道引導(dǎo)小車的任務(wù)分配后，根據(jù)各小車的目標(biāo)貨位為其指定作業(yè)路徑，包括水平路徑和垂直路徑，從而防止出現(xiàn)小車路徑發(fā)生沖突或者系統(tǒng)擁塞等現(xiàn)象。
[0003]目前國內(nèi)基于AVS/RS系統(tǒng)中軌道引導(dǎo)小車出入庫作業(yè)調(diào)度的方法主要基于以下兩個(gè)方面:一是:根據(jù)小車進(jìn)行出入庫作業(yè)任務(wù)隊(duì)列的特征，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并利用群智能優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到以任務(wù)總完成時(shí)間為調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)的小車作業(yè)路徑，但上述方法只是針對(duì)單個(gè)軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)路徑進(jìn)行討論，并未考慮到小車之間的影響，如碰撞，沖突等問題。二是:針對(duì)軌道小車運(yùn)行路徑的鎖死問題，提出小車出入庫作業(yè)路徑防死鎖控制方法，但是系統(tǒng)中小車的路徑是固定的，降低了小車可用路徑的選擇空間，且只含有一臺(tái)升降機(jī)。因此，對(duì)于含有多個(gè)升降機(jī)的AVS/RS系統(tǒng)小車路徑規(guī)劃問題，需要對(duì)垂直路徑進(jìn)行考慮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、移植成本低的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決其技術(shù)問題:一種基于改進(jìn)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0006]S1、采用無向圖為倉庫建模，模型包括貨架的層信息、各層貨架的軌道信息、節(jié)點(diǎn)信息和弧信息，節(jié)點(diǎn)為軌道上設(shè)置在特定位置處的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間的路徑稱為弧；
[0007]S2、自動(dòng)小車存取系統(tǒng)將任務(wù)分配給軌道引導(dǎo)小車，且根據(jù)目標(biāo)貨位給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑，不考慮小車之間發(fā)生碰撞等不安全情況；
[0008]S3、對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，該步驟包括:
[0009]S3-1、定義資源矩陣，資源矩陣包括系統(tǒng)弧矩陣T、各軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni及各軌道引導(dǎo)小車當(dāng)前占用弧矩陣Hi,得到可用弧矩陣A = T-(HJHfHn), i e n，n表示軌道引導(dǎo)小車數(shù)量，軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni為弧的系列；
[0010]S3-2、對(duì)資源矩陣N1、Hi及A按照軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；
[0011]S4、利用資源矩陣對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)路徑進(jìn)行防沖突檢測(cè):在軌道引導(dǎo)小車到達(dá)下一段弧起始節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測(cè)，若該弧出現(xiàn)沖突，則將沖突弧資源授權(quán)優(yōu)先到達(dá)的軌道引導(dǎo)小車。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式:步驟SI中，以任意兩條軌道的交點(diǎn)作為分界點(diǎn)將軌道分段，每段為一條所述的弧，弧的兩端點(diǎn)為所述的節(jié)點(diǎn)，該弧的劃分方式，不僅大大減小了計(jì)算量，而且可以有效地避免軌道引導(dǎo)小車鎖死問題。
[0013]步驟SI中所述無向圖用矩陣G(M,A)表示,M= Im1WmJ為節(jié)點(diǎn)序列,A = Ia1,a^a,}為弧的權(quán)重序列，權(quán)重序列與弧的長度相關(guān)，矩陣G為與弧一一對(duì)應(yīng)的弧鄰接矩陣，其行數(shù)和列數(shù)等于倉庫單層包含的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
[0014]步驟S4中在軌道引導(dǎo)小車到達(dá)下一段弧起始節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測(cè)，是在軌道引導(dǎo)小車距離下一段弧起始節(jié)點(diǎn)安全距離時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步防止碰撞、沖突等問題的發(fā)生。具體，根據(jù)資源矩陣和軌道引導(dǎo)小車的運(yùn)行速度(軌道引導(dǎo)小車Z向速度以升降電梯的升降速度計(jì))及無向圖G中記載的弧的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
[0015]步驟S2中根據(jù)目標(biāo)貨位給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑，所述最短運(yùn)行路徑的獲取從記錄有任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑的路徑庫中獲取，以便減少軌道引導(dǎo)小車運(yùn)作過程中的計(jì)算量，有利于使自動(dòng)小車存取系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢，對(duì)于軌道引導(dǎo)小車的一次出/入庫任務(wù)，要求給出兩個(gè)階段的路徑，一是:裝載路徑，即從當(dāng)前位置至待裝載貨物所在位置，二是:卸載路徑，即從待裝載貨物所在位置至貨物的終點(diǎn)位置。
[0016]步驟S3-1中，資源矩陣LHA中的元素用二進(jìn)制來表示，即取值為“I”或“0”，當(dāng)某矩陣元素取值為“I”時(shí)表示該元素所代表的弧正在被使用，取值為“O”時(shí)則表示該元素所代表的弧此時(shí)空閑，資源矩陣的行數(shù)等于單位貨架的層數(shù)f，列數(shù)等于每一層所包含的弧的數(shù)量Ac。資源矩陣中的元素采用計(jì)算機(jī)可直接識(shí)別的機(jī)器語言，有利于加快系統(tǒng)的計(jì)算速度。
[0017]步驟S3-2中，對(duì)于同一臺(tái)軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni按照其任務(wù)特征分為兩個(gè)階段，一是:裝載階段，二是:卸載階段，各軌道引導(dǎo)小車每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)則對(duì)資源矩陣N1、H1、A進(jìn)行更新。兩個(gè)階段的路徑可由兩個(gè)矩陣分別表示。
[0018]步驟S4中，當(dāng)某一弧資源出現(xiàn)不安全狀態(tài)時(shí)，即已被某軌道引導(dǎo)小車占用，需等待該弧資源被釋放后才可再次使用。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明的基于改進(jìn)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，能夠?qū)Ω鬈壍酪龑?dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，防止小車出現(xiàn)碰撞、系統(tǒng)出現(xiàn)擁塞、鎖死等情況，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可操作性高、移植成本低等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明基于改進(jìn)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法所應(yīng)用倉庫單層貨架的無向圖；
[0021]圖2為本發(fā)明針對(duì)圖1中單層貨架設(shè)定的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)軌道引導(dǎo)小車的位置節(jié)點(diǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]采用本發(fā)明來解決智能立體倉庫一自動(dòng)小車存取系統(tǒng)AVS/RS中的軌道引導(dǎo)小車出入庫作業(yè)動(dòng)態(tài)調(diào)度問題。
[0023]下面通過實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0024]下面實(shí)施例中假定:
[0025]a.RGV即軌道引導(dǎo)小車運(yùn)行路徑是雙向的；
[0026]b.RGV沿X, y, z方向做勻速運(yùn)動(dòng),速度分別為Vx, Vy, Vz, Vz以升降電梯的升降速度計(jì)；
[0027]c.RGV每次只能承擔(dān)一個(gè)單位負(fù)載的出入庫操作；
[0028]d.每臺(tái)升降電梯一次只能運(yùn)載一個(gè)RGV ；
[0029]e.每段弧同一時(shí)間只能被一臺(tái)RGV占用；
[0030]f.RGV完成任務(wù)后?？吭谠撊蝿?wù)的目的節(jié)點(diǎn)，等待下一任務(wù)的分配。
[0031]本發(fā)明提出的一種基于改進(jìn)banker (即銀行家)算法的AVS/RS (即自動(dòng)小車存取系統(tǒng))動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，具體步驟如下:
[0032]S1、如圖1所示，AVS/RS系統(tǒng)的具體參數(shù)如下，包括5臺(tái)RGV，4臺(tái)升降電梯Elel?4，貨架長12m,高1m,為13X6規(guī)格的貨架，即6排依次為a、bc.de, fg、h1、j，單層每排單面有13個(gè)貨位，如al?13，每排貨架有20層，共9360個(gè)貨位，單元貨位高度h = 0.5m,寬度w = 0.8m,深度d = 0.6m。RGV的水平速度Vx = Vy = 2m/s,升降電梯的速度Vz = 2m/
S。單層貨架的無向圖如圖1所示，以任意兩條軌道的交點(diǎn)作為分界點(diǎn)將軌道分段，每段為一條弧，弧的兩端點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，圖1中共計(jì)有20個(gè)節(jié)點(diǎn)，編號(hào)Pl?20，23條弧資源，編號(hào)Al?A23,無向圖以G(M, A)表示，M = Im1, nvmj為節(jié)點(diǎn)序列，A = Ia1, afaq}為弧的權(quán)重序列，權(quán)重序列與弧的長度相關(guān)，矩陣G定義為與弧一一對(duì)應(yīng)的弧鄰接矩陣，其行數(shù)和列數(shù)等于倉庫單層包含的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，如G11即表示節(jié)點(diǎn)IIl1與IIl1間弧的長度，由節(jié)點(diǎn)IIl1與IIl1之間沒有弧，所以其權(quán)重序列a:為O,依此列推。
[0033]S2、用(X，Y)來描述RGV的位置信息，如圖2所示，X為位置節(jié)點(diǎn)編號(hào)，如圖2所示，該層貨架中具有75個(gè)位置節(jié)點(diǎn)，編號(hào)I?75，Y為層數(shù)，在本實(shí)例中現(xiàn)有任務(wù)均為出庫任務(wù)，其位置坐標(biāo)可表示如下=Q1 (33，10)、Q2 (8，12)、Q3 (28，6)、Q4 (47，16)、Q5 (75，20)，各軌道引導(dǎo)小車當(dāng)前所在位置坐標(biāo)分別為R1 (31，20)、R2(25，19)、R3 (9，17)、R4 (36，4)、R5 (18，8)，給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑，不考慮小車之間發(fā)生碰撞等不安全情況，可得到小車-任務(wù)組合為:(Q1、R5)、(Q2> R3)、(Q3、R4)、(Q4、R2)、(Q5> R1)，則各小車的作業(yè)信息分別為=R1 (I/O5、Q5)、R2 (1/04、Q4)、R3(I/02、Q2)、R4 (1/03、Q3)、R5 (Q1、I/O1)，I/O 表示出入庫節(jié)點(diǎn)。
[0034]S3、對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，該步驟進(jìn)一步包括以下子步驟:
[0035]S3-1、定義資源矩陣，資源矩陣包括系統(tǒng)弧矩陣T2cw23 (20為層數(shù)，23表示每層含有的弧的數(shù)量)、各小車的路徑弧矩陣Ni (其所處階段的初始值定義為:該階段該小車所需經(jīng)過的弧對(duì)應(yīng)的元素值均為I)及當(dāng)前占用弧矩陣Hi (其初始值定義為:該階段該小車當(dāng)前所在弧對(duì)應(yīng)的元素值均為I);則可得到系統(tǒng)可用弧矩陣A = T-(HJHfHn)。
[0036]S3-2、對(duì)系統(tǒng)的資源矩陣隊(duì)、Hi及A按照小車的作業(yè)過程進(jìn)行更新，其中隊(duì)、Hi隨著各小車位置的改變來進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化:小車通過某段弧后Hi中該弧所對(duì)應(yīng)的元素值由I變?yōu)?，而下一將要達(dá)到弧所對(duì)應(yīng)的元素值則由O變?yōu)镮 ;對(duì)于Ni，小車通過某段弧后該弧所對(duì)應(yīng)的元素值由I變?yōu)镺。
[0037]S4、作業(yè)過程中將A與Ni進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較(每個(gè)元素一一對(duì)應(yīng))，當(dāng)檢測(cè)到某一弧資源出現(xiàn)不安全狀態(tài)時(shí)，即兩臺(tái)以上小車需要共同使用該弧資源時(shí)，則要進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判斷:距離該資源較近的小車優(yōu)先使用。
[0038]顯然，本發(fā)明方法能夠動(dòng)態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度過程，防止軌道引導(dǎo)小車發(fā)生碰撞及系統(tǒng)擁塞、鎖死等問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)小車存取系統(tǒng)出入庫作業(yè)及調(diào)度過程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的作業(yè)效率。
【權(quán)利要求】
1.一種基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟: 51、采用無向圖為倉庫建模，模型包括貨架的層信息、各層貨架的軌道信息、節(jié)點(diǎn)信息和弧信息，節(jié)點(diǎn)為軌道上設(shè)置在特定位置處的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間的路徑稱為??； 52、自動(dòng)小車存取系統(tǒng)將任務(wù)分配給軌道引導(dǎo)小車，并根據(jù)目標(biāo)貨位給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑； 53、對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，該步驟包括: S3-1、定義資源矩陣，資源矩陣包括系統(tǒng)弧矩陣T、各軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni及各軌道引導(dǎo)小車當(dāng)前占用弧矩陣Hi，得到可用弧矩陣A = T-(H1+H2...Hn)，i e n，n表示軌道引導(dǎo)小車數(shù)量； S3-2、對(duì)資源矩陣N1、Hi及A按照軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)更新； 54、利用資源矩陣對(duì)各軌道引導(dǎo)小車的作業(yè)路徑進(jìn)行防沖突檢測(cè):在軌道引導(dǎo)小車到達(dá)下一段弧起始節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測(cè)，若該弧出現(xiàn)沖突，則將沖突弧資源授權(quán)優(yōu)先到達(dá)的軌道引導(dǎo)小車。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟SI中，以任意兩條軌道的交點(diǎn)作為分界點(diǎn)將軌道分段，每段為一條所述的弧，弧的兩端點(diǎn)為所述的節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟SI中所述無向圖用矩陣G(M, A)表示，M = {nvnvmj為節(jié)點(diǎn)序列，A= {&1, a^a,}為弧的權(quán)重序列，權(quán)重序列與弧的長度相關(guān)，矩陣G為與弧一一對(duì)應(yīng)的弧鄰接矩陣，其行數(shù)和列數(shù)等于倉庫單層包含的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中在軌道引導(dǎo)小車到達(dá)下一段弧起始節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行檢測(cè)，是在軌道引導(dǎo)小車距離下一段弧起始節(jié)點(diǎn)安全距離時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟S2中根據(jù)目標(biāo)貨位給定軌道引導(dǎo)小車最短運(yùn)行路徑，所述最短運(yùn)行路徑的獲取從記錄有任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑的路徑庫中獲取，對(duì)于軌道引導(dǎo)小車的一次出/入庫任務(wù)，要求給出兩個(gè)階段的路徑，一是:裝載路徑，即從當(dāng)前位置至待裝載貨物所在位置，二是:卸載路徑，即從待裝載貨物所在位置至貨物的終點(diǎn)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟S3-1中，資源矩陣!\NpHpA中的元素用二進(jìn)制來表示，即取值為“I”或“O”，當(dāng)某矩陣元素取值為“I”時(shí)表示該元素所代表的弧正在被使用，取值為“O”時(shí)則表示該元素所代表的弧此時(shí)空閑，資源矩陣的行數(shù)等于貨架的層數(shù)，列數(shù)等于每一層所包含的弧的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟S3-2中，對(duì)于同一臺(tái)軌道引導(dǎo)小車的路徑弧矩陣Ni按照其任務(wù)特征分為兩個(gè)階段，一是:裝載階段，二是:卸載階段，各軌道引導(dǎo)小車每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)則對(duì)資源矩陣隊(duì)、故、A進(jìn)行更新。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于改進(jìn)動(dòng)態(tài)銀行家算法的自動(dòng)小車存取系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟S4中，當(dāng)某一弧資源出現(xiàn)不安全狀態(tài)時(shí)，即已被某軌道引導(dǎo)小車占用，需等待該弧資源被釋放后才可再次使用。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104346658SQ201410665348
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】肖勇, 黨三磊, 趙山, 張思建, 黃友朋 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院