專家系統(tǒng)在立體車庫出入庫調(diào)度中的應用

摘 要：研究了專家系統(tǒng)在自動化立體車庫出入庫調(diào)度中的應用：利用專家系統(tǒng)，對立體車庫進行任務最優(yōu)分配和調(diào)度。介紹了協(xié)調(diào)優(yōu)化的推理過程。實踐表明該系統(tǒng)是可行的，并具有一定的實用性。

關鍵詞：自動化立體車庫；調(diào)度；專家系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

0 引言

自動化立體車庫是當代物流技術、倉儲技術、自動化技術、計算機技術發(fā)展的優(yōu)秀產(chǎn)物，它集存儲、輸送、分發(fā)為一體，目前在大、中型城市已經(jīng)逐步得到應用，但其作業(yè)速度嚴重影響車庫的利用率。本文就該問題針對北京某小區(qū)自動化立體車庫提出一種基于專家系統(tǒng)的自動化立體車庫出入庫調(diào)度策略，實現(xiàn)立體車庫的優(yōu)化調(diào)度控制。

1 立體車庫簡介

本立體車庫屬于巷道堆垛類地下大型立體車庫，設1個巷道、地下6層，40列，分南北兩側(cè)，共有四百多個車位；有四臺堆垛機系統(tǒng)和四臺升降旋轉(zhuǎn)臺可分別在四個分區(qū)進行同時作業(yè)。作業(yè)方式有汽車入庫、汽車出庫，系統(tǒng)維護作業(yè)方式有庫內(nèi)搬移、ETV僅移和跨區(qū)出庫。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本自動化立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控服務器、讀卡器、車位顯示牌及UPS電源和打印機構(gòu)成，并預留上級100M bps以太網(wǎng)接口。系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，分別為監(jiān)控層、控制層、執(zhí)行層。采用3級總線復合型結(jié)構(gòu)，最底一級為I/O鏈路(即ET200)，負責與現(xiàn)場設備通訊，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線將監(jiān)控設備連接起來，構(gòu)成了一個穩(wěn)定，易于擴充的硬件環(huán)境，如圖1所示。

3 監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度中的若干問題及其專家系統(tǒng)實現(xiàn)

3．1調(diào)度優(yōu)化中的若干問題

對于車庫這種特殊類型的立體倉庫，為保證安全可靠，必須考慮各分區(qū)間的消防卷簾門、巷道堆垛機的相互避讓的問題、升降平穩(wěn)等。除此之外，為做到立體車庫調(diào)度優(yōu)化，還必須考慮如下問題：

(1)車位信息的初始化

車庫車位較多，監(jiān)控機需要對其做初始化處理，對各車位進行地址分配，并根據(jù)車位容積的大小進行歸類，以便各類型車輛的存放。根據(jù)車位的相對位置，對車位進行地址編碼，其格式為“P-LL-C”。其中P代表側(cè)號，1位字符，范圍為1～2；LL代表列號，2位字符，范圍為01～30；C代表車位層，1位字符，范圍為1～6。

(2)指令優(yōu)化處理

刷卡器向監(jiān)控機進行申請任務時，監(jiān)控機根據(jù)以下情況作出優(yōu)化處理：

①該分區(qū)升降臺及其堆垛機的閑忙狀態(tài)；

②該分區(qū)作業(yè)指令的類型；

③該分區(qū)作業(yè)指令數(shù)的條數(shù)。

(3)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化

系統(tǒng)在作業(yè)中達到整體的優(yōu)化，還必須從如下幾個方面入手：

①各分區(qū)作業(yè)指令要相對平衡；

②充分保證各分區(qū)設備并行運行；

③充分利用相鄰分區(qū)設備進行作業(yè)。

3．2調(diào)度優(yōu)化的專家系統(tǒng)實現(xiàn)

本文通過對自動化立體車庫出入庫調(diào)度方法的研究以及現(xiàn)有知識的特點，根據(jù)車庫調(diào)度知識的表示方法，選用了基于出入庫規(guī)則產(chǎn)生式知識表示的方法，建立了自動化立體車庫出入庫調(diào)度專家系統(tǒng)的知識庫，采用分析、推理，產(chǎn)生相應的調(diào)度策略，通過刷卡器進行語音安全提示，并通過車廳報警設備進行報警。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

3．2．1知識的獲取

專家系統(tǒng)的核心是知識庫。知識庫中知識的多少及知識的質(zhì)量決定一個專家系統(tǒng)所具有解決問題的能力。一般來說，組建一個知識庫需經(jīng)歷兩個階段：訪問專家階段和機器學習階段。在訪問專家階段，知識工程師通過對專家實際工作時如何求解問題進行觀察、與專家進行長時間的交談等手段獲取知識，然后對這些知識進行精化、檢查和驗證等處理，最后將這些處理過的知識作為機器學習的材料。在機器學習階段實現(xiàn)將知識工程師提供的各種知識儲存到知識庫中。由于機器學習問題至今尚無突破性進展，故此專家系統(tǒng)的知識獲取方式繼續(xù)采用機械記憶的學習過程，即由知識工程師將從領域?qū)＜壹坝嘘P文獻中獲得的知識，用合適的知識表示模式或語言表示出來，交給知識編輯器進行編輯，輸入知識庫中。

3．2．2知識表示的基本原則

自動化立體車庫的出入庫調(diào)度任務主要包括兩個方面：一是作業(yè)任務調(diào)度，二是車輛出入庫應該符合車位調(diào)度原則。車庫的安全性和可靠性決定了出入庫作業(yè)必須按照一定的操作規(guī)則，這對于知識的表示來說應該考慮如下規(guī)則：

(1)作業(yè)調(diào)度原則

出入庫作業(yè)任務是立體車庫作業(yè)的關鍵。出入庫調(diào)度主要根據(jù)智能卡上用戶類型、車輛的型號，安排任務執(zhí)行的順序及分配最短路徑來存放車輛，并且合理調(diào)度堆垛機來完成作業(yè)任務。為了實現(xiàn)合理調(diào)度，必須考慮合理的車輛檢測的車輛外形信息和用戶類型，還要有合理的調(diào)度原則和算法。

先到先作業(yè)原則這是出入庫調(diào)度的基本原則，不考慮作業(yè)類型和用戶類型，先到的任務優(yōu)先處理。

優(yōu)先權原則因為存放車輛的用戶類型不同，在同時有兩個作業(yè)任務時，優(yōu)先考慮其存放，即按照貴賓卡、季卡、月卡、臨時卡這樣優(yōu)先級別進行調(diào)度。

處理時間最短原則即按照所選擇的最優(yōu)路徑的長短進行排隊，優(yōu)先處理路徑最短的任務。

聯(lián)合出入庫原則在多項出庫和入庫任務時，適當進行優(yōu)化組合，并考慮通過相鄰分區(qū)進行跨區(qū)作業(yè)。

(2)車位管理原則

對車庫進行車位管理，是要合理地分配和使用車位，必須優(yōu)先考慮出入庫的效率。由于車庫的特殊性，車位分配主要考慮入庫存放的最佳車位，即入庫車位分配。

分類存放原則根據(jù)車輛的外形大小，將同類規(guī)格的車輛進行集中存放，以便于管理。

就近原則入庫時在相應分區(qū)尋找最接近接車口的車位，使入庫時間最短，達到提高效率的目的。

車位分區(qū)原則將立體車庫車位劃分為四個分區(qū)，使同一巷道的四個堆垛機共同承擔作業(yè)任務，使作業(yè)任務均衡。

3．2．3知識的表示

立體車庫出入庫作業(yè)指令的執(zhí)行，與堆垛機和旋轉(zhuǎn)升降臺的狀態(tài)及車位狀態(tài)和車輛檢測數(shù)據(jù)密切相關。只要車體未超出車庫所規(guī)定的范圍，并且堆垛機或者升降臺空閑、相應分區(qū)有空車位時，才能根據(jù)上述原則執(zhí)行入庫操作；或者堆垛機和升降臺空閑并且相應分區(qū)車位有車輛時，才能執(zhí)行出庫操作。

根據(jù)上述要求和原則，采用基于規(guī)則的產(chǎn)生式知識表示方法，建立了立體車庫專家系統(tǒng)知識庫。知識庫中的知識表示如下：

R1:IF堆垛機忙于HEN堆垛機的狀態(tài)置為1；ELSE堆垛機的狀態(tài)置為0；

R2:IF升降臺忙THEN升降臺的狀態(tài)置為1；ELSE升降臺的狀態(tài)置為0；

R3:IF車位有車THEN車位的狀態(tài)置為1；ELSEIF車位為維修車位THEN車位的狀態(tài)置為2；ELSE車位狀態(tài)置為0；

R4:IF車位狀態(tài)為OTHEN可以存放車輛；

R5:IF入庫作業(yè)THEN IF 1區(qū)和2分區(qū)THEN從右向左，先南側(cè)后北測，從上往下尋找空車位置ELSE從左向右，先南側(cè)后北測，從上往下尋找空車位置；

R6:IF出庫作業(yè)THEN得到車輛所存放的車位地址；

R7:IF入庫任務順次到達THEN先到先作業(yè)；

R8:IF入庫作業(yè)AND前一任務為出庫THEN該指令等待直到前以指令完成；

R9:DF出庫作業(yè)THEN堆垛機的狀態(tài)置為1；ELSE堆垛機的狀態(tài)置為0；

R10:13PF堆垛機忙AND前一任務為出庫THEN該指令等待至堆垛機輸送車輛到升降臺；

R11:IF出庫任務依次到達AND相鄰分區(qū)設備空閑THEN排序在后的車庫指令采用跨區(qū)出庫；

R12:IF出庫指令同時到達THEN優(yōu)先權最高的優(yōu)先作業(yè)；

R13:IF出庫指令同時到達AND級別相同THEN距離出口近者先處理；

R14:IF分區(qū)空余車位為0 THEN在其它分區(qū)進行存放；

R15:IF車輛外形超限于HEN禁止入庫；

3．2．4 立體車庫調(diào)度專家系統(tǒng)的推理機制

推理機制根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)，按照某種搜索策略從數(shù)據(jù)庫選取相關的知識并按照一定的推理策略進行推理，直到得出相應的結(jié)論。目前存在很多成熟的推理技術，常見的有正向推理、反向推理、啟發(fā)式推理、不精確推理等。許多推理技術與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關，不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能使用完全不同的推理技術。

本系統(tǒng)對出入庫的實時陸要求比較高，因此對推理的效率要求也就比較高，為此本系統(tǒng)對于不同類型的規(guī)則采用重復搜索的策略，并采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法，結(jié)合專家系統(tǒng)的黑板模型思想，使推理機結(jié)構(gòu)分明，條理清晰。如圖3所示。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)則的分類，將整個推理分為任務排序、分配和車位分配兩個部分。其推理過程為：用戶刷卡時，系統(tǒng)接收用戶信息，并初始化各分區(qū)數(shù)據(jù)庫，刷新作業(yè)指令緩沖區(qū)。系統(tǒng)定時查詢，看是否有新任務到達。如果有新任務，則系統(tǒng)采用正向推理的方法掃描任務排序規(guī)則對任務進行分配；若沒有新任務時，推理機不進行任務規(guī)則的掃描，直接進入車位狀態(tài)、車輛外形、堆垛機、升降臺和車位管理規(guī)則的掃描，得出相應結(jié)論并進行操作。

3．2．5 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)以Windows2000為平臺，通過Oracle9i數(shù)據(jù)庫建立專家系統(tǒng)規(guī)則知識庫，采用Visual Basic6.0作為開發(fā)工具，界面友好，簡單明了，操作形象直觀。從軟件設計的角度來講，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計思想，并預留擴展接口，使系統(tǒng)具有可擴展性和開放性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 結(jié)束語

本文參閱了國內(nèi)外立體倉庫的調(diào)度方法，結(jié)合立體車庫的實際特點，提出一種基于專家系統(tǒng)的自動化立體車庫出入庫調(diào)度策略，并運用到實際的系統(tǒng)中，很好地解決了出入庫調(diào)度的優(yōu)化控制問題，使得出入庫更加流暢，縮短了等待時間，提高了車庫整體的運行效率。系統(tǒng)已經(jīng)在北京某公寓投入使用，運行穩(wěn)定可靠，滿足調(diào)度要求及用戶需求，表明該系統(tǒng)有一定的實用價值。