對跑雙工位穿梭車調(diào)度策略的優(yōu)化研究

孟凡迪，王 琳，劉 樂，張可義，王 祥

（北自所(北京)科技發(fā)展有限公司，北京 100120）

0 引言

穿梭車又稱軌道式自動(dòng)導(dǎo)引車（即RGV——Rail Guide Vehicle），具有成本低、性能好和速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)中。在一些特定場合，為節(jié)約成本、提高效率，我們會(huì)選擇對跑雙工位RGV方案，此方案對調(diào)度策略的要求比較高，若調(diào)度策略不合理，則直接影響系統(tǒng)效率，得不償失。

目前對于RGV的研究，主要是研究各種算法。顧紅等人編寫的環(huán)形RGV優(yōu)化調(diào)度問題的自學(xué)習(xí)算法，提出了基于自學(xué)習(xí)和改進(jìn)遺傳算法的環(huán)形RGV實(shí)時(shí)調(diào)度算法，通過計(jì)算和工程驗(yàn)證，證實(shí)環(huán)形RGV的搬運(yùn)能力得到有效提高；陳華等人編寫的基于TS算法的直線往復(fù)2-RGV系統(tǒng)調(diào)度研究，針對問題建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用禁忌搜索算法解決直線往復(fù)兩輛單工位RGV的沖突碰撞問題；張桂琴編寫的直線往復(fù)式軌道自動(dòng)導(dǎo)引車智能調(diào)度算法，以RGV在立體庫中的應(yīng)用實(shí)例，分別介紹了直線往復(fù)情況下的單車系統(tǒng)、兩車對開系統(tǒng)、雙工位車系統(tǒng)，但對于具體如何規(guī)劃調(diào)度并沒有明確說明；徐偉華等人編寫的雙工位RGV系統(tǒng)能力優(yōu)化，針對一臺(tái)雙工位RGV通過約束理論從檢測器件設(shè)置、技術(shù)參數(shù)、物流工藝、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)調(diào)度等環(huán)節(jié)進(jìn)行了綜合優(yōu)化改進(jìn)[1]，解決了系統(tǒng)的瓶頸問題，提高了系統(tǒng)的整體效率。

本文針對對跑雙工位RGV系統(tǒng)的調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)化前后的對比，提高了系統(tǒng)的整體效率。

1 問題提出與策略研究

本文所研究的對跑雙工位RGV，在直線軌道上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，針對站臺(tái)很多，作業(yè)任務(wù)很多的情況，原有的調(diào)度策略整體效率不高，偶爾甚至?xí)霈F(xiàn)死鎖的情況。針對此情況，提高了調(diào)度策略的優(yōu)化。

1）系統(tǒng)布局

圖1為工段站臺(tái)布局示意圖。該子系統(tǒng)由對跑雙工位RGV和軌道兩邊的輸送站臺(tái)組成，圖中箭頭所示為輸送機(jī)運(yùn)行方向，現(xiàn)場共有42個(gè)雙向運(yùn)行揀選站臺(tái)，8個(gè)單向輸送機(jī)?，F(xiàn)場軌道總長為59.3米，物料載具經(jīng)由單向輸送機(jī)運(yùn)輸至揀選站臺(tái)，由人工揀選物料后，再運(yùn)輸出揀選區(qū)。對跑雙工位RGV負(fù)責(zé)輸送物料載具至各個(gè)輸送機(jī)站臺(tái)，最終將裝有物料的載具輸送出揀選工段，進(jìn)行下一步的工藝流程。RGV采用S7-1511作為主控制器，輸送機(jī)站臺(tái)采用一套S7-1516作為主控制器，雙工位RGV與輸送機(jī)系統(tǒng)之間采用無線以太網(wǎng)通訊，RGV采用變頻器控制，水平認(rèn)址采用BPS條碼帶方式。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 對跑雙工位RGV布局圖

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2）調(diào)度策略研究

圖3為該雙工位車的原有調(diào)度策略，按照任務(wù)順序執(zhí)行，實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)程序會(huì)優(yōu)先執(zhí)行雙工位取貨任務(wù)，在沒有雙工位取貨任務(wù)，只有單工位取貨任務(wù)的情況下，會(huì)等待一段時(shí)間后，即T1，在等待結(jié)束后如還沒有雙工位作業(yè)，會(huì)進(jìn)行單工位任務(wù)的取送。同時(shí)，現(xiàn)場工況存在站臺(tái)間輸送的任務(wù)，具體工作流程按照圖1所示。

圖3 原有調(diào)度策略

此調(diào)度策略相對直接，可以利用雙工位RGV的雙工位優(yōu)勢，缺點(diǎn)是在揀選任務(wù)少時(shí)，會(huì)浪費(fèi)一定等待時(shí)間，整體效率不高。

圖4為優(yōu)化后的策略，在原策略基礎(chǔ)上取消了等待時(shí)間T1，解決了在揀選任務(wù)少時(shí)，會(huì)浪費(fèi)一定等待時(shí)間的問題。實(shí)際觀察時(shí)此策略可以達(dá)到雙工位的充分利用，通過單工位的取貨任務(wù)時(shí)間去彌補(bǔ)T1的等待；同時(shí)在RGV生成任務(wù)時(shí)加入了行進(jìn)路線的判斷，以解決多個(gè)雙工位任務(wù)同時(shí)存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致RGV在水平運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)重復(fù)區(qū)域的問題，如具有更高效的雙工位任務(wù)時(shí)，RGV會(huì)優(yōu)先進(jìn)行行進(jìn)路線中的雙工位任務(wù)。

圖4 調(diào)度策略優(yōu)化方案1

圖5為引入對車的任務(wù)位置與策略方案1結(jié)合，形成最終的調(diào)度優(yōu)化策略，即雙車對跑時(shí)，A車生成任務(wù)時(shí)判斷B車所在位置，在不影響B(tài)車的運(yùn)行的情況下生成A車取貨任務(wù)，以減少避讓時(shí)間，在這種情況下，并結(jié)合策略方案1的判斷從而生成任務(wù)，既保證兩車避讓的最大化，同時(shí)也可以保證本車的運(yùn)行策略。

圖5 調(diào)度策略優(yōu)化方案2

圖6為最終引入對車的任務(wù)位置和輸送機(jī)的提前任務(wù)與策略方案2結(jié)合，形成最終的調(diào)度優(yōu)化策略，即雙車對跑時(shí)，A車生成任務(wù)1時(shí)判斷B車所在位置，在不影響B(tài)車的運(yùn)行的情況下生成A車取貨任務(wù)，以減少避讓時(shí)間，在任務(wù)1的接貨過程中，判斷是否會(huì)有雙工位的任務(wù)2存在，如果存在任務(wù)并且也不在B車工作的范圍內(nèi)，會(huì)形成雙工位任務(wù)2，任務(wù)2接貨完畢后。此時(shí)雙工位車上帶了兩盤貨物，判斷出離RGV最近的送貨任務(wù)，先執(zhí)行最近的送貨任務(wù)；在執(zhí)行送貨任務(wù)時(shí)判斷在第二盤貨物送貨路徑上是否存在新的雙工位取貨任務(wù)3，若無，則送貨完成結(jié)束一輪任務(wù)策略；若有，則執(zhí)行先執(zhí)行取貨任務(wù)，如此往復(fù)直至任務(wù)策略結(jié)束。

圖6 最終調(diào)度策略優(yōu)化

3 原策略與新策略效率對比

設(shè)軌道長度為x，最大速度為vmax，加速度為a，站臺(tái)間距為x1，接送貨時(shí)間為t接送。

由于雙工位車如果只做單工位任務(wù)屬效率浪費(fèi)，此處，假設(shè)雙工位任務(wù)充足。

3.1 原策略效率計(jì)算

3.1.1 任務(wù)為短距離不能達(dá)到最大速度任務(wù)時(shí)間計(jì)算

RGV的運(yùn)動(dòng)過程，分加速和減速兩段，其x1取x1/2計(jì)算，RGV能達(dá)到的最大速度為：

完成一套雙工位取貨任務(wù)總時(shí)間為：

3.1.2 任務(wù)為長距離可以達(dá)到最大速度任務(wù)時(shí)間計(jì)算

RGV的運(yùn)動(dòng)過程，分加速、減速和勻速三段，RGV完成一套雙工位取貨任務(wù)總時(shí)間為：

3.2 新策略效率計(jì)算

3.2.1 任務(wù)為短距離不能達(dá)到最大速度任務(wù)時(shí)間計(jì)算

RGV的運(yùn)動(dòng)過程，分加速和減速兩段，其x1取x1/2計(jì)算，RGV能達(dá)到的最大速度為：

完成一套雙工位取貨任務(wù)總時(shí)間為：

3.2.2 任務(wù)為長距離可以達(dá)到最大速度任務(wù)時(shí)間計(jì)算

由于新策略中雙工位RGV的主要策略為減少RGV長距離水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致效率浪費(fèi)，故新策略中幾乎沒有長距離任務(wù)。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果對比

原策略下在長短距離時(shí)間取平均值時(shí)間為：

新策略下在短距離時(shí)間時(shí)間為：

由于短距離水平動(dòng)作時(shí)間小于長距離時(shí)間，所以：

3.3 實(shí)際效率提升

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際觀察并進(jìn)行壓力測試，原策略與新策略對比下雙工位RGV效率提升48%。

4 結(jié)語

本文通過對對跑雙工位車調(diào)度策略優(yōu)化與調(diào)整，提高了系統(tǒng)整體效率，滿足了生產(chǎn)工藝和物流要求，進(jìn)而提高了整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，為跑雙工位RGV系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供了借鑒。