基于改进银行家算法的自动小车存取系统动态调度方法
【专利摘要】一种基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，包括以下步骤：采用无向图为仓库建模；自动小车存取系统将任务分配给轨道引导小车，并根据目标货位给定轨道引导小车最短运行路径；定义资源矩阵，资源矩阵包括系统弧矩阵T、各轨道引导小车的路径弧矩阵Ni及各轨道引导小车当前占用弧矩阵Hi，得到可用弧矩阵A＝T-(H1+H2…Hn)；对资源矩阵Ni、Hi及A按照轨道引导小车的作业过程进行实时更新；利用资源矩阵对各轨道引导小车的作业路径进行防冲突检测：在轨道引导小车到达下一段弧起始节点前进行检测，若该弧出现冲突，则将冲突弧资源授权优先到达的轨道引导小车。本发明能对各轨道引导小车的作业过程进行动态调整，防止小车出现碰撞、系统出现拥塞、锁死等情况。
【专利说明】基于改进银行家算法的自动小车存取系统动态调度方法
【技术领域】
[0001]本发明属于物流领域，尤其涉及一种智能立体仓储系统，即AVS/RS(自动小车存取系统)的动态调度方法。
【背景技术】
[0002]智能立体仓储系统是现代生产物流系统中的重要环节，其运行效率直接影响到物流供应链的效率。AVS/RS(自动小车存取系统)是一种新型的智能立体仓储系统，是未来智能化立体仓库发展及应用的趋势，它弥补了传统立体仓库中堆垛机只能为单一巷道服务，且当堆垛机发生故障时无法进行出入库作业从而影响仓库的整体作业效率等缺点。由于系统中的作业任务大多为跨层任务，即需要轨道引导小车借助升降电梯到达目标层。因此，当系统完成轨道引导小车的任务分配后，根据各小车的目标货位为其指定作业路径，包括水平路径和垂直路径，从而防止出现小车路径发生冲突或者系统拥塞等现象。
[0003]目前国内基于AVS/RS系统中轨道引导小车出入库作业调度的方法主要基于以下两个方面:一是:根据小车进行出入库作业任务队列的特征，建立相应的数学模型，并利用群智能优化算法对模型进行求解，得到以任务总完成时间为调度优化目标的小车作业路径，但上述方法只是针对单个轨道引导小车的作业路径进行讨论，并未考虑到小车之间的影响，如碰撞，冲突等问题。二是:针对轨道小车运行路径的锁死问题，提出小车出入库作业路径防死锁控制方法，但是系统中小车的路径是固定的，降低了小车可用路径的选择空间，且只含有一台升降机。因此，对于含有多个升降机的AVS/RS系统小车路径规划问题，需要对垂直路径进行考虑。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种实时性强、可靠性高、移植成本低的自动小车存取系统动态调度方法。
[0005]本发明采用如下技术方案解决其技术问题:一种基于改进银行家算法的自动小车存取系统动态调度方法，包括以下步骤:
[0006]S1、采用无向图为仓库建模，模型包括货架的层信息、各层货架的轨道信息、节点信息和弧信息，节点为轨道上设置在特定位置处的标识点，相邻两节点之间的路径称为弧；
[0007]S2、自动小车存取系统将任务分配给轨道引导小车，且根据目标货位给定轨道引导小车最短运行路径，不考虑小车之间发生碰撞等不安全情况；
[0008]S3、对各轨道引导小车的作业过程进行动态调整，该步骤包括:
[0009]S3-1、定义资源矩阵，资源矩阵包括系统弧矩阵T、各轨道引导小车的路径弧矩阵Ni及各轨道引导小车当前占用弧矩阵Hi,得到可用弧矩阵A = T-(HJHfHn), i e n，n表示轨道引导小车数量，轨道引导小车的路径弧矩阵Ni为弧的系列；
[0010]S3-2、对资源矩阵N1、Hi及A按照轨道引导小车的作业过程进行实时更新；
[0011]S4、利用资源矩阵对各轨道引导小车的作业路径进行防冲突检测:在轨道引导小车到达下一段弧起始节点前进行检测，若该弧出现冲突，则将冲突弧资源授权优先到达的轨道引导小车。
[0012]作为本发明的优选实施方式:步骤SI中，以任意两条轨道的交点作为分界点将轨道分段，每段为一条所述的弧，弧的两端点为所述的节点，该弧的划分方式，不仅大大减小了计算量，而且可以有效地避免轨道引导小车锁死问题。
[0013]步骤SI中所述无向图用矩阵G(M,A)表示,M= Im1WmJ为节点序列,A = Ia1,a^a,}为弧的权重序列，权重序列与弧的长度相关，矩阵G为与弧一一对应的弧邻接矩阵，其行数和列数等于仓库单层包含的节点的数量。
[0014]步骤S4中在轨道引导小车到达下一段弧起始节点前进行检测，是在轨道引导小车距离下一段弧起始节点安全距离时进行检测，进一步防止碰撞、冲突等问题的发生。具体，根据资源矩阵和轨道引导小车的运行速度(轨道引导小车Z向速度以升降电梯的升降速度计)及无向图G中记载的弧的权重系数进行计算。
[0015]步骤S2中根据目标货位给定轨道引导小车最短运行路径，所述最短运行路径的获取从记录有任意两个节点之间的最短路径的路径库中获取，以便减少轨道引导小车运作过程中的计算量，有利于使自动小车存取系统运行更加流畅，对于轨道引导小车的一次出/入库任务，要求给出两个阶段的路径，一是:装载路径，即从当前位置至待装载货物所在位置，二是:卸载路径，即从待装载货物所在位置至货物的终点位置。
[0016]步骤S3-1中，资源矩阵LHA中的元素用二进制来表示，即取值为“I”或“0”，当某矩阵元素取值为“I”时表示该元素所代表的弧正在被使用，取值为“O”时则表示该元素所代表的弧此时空闲，资源矩阵的行数等于单位货架的层数f，列数等于每一层所包含的弧的数量Ac。资源矩阵中的元素采用计算机可直接识别的机器语言，有利于加快系统的计算速度。
[0017]步骤S3-2中，对于同一台轨道引导小车的路径弧矩阵Ni按照其任务特征分为两个阶段，一是:装载阶段，二是:卸载阶段，各轨道引导小车每经过一个节点则对资源矩阵N1、H1、A进行更新。两个阶段的路径可由两个矩阵分别表示。
[0018]步骤S4中，当某一弧资源出现不安全状态时，即已被某轨道引导小车占用，需等待该弧资源被释放后才可再次使用。
[0019]本发明具有以下优点和积极效果:本发明的基于改进银行家算法的自动小车存取系统动态调度方法，能够对各轨道引导小车的作业过程进行动态调整，防止小车出现碰撞、系统出现拥塞、锁死等情况，具有实时性强、可操作性高、移植成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明基于改进银行家算法的自动小车存取系统动态调度方法所应用仓库单层货架的无向图；
[0021]图2为本发明针对图1中单层货架设定的自动小车存取系统轨道引导小车的位置节点图。
【具体实施方式】
[0022]采用本发明来解决智能立体仓库一自动小车存取系统AVS/RS中的轨道引导小车出入库作业动态调度问题。
[0023]下面通过实例并结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0024]下面实施例中假定:
[0025]a.RGV即轨道引导小车运行路径是双向的；
[0026]b.RGV沿X, y, z方向做勻速运动,速度分别为Vx, Vy, Vz, Vz以升降电梯的升降速度计；
[0027]c.RGV每次只能承担一个单位负载的出入库操作；
[0028]d.每台升降电梯一次只能运载一个RGV ；
[0029]e.每段弧同一时间只能被一台RGV占用；
[0030]f.RGV完成任务后停靠在该任务的目的节点，等待下一任务的分配。
[0031]本发明提出的一种基于改进banker (即银行家)算法的AVS/RS (即自动小车存取系统)动态调度方法，具体步骤如下:
[0032]S1、如图1所示，AVS/RS系统的具体参数如下，包括5台RGV，4台升降电梯Elel?4，货架长12m,高1m,为13X6规格的货架，即6排依次为a、bc.de, fg、h1、j，单层每排单面有13个货位，如al?13，每排货架有20层，共9360个货位，单元货位高度h = 0.5m,宽度w = 0.8m,深度d = 0.6m。RGV的水平速度Vx = Vy = 2m/s,升降电梯的速度Vz = 2m/
S。单层货架的无向图如图1所示，以任意两条轨道的交点作为分界点将轨道分段，每段为一条弧，弧的两端点为节点，图1中共计有20个节点，编号Pl?20，23条弧资源，编号Al?A23,无向图以G(M, A)表示，M = Im1, nvmj为节点序列，A = Ia1, afaq}为弧的权重序列，权重序列与弧的长度相关，矩阵G定义为与弧一一对应的弧邻接矩阵，其行数和列数等于仓库单层包含的节点的数量，如G11即表示节点IIl1与IIl1间弧的长度，由节点IIl1与IIl1之间没有弧，所以其权重序列a:为O,依此列推。
[0033]S2、用(X，Y)来描述RGV的位置信息，如图2所示，X为位置节点编号，如图2所示，该层货架中具有75个位置节点，编号I?75，Y为层数，在本实例中现有任务均为出库任务，其位置坐标可表示如下=Q1 (33，10)、Q2 (8，12)、Q3 (28，6)、Q4 (47，16)、Q5 (75，20)，各轨道引导小车当前所在位置坐标分别为R1 (31，20)、R2(25，19)、R3 (9，17)、R4 (36，4)、R5 (18，8)，给定轨道引导小车最短运行路径，不考虑小车之间发生碰撞等不安全情况，可得到小车-任务组合为:(Q1、R5)、(Q2> R3)、(Q3、R4)、(Q4、R2)、(Q5> R1)，则各小车的作业信息分别为=R1 (I/O5、Q5)、R2 (1/04、Q4)、R3(I/02、Q2)、R4 (1/03、Q3)、R5 (Q1、I/O1)，I/O 表示出入库节点。
[0034]S3、对各轨道引导小车的作业过程进行动态调整，该步骤进一步包括以下子步骤:
[0035]S3-1、定义资源矩阵，资源矩阵包括系统弧矩阵T2cw23 (20为层数，23表示每层含有的弧的数量)、各小车的路径弧矩阵Ni (其所处阶段的初始值定义为:该阶段该小车所需经过的弧对应的元素值均为I)及当前占用弧矩阵Hi (其初始值定义为:该阶段该小车当前所在弧对应的元素值均为I);则可得到系统可用弧矩阵A = T-(HJHfHn)。
[0036]S3-2、对系统的资源矩阵队、Hi及A按照小车的作业过程进行更新，其中队、Hi随着各小车位置的改变来进行动态变化:小车通过某段弧后Hi中该弧所对应的元素值由I变为0，而下一将要达到弧所对应的元素值则由O变为I ;对于Ni，小车通过某段弧后该弧所对应的元素值由I变为O。
[0037]S4、作业过程中将A与Ni进行动态比较(每个元素一一对应)，当检测到某一弧资源出现不安全状态时，即两台以上小车需要共同使用该弧资源时，则要进行优先级判断:距离该资源较近的小车优先使用。
[0038]显然，本发明方法能够动态优化系统的作业调度过程，防止轨道引导小车发生碰撞及系统拥塞、锁死等问题，从而实现对自动小车存取系统出入库作业及调度过程的动态优化，提高了系统的作业效率。
【权利要求】
1.一种基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，包括以下步骤: 51、采用无向图为仓库建模，模型包括货架的层信息、各层货架的轨道信息、节点信息和弧信息，节点为轨道上设置在特定位置处的标识点，相邻两节点之间的路径称为弧； 52、自动小车存取系统将任务分配给轨道引导小车，并根据目标货位给定轨道引导小车最短运行路径； 53、对各轨道引导小车的作业过程进行动态调整，该步骤包括: S3-1、定义资源矩阵，资源矩阵包括系统弧矩阵T、各轨道引导小车的路径弧矩阵Ni及各轨道引导小车当前占用弧矩阵Hi，得到可用弧矩阵A = T-(H1+H2...Hn)，i e n，n表示轨道引导小车数量； S3-2、对资源矩阵N1、Hi及A按照轨道引导小车的作业过程进行实时更新； 54、利用资源矩阵对各轨道引导小车的作业路径进行防冲突检测:在轨道引导小车到达下一段弧起始节点前进行检测，若该弧出现冲突，则将冲突弧资源授权优先到达的轨道引导小车。
2.根据权利要求1所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于:步骤SI中，以任意两条轨道的交点作为分界点将轨道分段，每段为一条所述的弧，弧的两端点为所述的节点。
3.根据权利要求2所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于，步骤SI中所述无向图用矩阵G(M, A)表示，M = {nvnvmj为节点序列，A= {&1, a^a,}为弧的权重序列，权重序列与弧的长度相关，矩阵G为与弧一一对应的弧邻接矩阵，其行数和列数等于仓库单层包含的节点的数量。
4.根据权利要求3所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于，步骤S4中在轨道引导小车到达下一段弧起始节点前进行检测，是在轨道引导小车距离下一段弧起始节点安全距离时进行检测。
5.根据权利要求1?4任一项权利要求所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于:步骤S2中根据目标货位给定轨道引导小车最短运行路径，所述最短运行路径的获取从记录有任意两个节点之间的最短路径的路径库中获取，对于轨道引导小车的一次出/入库任务，要求给出两个阶段的路径，一是:装载路径，即从当前位置至待装载货物所在位置，二是:卸载路径，即从待装载货物所在位置至货物的终点位置。
6.根据权利要求5所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于:步骤S3-1中，资源矩阵!\NpHpA中的元素用二进制来表示，即取值为“I”或“O”，当某矩阵元素取值为“I”时表示该元素所代表的弧正在被使用，取值为“O”时则表示该元素所代表的弧此时空闲，资源矩阵的行数等于货架的层数，列数等于每一层所包含的弧的数量。
7.根据权利要求6所述的基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于:步骤S3-2中，对于同一台轨道引导小车的路径弧矩阵Ni按照其任务特征分为两个阶段，一是:装载阶段，二是:卸载阶段，各轨道引导小车每经过一个节点则对资源矩阵队、故、A进行更新。
8.根据权利要求7所述的一种基于改进动态银行家算法的自动小车存取系统调度优化方法，其特征在于:步骤S4中，当某一弧资源出现不安全状态时，即已被某轨道引导小车占用，需等待该弧资源被释放后才可再次使用。
【文档编号】G06Q10/04GK104346658SQ201410665348
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】肖勇, 党三磊, 赵山, 张思建, 黄友朋 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院