一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法技术方案

一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法，包括以下步骤：S1.基于跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程表述其复合作业时间；S2.构建以最小化订单完成时间为目标的混合整数规划模型；S3.设计改进的人工鱼群算法进行模型求解，并得到最优任务调度方案和调度时间。本发明专利技术针对跨层穿梭车仓储系统中的出入库复合作业问题，将复合作业中的提升机与穿梭车配合完成的仓储作业方式作为对象，考虑提升机与穿梭车的加减速特性，以复合作业总时间最短为目标，采用了改进人工鱼群算法金对调度路径模型进行优化求解，寻求最优的调度路径规划方案，从而减少作业时间，提高仓储作业效率。

A task scheduling method of cross level shuttle storage system

【技术实现步骤摘要】
一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法
本专利技术涉及物流
，尤其是涉及一种跨层穿梭车仓储系统的出入库作业任务调度方法。
技术介绍
跨层穿梭车仓储系统是近年来出现的一种新型智能立体仓库。与典型的多层穿梭车仓储系统，穿梭车通过提升机实现跨层运动，以达到货架的不同层工作，具有更高的柔性和鲁棒性。跨层穿梭车仓储系统主要由穿梭车、提升机、轨道和存储货架等组成。其中，穿梭车在货架轨道上运行，负责货物的水平搬运，提升机安装在巷道口，实现穿梭车的跨层运动。显然，典型的多层穿梭车仓储系统的建模方法未考虑穿梭车的选择，故不适合跨层穿梭车仓储系统这种复杂的模式。目前，针对跨层穿梭车仓储系统已有不少建模方法，但大都考虑单出库任务的调度，且对考虑设备的运动特性，与实际情况有较大误差，对于跨层穿梭车仓储系统的任务调度有一定的局限性。因此有必要针对跨层穿梭车仓储系统的出入库任务调度进行深入研究和改进。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法，该方法提高了跨层穿梭车仓储系统的作业效率。一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法，包括以下步骤：S1.基于跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程表述其复合作业时间；S2.构建以最小化订单完成时间为目标的混合整数规划模型；S3.设计改进的人工鱼群算法进行模型求解，并得到最优任务调度方案和调度时间。S1：基于跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程表述其复合作业时间，具体包括：步骤1：依据跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程，提前其关键任务：取货任务、出库任务、入库任务。步骤1.1：引入虚拟提升机的概念，即在某过程中选择虚拟提升机，则表示在该过程中无需进行跨层作业。则复合作业中的每个任务都可以表示为三阶段的作业：第一阶段的作业设备为穿梭车，第二阶段的作业设备为提升机，第三阶段的作业设备为穿梭车。步骤2：设出库货物i和入库货物j坐标分别为(xi,yi)和(xj,yj)，则穿梭车初始位置即上一入库作业结束位置为(xj-1,yj-1)，根据出入库复合作业流程，按照穿梭车初始位置与待出库货物是否处于同一层，进行作业时间分析。步骤2.1：当穿梭车初始位置与待出库货物位置不相同时，即yi-1≠yi，则其复合作业时间为Tij＝t1+t2+t3+2t4+t5+t6+2t7+4t8+4t9(1)步骤2.2：当穿梭车初始位置与待出库货物位置相同时，即yi-1＝yi，则其复合作业时间为Tij＝t10+t5+t6+2t7+2t8+4t9(2)其中，t1为穿梭车从初始位置运行至提升机站台的时间，t2为穿梭车前往取出库货物过程中等待提升机的时间，t3为穿梭车从当前所在层搭载提升机运行至出库货物所在层的时间，t4为穿梭车从提升机站台运行至出库货物i所在位置的时间，t5为穿梭车前往取入库货物过程中等待提升机的时间，t6为穿梭搭载提升机从出库货物所在层到达I/O站台并返回入库货物所在层的时间，t7为穿梭车从提升机站台运行至入库货物所在位置的时间，t8为提升机装(卸)穿梭车的时间，t9为穿梭车装(卸)货物的时间。t10为穿梭车从当前位置运行至出库货物所在位置的时间。其中t2和t5为穿梭车等待提升机的时间，与设定的作业任务序列有关；t1、t3、t4、t6、t7和t10可根据设备运动距离及其速度、加速度计算；t8和t9为定值。S2：所述构建以最小化订单完成时间为目标的混合整数规划模型，具体包括：步骤1：跨层穿梭车仓储系统的复合作业通过迭代思想转化为混合流水线作业模式。步骤2：通过任务与穿梭车的不同组合与排序，产生不同的订单处理时间，选择其中最短的作业时间，可以确定任务的拣选分配与排序，故跨层穿梭车仓储系统完成某订单的总时间目标函数为MinCmax(3)其中Cmax为所有任务的最大完成时间。步骤3：为保证每个复合作业单元的各设备执行顺序和时间的合法性建立混合整数规划模型的约束条件。步骤3.1：执行设备的约束，具体为：(1)每个任务的每个阶段仅由一台设备执行，表达式如下：(2)每个任务的第一阶段和第三阶段所执行设备为同一个，表达式如下：(3)属于一个复合作业单元的每个任务的第一阶段所执行设备为同一个，表达式如下：步骤3.2：任务作业开始时间的约束，具体为：(1)所有任务的开始时间均在系统开始作业之后，表达式如下：(2)同一复合作业单元下三个任务的开始时间的关系，只有前序任务完成后，才能进行后续任务的作业，表达式如下：(3)每个任务各阶段的开始时间的关系，只有上阶段完成后，才能进行下一阶段的作业，表达式如下：(4)同一设备连续两个作业任务开始时间的关系，只有前序任务完成后，才能进行后续任务的作业，表达式如下：步骤3.3：任务与设备间的约束，具体为：(1)在每台设备作业序列中，每个任务最多有一个前序任务与后续任务，表达式如下：步骤3.4：总任务最大完成时间的约束，具体为：(1)总任务最大完成时间大于等于每一个复合作业单元的完成时间，表达式如下：其中，b为任务序号，b＝1,2,3…,3n-2,3n-1,3n,…,3N-2,3N-1,3N，其中n为单元编号。s为阶段编号，s＝1,2,3；k为作业设备编号，k＝1,2,…,ms；ms为第s阶段的作业设备数，其中m1＝m3＝Q，表示第一阶段和第三阶段的设备数量即为穿梭车的数量；m2＝2，其中该阶段的第一个设备为实际运行的提升机，第二个为虚拟提升机，选择该提升机表示该阶段无需进行跨层运动。tbs为任务b在s阶段的开始时间；pbs为任务b在s阶段的作业时间；wbb'sk为s阶段机器k操作的两个连续任务b和b’之间的准备时间。xbsk为当任务b在s阶段由设备k作业时，xbsk＝1，否则xbsk＝0；ybb'sk为当s阶段b与b’是前后连续的作业任务，并且由同一设备k作业时，ybb'sk＝1，否则ybb'sk＝0。S3：所述的改进人工鱼群算法求解跨层穿梭车复合作业模型，并得到最优任务调度方案和调度时间，具体包括：步骤1：初始化算法参数。包括选择人工鱼数量n，人工鱼初始视野visual0，最小视野visualmin，拥挤度因子δ，最大试探次数Try_number，最大无效迭代次数Invalid_gen，人工鱼群最大迭代次数Max_gen。步骤2：初始化种群。人工鱼群个体的编码：基于TTMSWS调度模型的特点，采用出入库混合整数编码方式，编码序号代表任务的编号。假设出入库复合作业任务为N对，即存在N个出库任务和N个入库任务，将N个出库任务随机编码为1～N，N个入库任务则随机编码为N+1～2N，每条人工鱼的编码第奇数个元素为出库任务，第偶数个元素为入库任务；即X＝(x1,x2,...,x2k-1,x2k,...,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法，包括以下步骤：/nS1：基于跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程表述其复合作业时间，具体包括：/n步骤11：依据跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程，提前其关键任务：取货任务、出库任务、入库任务。/n步骤11.1：引入虚拟提升机的概念，即在某过程中选择虚拟提升机，则表示在该过程中无需进行跨层作业；则复合作业中的每个任务都可以表示为三阶段的作业：第一阶段的作业设备为穿梭车，第二阶段的作业设备为提升机，第三阶段的作业设备为穿梭车。/n步骤12：设出库货物i和入库货物j坐标分别为(x

【技术特征摘要】
1.一种跨层穿梭车仓储系统的任务调度方法，包括以下步骤：
S1：基于跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程表述其复合作业时间，具体包括：
步骤11：依据跨层穿梭车仓储系统的出入库复合作业流程，提前其关键任务：取货任务、出库任务、入库任务。
步骤11.1：引入虚拟提升机的概念，即在某过程中选择虚拟提升机，则表示在该过程中无需进行跨层作业；则复合作业中的每个任务都可以表示为三阶段的作业：第一阶段的作业设备为穿梭车，第二阶段的作业设备为提升机，第三阶段的作业设备为穿梭车。
步骤12：设出库货物i和入库货物j坐标分别为(xi,yi)和(xj,yj)，则穿梭车初始位置即上一入库作业结束位置为(xj-1,yj-1)，根据出入库复合作业流程，按照穿梭车初始位置与待出库货物是否处于同一层，进行作业时间分析。
步骤12.1：当穿梭车初始位置与待出库货物位置不相同时，即yi-1≠yi，则其复合作业时间为
Tij＝t1+t2+t3+2t4+t5+t6+2t7+4t8+4t9(1)
步骤12.2：当穿梭车初始位置与待出库货物位置相同时，即yi-1＝yi，则其复合作业时间为
Tij＝t10+t5+t6+2t7+2t8+4t9(2)
其中，t1为穿梭车从初始位置运行至提升机站台的时间，t2为穿梭车前往取出库货物过程中等待提升机的时间，t3为穿梭车从当前所在层搭载提升机运行至出库货物所在层的时间，t4为穿梭车从提升机站台运行至出库货物i所在位置的时间，t5为穿梭车前往取入库货物过程中等待提升机的时间，t6为穿梭搭载提升机从出库货物所在层到达I/O站台并返回入库货物所在层的时间，t7为穿梭车从提升机站台运行至入库货物所在位置的时间，t8为提升机装(卸)穿梭车的时间，t9为穿梭车装(卸)货物的时间；t10为穿梭车从当前位置运行至出库货物所在位置的时间；其中t2和t5为穿梭车等待提升机的时间，与设定的作业任务序列有关；t1、t3、t4、t6、t7和t10可根据设备运动距离及其速度、加速度计算；t8和t9为定值。
S2：所述构建以最小化订单完成时间为目标的混合整数规划模型，具体包括：
步骤21：跨层穿梭车仓储系统的复合作业通过迭代思想转化为混合流水线作业模式。
步骤22：通过任务与穿梭车的不同组合与排序，产生不同的订单处理时间，选择其中最短的作业时间，可以确定任务的拣选分配与排序，故跨层穿梭车仓储系统完成某订单的总时间目标函数为
MinCmax(3)
其中Cmax为所有任务的最大完成时间。
步骤23：为保证每个复合作业单元的各设备执行顺序和时间的合法性建立混合整数规划模型的约束条件。
步骤23.1：执行设备的约束，具体为：
(1)每个任务的每个阶段仅由一台设备执行，表达式如下：



(2)每个任务的第一阶段和第三阶段所执行设备为同一个，表达式如下：



(3)属于一个复合作业单元的每个任务的第一阶段所执行设备为同一个，表达式如下：



步骤23.2：任务作业开始时间的约束，具体为：
(1)所有任务的开始时间均在系统开始作业之后，表达式如下：



(2)同一复合作业单元下三个任务的开始时间的关系，只有前序任务完成后，才能进行后续任务的作业，表达式如下：



(3)每个任务各阶段的开始时间的关系，只有上阶段完成后，才能进行下一阶段的作业，表达式如下：



(4)同一设备连续两个作业任务开始时间的关系，只有前序任务完成后，才能进行后续任务的作业，表达式如下：






步骤23.3：任务与设备间的约束，具体为：
(1)在每台设备作业序列中，每个任务最多有一个前序任务与后续任务，表达式如下：






步骤23.4：总任务最大完成时间的约束，具体为：
(1)总任务最大完成时间大于等于每一个复合作业单元的完成时间，表达式如下：



其中，b为任务序号，b＝1,2,3…,3n-2,3n-1,3n,…,3N-2,3N-1,3N，其中n为单元编号；s为阶段编号，s＝1,2,3；k为作业设备编号，k＝1,2,…,ms；ms为第s阶段的作业设备数，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁建厦，陈寿伍，汤洪涛，兰秀菊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33