一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，包括以下步骤：1)将四向穿梭车系统同层或跨层作业的不同模式作为对象，考虑设备加减速特性，以完成一批出入库任务的总时间最小为目标，分别构建同层作业模式和跨层作业模式下的单一作业任务调度数学模型与复合作业任务调度数学模型；2)设计混合粒子群算法求解步骤1)所建立的同层或跨层作业模式下任务调度的数学模型，优化单一作业与复合作业中待入库和待出库任务的调度顺序，确定不同作业调度模式下的最优调度方案。该方法设计合理，有效解决了仓储系统的多任务调度，提高了仓储系统出入库作业效率，提高了系统吞吐性能，降低了仓库运营成本。降低了仓库运营成本。降低了仓库运营成本。

【技术实现步骤摘要】
一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法


[0001]本专利技术属于四向穿梭车系统配置
，具体涉及一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法。

技术介绍

[0002]随着云计算、大数据、人工智能等技术的迅速发展，智能物流的应用场景愈加丰富，自动化、信息化以及智能化程度大幅提高。中国智能物流行业交易规模迅速扩大，海量的订单交易规模对仓储系统也提出新的要求，传统的仓储系统劳动效率低下，人力资源严重浪费，难以满足当前物流业的需求，而具备响应时间短、自动化与智能化程度高以及作业效率高等显著优势的四向穿梭车式仓储系统应运而生。
[0003]相较于传统的SBS/RS，四向穿梭车式仓储系统能有效提高穿梭车利用率，充分发挥系统优势，当系统中某一辆四向穿梭车出现故障后，其它四向穿梭车可通过变更巷道或者跨层调度完成后续的出入库作业任务，因而不会影响系统整体的作业效率，具有较强的柔性与鲁棒性。此类系统主要由四向穿梭车、提升机、存储货架、穿梭车巷道以及出/入库站台(I/O站台)等构成，系统中的四向穿梭车可以实现横向和纵向的运动，既可以与提升机配合实现跨层作业，也可以实现同层的跨巷道作业。由于四向穿梭车系统在不同作业模式下需要四向穿梭车与提升机跨层、跨巷道配合作业，仓储调度难度和复杂性大幅增加，现有技术集中对于四向穿梭车系统同层作业流程的分析与建模，对四向穿梭车的跨层作业鲜有涉及，对四向穿梭车的复合作业任务调度问题研究不够全面，多数专利技术中将四向穿梭车与提升机的运动假设为全程均做匀速运动，未考虑相关设备的加减速特性及四向穿梭车空、负载与换向前后速度不同的影响，本专利技术在对四向穿梭车系统具体作业流程以及相关设备运动特性分析的基础上，针对同层作业与跨层作业两种作业模式下四向穿梭车系统单一作业与复合作业任务调度优化问题展开研究，以得到合理的任务调度方案，从而提高系统作业效率，具有为四向穿梭车系统提供任务调度建模的理论指导意义与最佳任务调度方案的实际意义。

技术实现思路

[0004]为了克服以上现有技术存在问题，本专利技术的目的在于提供一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，有效解决了仓储系统的多任务调度，提高了仓储系统出入库作业效率，提高了系统吞吐性能，降低了仓库运营成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，包括以下步骤；
[0007]1)将四向穿梭车系统同层或跨层作业的不同模式作为对象，考虑设备加减速特性，以完成一批出入库任务的总时间最小为目标，分别构建同层作业模式和跨层作业模式下的单一作业任务调度数学模型与复合作业任务调度数学模型；
[0008]2)设计混合粒子群算法求解步骤1)所建立的同层或跨层作业模式下任务调度的
数学模型，优化单一作业与复合作业中待入库和待出库任务的调度顺序，确定不同作业调度模式下的最优调度方案。
[0009]优选地，所述步骤1)包括：设备加减速特性考虑两种情况，四向穿梭车的最大额定速度v
max
，加速度a，运行的距离s，当时，设备无法加速到其额定的最大速度v
max
，当时，设备能够加速到其额定的最大速度v
max
；单一作业由若干次单命令周期作业组成，包括一次完整的单一入库任务i或单一出库任务j，两者为相互可逆的作业过程，其中，(i，j＝1,2,3
…
,n),入库任务i的待入库货位位于(x
i
，y
i
，z
i
)，储货巷道口位于(x
i
,0,z
i
)，出库任务j的待出库货位位于(x
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)，储货巷道口位于(x
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)；复合作业由若干次双倍命令周期作业组成，包括一次完整的入库作业i和出库作业j，其中，入库任务i的待入库货位位于(x
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j
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j
)，其中(i，j＝1,2,3
…
,n)；当某次双倍命令周期作业中入库作业或出库作业缺失时，补充坐标为(0，0，0)的货物，作为虚拟的出库或入库作业，形成完整的双倍命令周期作业。
[0010]进一步优选地，所述步骤1)中：当时，由于距离目的地较近，设备无法加速到其额定的最大速度v
max
。设备的运动过程为：先从0加速到v
t
，再从v
t
减速至完全停止，运动过程整体上是一个先加速后减速的过程。该情况下设备行程时间t的计算公式为：
[0011][0012]进一步优选地，所述步骤1)中：当时，由于距离目的地较远，设备能够加速到其额定的最大速度v
max
。设备的运动过程为：先从0加速到v
max
，速度达到v
max
后匀速运行，最后从v
max
减速至完全停止，运动过程整体上是一个先加速再匀速后减速的过程。该情况下设备行程时间t的计算公式为：
[0013][0014]进一步优选地，所述步骤1)中：同层作业模式下单一作业优化的目标是使完成一批出入库任务的总时间最小，公式为：
[0015][0016]其中，T
i
表示完成一次入库任务的行程时间，T
j
表示完成一次出库任务行程时间；
[0017]具体地，单一入库作业过程相应的数学模型表示为：
[0018][0019]其中，两次提升机在I/O站台(0,0,1)与入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)之间的运行时间表示为穿梭车在入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)与待入库货位(x
i
,y
i
,z
i
)所在的储货巷道口(x
i
,0,z
i
)之间的空载运行时间表示为负载运行时间表示为两次穿梭车在储货巷道口(x
i
,0,z
i
)到入库货位(x
i
,y
i
,z
i
)之间的运行时间，其中空载运行时间表示为负载运行时间表示为除此之外，还有一次穿梭车卸载货物时间t
sp
及两次穿梭车
换向时间t
sc
、一次提升机与四向穿梭车的交互时间t
hs
；
[0020]具体地，单一出库作业过程相应的数学模型表示为：
[0021][0022]其中，两次提升机在I/O站台(0,0,1)与出库任务j所在层I/O口(0,0,z
j
)之间的运行时间，表示为穿梭车在出库任务j所在层I/O口(0,0,z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤；1)将四向穿梭车系统同层或跨层作业的不同模式作为对象，考虑设备加减速特性，以完成一批出入库任务的总时间最小为目标，分别构建同层作业模式和跨层作业模式下的单一作业任务调度数学模型与复合作业任务调度数学模型；2)设计混合粒子群算法求解步骤1)所建立的同层或跨层作业模式下任务调度的数学模型，优化单一作业与复合作业中待入库和待出库任务的调度顺序，确定不同作业调度模式下的最优调度方案。2.根据权利要求1所述的一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，其特征在于，所述步骤1)包括：设备加减速特性考虑两种情况，四向穿梭车的最大额定速度v
max
，加速度a，运行的距离s，当时，由于距离目的地较近，设备无法加速到其额定的最大速度v
max
。设备的运动过程为：先从0加速到v
t
，再从v
t
减速至完全停止，运动过程整体上是一个先加速后减速的过程。该情况下设备行程时间t的计算公式为：当时，由于距离目的地较远，设备能够加速到其额定的最大速度v
max
。设备的运动过程为：先从0加速到v
max
，速度达到v
max
后匀速运行，最后从v
max
减速至完全停止，运动过程整体上是一个先加速再匀速后减速的过程；该情况下设备行程时间t的计算公式为：单一作业由若干次单命令周期作业组成，包括一次完整的单一入库任务i或单一出库任务j，两者为相互可逆的作业过程，其中，(i，j＝1,2,3
…
,n),入库任务i的待入库货位位于(x
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)，储货巷道口位于(x
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)，出库任务j的待出库货位位于(x
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j
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j
)；复合作业由若干次双倍命令周期作业组成，包括一次完整的入库作业i和出库作业j，其中，入库任务i的待入库货位位于(x
i
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i
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i
)，出库任务j的待出库货位位于(x
j
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j
)，其中(i，j＝1,2,3
…
,n)；当某次双倍命令周期作业中入库作业或出库作业缺失时，补充坐标为(0，0，0)的货物，作为虚拟的出库或入库作业，形成完整的双倍命令周期作业。3.根据权利要求2所述的一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，其特征在于，所述步骤1)中：同层作业模式下单一作业优化的目标是使完成一批出入库任务的总时间最小，公式为：其中，T
i
表示完成一次入库任务的行程时间，T
j
表示完成一次出库任务行程时间；具体地，单一入库作业过程相应的数学模型表示为：
其中，两次提升机在I/O站台(0,0,1)与入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)之间的运行时间表示为穿梭车在入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)与待入库货位(x
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)所在的储货巷道口(x
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)之间的空载运行时间表示为负载运行时间表示为两次穿梭车在储货巷道口(x
i
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)到入库货位(x
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)之间的运行时间，其中空载运行时间表示为负载运行时间表示为除此之外，还有一次穿梭车卸载货物时间t
sp
及两次穿梭车换向时间t
sc
、一次提升机与四向穿梭车的交互时间t
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；具体地，单一出库作业过程相应的数学模型表示为：其中，两次提升机在I/O站台(0,0,1)与出库任务j所在层I/O口(0,0,z
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)之间的运行时间，表示为穿梭车在出库任务j所在层I/O口(0,0,z
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)与待出库货位(x
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)所在的储货巷道口(x
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)之间的空载运行时间表示为负载运行时间表示为两次穿梭车在储货巷道口(x
j
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j
)到出库货位(x
j
,y
j
,z
j
)之间的运行时间，其中空载运行时间表示为负载运行时间表示为除此之外，还有一次穿梭车卸载货物时间t
sp
及两次穿梭车换向时间t
sc
、一次提升机与四向穿梭车的交互时间t
hs
；跨层作业模式下，完成一次完整的入库任务i需要在同层作业模式的单一入库作业的基础上，预先进行穿梭车的跨层作业，单一作业优化的目标是使完成一批出入库任务的总时间T3最小，公式为：其中，T
i
′
表示完成一次入库任务的行程时间，T
j
′
完成一次出库任务的行程时间；具体地，单一入库作业过程相应的数学模型表示为：具体地，单一出库作业过程相应的数学模型表示为：其中，T
change
表示四向穿梭车执行跨层作业的行程时间，t1表示四向穿梭车从第m层I/O口(0,0,m)到主巷道末端(L,0,m)的运行时间；表示一次穿梭车提升机从第m层主巷道末端(L,0,m)到第n层(待入库层)主巷道末端(L,0,n)的运行时间；t1表示一次四向穿梭车从第n层主巷道末端(L,0,n)到第n层I/O口(0,0,n)的运行时间；t
hs
表示两次穿梭车提升机与四向穿梭车的交互时间。4.根据权利要求1所述的一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，其特征在于，所述步骤1)中；复合作业由若干次双倍命令周期作业组成，包括一次完整的入库作业i和出库作业j，其中，入库任务i的待入库货位位于(x
i
，y
i
，z
i
)，出库任务j的待出库货位位于(x
j
,y
j
,z
j
)，其中(i，j＝1,2,3
…
,n)；当某次双倍命令周期作业中入库作业或出库作业缺失时，补充坐标
为(0，0，0)的货物，作为虚拟的出库或入库作业，形成完整的双倍命令周期作业。5.根据权利要求1所述的一种四向穿梭车系统作业任务调度优化方法，其特征在于，同层作业模式下，复合作业优化的目标是使完成一批出入库任务的总时间T2最小，公式为：其中，T
ij
表示出入库任务配对后完成一次复合作业任务(i,j)的行程时间；具体地，复合作业过程相应的数学模型表示为：具体地，若待入库任务与待出库任务位于同一层：其中，表示货物提升机完成一次复合作业任务(i,j)的行程时间；表示一次穿梭车在入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)与待入库货位(x
i
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)所在的储货巷道口(x
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)之间的负载运行时间；两次穿梭车在储货巷道口(x
i
,0,z
i
)与入库货位(x
i
,y
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,z
i
)之间的空载运行时间表示为负载运行时间表示为一次穿梭车在储货巷道口(x
i
,0,z
i
)与待出库货位(x
j
,y
j
,z
j
)所在的储货巷道口(x
j
,0,z
j
)之间的空载运行时间表示为两次穿梭车在储货巷道口(x
j
,0,z
j
)到出库货位(x
j
,y
j
,z
j
)之间的空载运行时间表示为负载运行时间表示为一次穿梭车在储货巷道口(x
j
,0,z
j
)与入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)之间的负载运行时间表示为两次穿梭车装(卸)货物时间表示为t
sp
，四次穿梭车换向时间表示为t
sc
，两次提升机与四向穿梭车的交互时间表示为t
hs
；具体地，若待入库任务与待出库任务位于不同层：其中，表示一次提升机在I/O站台(0,0,1)与入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)之间的运行时间；表示一次提升机在入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)与出库任务j所在层I/O口(0,0,z
j
)之间的运行时间；表示一次提升机在I/O站台(0,0,1)与出库任务j所在层I/O口(0,0,z
j
)之间的运行时间；表示一次穿梭车在入库任务i所在层I/O口(0,0,z
i
)与待入库货位(x
i
,y
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玮，杨思瑶，马伟，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：