環(huán)形穿梭車(chē)調(diào)度策略?xún)?yōu)化

蘇 建，周春雷

（1.中國(guó)煙草總公司重慶市公司物流分公司，重慶 400026；2.中國(guó)煙草總公司重慶市公司煙葉分公司，重慶 400023）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代物流技術(shù)日新月異，物流生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備快速發(fā)展，裝備水平大幅提升，穿梭車(chē)作為物流系統(tǒng)中常見(jiàn)的搬運(yùn)輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)中[1]。環(huán)形穿梭車(chē)由直線往復(fù)式穿梭車(chē)發(fā)展而來(lái)，因直線穿梭車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要間歇停頓以防止碰撞，限制了其搬運(yùn)速度，降低了穿梭車(chē)的工作效率[2]。環(huán)形穿梭車(chē)軌道在平面內(nèi)呈閉環(huán)布置，穿梭車(chē)沿軌道單向運(yùn)行，可以同時(shí)運(yùn)行多臺(tái)穿梭車(chē)，實(shí)現(xiàn)多站臺(tái)作業(yè)，從而改善了往復(fù)式穿梭車(chē)輸送能力有限的缺點(diǎn)。

雙軌道環(huán)形穿梭車(chē)具有以下特點(diǎn)：①穿梭車(chē)采用雙軌道運(yùn)行，在較小轉(zhuǎn)彎半徑條件下也能流暢運(yùn)行，行走和貨物輸送均采用變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；②采用條碼定位技術(shù)，簡(jiǎn)化了位置及速度控制，系統(tǒng)的可維護(hù)性大為改善，增加車(chē)輛或站臺(tái)也非常簡(jiǎn)單；③環(huán)形穿梭車(chē)集成了計(jì)算機(jī)調(diào)度管理系統(tǒng)、可編程控制技術(shù)，可調(diào)度所有穿梭車(chē)協(xié)調(diào)運(yùn)行，基于無(wú)線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示穿梭車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，如接貨、送貨、行走位置等。

1 貨物接運(yùn)概述

1.1 主要流程

該物流配送中心出庫(kù)環(huán)節(jié)主要包括立庫(kù)、環(huán)形穿梭車(chē)、自動(dòng)拆垛機(jī)械手、備貨庫(kù)和監(jiān)控系統(tǒng)等。監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)各類(lèi)設(shè)備的調(diào)度，使得各項(xiàng)業(yè)務(wù)能夠規(guī)范有序且高效地進(jìn)行，并對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。貨物以托盤(pán)為載體，按固定的數(shù)量和堆碼方式存儲(chǔ)在立庫(kù)中，當(dāng)備貨庫(kù)貨物數(shù)量低于設(shè)定的臨界值時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出要貨請(qǐng)求，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)貨物存放的位置、數(shù)量等信息，生成出庫(kù)任務(wù)并下發(fā)給相關(guān)設(shè)備。堆垛機(jī)根據(jù)任務(wù)信息將貨物叉取到立庫(kù)出口，然后監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度環(huán)形穿梭車(chē)，將貨物運(yùn)輸?shù)綄?duì)應(yīng)的機(jī)械手拆垛工位，貨物經(jīng)拆垛后進(jìn)入備貨庫(kù)（圖1）。

圖1 主要流程

1.2 環(huán)形穿梭車(chē)配置

該物流配送中心立庫(kù)設(shè)置有18 列貨架，每列貨架對(duì)應(yīng)一個(gè)出口，即立庫(kù)有18 個(gè)貨物出口（圖2）。一臺(tái)自動(dòng)拆垛機(jī)械手有左、右2 個(gè)拆垛工位，4 臺(tái)機(jī)械手共有8 個(gè)拆垛工位，每個(gè)拆垛工位可以暫存2 盤(pán)貨物。立庫(kù)出口與機(jī)械手拆垛工位不存在固定的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是多對(duì)多的關(guān)系，每個(gè)出口的貨物都可能被運(yùn)輸?shù)? 個(gè)拆垛工位的任何一個(gè)工位，屬于多站臺(tái)貨物運(yùn)輸。

圖2 出庫(kù)環(huán)節(jié)設(shè)備布局

為滿(mǎn)足多站臺(tái)貨物運(yùn)輸?shù)男枰?，基于雙軌道環(huán)形穿梭車(chē)的特點(diǎn)，在立庫(kù)出口和拆垛工位之間設(shè)置了一套雙軌道環(huán)形穿梭車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)，穿梭車(chē)驅(qū)動(dòng)單元采用變頻調(diào)速，具有起動(dòng)性能好、調(diào)速范圍寬、速度變化平滑、運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)有完善的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能。環(huán)形穿梭車(chē)空載運(yùn)行速度為1.5 m/s，荷載運(yùn)行速度為1 m/s，沿軌道順時(shí)針?lè)较騿蜗蜻\(yùn)行，單臺(tái)環(huán)形穿梭車(chē)的設(shè)備運(yùn)輸能力為30 盤(pán)/h，整個(gè)出庫(kù)環(huán)節(jié)最大出庫(kù)效率需求為117 盤(pán)/h，因此在環(huán)形穿梭車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)中設(shè)置了4 臺(tái)穿梭車(chē)，理論出庫(kù)效率為120 盤(pán)/h，滿(mǎn)足貨物出庫(kù)的效率要求。

1.3 環(huán)形穿梭車(chē)的調(diào)度

穿梭車(chē)由監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度，在沒(méi)有貨物運(yùn)輸任務(wù)的情況下穿梭車(chē)處于空閑狀態(tài)，在軌道起點(diǎn)位置排隊(duì)等待調(diào)度，軌道起點(diǎn)位于立庫(kù)1 號(hào)出口左邊；當(dāng)有貨物在立庫(kù)出口需要運(yùn)輸時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的調(diào)度策略，安排穿梭車(chē)運(yùn)輸任務(wù)。監(jiān)控系統(tǒng)將貨物的任務(wù)信息寫(xiě)入穿梭車(chē)，任務(wù)信息包括任務(wù)流水號(hào)、任務(wù)生成時(shí)間、貨物類(lèi)別、貨物數(shù)量、立庫(kù)出口號(hào)、拆垛工位號(hào)等，接到運(yùn)輸任務(wù)后，環(huán)形穿梭車(chē)控制系統(tǒng)自動(dòng)解讀任務(wù)信息，并完成貨物的運(yùn)輸。當(dāng)出口的貨物調(diào)度穿梭車(chē)運(yùn)輸后，該貨物標(biāo)記為已調(diào)度，已調(diào)度的穿梭車(chē)在完成運(yùn)輸任務(wù)前不能再次被調(diào)度。

2 距離優(yōu)先調(diào)度策略

該物流配送中心在前期運(yùn)行中，監(jiān)控系統(tǒng)采用距離優(yōu)先策略調(diào)度環(huán)形穿梭車(chē)。所謂距離優(yōu)先策略，就是當(dāng)多個(gè)立庫(kù)出口有待運(yùn)輸?shù)呢浳?，監(jiān)控系統(tǒng)比較貨物所在出口與穿梭車(chē)起點(diǎn)位置的距離遠(yuǎn)近，距離近的貨物優(yōu)先安排穿梭車(chē)運(yùn)輸。如圖2 所示，立庫(kù)1 號(hào)出口距穿梭車(chē)起點(diǎn)的位置最近，18 號(hào)出口距穿梭車(chē)起點(diǎn)的位置最遠(yuǎn)，即立庫(kù)出口的編號(hào)值越大，到穿梭車(chē)起點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)度時(shí)，只需要比較貨物出口編號(hào)的值大小，就能很快完成調(diào)度任務(wù)。

距離優(yōu)先的環(huán)形穿梭車(chē)調(diào)度策略使用簡(jiǎn)單，控制方便，易于實(shí)施，適用于出庫(kù)量不大，出庫(kù)時(shí)間比較分散的場(chǎng)合。由于該物流中心出庫(kù)量大，出庫(kù)時(shí)間比較集中，應(yīng)用距離優(yōu)先策略調(diào)度穿梭車(chē)時(shí)，穿梭車(chē)總是優(yōu)先運(yùn)輸編號(hào)較小的出口的貨物，存在以下3 個(gè)問(wèn)題：①補(bǔ)貨的及時(shí)性不夠，由于急需的貨物出口距離較遠(yuǎn)，得不到及時(shí)運(yùn)輸，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷；②容易出現(xiàn)穿梭車(chē)堵塞軌道的情況，在某工位貨物已滿(mǎn)的情況下，穿梭車(chē)運(yùn)輸?shù)皆摴の坏呢浳餆o(wú)法卸貨，只有停止在軌道上等待，導(dǎo)致軌道上的穿梭車(chē)堵塞；③設(shè)備利用率不夠高，因缺貨和穿梭車(chē)堵塞，導(dǎo)致原本有拆垛任務(wù)的機(jī)械手無(wú)貨可拆，機(jī)械手被迫處于空閑狀態(tài)，降低了機(jī)械手的利用率，堵塞同時(shí)也會(huì)降低環(huán)形穿梭車(chē)?yán)寐剩荒荏w現(xiàn)出環(huán)形穿梭車(chē)的優(yōu)勢(shì)。

3 調(diào)度策略?xún)?yōu)化

3.1 原因分析

針對(duì)距離優(yōu)先策略在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，逐一進(jìn)行了分析，主要有兩方面的原因：

（1）沒(méi)有考慮貨物運(yùn)輸?shù)木o急程度。在大量貨物同時(shí)出庫(kù)的情況下，編號(hào)值小的立庫(kù)出口連續(xù)不斷有貨物出來(lái)，距離優(yōu)先策略單純按距離遠(yuǎn)近安排運(yùn)輸任務(wù)，忽略了對(duì)所需貨物緊急性的影響，不能滿(mǎn)足出庫(kù)峰值期間的貨物運(yùn)輸需要。

（2）沒(méi)有考慮機(jī)械手拆垛工位的忙閑狀態(tài)。因每個(gè)拆垛工位只能暫存2 盤(pán)貨物，在拆垛工位已有2 盤(pán)貨物的情況下，運(yùn)輸?shù)皆摴の坏呢浳镏荒茉谲壍郎系却敦?，造成軌道上環(huán)形穿梭車(chē)堵塞。

3.2 優(yōu)化后的調(diào)度策略

根據(jù)對(duì)距離優(yōu)先調(diào)度策略存在問(wèn)題的原因分析，使用一種帶有約束條件的排序調(diào)度策略，對(duì)穿梭車(chē)調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化。即在調(diào)度時(shí)先對(duì)拆垛工位的忙閑狀態(tài)進(jìn)行判斷，避免出現(xiàn)穿梭車(chē)在軌道堵塞的情況，然后對(duì)符合條件的任務(wù)按緊急程度進(jìn)行排序，優(yōu)先搬運(yùn)急需的貨物。

監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度穿梭車(chē)的具體流程如下（圖3）：

圖3 優(yōu)化后的調(diào)度策略

（1）當(dāng)有貨物需要調(diào)度環(huán)形穿梭車(chē)運(yùn)輸，且有處于空閑狀態(tài)下的穿梭車(chē)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)查詢(xún)所有待出庫(kù)的任務(wù)。即根據(jù)備貨庫(kù)的要貨請(qǐng)求，已經(jīng)生成出庫(kù)任務(wù)，但該任務(wù)還沒(méi)有調(diào)度穿梭車(chē)運(yùn)輸，得到一個(gè)待出庫(kù)任務(wù)集合A。

（2）根據(jù)約束條件對(duì)集合A 內(nèi)的任務(wù)進(jìn)行篩選。約束條件有兩個(gè)，一是該任務(wù)的貨物已經(jīng)到達(dá)立庫(kù)出口位置，二是該任務(wù)的貨物要去的拆垛工位有空閑工位，能夠接納貨物托盤(pán)。同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)約束條件的任務(wù)留下，得到待運(yùn)輸任務(wù)集合B。

（3）根據(jù)貨物的需要的緊急程序進(jìn)行排序。在任務(wù)信息中，可以根據(jù)要貨時(shí)間來(lái)判斷所需貨物的緊急程序，要貨時(shí)間越早對(duì)貨物的需求越緊急，因此對(duì)所有待運(yùn)輸任務(wù)按要貨時(shí)間先后進(jìn)行排序，得到排序后的任務(wù)集合C。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)按照集合C 中任務(wù)的先后順序調(diào)度穿梭車(chē)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，優(yōu)化后的調(diào)度策略有效避免了拆垛機(jī)械手因補(bǔ)貨不及時(shí)造成的設(shè)備空閑，提高了機(jī)械手的利用率，同時(shí)也沒(méi)有再發(fā)生穿梭車(chē)因待卸貨在軌道上堵塞的情況，提高了穿梭車(chē)的利用率，從而提高補(bǔ)貨到備貨庫(kù)的及時(shí)性，避免因補(bǔ)貨不及時(shí)造成生產(chǎn)中斷的情況。

4 小結(jié)

環(huán)形穿梭車(chē)在貨物輸送方面的優(yōu)勢(shì)比較明顯，在物流行業(yè)的應(yīng)用逐漸增多。針對(duì)穿梭車(chē)使用過(guò)程中出現(xiàn)補(bǔ)貨不及時(shí)、穿梭車(chē)堵塞等問(wèn)題，本文分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性地對(duì)環(huán)形穿梭車(chē)調(diào)度策略進(jìn)行了優(yōu)化，從只關(guān)注立庫(kù)出口與穿梭車(chē)起點(diǎn)的距離，轉(zhuǎn)變到綜合考慮貨物出庫(kù)任務(wù)信息的各方面，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果，提高了出庫(kù)效率，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要。