AGV系統(tǒng)調(diào)度策略在AutoMod仿真模型中的實(shí)現(xiàn)

1、AGV系統(tǒng)調(diào)度策略在AutoMod仿真模型中的實(shí)現(xiàn) 摘要：AGV系統(tǒng)在物料柔性搬運(yùn)中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。如何準(zhǔn)確評估AGV系統(tǒng)的運(yùn)行效率，特別是在項(xiàng)目前期確定AGV數(shù)量及路徑優(yōu)化，是非常重要的課題。本文建立了基于AGV實(shí)際調(diào)度策略的仿真模型，為評估AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率提供了實(shí)用的仿真方法。 /2547491關(guān)鍵詞：仿真、AGV、效率坪估、AutoMod隨著自動(dòng)化物流技術(shù)的逐步推廣，AGV(自動(dòng)搬運(yùn)小車)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。與此同時(shí)，由于商業(yè)保密、系統(tǒng)運(yùn)行不確定等原因，關(guān)于AGV效率評估方面的研究到目前為止還是一片空白。由于缺乏相關(guān)的理論研究支持，用于評估AGV效率的手段也比較缺乏。目前主

2、要有兩種評估方法：一是采用計(jì)算手段，但得到的結(jié)果比較粗放，準(zhǔn)確性較差，而且數(shù)據(jù)太少，不足以全面評估AGV的效率；二是采用仿真手段，目前主流應(yīng)用于物流領(lǐng)域的仿真軟件如AutoMod、FlexSim、EM Plant等均提供了類似的調(diào)度策略，但各軟件生產(chǎn)商均沒有針對AGV的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境、車輛管理策略、交通管理策略、任務(wù)調(diào)度策略等進(jìn)行仿真技術(shù)及方法的開發(fā)應(yīng)用，只具備一些基礎(chǔ)性的調(diào)度策略，因此導(dǎo)致AGV系統(tǒng)仿真模型在一定程度上存在與實(shí)際情況不相吻合的問題，造成仿真結(jié)果偏差大，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備配置的指導(dǎo)意義較差，而需要更多地依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。針對這一現(xiàn)狀，亟需運(yùn)用仿真軟件生產(chǎn)廠商提供的各種內(nèi)部函數(shù)

3、和接口，建立符合AGV實(shí)際運(yùn)行要求的調(diào)度策略模型，通過仿真軟件的應(yīng)用者編制相應(yīng)策略，為實(shí)現(xiàn)實(shí)際調(diào)度仿真提供可能。本文提出的基于AutoMod仿真軟件實(shí)現(xiàn)的AGV調(diào)度策略仿真模型，就是針對AGV系統(tǒng)效率評估提出的一種有效解決方案。AGV系統(tǒng)調(diào)度策略的仿真建模方法1建模中采用的幾個(gè)概念以下幾個(gè)為系統(tǒng)常量，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有AGV小車均取同一固定值。(1)綁定連接距離：指任務(wù)接貨點(diǎn)與小車綁定連接時(shí)的距離，當(dāng)大于該值時(shí)為松散連接，否則為綁定連接。松散連接可變更，綁定連接不可變更。(2)額定運(yùn)行時(shí)長：指小車充電完成后，到需要再次充電的運(yùn)行時(shí)間長度最小值。當(dāng)小車檢測到自身運(yùn)行時(shí)長大于等于額定運(yùn)行時(shí)長時(shí)，即需要

4、到充電點(diǎn)進(jìn)行充電，充電完成后才能接受新的任務(wù)，或繼續(xù)執(zhí)行原有任務(wù)。(3)充電時(shí)長：指小車每次充電的時(shí)間長度。2AGV小車狀態(tài)的定義AGV小車狀態(tài)定義為以下幾種：休息、接貨前走行I(任務(wù)與小車松散連接)、接貨前走行(任務(wù)與小車綁定連接)、接貨、送貨前走行、送貨、空閑回休息點(diǎn)走行、充電等待回休息點(diǎn)走行、充電等待、充電前走行、充電，分別命名為AGV小車狀態(tài)010。3AGV小車狀態(tài)的變更采用自定義屬性記錄小車狀態(tài)，是整個(gè)AGV系統(tǒng)調(diào)度策略建模的基礎(chǔ)，下面采用跟蹤小車流程的方法解釋狀態(tài)變更。在一般流程中，AGV小車的狀態(tài)包括：(1)仿真開始后，所有小車均在休息點(diǎn)待命，小車狀態(tài)均為0。(2)當(dāng)有物料到達(dá)A

5、GV接貨點(diǎn)時(shí)，呼叫最近的可接貨小車來接貨。此時(shí)，如果被呼叫小車距離物料接貨點(diǎn)小于等于綁定連接距離時(shí)，置小車狀態(tài)為2，否則為1；當(dāng)被呼叫小車行駛到小于等于綁定連接距離后，小車狀態(tài)為2。(3)當(dāng)小車到達(dá)接貨點(diǎn)開始接貨時(shí)，狀態(tài)為3。(4)當(dāng)小車接貨完成準(zhǔn)備開始卸貨前走行時(shí)，狀態(tài)為4。(5)當(dāng)小車到達(dá)卸貨點(diǎn)開始卸貨時(shí)，狀態(tài)為5。(6)當(dāng)小車卸貨完成后，有以下幾種情況：如果當(dāng)前運(yùn)行時(shí)長小于額定運(yùn)行時(shí)長，且沒有接貨任務(wù)，置小車狀態(tài)為6，與最近的休息點(diǎn)連接并向休息點(diǎn)走行；如果有接貨任務(wù)，置小車狀態(tài)為1或2，向?qū)?yīng)任務(wù)接貨點(diǎn)走行。如果當(dāng)前運(yùn)行時(shí)長大于等于額定運(yùn)行時(shí)長，置小車狀態(tài)為9，與最近的充電點(diǎn)連接并向充電

6、點(diǎn)走行。(7)當(dāng)小車到達(dá)休息點(diǎn)后，狀態(tài)為O。(8)當(dāng)小車到達(dá)充電點(diǎn)后，狀態(tài)為10；充電完成后，再查找有沒有未處理的接貨任務(wù)，如果有，置小車狀態(tài)為1或2，去接貨；否則置小車狀態(tài)為6，回休息點(diǎn)。此外，還存在以下情況：(1)如果當(dāng)前小車在狀態(tài)1(與物料松散連接)的情況下被別的小車取代，即變更連接，則置當(dāng)前小車狀態(tài)為6，回休息點(diǎn)。(2)如果當(dāng)前小車在狀態(tài)為6的情況下被物料呼叫，則置小車狀態(tài)為1或2，去接貨。0物料與AGV小車建立連接有推式和拉式兩種。(1)推式：即物料呼叫小車。當(dāng)物料到達(dá)AGV接貨點(diǎn)時(shí)，首先執(zhí)行推式程序段，通過比較相對距離，在狀態(tài)為?；?的小車中查找最近的小車來接貨。在系統(tǒng)只要有空閑小

7、車的情況下均按推式建立連接。(2)拉式：即小車呼叫物料。當(dāng)所有小車狀態(tài)均不等于0或6時(shí)，物料將被掛起。此后在小車有空閑時(shí)，首先檢測是否有被掛起的物料，如果有，則將符合條件的被掛起物料提取出來建立連接。5變更物料與AGV小車連接通過以下舉例能更好地理解變更連接算法。(1)當(dāng)被呼叫的1#小車接貨前走行距離大于綁定連接距離時(shí)，置小車狀態(tài)為1，該狀態(tài)為松散連接，當(dāng)2#小車完成卸貨或充電任務(wù)后，即檢測是否離當(dāng)前任務(wù)接貨點(diǎn)更近，如果是則取消1#小車與物料連接，1#小車返回休息點(diǎn)，2#小車與物料建立連接。(2)當(dāng)被呼叫的小車接貨前行駛至小于等于綁定連接距離后，置小車狀態(tài)為2，該狀態(tài)為綁定連接，此后即便是有更

8、靠近的可接貨小車，也不再變更連接。從以上實(shí)現(xiàn)AGV調(diào)度策略的仿真模型建模方法可以看出，該建模方法與AGV的實(shí)際調(diào)度策略幾乎是一致的，因此從方法上就可以保證仿真結(jié)果的有效性。AGV系統(tǒng)調(diào)度策略的仿真建模與輸出選取某物流項(xiàng)目的AGV系統(tǒng)為研究對象，該項(xiàng)目交驗(yàn)時(shí)實(shí)測AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率為50。以該系統(tǒng)真實(shí)規(guī)劃路徑和正常出庫時(shí)段流量為依據(jù)建立仿真模型。圖1為AGV路徑規(guī)劃，圖2為AutoMod仿真運(yùn)行效果圖。1輸入?yún)?shù)仿真模型輸入需提供的數(shù)據(jù)，包括每天處理的物料流量、流程等，同時(shí)還有AGV系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等，詳見表1。2仿真輸出為檢驗(yàn)系統(tǒng)可靠性，并使仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，設(shè)定系統(tǒng)仿真總時(shí)長為一周五天，每

9、天7小時(shí)，共計(jì)35小時(shí)進(jìn)行仿真。為了比較只采用AutoMod基礎(chǔ)調(diào)度策略和采用本文所述AGV調(diào)度策略的差異，對該項(xiàng)目采用兩種方法分別進(jìn)行仿真，并按照AutoMod標(biāo)準(zhǔn)輸出報(bào)告及自定義輸出報(bào)告兩種方式分別得到仿真輸出數(shù)據(jù)。3仿真輸出報(bào)告解析(1)AutoMod標(biāo)準(zhǔn)輸出報(bào)告系統(tǒng)是從送貨(Delivering，含送貨前走行)、接貨(Retrieving，含接貨前走行)、回休息點(diǎn) (Going To Park)和休息(Parking)4個(gè)狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要參考指標(biāo)為休息所點(diǎn)總時(shí)長比例，即空閑率，所以可理解為系統(tǒng)利用率分別平均為(10.540)100=46.0(按AutoMod基礎(chǔ)調(diào)度策略進(jìn)行仿真)、(

10、1-0.593)100=40.7(按AGV調(diào)度策略進(jìn)行仿真)。 在接貨統(tǒng)計(jì)列，之所以存有一定差異且相對較大，是因?yàn)榘碅GV調(diào)度策略進(jìn)行仿真存在接貨任務(wù)變更連接，從而造成接貨物料數(shù)的重復(fù)統(tǒng)計(jì)。(2)自定義輸出報(bào)告自定義輸出報(bào)告嚴(yán)格按AGV小車狀態(tài)010分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要參考指標(biāo)為休息所占總時(shí)長比例，即空閑率，所以可理解為系統(tǒng)利用率平均為(1-0.511)100=48.9；另一個(gè)重要指標(biāo)為系統(tǒng)未接貨物料數(shù)，從輸出報(bào)告可以看出，沒有系統(tǒng)未接貨處理物料。4從仿真輸出報(bào)告進(jìn)行調(diào)度策略的分析比較(1)兩種調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)方法的比較首先是小車統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在一定差異：按AutoMod基礎(chǔ)調(diào)度策略進(jìn)行仿真時(shí)，所有AG

11、V不論距離遠(yuǎn)近均按序號順序輪回呼叫，所以各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)差異很?。欢碅GV調(diào)度策略進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了就近呼叫，并存在任務(wù)變更，所以各AGV小車處理的物料數(shù)及其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)差異很大，更貼合項(xiàng)目現(xiàn)場調(diào)度。其次是系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在一定差異：按AutoMod基礎(chǔ)調(diào)度策略進(jìn)行仿真無法實(shí)現(xiàn)充電、變更連接、拉式呼叫等策略，需要等到AGV回到休息點(diǎn)后才能接受新的任務(wù)，所以存在返回休息點(diǎn)前不能接貨、不能變更連接等問題，仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)幾乎沒有參考價(jià)值；而按AGV調(diào)度策略進(jìn)行仿真則實(shí)現(xiàn)了各種實(shí)際存在的調(diào)度策略，所有相關(guān)調(diào)度策略都在仿真中得以體現(xiàn)，仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠。(2)基于AGV調(diào)度策略仿真的兩種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的比較根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸出報(bào)告和自定義輸出報(bào)告，兩種統(tǒng)計(jì)方式得到的結(jié)果并不一致，AutoMod標(biāo)準(zhǔn)輸出報(bào)告中的空閑率不只包含AGV小車在休息點(diǎn)休息的時(shí)間比例，還包含了在充電點(diǎn)充電的時(shí)間比例，顯然是不合適的。所以應(yīng)以自定義輸出報(bào)告數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，才能準(zhǔn)確評估AGV效率。(3)仿真結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的比較仿真結(jié)果中系統(tǒng)利用率為48.9，現(xiàn)場實(shí)測為50，兩者存在1.1的誤差，完全在可接受范圍內(nèi)，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，從而證明了仿真調(diào)度策略真實(shí)可靠。AGV調(diào)度策略仿真模型的意義仿真技術(shù)是分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)強(qiáng)有力的工具。在物流項(xiàng)目規(guī)劃