濾棒庫貨位分配算法及堆垛機調(diào)度系統(tǒng)策略的研究

陳春雷

摘? 要：本項目主要針對本企業(yè)嘴棒庫采取“一軌雙車”及“三段式”的特殊布局及牌名更換造成的輸出負(fù)載波動較大的特點，對濾棒庫貨位分配算法和堆垛機調(diào)度系統(tǒng)策略進(jìn)行研究，通過對貨位分配算法、任務(wù)優(yōu)先級、堆垛機路徑分配等方面進(jìn)行分析和建模，建立既符合準(zhǔn)時化生產(chǎn)精益性又滿足柔性制造的靈活性的濾棒庫自動化控制模式。

關(guān)鍵詞：堆垛機;調(diào)度系統(tǒng);運行效率

中圖分類號：TS43? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0127-02

Abstract： In view of the special layout of "one-track two-car" and "three-stage" and the great fluctuation of output load caused by the change of brand name， this project mainly studies the cargo space allocation algorithm of filter rod warehouse and the strategy of stacker dispatching system， through the analysis and modeling of cargo location allocation algorithm， task priority， stacker path assignment and so on. The automatic control mode of filter rod library is established， which not only accords with the lean of just-in-time production but also meets the requirement of flexible manufacturing.

Keywords： stacker; dispatching system; operation efficiency

1 項目背景及現(xiàn)狀

1.1 背景

濾棒高架庫設(shè)計為3排2巷道4堆垛車運行模式。每排濾棒分區(qū)為8層高、52列寬。濾棒出庫、入庫、不同分區(qū)之間的轉(zhuǎn)存以及空濾棒盤盒之間的搬運均由堆垛車自動完成。堆垛車每執(zhí)行一次任務(wù)，完成15盤盒濾棒，每盤濾棒4500支。

濾棒庫共有8臺濾棒成型機，5臺濾棒發(fā)射機。濾棒經(jīng)成型后需固化8個小時方能使用，濾棒最佳使用時限為6個月。濾棒庫出入庫遵循“先進(jìn)先出”原則，以保證濾棒質(zhì)量。

1.2 現(xiàn)狀

技改完成后，卷接包車間設(shè)備運行狀況穩(wěn)中有升，運行效率連年上漲。尤其是進(jìn)口高速設(shè)備和國產(chǎn)高速設(shè)備的逐步引進(jìn)，卷接包的產(chǎn)能和效率穩(wěn)步提升。產(chǎn)能和效率的提升，對整個生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。濾棒作為卷接設(shè)備的輔料之一，出庫效率的高低將直接影響卷包車間的生產(chǎn)效率。

受限于卷接包車間場地的限制，濾棒高架庫布局為3排。濾棒從成型機到發(fā)射機，必然經(jīng)歷倒庫過程。滿盤濾棒從成型機到達(dá)發(fā)射機，必須經(jīng)過第2排的周轉(zhuǎn)，然后出庫;空盤盒從發(fā)射機到達(dá)成型機，同樣必須經(jīng)過第2排周轉(zhuǎn)。此種運行模式，滿盤濾棒和空盤盒倒庫的存在，均會通過第2排周轉(zhuǎn)，出庫與倒庫配合不好勢必會引起第2排爆倉，進(jìn)而影響濾棒的正常周轉(zhuǎn)。卷包車間為保障濾棒車間的供給，每周生產(chǎn)前一天需要安排3人次的倒庫業(yè)務(wù)。如不進(jìn)行周末的人工倒庫任務(wù)，下一周的卷包車間嘴棒供給將受到影響。

為了安全考慮，同一巷道的兩個堆垛車取貨之間的距離至少為6列濾棒庫貨位的寬度，同時因濾棒出庫遵循“先進(jìn)先出”原則。濾棒出庫時會優(yōu)先選取入庫時間最早的濾棒，此時兩個堆垛車到同一地方取濾棒，相互干擾的可能性大大提升。

2 主要研究內(nèi)容

具體研究內(nèi)容主要分成三個部分：現(xiàn)狀調(diào)研及收集數(shù)據(jù)，形成數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化算法和策略的研究，驗證算法和控制策略。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)研及收集數(shù)據(jù)

研究我廠目前的設(shè)備布局及“一軌雙車”堆垛機運行模式，主要研究當(dāng)前我廠設(shè)備布局及輸出負(fù)載的波動性造成的局部濾棒出入庫不平衡對堆垛機效率的影響，并研究“一軌雙車”兩臺堆垛機策略的調(diào)整以期解決設(shè)備布局不均的問題。

2.2 數(shù)學(xué)模型的建立及優(yōu)化算法和策略的研究

（1）研究基于任務(wù)起始地址和目標(biāo)地址距離最短原則的模型及其策略分析，主要是建立濾棒庫平面坐標(biāo)模型，通過對任務(wù)的起始地址和目標(biāo)地址的統(tǒng)計分析，計算完成當(dāng)前產(chǎn)能下所需任務(wù)起始地址和目標(biāo)地址平均最短距離，并計算堆垛機的效率。

（2）研究“一軌雙車”兩臺堆垛機一定時間內(nèi)完成任務(wù)數(shù)量最多原則的模型及其策略分析，主要是在數(shù)據(jù)庫中調(diào)用一定時間內(nèi)的任務(wù)運行時間，并結(jié)合堆垛機完成動作的時間計算堆垛機的最大完成任務(wù)數(shù)量并計算堆垛機的效率。

（3）研究基于堆垛機效率最高原則的模型及其策略分析，在以上兩部分研究基礎(chǔ)上，以堆垛機效率最高為依據(jù)，建立最優(yōu)模型，并計算在此情況下的堆垛機效率。

（4）研究濾棒庫貨位分配算法模型并進(jìn)行優(yōu)化，主要研究濾棒庫管理系統(tǒng)在任務(wù)分配時的貨位分配算法，以期在管理系統(tǒng)層面優(yōu)化堆垛機效率。

2.3 驗證算法和控制策略

通過研究基于堆垛機效率最高原則的模型及其策略分析和建立，仿真及現(xiàn)場實施對貨位合理性和堆垛機運行效率兩方面指標(biāo)，驗證算法和控制策略的有效性和實用性。

3 方案實施

為增加濾棒庫的出庫量和解決周末人工倒庫的工作量，從濾棒出庫策略、濾棒轉(zhuǎn)存策略和任務(wù)優(yōu)先級三方面綜合考慮，形成優(yōu)化后的方案。

（1）改變?yōu)V棒出庫邏輯，引入“就近原則”。在一個期限內(nèi)（可設(shè)定，現(xiàn)根據(jù)車間使用情況設(shè)定一個星期），堆垛車取濾棒，優(yōu)先取用離發(fā)射機最近的濾棒。當(dāng)有超過期限的濾棒庫存時，濾棒必須出庫。“就近原則”后，濾棒在設(shè)定的期限內(nèi)，保證了就近出庫，避免了兩個堆垛車同時到同一個地點取出濾棒，進(jìn)而避免了堆垛車相互干擾。

（2）濾棒轉(zhuǎn)存策略。滿盤濾棒從第一排轉(zhuǎn)庫到第三排和空盤從第三排轉(zhuǎn)庫到第一排的時候，采用平均分配的原則，這樣最大可能地保障堆垛機在出入庫時產(chǎn)生的任務(wù)移動距離最短。

（3）任務(wù)優(yōu)先級的策略方式。通過小組討論和實際運行測試，采用任務(wù)池的策略。當(dāng)任務(wù)數(shù)等于或大于設(shè)定值（先設(shè)定為5條），只執(zhí)行出庫任務(wù);當(dāng)任務(wù)數(shù)小于5時，按任務(wù)產(chǎn)生優(yōu)先順序執(zhí)行任務(wù);當(dāng)入庫產(chǎn)生時間超過30分鐘后，任務(wù)也優(yōu)先執(zhí)行。

4 效率測試及總結(jié)

經(jīng)過策略優(yōu)化，濾棒出庫策略優(yōu)化，堆垛車干擾次數(shù)明顯降低;轉(zhuǎn)存策略優(yōu)化，濾棒出庫優(yōu)先級得到提高，濾棒斷供次數(shù)再無發(fā)生，能夠100%滿足生產(chǎn)需求（見表1）。

參考文獻(xiàn)：

[1]剡昌鋒，吳黎驍，胡赤兵.自動化倉庫在線調(diào)度問題的研究[J].機械研究應(yīng)用，2002（04）：23-25.

[2]田國會，劉常有.自動化立體倉庫若干優(yōu)化調(diào)度問題及其研究進(jìn)展[J].山東工業(yè)大學(xué)報，2001（02）：12-17.

[3]徐殊凝，齊向東.基于專家系統(tǒng)的立體倉庫調(diào)度優(yōu)化設(shè)計[J].物流科技，2015（02）：122-124.

[4]劉婧崢.自動化立體倉庫的優(yōu)化調(diào)度研究[D].上海交通大學(xué)，2013.