濾棒庫(kù)貨位分配算法及堆垛機(jī)調(diào)度系統(tǒng)策略的研究

陳春雷

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

關(guān)鍵詞：堆垛機(jī);調(diào)度系統(tǒng);運(yùn)行效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TS43? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(xiàng)目背景及現(xiàn)狀

1.1 背景

濾棒高架庫(kù)設(shè)計(jì)為3排2巷道4堆垛車(chē)運(yùn)行模式。每排濾棒分區(qū)為8層高、52列寬。濾棒出庫(kù)、入庫(kù)、不同分區(qū)之間的轉(zhuǎn)存以及空濾棒盤(pán)盒之間的搬運(yùn)均由堆垛車(chē)自動(dòng)完成。堆垛車(chē)每執(zhí)行一次任務(wù)，完成15盤(pán)盒濾棒，每盤(pán)濾棒4500支。

濾棒庫(kù)共有8臺(tái)濾棒成型機(jī)，5臺(tái)濾棒發(fā)射機(jī)。濾棒經(jīng)成型后需固化8個(gè)小時(shí)方能使用，濾棒最佳使用時(shí)限為6個(gè)月。濾棒庫(kù)出入庫(kù)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(chē)間設(shè)備運(yùn)行狀況穩(wěn)中有升，運(yùn)行效率連年上漲。尤其是進(jìn)口高速設(shè)備和國(guó)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(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的各個(gè)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(kù)效率的高低將直接影響卷包車(chē)間的生產(chǎn)效率。

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

為了安全考慮，同一巷道的兩個(gè)堆垛車(chē)取貨之間的距離至少為6列濾棒庫(kù)貨位的寬度，同時(shí)因?yàn)V棒出庫(kù)遵循“先進(jìn)先出”原則。濾棒出庫(kù)時(shí)會(huì)優(yōu)先選取入庫(kù)時(shí)間最早的濾棒，此時(shí)兩個(gè)堆垛車(chē)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?jī)?nèi)容

具體研究?jī)?nèi)容主要分成三個(gè)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(yàn)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(chē)”堆垛機(jī)運(yùn)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(dòng)性造成的局部濾棒出入庫(kù)不平衡對(duì)堆垛機(jī)效率的影響，并研究“一軌雙車(chē)”兩臺(tái)堆垛機(jī)策略的調(diào)整以期解決設(shè)備布局不均的問(wèn)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(kù)平面坐標(biāo)模型，通過(guò)對(duì)任務(wù)的起始地址和目標(biāo)地址的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)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(jì)算堆垛機(jī)的效率。

（2）研究“一軌雙車(chē)”兩臺(tái)堆垛機(jī)一定時(shí)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(kù)中調(diào)用一定時(shí)間內(nèi)的任務(wù)運(yùn)行時(shí)間，并結(jié)合堆垛機(jī)完成動(dòng)作的時(shí)間計(jì)算堆垛機(jī)的最大完成任務(wù)數(shù)量并計(jì)算堆垛機(jī)的效率。

（3）研究基于堆垛機(jī)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(jī)效率最高為依據(jù)，建立最優(yōu)模型，并計(jì)算在此情況下的堆垛機(jī)效率。

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

2.3 驗(yàn)證算法和控制策略

通過(guò)研究基于堆垛機(jī)效率最高原則的模型及其策略分析和建立，仿真及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施對(duì)貨位合理性和堆垛機(jī)運(yùn)行效率兩方面指標(biāo)，驗(yàn)證算法和控制策略的有效性和實(shí)用性。

3 方案實(shí)施

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

（1）改變?yōu)V棒出庫(kù)邏輯，引入“就近原則”。在一個(gè)期限內(nèi)（可設(shè)定，現(xiàn)根據(jù)車(chē)間使用情況設(shè)定一個(gè)星期），堆垛車(chē)取濾棒，優(yōu)先取用離發(fā)射機(jī)最近的濾棒。當(dāng)有超過(guò)期限的濾棒庫(kù)存時(shí)，濾棒必須出庫(kù)。“就近原則”后，濾棒在設(shè)定的期限內(nèi)，保證了就近出庫(kù)，避免了兩個(gè)堆垛車(chē)同時(shí)到同一個(gè)地點(diǎn)取出濾棒，進(jìn)而避免了堆垛車(chē)相互干擾。

（2）濾棒轉(zhuǎn)存策略。滿盤(pán)濾棒從第一排轉(zhuǎn)庫(kù)到第三排和空盤(pán)從第三排轉(zhuǎn)庫(kù)到第一排的時(shí)候，采用平均分配的原則，這樣最大可能地保障堆垛機(jī)在出入庫(kù)時(shí)產(chǎn)生的任務(wù)移動(dòng)距離最短。

（3）任務(wù)優(yōu)先級(jí)的策略方式。通過(guò)小組討論和實(shí)際運(yùn)行測(cè)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(kù)任務(wù);當(dāng)任務(wù)數(shù)小于5時(shí)，按任務(wù)產(chǎn)生優(yōu)先順序執(zhí)行任務(wù);當(dāng)入庫(kù)產(chǎn)生時(shí)間超過(guò)30分鐘后，任務(wù)也優(yōu)先執(zhí)行。

4 效率測(cè)試及總結(jié)

經(jīng)過(guò)策略?xún)?yōu)化，濾棒出庫(kù)策略?xún)?yōu)化，堆垛車(chē)干擾次數(shù)明顯降低;轉(zhuǎn)存策略?xún)?yōu)化，濾棒出庫(kù)優(yōu)先級(jí)得到提高，濾棒斷供次數(shù)再無(wú)發(fā)生，能夠100%滿足生產(chǎn)需求（見(jiàn)表1）。

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