智能RGV的動態調度策略

王黎軒 姚雁春 楊江紅

摘要：本文從動態調度[1]的角度出發，針對三種具體情況，判斷RGV和CNC的工作狀態，通過枚舉法[2]列出各種情況，對RGV進行調度，并求出成料數量和工作效率。針對一道工序的物料加工，建立一個CNC的狀態矩陣，判斷CNC工作狀態，并求解CNC狀態總和，如果不處于工作狀態，則說明其需要進行上下料操作，由此可以確定RGV上下料消耗的時間以及CNC消耗的時間，然后將數據代入所寫代碼求得產出的成品數量、CNC的工作效率。

關鍵詞：智能RGV動態調度、0-1規劃、枚舉法、搜索算法、事件驅動策

引言

隨著信息技術、控制工程和智能化的發展，智能加工系統極大地提高了工業制造、機械加工和物流運輸等眾多領域的效率。為了最大程度地節省加工時間、降低生產成本，生產最大數量的成料，進行物料加工調度成為了迫切的需要解決的問題。作為一種無人駕駛、能在固定軌道上自由運行的智能車，RGV可以根據指令完成一系列相關作業任務，而我們將針對RGV三種不同的工作情況，分別對其整個加工過程進行動態調度，縮短RGV和CNC的等待時長，提升生產效率，以滿足現實中企業的需求。

1、一道工序的情況

針對一道工序的物料加工，我們要討論如何安排上下料順序來獲得最高的作業效率，首先確定最優的RGV上料順序并求出最短時間，由于RGV右側的CNC上下料時間都小于RGV左側的CNC的上下料時間，所以當RGV到達某一位置時，先對其右側的CNC上料，隨后立即對其左側的CNC上料，完成后前往下一個位置。其次求解第一道工序的情況，通過0-1變量設定RGV和CNC的工作狀態，建立一個CNC的狀態矩陣，判斷CNC工作狀態，并求解CNC狀態總和，如果不處于工作狀態，則說明其需要進行上下料操作，由此可以確定RGV上下料消耗的時間以及CNC消耗的時間，最后根據數據進行程序運算即可得到所需。

2、模型建立與求解

2.1初始上料順序的確定

由于RGV的移動時間遠遠小于CNC的加工時間，故可以先確定RGV對CNC第一次上料的順序，來形成CNC加工的時間間隔。

為確定一個RGV對CNC第一次上料的順序，讓RGV在當前位置先對其右側的CNC進行上料，因為所有右側的CNC的上下料的時間p1是小于所有左側的CNC上下料的時間p2的。所以當RGV到達某一位置，先對其右側的CNC上料，隨后立即對其左側的CNC上料，完成后前往下一個位置。將所有CNC的上料工作完成后，讓RGV再回到初始位置，等待CNC加工完成后按照第一次上料的順序進行上下料和清洗工作即可。這樣就確定出來一個8臺CNC的工作順序，將這個工作順序稱為“一次工作循環”。

設RGV移動1個單位消耗的時間為t1，移動2個單位消耗的時間為t2，移動3個單位消耗的時間為t3，觀察所有數據，可以得出：

Δt=t2-t1=t3-t2=13

其為一個定值，那么就可以證明一個結論：RGV執行一遍工作循環的最短移動時間為4t1+2Δt。可以使用計算機利用搜索算法[5]來求解這一結論，使用搜索確定RGV移動的順序，并且根據給定的順序來計算RGV消耗的時間，再與結論時間作比較，可以得出相同的結果。

兩個關鍵步驟為：

1. 移動步驟：若當前RGV處于空閑狀態并且其左右兩側CNC都在處于加工狀態，一旦有其他CNC處于空閑狀態或發出上下料請求，RGV就移動到其位置為其上下料和熟料清洗;

2. 上下料步驟：若當前RGV的左側CNC或右側CNC處于空閑或發出上下料請求，RGV應先對左側CNC進行操作再對右側CNC進行操作。

具體流程如下：

建立一個RGV的狀態序列RGVstatus，建立一個CNC的狀態矩陣CNCstatus，RGV的狀態序列記錄其每秒的狀態，CNC的狀態矩陣儲存每臺CNC的每秒的狀態;一秒一秒地進行枚舉，對于當前時間times，如果RGVstatus [times]=0，說明當前RGV處于空閑狀態;

隨即判斷其左右兩側CNC的狀態，這里記錄RGV的當前位置為RGVPosition，具體數值為1到4，含義與RGV工作流程的確定中的相同;

若CNCsum<8，則RGV即可前往下一位置，定義RGVPath為當前給定的移動序列，定義RGVPathindex為當前RGVPosition對應在RGVPath中的位置指針，每次移動時RGVPathindex都往后指向一次，因為RGV最后一次移動需要回到初始位置，這里是用取模操作讓RGVPathindex自動指到初始位置，這樣就可以到RGV需要前往的下一個位置RGVnextPosition=RGVpath [RGVPathindex ]，計算此次RGV移動消耗的時間，即t|RGV_Position-RGV_nextPosition | ，將RGV狀態序列中后續狀態就行更新，并且記錄RGV的移動次數RGVmoves加一;

若RGV不滿足移動的條件，要么就是RGV處于工作狀態，即RGVstatus [times]=1，要么就是其左右兩側CNC中至少有一臺處于空閑狀態或發出上下料請求。

因為RGV左側的CNC上下料時間p1都小于RGV右側的CNC的上下料時間p2，故先檢查RGV右側的CNC是否處于工作狀態，即檢查CNCstatus [RGVPosition*2-1][ times]是否為1，若為0，則說明其需要進行上下料操作，則RGV上下料消耗的時間為WastTimeRGV=p1，但特殊的，如果RGVmoves>0，則說明所有CNC已經完成了一遍上料過程，當前RGV需要對CNC上的熟料進行清洗，此時WastTimeRGV=p1+e，e為RGV清洗物料的時間，而對于CNC來說，其需要等待上下料和加工的時間，才能再次達到上下料請求的狀態，故CNC消耗的時間為WastTimeCNC=p1+c，其中c為CNC加工一道工序時所消耗的時間，根據RGV和CNC消耗的時間分別更新其狀態序列和狀態矩陣;

再次簡化問題，忽略最后RGV需要返回初始位置，運用C++進行求解一道工序8小時工作的情況，源代碼見附錄二，求得結果：

結語

RGV不需要等到CNC處于空閑狀態或發出上下料請求再行動，而是完成當前工作后立刻前往下一位置等待CNC完成，可以設定一個指標RGVhavemoved來判斷RGV是否是移動到下一個位置進行等待。

參考文獻

[1]韓中庚，梅正陽.智能RGV的動態調度策略問題的數學模型[J].數學建模及其應用，2019，8（01）：53-65+83.

[2]高亞靜，周明，李庚銀，李睿，肖利民.基于馬爾可夫鏈和故障枚舉法的可用輸電能力計算[J].中國電機工程學報，2006（19）：41-46.

[3]鄧俊，韋化，黎靜華，白曉清.一種含四類0-1變量的機組組合混合整數線性規劃模型[J].中國電機工程學報，2015，35（11）：2770-2778.

[4]王寵兒. 事件驅動策略的研究[D].山東大學，2017.