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        環(huán)形穿梭車系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)度

        2019-08-13 14:09:54高歌趙悅毛靜雯
        錦繡·上旬刊 2019年4期
        關(guān)鍵詞:排隊論

        高歌 趙悅 毛靜雯

        摘 要:隨著物流行業(yè)的迅速發(fā)展,環(huán)形穿梭車現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動立體化倉庫的貨物運(yùn)輸中。為了提高出入庫設(shè)備的利用率,本小組首先對環(huán)形穿梭車作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行模型的建立,再以總完成工時最小為目標(biāo),明確系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要影響因素,最終確定以堵塞次數(shù)最少及貨物吞吐量最大為目標(biāo),對已建立的模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。

        關(guān)鍵詞:排隊論;環(huán)形穿梭車調(diào)度;模型優(yōu)化

        引言

        隨著物流行業(yè)的發(fā)展,環(huán)形穿梭車系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動立體化倉庫的貨物運(yùn)輸中。環(huán)形穿梭車系統(tǒng)主要由一條環(huán)形軌道、N 輛穿梭車、進(jìn)貨口和出貨口構(gòu)成。為提高運(yùn)輸效率,進(jìn)出口分別均勻分布在環(huán)形軌道的兩側(cè)。為達(dá)到運(yùn)輸總貨物最短的目的,我們建立此次模型并進(jìn)行優(yōu)化求解。

        一、問題重述

        現(xiàn)有 A、B 兩側(cè)的各個進(jìn)貨口處分別有一批貨物需要處理。A 側(cè)進(jìn)貨口處的貨物只能送至 B 側(cè)給定的目標(biāo)出貨口,而 B 側(cè)進(jìn)貨口的貨物可以送到 A 側(cè)任務(wù)的出貨口。同一個進(jìn)出貨口處的多件貨物按照先來先服務(wù)的順序運(yùn)送。我們用 RAj(RBh)表示 A 側(cè)(B 側(cè))進(jìn)貨口 j(進(jìn)貨口 h)中的待處理貨物數(shù),dAjk 表示 A 側(cè)進(jìn)貨口 j 中的第 k 個貨物在 B 側(cè)的目標(biāo)出貨口。

        二、穿梭車運(yùn)動形態(tài)的分析

        由于進(jìn)出口貨物口在 A、B 兩側(cè)的直線軌道均勻分布,且在 A 側(cè)共有 3 個出貨口、兩個進(jìn)貨口與一個起點;且在 B 側(cè)共有 4 個出貨口與 4 個進(jìn)貨口,因此相鄰兩個進(jìn)出口貨物口以及起點在 A 側(cè)之間的距離為:相鄰兩個

        進(jìn)出口貨物口在 B 側(cè)之間的距離為:。當(dāng)穿梭車首次進(jìn)入系統(tǒng)時,它將在起點處從速度 v0=0m/s 開始以加速度a=1m/s2 勻加速直到速度 v=1.5m/s 后開始做勻速運(yùn)動。當(dāng)穿梭車需要在進(jìn)貨口或出貨口裝卸貨物時,它同樣要以相同的加速度做減速運(yùn)動,直到速度為0。完成裝卸載任務(wù)后,穿梭車將重新以此加速度啟動,完成加速階段的距離為D。由公式:,可得 D=1.125m。若系統(tǒng)中發(fā)生堵塞,D同樣是預(yù)防穿梭車相撞而需要留出的安全距離.穿梭車加速或減速的單次所需時間由公式 4 可得:。根據(jù)以上分析,在無堵塞發(fā)生的情況下,單個穿梭車運(yùn)行一圈發(fā)生的總時間:

        (6);

        (7)

        令第二個投入系統(tǒng)使用的穿梭車于距離起點最近的進(jìn)貨口2取貨。此貨物只能被運(yùn)輸于 B 側(cè)的出貨口 4。為使系統(tǒng)效率最大化并防止此輛穿梭車對下一輛造成堵塞,穿梭車卸載貨物后將緊接著在距離下一輛車卸貨口前方最近的進(jìn)貨口裝貨;令它在 A 側(cè)次遠(yuǎn)的出貨口卸貨(因最遠(yuǎn)處已被占據(jù)),即出貨口 2。[1]由于穿梭車 2 在 B 側(cè)的出貨口 4 位于穿梭車 1 在 B 側(cè)出貨口的前方,因此穿梭車2必定要經(jīng)歷一個等待的時間,包括穿梭車 1 減速停車、卸貨以及加速駛離這三個階段。

        三、附加條件

        1.A 側(cè) 2 個進(jìn)貨口處待處理的貨物件數(shù)相同,都為 100 件,共計 200 件。2.A 側(cè)不同在進(jìn)貨口裝載的貨物在 B 側(cè)的出貨口是指定的但不是固定不變的。3.貨物按照在各個進(jìn)貨口處的編號排隊處理。則若要將 A 側(cè)貨物全部運(yùn)出需要經(jīng)歷 49 次等待時間,則累積的等待時間:4.B 側(cè) 4 個進(jìn)貨口處待處理的貨物件數(shù)不相同,分別為 100 件,51 件,71 件,100 件。5.當(dāng)將 A 側(cè)的 200 件全部運(yùn)空時,B 側(cè)貨物共計還剩 122 件。由于環(huán)形穿梭車在 B 側(cè)裝貨的進(jìn)貨口具有較大的隨機(jī)性,因此我們將分三種情況進(jìn)行分析。首先,類比推理出運(yùn)空貨物的總時間方程:。Ⅰ.若兩個進(jìn)貨口的貨物共計 122 件,則進(jìn)貨口 n=2,每個進(jìn)貨口含貨 61

        件:;綜合以上所列方程,推導(dǎo)出運(yùn)空貨物的總時間與穿梭車數(shù)目的關(guān)系方程為:

        Ⅱ.三個進(jìn)貨口的貨物共計 122 件,則進(jìn)貨口 n=3,每個進(jìn)貨口含 41 件

        ;

        Ⅲ.四個進(jìn)貨口的貨物共計 122 件,則進(jìn)貨口 n=4,每個進(jìn)貨口含 31 件

        ;

        將穿梭車的車長考慮在內(nèi)直接對安全距離 D 產(chǎn)生影響,也就是增大了安全距離。D' =? 2.425m。此值間接影響著一系列相關(guān)參數(shù)的變化如下:

        ;

        求得上述公式則發(fā)生相應(yīng)的變化,因此我們對模型進(jìn)行完善修改為:

        四.控制效率驗證

        由相關(guān)參數(shù)可知,貨物到達(dá)時間為裝卸貨時間2tL/u與一次

        等待時間tj之和,因此貨物到達(dá)率為:根據(jù)之前的分析已知,單個穿梭車運(yùn)行一圈所用的總時間為 tz1=178.17s服務(wù)率即為:。取η=0.8。平均正在服務(wù)的穿梭車臺數(shù):因為當(dāng) N=3,N=6 時 Lp 都小于平均正在服務(wù)的穿梭車臺數(shù),也就是實際投入使用的穿梭車數(shù)目過少,服務(wù)效率低下。當(dāng) N=9 時,環(huán)形穿梭車系統(tǒng)運(yùn)行效率:。系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度。

        系統(tǒng)內(nèi)所有穿梭車都空閑的效率:=0.025

        (32)。系統(tǒng)中貨物的平均等待隊長為:。系統(tǒng)中貨物的平均等待時間:。

        對排隊理論模型計算出的環(huán)形穿梭車系統(tǒng)各性能指標(biāo)進(jìn)行分析:系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度為 0.744,小于 1,該系統(tǒng)較為穩(wěn)定;穿梭車平均正在服務(wù)的臺數(shù)為 6.76,小車的空閑率較低;平均等待時間為 56.442秒,貨物平均等待時間較短;環(huán)形換鎖車系統(tǒng)的效率為 75.1%,系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。[2]

        五.總結(jié)

        環(huán)形穿梭車車身長度是否計入環(huán)形穿梭車系統(tǒng)對穿梭車完成運(yùn)輸貨物的總工作時間有重要影響:車身長度增加了相鄰兩輛車之間的安全距離,間接減少了穿梭車運(yùn)行的加速度 a,增加了堵塞的幾率。

        參考文獻(xiàn)

        [1]向旺.基于排隊論的環(huán)形穿梭車系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)分析[J].制造業(yè)自動化,2018,40(06):151-153.

        [2]胡建偉.環(huán)形穿梭車運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].南京理工大學(xué),2016.

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