蘇 建，周春雷

（1.中國煙草總公司重慶市公司物流分公司，重慶 400026；2.中國煙草總公司重慶市公司煙葉分公司，重慶 400023）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代物流技術(shù)日新月異，物流生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備快速發(fā)展，裝備水平大幅提升，穿梭車作為物流系統(tǒng)中常見的搬運輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)中[1]。環(huán)形穿梭車由直線往復(fù)式穿梭車發(fā)展而來，因直線穿梭車在運動過程中需要間歇停頓以防止碰撞，限制了其搬運速度，降低了穿梭車的工作效率[2]。環(huán)形穿梭車軌道在平面內(nèi)呈閉環(huán)布置，穿梭車沿軌道單向運行，可以同時運行多臺穿梭車，實現(xiàn)多站臺作業(yè)，從而改善了往復(fù)式穿梭車輸送能力有限的缺點。

雙軌道環(huán)形穿梭車具有以下特點：①穿梭車采用雙軌道運行，在較小轉(zhuǎn)彎半徑條件下也能流暢運行，行走和貨物輸送均采用變頻器控制，可實現(xiàn)無極調(diào)速；②采用條碼定位技術(shù)，簡化了位置及速度控制，系統(tǒng)的可維護性大為改善，增加車輛或站臺也非常簡單；③環(huán)形穿梭車集成了計算機調(diào)度管理系統(tǒng)、可編程控制技術(shù)，可調(diào)度所有穿梭車協(xié)調(diào)運行，基于無線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)可實時顯示穿梭車的運行狀態(tài)，如接貨、送貨、行走位置等。

1 貨物接運概述

1.1 主要流程

該物流配送中心出庫環(huán)節(jié)主要包括立庫、環(huán)形穿梭車、自動拆垛機械手、備貨庫和監(jiān)控系統(tǒng)等。監(jiān)控系統(tǒng)負責各類設(shè)備的調(diào)度，使得各項業(yè)務(wù)能夠規(guī)范有序且高效地進行，并對各種設(shè)備的運行情況進行實時監(jiān)控[3]。貨物以托盤為載體，按固定的數(shù)量和堆碼方式存儲在立庫中，當備貨庫貨物數(shù)量低于設(shè)定的臨界值時向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出要貨請求，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)貨物存放的位置、數(shù)量等信息，生成出庫任務(wù)并下發(fā)給相關(guān)設(shè)備。堆垛機根據(jù)任務(wù)信息將貨物叉取到立庫出口，然后監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度環(huán)形穿梭車，將貨物運輸?shù)綄?yīng)的機械手拆垛工位，貨物經(jīng)拆垛后進入備貨庫（圖1）。

圖1 主要流程

1.2 環(huán)形穿梭車配置

該物流配送中心立庫設(shè)置有18 列貨架，每列貨架對應(yīng)一個出口，即立庫有18 個貨物出口（圖2）。一臺自動拆垛機械手有左、右2 個拆垛工位，4 臺機械手共有8 個拆垛工位，每個拆垛工位可以暫存2 盤貨物。立庫出口與機械手拆垛工位不存在固定的一一對應(yīng)關(guān)系，而是多對多的關(guān)系，每個出口的貨物都可能被運輸?shù)? 個拆垛工位的任何一個工位，屬于多站臺貨物運輸。

圖2 出庫環(huán)節(jié)設(shè)備布局

為滿足多站臺貨物運輸?shù)男枰陔p軌道環(huán)形穿梭車的特點，在立庫出口和拆垛工位之間設(shè)置了一套雙軌道環(huán)形穿梭車運輸系統(tǒng)，穿梭車驅(qū)動單元采用變頻調(diào)速，具有起動性能好、調(diào)速范圍寬、速度變化平滑、運行穩(wěn)定，同時有完善的過壓、過流保護功能。環(huán)形穿梭車空載運行速度為1.5 m/s，荷載運行速度為1 m/s，沿軌道順時針方向單向運行，單臺環(huán)形穿梭車的設(shè)備運輸能力為30 盤/h，整個出庫環(huán)節(jié)最大出庫效率需求為117 盤/h，因此在環(huán)形穿梭車運輸系統(tǒng)中設(shè)置了4 臺穿梭車，理論出庫效率為120 盤/h，滿足貨物出庫的效率要求。

1.3 環(huán)形穿梭車的調(diào)度

穿梭車由監(jiān)控系統(tǒng)負責調(diào)度，在沒有貨物運輸任務(wù)的情況下穿梭車處于空閑狀態(tài)，在軌道起點位置排隊等待調(diào)度，軌道起點位于立庫1 號出口左邊；當有貨物在立庫出口需要運輸時，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的調(diào)度策略，安排穿梭車運輸任務(wù)。監(jiān)控系統(tǒng)將貨物的任務(wù)信息寫入穿梭車，任務(wù)信息包括任務(wù)流水號、任務(wù)生成時間、貨物類別、貨物數(shù)量、立庫出口號、拆垛工位號等，接到運輸任務(wù)后，環(huán)形穿梭車控制系統(tǒng)自動解讀任務(wù)信息，并完成貨物的運輸。當出口的貨物調(diào)度穿梭車運輸后，該貨物標記為已調(diào)度，已調(diào)度的穿梭車在完成運輸任務(wù)前不能再次被調(diào)度。

2 距離優(yōu)先調(diào)度策略

該物流配送中心在前期運行中，監(jiān)控系統(tǒng)采用距離優(yōu)先策略調(diào)度環(huán)形穿梭車。所謂距離優(yōu)先策略，就是當多個立庫出口有待運輸?shù)呢浳铮O(jiān)控系統(tǒng)比較貨物所在出口與穿梭車起點位置的距離遠近，距離近的貨物優(yōu)先安排穿梭車運輸。如圖2 所示，立庫1 號出口距穿梭車起點的位置最近，18 號出口距穿梭車起點的位置最遠，即立庫出口的編號值越大，到穿梭車起點的距離越遠。監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)度時，只需要比較貨物出口編號的值大小，就能很快完成調(diào)度任務(wù)。

距離優(yōu)先的環(huán)形穿梭車調(diào)度策略使用簡單，控制方便，易于實施，適用于出庫量不大，出庫時間比較分散的場合。由于該物流中心出庫量大，出庫時間比較集中，應(yīng)用距離優(yōu)先策略調(diào)度穿梭車時，穿梭車總是優(yōu)先運輸編號較小的出口的貨物，存在以下3 個問題：①補貨的及時性不夠，由于急需的貨物出口距離較遠，得不到及時運輸，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷；②容易出現(xiàn)穿梭車堵塞軌道的情況，在某工位貨物已滿的情況下，穿梭車運輸?shù)皆摴の坏呢浳餆o法卸貨，只有停止在軌道上等待，導(dǎo)致軌道上的穿梭車堵塞；③設(shè)備利用率不夠高，因缺貨和穿梭車堵塞，導(dǎo)致原本有拆垛任務(wù)的機械手無貨可拆，機械手被迫處于空閑狀態(tài)，降低了機械手的利用率，堵塞同時也會降低環(huán)形穿梭車利用率，不能體現(xiàn)出環(huán)形穿梭車的優(yōu)勢。

3 調(diào)度策略優(yōu)化

3.1 原因分析

針對距離優(yōu)先策略在實際運行過程中出現(xiàn)的問題，逐一進行了分析，主要有兩方面的原因：

（1）沒有考慮貨物運輸?shù)木o急程度。在大量貨物同時出庫的情況下，編號值小的立庫出口連續(xù)不斷有貨物出來，距離優(yōu)先策略單純按距離遠近安排運輸任務(wù)，忽略了對所需貨物緊急性的影響，不能滿足出庫峰值期間的貨物運輸需要。

（2）沒有考慮機械手拆垛工位的忙閑狀態(tài)。因每個拆垛工位只能暫存2 盤貨物，在拆垛工位已有2 盤貨物的情況下，運輸?shù)皆摴の坏呢浳镏荒茉谲壍郎系却敦?，造成軌道上環(huán)形穿梭車堵塞。

3.2 優(yōu)化后的調(diào)度策略

根據(jù)對距離優(yōu)先調(diào)度策略存在問題的原因分析，使用一種帶有約束條件的排序調(diào)度策略，對穿梭車調(diào)度策略進行優(yōu)化。即在調(diào)度時先對拆垛工位的忙閑狀態(tài)進行判斷，避免出現(xiàn)穿梭車在軌道堵塞的情況，然后對符合條件的任務(wù)按緊急程度進行排序，優(yōu)先搬運急需的貨物。

監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度穿梭車的具體流程如下（圖3）：

圖3 優(yōu)化后的調(diào)度策略

（1）當有貨物需要調(diào)度環(huán)形穿梭車運輸，且有處于空閑狀態(tài)下的穿梭車時，監(jiān)控系統(tǒng)查詢所有待出庫的任務(wù)。即根據(jù)備貨庫的要貨請求，已經(jīng)生成出庫任務(wù)，但該任務(wù)還沒有調(diào)度穿梭車運輸，得到一個待出庫任務(wù)集合A。

（2）根據(jù)約束條件對集合A 內(nèi)的任務(wù)進行篩選。約束條件有兩個，一是該任務(wù)的貨物已經(jīng)到達立庫出口位置，二是該任務(wù)的貨物要去的拆垛工位有空閑工位，能夠接納貨物托盤。同時滿足兩個約束條件的任務(wù)留下，得到待運輸任務(wù)集合B。

（3）根據(jù)貨物的需要的緊急程序進行排序。在任務(wù)信息中，可以根據(jù)要貨時間來判斷所需貨物的緊急程序，要貨時間越早對貨物的需求越緊急，因此對所有待運輸任務(wù)按要貨時間先后進行排序，得到排序后的任務(wù)集合C。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)按照集合C 中任務(wù)的先后順序調(diào)度穿梭車。經(jīng)過實踐，優(yōu)化后的調(diào)度策略有效避免了拆垛機械手因補貨不及時造成的設(shè)備空閑，提高了機械手的利用率，同時也沒有再發(fā)生穿梭車因待卸貨在軌道上堵塞的情況，提高了穿梭車的利用率，從而提高補貨到備貨庫的及時性，避免因補貨不及時造成生產(chǎn)中斷的情況。

4 小結(jié)

環(huán)形穿梭車在貨物輸送方面的優(yōu)勢比較明顯，在物流行業(yè)的應(yīng)用逐漸增多。針對穿梭車使用過程中出現(xiàn)補貨不及時、穿梭車堵塞等問題，本文分析了問題產(chǎn)生的原因，有針對性地對環(huán)形穿梭車調(diào)度策略進行了優(yōu)化，從只關(guān)注立庫出口與穿梭車起點的距離，轉(zhuǎn)變到綜合考慮貨物出庫任務(wù)信息的各方面，在實際應(yīng)用中取得良好效果，提高了出庫效率，滿足了生產(chǎn)需要。