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试析堆垛机调度系统策略与滤棒库货位分配算法

2020-05-01 355 上传者：管理员

摘要：企业嘴棒库采取“一轨双车”及“三段式”的特殊布局，探讨分析了堆垛机调度系统策略及滤棒库货位分配算法，从货位分配算法、任务优先级、堆垛机路径分配等方面着手进行研究，并通过建模，使滤棒库自动化控制模式不仅满足柔性制造的灵活性，且更符合准时化生产精益性。

关键词：
堆垛机
应用数学
调度系统
运行效率
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1、项目背景及现状

1.1 背景

滤棒高架库设计为3排2巷道4堆垛车运行模式。每排滤棒分区为8层高、52列宽。滤棒出库、入库、不同分区之间的转存以及空滤棒盘盒之间的搬运均由堆垛车自动完成。堆垛车每执行一次任务，完成15盘盒滤棒，每盘滤棒4500支。滤棒库共有8台滤棒成型机，5台滤棒发射机。滤棒经成型后需固化8个小时方能使用，滤棒最佳使用时限为6个月。滤棒库出入库遵循“先进先出”原则，以保证滤棒质量。

1.2 现状

技改完成后，卷接包车间设备运行状况稳中有升，运行效率连年上涨。尤其是进口高速设备和国产高速设备的逐步引进，卷接包的产能和效率稳步提升。产能和效率的提升，对整个生产线的各个环节都提出了更高的要求。滤棒作为卷接设备的辅料之一，出库效率的高低将直接影响卷包车间的生产效率。

受限于卷接包车间场地的限制，滤棒高架库布局为3排。滤棒从成型机到发射机，必然经历倒库过程。满盘滤棒从成型机到达发射机，必须经过第2排的周转，然后出库；空盘盒从发射机到达成型机，同样必须经过第2排周转。此种运行模式，满盘滤棒和空盘盒倒库的存在，均会通过第2排周转，出库与倒库配合不好势必会引起第2排爆仓，进而影响滤棒的正常周转。卷包车间为保障滤棒车间的供给，每周生产前一天需要安排3人次的倒库业务。如不进行周末的人工倒库任务，下一周的卷包车间嘴棒供给将受到影响。

为了安全考虑，同一巷道的两个堆垛车取货之间的距离至少为6列滤棒库货位的宽度，同时因滤棒出库遵循“先进先出”原则。滤棒出库时会优先选取入库时间最早的滤棒，此时两个堆垛车到同一地方取滤棒，相互干扰的可能性大大提升。

2、主要研究内容

具体研究内容主要分成三个部分：现状调研及收集数据，形成数学模型及优化算法和策略的研究，验证算法和控制策略。

2.1 现状调研及收集数据

研究我厂目前的设备布局及“一轨双车”堆垛机运行模式，主要研究当前我厂设备布局及输出负载的波动性造成的局部滤棒出入库不平衡对堆垛机效率的影响，并研究“一轨双车”两台堆垛机策略的调整以期解决设备布局不均的问题。

2.2 数学模型的建立及优化算法和策略的研究

（1）研究基于任务起始地址和目标地址距离最短原则的模型及其策略分析，主要是建立滤棒库平面坐标模型，通过对任务的起始地址和目标地址的统计分析，计算完成当前产能下所需任务起始地址和目标地址平均最短距离，并计算堆垛机的效率。

（2）研究“一轨双车”两台堆垛机一定时间内完成任务数量最多原则的模型及其策略分析，主要是在数据库中调用一定时间内的任务运行时间，并结合堆垛机完成动作的时间计算堆垛机的最大完成任务数量并计算堆垛机的效率。

（3）研究基于堆垛机效率最高原则的模型及其策略分析，在以上两部分研究基础上，以堆垛机效率最高为依据，建立最优模型，并计算在此情况下的堆垛机效率。

（4）研究滤棒库货位分配算法模型并进行优化，主要研究滤棒库管理系统在任务分配时的货位分配算法，以期在管理系统层面优化堆垛机效率。

图2倒库示意图

2.3 验证算法和控制策略

通过研究基于堆垛机效率最高原则的模型及其策略分析和建立，仿真及现场实施对货位合理性和堆垛机运行效率两方面指标，验证算法和控制策略的有效性和实用性。

3、方案实施

为增加滤棒库的出库量和解决周末人工倒库的工作量，从滤棒出库策略、滤棒转存策略和任务优先级三方面综合考虑，形成优化后的方案。

（1）改变滤棒出库逻辑，引入“就近原则”。在一个期限内（可设定，现根据车间使用情况设定一个星期），堆垛车取滤棒，优先取用离发射机最近的滤棒。当有超过期限的滤棒库存时，滤棒必须出库。“就近原则”后，滤棒在设定的期限内，保证了就近出库，避免了两个堆垛车同时到同一个地点取出滤棒，进而避免了堆垛车相互干扰。

（2）滤棒转存策略。满盘滤棒从第一排转库到第三排和空盘从第三排转库到第一排的时候，采用平均分配的原则，这样最大可能地保障堆垛机在出入库时产生的任务移动距离最短。

（3）任务优先级的策略方式。通过小组讨论和实际运行测试，采用任务池的策略。当任务数等于或大于设定值（先设定为5条），只执行出库任务；当任务数小于5时，按任务产生优先顺序执行任务；当入库产生时间超过30分钟后，任务也优先执行。

4、效率测试及总结

经过策略优化，滤棒出库策略优化，堆垛车干扰次数明显降低；转存策略优化，滤棒出库优先级得到提高，滤棒断供次数再无发生，能够100%满足生产需求（见表1）。

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