本發(fā)明針對一種材料輸送系統(tǒng)以及在這種材料輸送過程中供應(yīng)工作單元的方法。雖然本發(fā)明被圖示為用在訂單履行系統(tǒng)中，但是其還具有其他應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在特定的訂單履行系統(tǒng)中，容納庫存物品的工作單元(諸如庫存容器)被供應(yīng)至處理站(諸如貨到人(goods-to-person，GTP)站)以由操作員分揀至運(yùn)輸容器中。運(yùn)輸容器可以代表獨(dú)立訂單或過渡容器，所述過渡容器被發(fā)送以進(jìn)一步處理，諸如在放置墻(put wall)處用于組織成獨(dú)立訂單。庫存容器在倉庫管理系統(tǒng)下從庫存?zhèn)}來供應(yīng)，諸如自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)。庫存容器傳送系統(tǒng)將容器運(yùn)輸至分揀器，所述分揀器將庫存容器分揀至獨(dú)立處理站。在每個(gè)處理站處，容器被允許聚集在緩沖區(qū)或聚集區(qū)以允許獨(dú)立操作員按照自己的速度工作。然而，當(dāng)處理站處的緩沖區(qū)不能接收額外容器時(shí)，容器在將容器供應(yīng)至處理站的分揀器中再次循環(huán)。如果足夠的容器被過量供應(yīng)，則分揀器被為較慢操作員準(zhǔn)備的容器的再循環(huán)填滿，因此阻礙容器被供應(yīng)至較快操作員，所述較快操作員在其站點(diǎn)處沒有足夠的庫存容器來處理。因此，該系統(tǒng)陷入僵局而必須以較慢速度運(yùn)行來適應(yīng)較慢操作員。同時(shí)，較快操作員空閑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種材料輸送系統(tǒng)和速率匹配過程，其允許處理站的操作員以各種各樣的速率來操作，而不會(huì)使系統(tǒng)停滯。以這種方式，在各種情況和/或人員組成下實(shí)現(xiàn)最大吞吐量，而不需要在系統(tǒng)中建立額外的容量。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于在材料輸送過程中供應(yīng)工作單元的方法和裝置包括：在材料處理站處的預(yù)期的工作單元的設(shè)定點(diǎn)以及在材料處理站處的工作單元的實(shí)際測量。執(zhí)行反饋控制算法以建立在材料處理站處的工作單元的設(shè)定點(diǎn)以及在材料處理站處的工作單元與材料處理站處的工作單元的設(shè)定點(diǎn)之間的誤差。反饋控制算法還確定應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)給材料處理站的單元的預(yù)期量作為誤差的函數(shù)。當(dāng)被供應(yīng)給處理站的工作單元的實(shí)際數(shù)量小于應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)給該處理站的工作單元的數(shù)量時(shí)，反饋控制算法使得從庫存?zhèn)}對特定處理站釋放工作單元。

應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)給材料處理站的工作單元的預(yù)期量可以是預(yù)期去往該材料處理站的在途的工作單位的數(shù)量，而被供應(yīng)給該材料處理站的工作單元的實(shí)際量可以是去往該材料處理站在途的工作單元的實(shí)際數(shù)量。

可以根據(jù)在供應(yīng)的實(shí)際工作單元是否在特定范圍之外來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)特定時(shí)間間隔來重復(fù)地執(zhí)行反饋控制算法。反饋控制算法可以將誤差值對每個(gè)時(shí)間間隔的積分與每個(gè)誤差的縮放值組合。誤差值的積分可以對正誤差值給出比對負(fù)誤差值更大的權(quán)重。正誤差值是其中在處理站處或在處理站附近的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)大于在該處理站處或在處理站附近的庫存容器的實(shí)際數(shù)量的一種值，以及其中，負(fù)誤差值是其中在處理站處或在處理站附近的庫存容器的實(shí)際數(shù)量大于在該處理站處或在處理站附近的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)的一種值。誤差值的積分可以被限制到值的范圍，以便限制誤差值的積分的飽和。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種在訂單履行系統(tǒng)中將庫存容器從庫存?zhèn)}供應(yīng)至多個(gè)處理站的方法和裝置包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被編程以針對每個(gè)處理站建立預(yù)期處在特定站的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)以及針對每個(gè)處理站確定在所述處理站處的庫存容器的實(shí)際測量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被編程以對每個(gè)處理站執(zhí)行反饋控制算法，來建立針對特定處理站的設(shè)定點(diǎn)以及在所述材料處理站處的庫存容器與針對處理站的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)之間的誤差。反饋控制算法進(jìn)一步確定應(yīng)當(dāng)去往處理站的在途的庫存容器的預(yù)期數(shù)量作為誤差的函數(shù)，以及如果去往該處理站在途的實(shí)際數(shù)量小于應(yīng)當(dāng)去往該處理站的在途的庫存容器的預(yù)期數(shù)量，則使從庫存?zhèn)}對該處理站遞送庫存容器。

材料輸送系統(tǒng)具有將庫存容器從庫存?zhèn)}傳送到處理站的傳送系統(tǒng)，以及其中，應(yīng)當(dāng)去往處理站的在途的庫存容器的預(yù)期數(shù)量也是傳送系統(tǒng)的操作的函數(shù)。

如果處理站處的庫存容器的實(shí)際數(shù)量小于最小數(shù)量，則可以增加針對該處理站的設(shè)定點(diǎn)，如果處理站處的庫存容器的實(shí)際數(shù)量大于最大數(shù)量，則可以減小針對該處理站的設(shè)定點(diǎn)。所述增加和所述減小可以與所述材料輸送系統(tǒng)的時(shí)基成比例。反饋控制算法可以是雙環(huán)路反饋控制算法，其中，所述雙環(huán)路中的一個(gè)環(huán)路控制在處理站處的庫存容器的數(shù)量，而所述雙環(huán)路中的另一個(gè)環(huán)路作為整體系統(tǒng)操作的函數(shù)而影響所述雙環(huán)路中的所述一個(gè)環(huán)路的操作。

處理站中的每個(gè)可以具有庫存容器緩沖區(qū)，以及其中，在處理站處的庫存容器的數(shù)量是在緩沖區(qū)處的庫存容器的數(shù)量的函數(shù)。可以設(shè)置分揀器，所述分揀器從庫存?zhèn)}接收庫存容器并將庫存容器遞送到處理站。在處理站處的庫存容器的數(shù)量是所述分揀器處的針對該處理站的庫存容器的數(shù)量的函數(shù)。

如果處理站具有的庫存容器的實(shí)際數(shù)量在特定范圍之外，則可以調(diào)節(jié)針對該處理站的設(shè)定點(diǎn)。可以根據(jù)特定時(shí)間間隔來重復(fù)地執(zhí)行反饋控制算法。反饋控制算法可以將誤差值對每個(gè)時(shí)間間隔的積分與每個(gè)誤差值的縮放值組合。誤差值的積分可以對正誤差值給出比對負(fù)誤差值更大的權(quán)重。正誤差值是其中在處理站處的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)大于在該處理站處的庫存容器的實(shí)際數(shù)量的一種值，而負(fù)誤差值是其中在處理站處或在處理站附近的庫存容器的實(shí)際數(shù)量大于在該處理站處的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)的一種值。

誤差值的積分可以被限制到值的范圍(a range of values)，以便限制誤差值的積分的飽和。處理站可以是撿取站，諸如貨到人站或貨到機(jī)器人站。庫存?zhèn)}可以是自動(dòng)化倉庫。

通過結(jié)合附圖閱讀以下說明書，本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加明顯。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的材料輸送系統(tǒng)的框圖；

圖2是過程框圖；以及

圖3a和圖3b是用于執(zhí)行圖2中的處理的算法的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照本文中描繪的附圖和說明性實(shí)施例，材料輸送系統(tǒng)10具有庫存?zhèn)}14；多個(gè)材料處理站(諸如撿取站16)，每個(gè)材料處理站16由操作員來操作；以及容器傳送系統(tǒng)18，用于將庫存容器(未示出)從庫存?zhèn)}14傳送至處理站16(圖1)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20(諸如倉庫管理系統(tǒng))具有程序25，該程序25執(zhí)行將工作單元從庫存?zhèn)}14供應(yīng)至處理站16的緩沖區(qū)22的速率匹配方法或過程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20監(jiān)控每個(gè)處理站16和/或容器傳送系統(tǒng)18以指示庫存?zhèn)}14何時(shí)對特定處理站16釋放庫存容器。雖然本發(fā)明被圖示為用于用以將庫存容器遞送至處理站(諸如貨到人撿取站)的訂單履行系統(tǒng)，但是其對其中獨(dú)立工作單元被發(fā)放給獨(dú)立操作員的其他材料輸送過程也具有廣泛的適用性。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20運(yùn)行執(zhí)行圖2中所示的反饋控制算法26的速率匹配程序25。反饋控制算法26接收設(shè)定點(diǎn)28作為輸入，所述設(shè)定點(diǎn)28表示預(yù)期處在特定處理站16處或在特定處理站16附近的若干庫存容器。應(yīng)當(dāng)理解的是，所述算法26是關(guān)于每個(gè)處理站16和設(shè)定點(diǎn)來執(zhí)行的，且針對不同的處理站，設(shè)定點(diǎn)可以不同。預(yù)期處在材料處理站16處的工作單元(諸如庫存容器)的設(shè)定點(diǎn)最初可以通過例行程序(諸如通過試錯(cuò)等等)來設(shè)置。

在30處執(zhí)行設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)過程，以便調(diào)節(jié)與設(shè)定點(diǎn)相加的用于邊界條件的設(shè)定點(diǎn)，以達(dá)到調(diào)后設(shè)定點(diǎn)32。在特定處理站處，獲取調(diào)后設(shè)定點(diǎn)32與過程變量34(其是實(shí)際的工作單元，諸如庫存容器)之差。這種差導(dǎo)致了誤差36。在37處執(zhí)行誤差的比例，且在38處執(zhí)行誤差的積分，它們的結(jié)果相加以在40處得到操縱變量(MV)。操縱變量是將處于傳送系統(tǒng)18中的若干庫存容器的在途限制(enroute limit)。容器取回和遞送函數(shù)(retrieval and delivery function)41將當(dāng)前正去往特定處理站的容器的數(shù)量與該處理站的在途限制相比較。如果實(shí)際在途的容器的數(shù)量超過在途限制，則不采取措施。如果在途容器的實(shí)際數(shù)量小于在途限制，則取回和遞送函數(shù)41使庫存?zhèn)}14輸出去往特定處理站16的一個(gè)庫存容器，這將在34處最終使得處理站處的實(shí)際單元的增加。

隨著操作員繼續(xù)在處理站16處處理庫存容器，在處理站34處的實(shí)際單元將下降，而額外的庫存容器將從庫存?zhèn)}14被遞送到傳送系統(tǒng)18。每個(gè)處理站16包括緩沖區(qū)或聚集區(qū)22，其聚集用于處理的庫存容器。每個(gè)緩沖區(qū)22中的庫存容器的數(shù)量由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20監(jiān)控，作為位于處理站處的庫存容器的數(shù)量的表示。容器傳送系統(tǒng)18包括分揀器24，例如交叉帶式分揀器或其它再循環(huán)分揀器。被指定轉(zhuǎn)移到特定處理站16的在分揀器24上的任何庫存容器被視為在該處理站附近。因此，過程變量34是位于用于處理站的緩沖區(qū)22中的或在分揀器24上并去往該處理站的庫存容器的數(shù)量。位于用于處理站的緩沖區(qū)中的庫存容器的數(shù)量被供應(yīng)至設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)函數(shù)30以調(diào)節(jié)用于兩個(gè)邊界條件的設(shè)定點(diǎn)。如果緩沖區(qū)為空，則調(diào)節(jié)函數(shù)30使32處的設(shè)定點(diǎn)增大。如果緩沖區(qū)或分揀器24的卸貨通道已滿，則調(diào)節(jié)函數(shù)30使設(shè)定點(diǎn)32減小。因此，調(diào)后設(shè)定點(diǎn)通常應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致部分充滿的緩沖區(qū)22。

因此，速率匹配過程使用實(shí)際單元34作為過程變量(PV)來確定材料處理站處的工作單元的實(shí)際測量，以及執(zhí)行反饋控制算法26來建立應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)至材料處理站的工作單元40的預(yù)期量作為操縱變量MV，其作為材料處理站處的工作單元與材料處理站處的工作單元32的調(diào)后設(shè)定點(diǎn)之間的誤差36的函數(shù)。如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的存儲器中保持的，取回和遞送函數(shù)41將應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)至材料處理站40的預(yù)期量的工作單元與被供應(yīng)至材料處理站的實(shí)際工作單元相比較，以及如果應(yīng)當(dāng)被供應(yīng)至材料處理站的預(yù)期工作單元大于被供應(yīng)至材料處理站的實(shí)際工作單元，則供應(yīng)額外的工作單元(諸如庫存容器)。

根據(jù)特定時(shí)間間隔T來重復(fù)執(zhí)行反饋控制算法26。時(shí)間間隔T是被供應(yīng)至材料處理站的工作單元變化的時(shí)間量的函數(shù)。在所示實(shí)施例中，該時(shí)間間隔大約為每隔五(5)秒鐘，但是可以使用更大的量或更小的量。反饋控制算法26具有積分函數(shù)38和比例函數(shù)37，所述積分函數(shù)38執(zhí)行誤差值對每個(gè)時(shí)間間隔的積分，所述比例函數(shù)37得到每個(gè)誤差值的縮放值(scaled value)。將比例值和積分值相加得到操縱變量40。雖然反饋控制算法26還可以使用誤差值36的導(dǎo)數(shù)，但是由于要從庫存?zhèn)}14卸貨并且運(yùn)輸至目標(biāo)處理站16的每個(gè)庫存容器或工作單元所需的時(shí)長而因此在所示實(shí)施例中不執(zhí)行這種函數(shù)。然而，如果需要，則這種導(dǎo)數(shù)值可以用于提供完整的PID反饋控制算法。

當(dāng)速率匹配過程應(yīng)用于從庫存?zhèn)}14至多個(gè)處理站16供應(yīng)庫存容器時(shí)，針對每個(gè)處理站16建立設(shè)定點(diǎn)28和調(diào)后設(shè)定點(diǎn)32。設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)量被縮放了1/T因子，其中，T是遞送系統(tǒng)的時(shí)基(time base)。針對每個(gè)處理站的在該處理站34處或在該處理站34附近的庫存容器的實(shí)際測量被設(shè)置為過程變量(PV)，以及重復(fù)執(zhí)行反饋控制算法26來建立針對每個(gè)處理站16來自庫存?zhèn)}14的在容器傳送系統(tǒng)中的在途的庫存容器的預(yù)期數(shù)量作為操縱變量MV，其作為在每個(gè)處理站16處的庫存容器34的實(shí)際數(shù)量與庫存容器的調(diào)后設(shè)定點(diǎn)之間的誤差值36的函數(shù)。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的存儲器中所保持的，針對每個(gè)處理站，函數(shù)41將來自庫存?zhèn)}40的應(yīng)當(dāng)在途的庫存容器的預(yù)期量與在途的庫存容器的實(shí)際數(shù)量相比較，以及如果針對該處理站的應(yīng)當(dāng)在途的庫存容器大于在途的容器的實(shí)際數(shù)量，則從庫存?zhèn)}14對該處理站16供應(yīng)額外的庫存容器。

用于系統(tǒng)10的PV至少是庫存容器緩沖區(qū)22中的庫存容器的數(shù)量。在所示實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括從庫存?zhèn)}14接收庫存容器的分揀器24。分揀器24根據(jù)目的地來分揀庫存容器并且將庫存容器遞送至處理站。用于反饋控制算法26的PV 34包括在特定處理站附近的庫存容器的數(shù)量作為在分揀器24處去往該特定處理站的庫存容器的數(shù)量的函數(shù)。如果處理站在緩沖區(qū)22中或在分揀器24上具有的庫存容器的實(shí)際數(shù)量在特定范圍之外，則設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)函數(shù)30通過調(diào)節(jié)該處理站的設(shè)定點(diǎn)來作用。例如，如果緩沖區(qū)和/或分揀器24的轉(zhuǎn)移通道已滿，則通過函數(shù)30減少設(shè)定點(diǎn)，如果針對該處理站的緩沖區(qū)22為空，則增加針對該處理站的設(shè)定點(diǎn)。

現(xiàn)在參考圖3a，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20執(zhí)行的程序25開始在43處等待特定時(shí)間間隔的過去，所述特定時(shí)間間隔可以是幾秒，例如五(5)秒或一些其他所選的間隔。設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)函數(shù)30通過在44a處判斷處理站是否由于其緩沖區(qū)為空而處于空閑狀態(tài)來執(zhí)行。如果是，則在45a處按兩倍的時(shí)間間隔調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。如果否，則在44b處判斷處理站是否由于其來自分揀器24的通道已滿而過量供應(yīng)。如果是，則在45b處將按時(shí)間間隔的值減小設(shè)定點(diǎn)。然后在46處判斷設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)量是否超過最大值，以及在48處判斷設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)量是否小于最小值。如果任意一個(gè)為真，則將設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)量設(shè)定為其相應(yīng)的最大值或最小值，以便將對設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)量保持在給定范圍內(nèi)。在50處，根據(jù)設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)函數(shù)30的判斷，通過將初始設(shè)定點(diǎn)28加上或減去按1/T縮放的來調(diào)節(jié)初始設(shè)定點(diǎn)。通過從調(diào)后設(shè)定點(diǎn)32減去過程變量34來建立誤差值36。

通過在52處判斷在該時(shí)間間隔的特定誤差值是正還是負(fù)來開始誤差值的積分38。正誤差值是其中在處理站處的庫存容器的設(shè)定點(diǎn)大于庫存容器的實(shí)際數(shù)量的一個(gè)值。負(fù)誤差值是相反的。通過求和以及根據(jù)在52處特定誤差值是正還是負(fù)而確定的因子來調(diào)節(jié)總和以確定積分誤差值。如果特定誤差值為正，則通過加上與當(dāng)前誤差乘以時(shí)間間隔43相等的因子來增加積分誤差值。如果為負(fù)，則通過減去與誤差乘以一半時(shí)間間隔43相等的因子而使積分誤差更負(fù)。因此，正積分誤差相對于負(fù)誤差更突出。這提供了對算法的“推送”，以致往往將更多的庫存容器移向被考慮的處理站的操作員，以便鼓勵(lì)操作員更快地工作。然后將調(diào)后積分被限制在60處的范圍，以便限制誤差值的積分的飽和(wind-up)。積分器飽和指反饋控制器中設(shè)定點(diǎn)的較大變化導(dǎo)致積分項(xiàng)在飽和期間累積足夠的誤差而因此過度(overshooting)的情況。

然后在圖3b中反饋程序繼續(xù)，其中在37處通過將誤差值乘以增益因子K并將乘積與在38和60處確定的積分值相加來計(jì)算比例項(xiàng)(proportion term)，以便在40處確定操縱變量MV。比例項(xiàng)中使用的增益因子K是系統(tǒng)相關(guān)的，并且涉及系統(tǒng)的時(shí)基和在處理站16處的庫存容器的處理速率。增益因子K通常將在處理站16處的庫存容器的數(shù)量與容器的在途限制相關(guān)聯(lián)?？梢酝ㄟ^使用各種技術(shù)(諸如啟發(fā)式技術(shù))或通過特定裝置的試錯(cuò)來設(shè)置增益因子K。然后通過在64處判斷用于該處理站的庫存容器的在途計(jì)數(shù)是否大于MV來執(zhí)行取回和遞送函數(shù)41。如果是，則該處理站不需要另外的容器，并且在66處確定結(jié)果假并且不添加容器。如果在64處確定在途計(jì)數(shù)大于MV，則在68處判斷在途計(jì)數(shù)是否大于或等于最大值，以及在70處判斷在途計(jì)數(shù)是否大于或等于平衡目標(biāo)，所述平衡目標(biāo)被計(jì)算以避免分揀器24過載。如果任意一個(gè)為真，則意味著不應(yīng)當(dāng)將更多的庫存容器添加到容器傳送系統(tǒng)18，然后也得到結(jié)果假66。然而，如果在途計(jì)數(shù)不是大于或等于操縱變量MV并小于其最大值且小于平衡目標(biāo)，則從庫存?zhèn)}14為該處理站預(yù)訂一個(gè)庫存容器?？梢栽谌』睾瓦f送函數(shù)41中建立延遲，以便允許程序在判斷是否應(yīng)當(dāng)預(yù)訂另一個(gè)容器之前對另一個(gè)庫存容器的添加做出反應(yīng)。

在所示實(shí)施例中，每個(gè)處理站16是第8,713,899號美國專利中描述的類型的貨到人站，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。然而，本文描述的技術(shù)可以應(yīng)用于其它材料輸送操作。在所示實(shí)施例中，庫存?zhèn)}14是美國專利No.8,790,061中描述的類型的自動(dòng)化倉庫。然而，可以使用其他類型的庫存?zhèn)}，諸如自動(dòng)化貨庫系統(tǒng)(ASRS)等。在所示實(shí)施例中，容器傳送系統(tǒng)18可以是由輸送器和合并單元構(gòu)成的輸送系統(tǒng)，具體地其中，庫存?zhèn)}14由多個(gè)機(jī)架單元構(gòu)成，每個(gè)機(jī)架單元具有升降機(jī)組件。然而，可以使用諸如自動(dòng)導(dǎo)向車輛(AGV)或其它類型車輛的其它傳送系統(tǒng)。在所示實(shí)施例中，分揀器24是循環(huán)分揀器，例如交叉帶、傾斜托盤或其他循環(huán)分揀器，但是可以使用具有再循環(huán)的線性分揀器或其他類型的分揀器。

盡管前面的描述描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離如在下面的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行變化和修改。本發(fā)明包括本文所述的本發(fā)明的各種實(shí)施例或方面的所有組合。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的任何和所有實(shí)施例可以結(jié)合任何其他實(shí)施例來描述本發(fā)明的附加實(shí)施例。此外，實(shí)施例的任何元件可以與任何實(shí)施例的任何元件和所有其他元件組合以描述另外的實(shí)施例。