技術(shù)特征：

1.一種鋼卷庫區(qū)吊機設(shè)備的控制方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1：采集庫區(qū)初始信息；

當(dāng)鋼卷存取任務(wù)下達之后，從庫區(qū)中采集所有鋼卷存儲位置信息、庫區(qū)中的空位信息、入庫鋼卷和出庫鋼卷的位置信息、吊機位置信息、出庫卡車位置信息；

步驟2：根據(jù)庫區(qū)實際存儲結(jié)構(gòu)，對步驟1中采集到的信息進行數(shù)據(jù)分析，利用出庫卷的位置信息識別出庫區(qū)中的障礙卷、無關(guān)卷和可利用的空位；

步驟3：生成吊機控制方案，具體包括以下步驟：

步驟3.1：根據(jù)庫區(qū)中的鋼卷位置、物流設(shè)備位置以及空位位置信息，建立吊機控制近似動態(tài)規(guī)劃方程(1)，定量化描述鋼卷庫區(qū)吊機控制問題，方程(1)將吊機控制問題分為n+1個階段，每個階段解決一個吊機控制子問題，在前n個階段中每一階段提取一個出庫鋼卷，并確定是否移動入庫鋼卷和障礙鋼卷，在最后一個階段中移動前n個階段中沒有存儲到庫區(qū)中的入庫鋼卷；

$f_i\left({\mathrm{\Φ}}_i\right)\≈\left\{\begin{array}{ccc}\underset{\[i\],B_i,E_i}{\min }\left\{{\tilde{f}}_{i+1}\left(\[i\],B_i,E_i\right)+h\left(\[i\],B_i,E_i\right)+t_{\[i\]}\right\},& if& i\≤n\\ \underset{B_i,E_i}{\min }\left\{h^{\′}\left(B_i,E_i\right)\right\},& if& i=n+1\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，n為出庫鋼卷的個數(shù)，i為階段的序號；Φ_i表示階段i開始時的庫區(qū)結(jié)構(gòu)，包括吊機的初始位置、庫區(qū)中的出庫鋼卷、障礙鋼卷及無關(guān)鋼卷的位置、空位及入庫位置和出庫位置；函數(shù)f_i(Φ_i)表示由庫區(qū)結(jié)構(gòu)Φ_i定義的吊機控制子問題的目標(biāo)函數(shù)，即吊機執(zhí)行完當(dāng)前庫區(qū)中的所有任務(wù)所需要的時間；[i]表示階段i中提取的出庫鋼卷序號，當(dāng)i＝n+1時，沒有出庫鋼卷被提取；B_i表示階段i中需要移動的入庫鋼卷和障礙鋼卷的集合，E_i表示集合B_i中的鋼卷需要移動到的空位集合；([i]，B_i，E_i)為階段i中的一組決策，根據(jù)這個決策能最優(yōu)確定吊機移動集合B_i中鋼卷的順序以及鋼卷與集合E_i中空位的對應(yīng)關(guān)系；函數(shù)是對階段i+1的吊機控制子問題目標(biāo)函數(shù)f_i+1(Φ_i+1)的近似，通過階段i中所做的決策來估計其值；函數(shù)h([i]，B_i，E_i)表示吊機從其在階段i的初始位置開始將集合B_i中的鋼卷全部移動到集合E_i中的空位，再從最后一個空位空載移動到鋼卷[i]的位置需要的時間；t_[i]表示吊機將鋼卷[i]移至其出庫位置需要的時間；h′(B_i，E_i)表示吊機從其在階段i的初始位置開始將集合B_i中的鋼卷全部移動到集合E_i中的空位需要的時間；吊機執(zhí)行完階段i的所有任務(wù)后獲得的庫區(qū)結(jié)構(gòu)作為階段i+1的初始信息，即得到階段i+1開始時的庫區(qū)結(jié)構(gòu)Φ_i+1；

步驟3.2：產(chǎn)生近似動態(tài)規(guī)劃方程(1)中的近似函數(shù)如式(2)所示；

其中，Ψ_i為階段i開始時庫區(qū)中的入庫鋼卷、出庫鋼卷和障礙鋼卷位置集合，k₁表示集合Ψ_i中的位置元素，的取值為1或0，分別表示是否在階段i移動位置k₁的鋼卷，與式(1)中的[i]和B_i相對應(yīng)；表示估計的未來階段中吊機處理位置k₁的鋼卷的移動時間，即吊機空載移動到位置k₁，提起鋼卷后再移動到一個空位或出庫位置需要的時間；

參數(shù)通過迭代更新來獲得一個期望的近似函數(shù)，在第一次迭代中設(shè)定該參數(shù)的初始值，在后續(xù)的迭代中根據(jù)前一次迭代獲得的吊機控制方案按照式(3)對該參數(shù)進行調(diào)整，即采用當(dāng)前迭代iter中使用的參數(shù)和從該次迭代獲得的吊機控制方案信息中估計的新參數(shù)的凸組合表示；

${\mathrm{\γ}}_{k_{1}i}^{iter+1}=(1-{\mathrm{\λ}}^{iter}){\mathrm{\γ}}_{k_{1}i}^{iter}+{\mathrm{\λ}}^{iter}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{k_{1}i}^{iter}---\left(3\right)$

其中，iter表示迭代次數(shù)；表示第iter+1次迭代的參數(shù)；表示第iter次迭代獲得的吊機控制方案中吊機空載移動到位置k₁，提起鋼卷后再移動到一個空位或出庫位置需要的時間；λ^iter∈[0，1]，表示步長，用于調(diào)節(jié)參數(shù)和在更新策略中的權(quán)重；

步驟3.3：依次建立并求解n+1個吊機控制子問題數(shù)學(xué)模型，獲得吊機控制方案；

步驟3.4：判斷獲得的吊機控制方案是否達到預(yù)設(shè)效果；如果是，則得到最終的吊機控制方案，執(zhí)行步驟4；如果否，記錄獲得的吊機控制方案，統(tǒng)計當(dāng)前吊機控制方案中吊機處理每個任務(wù)的移動時間，返回執(zhí)行步驟3.2，重新產(chǎn)生近似函數(shù)；

步驟4：根據(jù)獲得的吊機控制方案，模擬庫區(qū)的實際物流作業(yè)環(huán)境，仿真吊機控制結(jié)果；

步驟5：執(zhí)行控制方案；

庫區(qū)操作人員如果對吊機控制方案的仿真結(jié)果滿意，則將吊機控制方案傳輸?shù)降鯔C控制終端，通過鋼卷庫區(qū)吊機控制終端執(zhí)行所得到的控制方案；如果對吊機控制方案的仿真結(jié)果不滿意，則庫區(qū)操作人員根據(jù)經(jīng)驗對該吊機控制方案進行微調(diào)，得到新的吊機控制方案，返回步驟4。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼卷庫區(qū)吊機設(shè)備的控制方法，其特征在于：所述步驟3.3中獲得吊機控制方案的具體方法如下：

步驟3.3.1：基于圖論建立由節(jié)點集N₁∪N₂和邊集A₁∪A₂構(gòu)成的二部網(wǎng)絡(luò)圖，刻畫吊機控制子問題；

其中，N₁＝Ψ_Ii∪Ψ_Bi∪Ψ_Ei∪{O_[i-1]}，N₂＝Ψ_Ii∪Ψ_Bi∪Ψ_Ei∪Ψ_Oi，集合Ψ_Ii、Ψ_Bi、Ψ_Ei、Ψ_Oi分別表示階段i開始時庫區(qū)中入庫鋼卷位置、障礙鋼卷位置、空位、出庫鋼卷位置的集合，O_[i-1]表示階段i-1中被提取出庫的鋼卷[i-1]的出庫位置，即階段i中吊機的初始位置；邊集A₁和A₂定義為由節(jié)點集N₁指向節(jié)點集N₂的有向弧的集合；邊集A₁包括所有由(x₁，x₂)組成的有向弧，x₁和x₂分別為節(jié)點集N₁和N₂中的元素，x₁∈Ψ_Ii∪Ψ_Bi，x₂∈Ψ_Ei；邊集A₂包括所有由(y₁，y₂)組成的有向弧，y₁和y₂分別為節(jié)點集N₁和N₂中的元素，y₁∈Ψ_Ei∪{O_[i-1]}，y₂∈Ψ_Ii∪Ψ_Bi∪Ψ_Oi；邊的費用定義為吊機在兩個位置之間移動所需的時間；

步驟3.3.2：根據(jù)庫區(qū)管理實際約束將步驟3.3.1中建立的二部網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，定量化描述每階段吊機控制子問題，具體方法如下：

步驟3.3.2.1：選擇決策變量包括和

其中，下標(biāo)k表示位置合集Ψ_Ii∪Ψ_Bi∪Ψ_Oi∪Ψ_Ei中的元素，下標(biāo)k₀表示出庫鋼卷位置集合Ψ_Oi中的元素，下標(biāo)k₁表示入庫鋼卷、出庫鋼卷和障礙鋼卷位置合集Ψ_i中的元素，Ψ_i＝Ψ_Ii∪Ψ_Oi∪Ψ_Bi，當(dāng)i＝n+1時，集合Ψ_Oi和Ψ_Bi為空集，下標(biāo)k₁表示入庫鋼卷集合Ψ_Ii中的元素，下標(biāo)k₂表示空位集合Ψ_Ei中的元素；

決策變量表示位置k是否參與階段i的移動，當(dāng)位置k參與階段i的移動時，取值為1；否則，取值為0；

決策變量表示階段i中吊機是否從位置k₂到位置k₁執(zhí)行空載移動，當(dāng)?shù)鯔C從位置k₂到位置k₁執(zhí)行空載移動時，取值為1；否則，取值為0；

決策變量表示階段i中吊機是否從位置k₁到位置k₂執(zhí)行負載移動，當(dāng)?shù)鯔C從位置k₁到位置k₂執(zhí)行負載移動時，取值為1；否則，取值為0；

決策變量表示階段i中選擇移動位置k₀的出庫鋼卷時產(chǎn)生的目標(biāo)函數(shù)值；

步驟3.3.2.2：確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)f_i如式(4)所示，當(dāng)i＜n+1時，優(yōu)化目標(biāo)定量化描述為最小化吊機當(dāng)前階段的移動時間和估計的未來階段的移動時間之和；當(dāng)i＝n+1時，優(yōu)化目標(biāo)定量化描述為最小化吊機當(dāng)前階段的移動時間；

其中，表示吊機從位置k₂到位置k₁執(zhí)行空載移動所需要的時間，表示吊機從位置k₁到位置k₂執(zhí)行負載移動所需要的時間，表示吊機從i-1階段的出庫位置O_[i-1]到位置k₁執(zhí)行空載移動所需要的時間；決策變量的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從i-1階段的出庫位置O_[i-1]到位置k₁執(zhí)行空載移動；

步驟3.3.2.3：定量化描述吊機控制子問題約束條件；

(1)當(dāng)i＜n+1時，每個階段只能有一個出庫鋼卷被移動，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(5)所示；

其中，的取值為1或0，分別表示是否在階段i移動位置k₀的鋼卷；

(2)當(dāng)i＜n+1時，若某個出庫鋼卷被移動，則它的障礙鋼卷必須被移動，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(6)所示；

其中，下標(biāo)k₃表示阻礙位置k₀的出庫鋼卷的障礙鋼卷位置集合中的元素，k₀∈Ψ_Oi，的取值為1或0，分別表示是否在階段i移動位置k₃的鋼卷；

(3)位于上層的空位只有在其下層的空位被選擇時才能選擇，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(7)所示；

其中，下標(biāo)k₄表示空位k₂下方的空位集合中的元素，的取值為1或0，分別表示空位k₄是否參與階段i的移動；的取值為1或0，分別表示空位k₂是否參與階段i的移動，k₂∈Ψ_Ei；

(4)庫區(qū)中的每個位置上吊機的到達和離開要平衡，當(dāng)一個位置有吊機到達和離開時，表明該位置參與了移動；

當(dāng)i＜n+1時，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(8)和式(9)所示；

其中，下標(biāo)k₅表示入庫鋼卷和障礙鋼卷位置合集Ψ_Ii∪Ψ_Bi中的元素，的取值為1或0，分別表示是否在階段i移動位置k₅的鋼卷；的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置k₅到位置k₂執(zhí)行負載移動；的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置k₂到位置k₅執(zhí)行空載移動；的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置O_[i-1]到位置k₅執(zhí)行空載移動；

當(dāng)i＝n+1時，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(10)和式(11)所示；

$\underset{k_2\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ei}}{\Σ}{W}_{k_1{k}_2}^i=\underset{k_2\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ei}}{\Σ}{V}_{k_2{k}_1}^i+V_{O_{\[i-1\]}{k}_1}^i=1,k_1\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ii}---\left(10\right)$

其中，下標(biāo)T為虛擬的吊機終點位置，的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置k₂到虛擬的吊機終點位置執(zhí)行空載移動，即位置k₂是否為吊機實際移動的終點；

(5)吊機從上一階段的出庫位置開始移動，首先到達一個鋼卷的位置，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(12)所示；

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{k_1\∈{\mathrm{\Ψ}}_i}{\mathrm{\Σ}}{V}_{O_{\[i-1\]}{k}_1}^i=1,& i\<n+1\\ \underset{k_1\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ii}}{\mathrm{\Σ}}{V}_{O_{\[i-1\]}{k}_1}^i=1,& i=n+1\end{array}\right.---\left(12\right)$

(6)當(dāng)i＜n+1時，吊機要移動到一個出庫鋼卷的位置，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(13)所示；

$\underset{k_0\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Oi}}{\Σ}\underset{k_2\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ei}}{\Σ}{V}_{k_2{k}_0}^i+\underset{k_0\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Oi}}{\Σ}{V}_{O_{\[i-1\]}{k}_0}^i=1---\left(13\right)$

其中，的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置O_[i-1]到位置k₀執(zhí)行空載移動；

當(dāng)i＝n+1時，吊機要移動到一個虛擬的終點，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(14)所示；

$\underset{k_2\∈{\mathrm{\Ψ}}_{Ei}}{\Σ}{V}_{k_{2}T}^i+V_{O_{\[i-1\]}T}^i=1---\left(14\right)$

其中，的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置k₂到終點位置T執(zhí)行空載移動；的取值為1或0，分別表示階段i中吊機是否從位置O_[i-1]到位置T執(zhí)行空載移動；

(7)吊機不可在兩個位置之間循環(huán)移動，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(15)所示；

$W_{k_5{k}_2}^i+V_{k_2{k}_5}^i\≤1---\left(15\right)$

其中，當(dāng)i＜n+1時，k₅∈Ψ_Ii∪Ψ_Bi，當(dāng)i＝n+1時，Ψ_Bi為空集，k₅∈Ψ_Ii；k₂∈Ψ_Ei；

(8)當(dāng)i＜n+1時，當(dāng)前階段吊機移動的時間等于存放入庫鋼卷和障礙鋼卷所需的時間加上將出庫鋼卷移至出庫位置的時間，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表達式如式(16)所示；

其中，表示吊機從位置k₅到位置k₂執(zhí)行負載移動所需要的時間，表示吊機從位置k₂到位置k₅執(zhí)行空載移動所需要的時間，表示吊機從位置O_[i-1]到位置k₅執(zhí)行空載移動所需要的時間；表示吊機從位置k₂到位置k₀執(zhí)行空載移動所需要的時間，的取值為1或0，分別表示吊機是否從位置k₂到位置k₀執(zhí)行空載移動，表示吊機從位置O_[i-1]到位置k₀執(zhí)行空載移動所需要的時間，的取值為1或0，分別表示吊機是否從位置O_[i-1]到位置k₀執(zhí)行空載移動，表示將k₀位置的出庫鋼卷移至其出庫位置的時間，M為一個很大的常數(shù)，k₀∈Ψ_Oi；

步驟3.3.3：通過整數(shù)規(guī)劃求解軟件對步驟3.3.2中建立的數(shù)學(xué)模型進行求解，得到?jīng)Q策變量值和目標(biāo)函數(shù)值；

步驟3.3.4：根據(jù)吊機控制子問題數(shù)學(xué)模型的解，判斷通過決策變量值是否能夠產(chǎn)生一條從鋼卷[i-1]的出庫位置O_[i-1]，途中經(jīng)過某些入庫卷/障礙卷位置和空位，最終到達一個出庫鋼卷位置或虛擬終點的單一可行吊機移動路徑，若是，則根據(jù)庫區(qū)結(jié)構(gòu)的變化更新下一階段的模型參數(shù)，令i＝i+1，繼續(xù)求解下一階段的吊機控制子問題模型，直到i＝n+1；若否(即產(chǎn)生的吊機移動路徑中包含不連通的子環(huán)或產(chǎn)生的路徑導(dǎo)致鋼卷懸空)，則分別加入子環(huán)消除約束和可行路徑約束，返回步驟3.3.3，重新求解模型；

步驟3.3.5：所有階段的吊機控制子問題全部求解完畢后，將每一階段的吊機控制路徑連接起來，獲得完整的吊機控制方案。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼卷庫區(qū)吊機設(shè)備的控制方法，其特征在于：所述步驟3.3.4中的子環(huán)消除約束和可行路徑約束如下：

(1)子環(huán)消除約束；

子環(huán)中包含的位置集合，即從產(chǎn)生的解中得到的導(dǎo)致吊機路徑不連通的一部分位置的集合為N，k₆和k₇分別為集合N中的鋼卷位置元素和空位元素，針對集合N的子環(huán)消除約束如式(17)所述；

$\underset{k_6,k_7\∈N}{\Σ}(W_{k_6{k}_7}^i+V_{k_7{k}_6}^i)\≤\left|N\right|-1---\left(17\right)$

其中，|N|表示集合N中的元素個數(shù)，的取值為1或0，分別表示吊機是否從位置k₆到位置k₇執(zhí)行負載移動，的取值為1或0，分別表示吊機是否從位置k₇到位置k₆執(zhí)行空載移動；

(2)可行路徑約束；

導(dǎo)致鋼卷懸空的不可行路徑中包含的表示吊機執(zhí)行負載移動和空載移動的變量集合為E，e表示變量集合E中的元素，針對集合E的可行路徑約束如式(18)所述。

$\underset{e\∈E}{\Σ}(1-e)\≥1---\left(18\right)$