本發(fā)明涉及一種多種托盤和多種自動(dòng)小車的調(diào)度的方法，具體地，涉及一種多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中多種托盤和多種自動(dòng)小車（agv）的調(diào)度的方法，屬于智能倉(cāng)儲(chǔ)。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)字化的普及，傳統(tǒng)大型倉(cāng)庫(kù)的智能化升級(jí)尤為重要，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的大型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)不僅可以降低倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)建設(shè)成本，還可以為倉(cāng)庫(kù)未來(lái)的運(yùn)營(yíng)提供良好的反饋，目前大多數(shù)傳統(tǒng)制造企業(yè)對(duì)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)需求較大。

2、目前，大多數(shù)制造企業(yè)的存儲(chǔ)需求各不相同，需要各種運(yùn)輸車輛和相應(yīng)的存儲(chǔ)空間來(lái)對(duì)不同類型的托盤進(jìn)行分類、運(yùn)輸和存儲(chǔ)，這些系統(tǒng)通常包括多種類型的車輛，如自動(dòng)導(dǎo)引車、升降機(jī)、穿梭車和叉車，將這些車輛在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)連接起來(lái)以交互方式運(yùn)輸托盤需要高效、智能的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)處理復(fù)雜的調(diào)度。

3、現(xiàn)有的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)在調(diào)度和數(shù)據(jù)處理的智能化程度方面還不夠成熟。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的運(yùn)輸調(diào)度涉及大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理，包括運(yùn)輸路徑的規(guī)劃、包裹位置的跟蹤、任務(wù)優(yōu)先級(jí)的排序等。大多數(shù)傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)依賴于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則或固定的調(diào)度邏輯，缺乏對(duì)環(huán)境變化的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。此外，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)整合問(wèn)題也不容忽視。不同設(shè)備、車輛和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互通往往存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一或接口不兼容的現(xiàn)象，這使得系統(tǒng)的集成和擴(kuò)展變得復(fù)雜且成本高昂。

4、現(xiàn)有技術(shù)在能耗和可持續(xù)性方面仍有提升空間。許多自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備雖然能夠提高效率，但在運(yùn)行時(shí)的能耗較高。這不僅增加了倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)營(yíng)成本，也影響當(dāng)代企業(yè)對(duì)綠色運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)。因此，在提高倉(cāng)庫(kù)智能化水平的同時(shí)，降低能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，也是當(dāng)前智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的存在的問(wèn)題與不足，本發(fā)明提供的一種多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中托盤和自動(dòng)小車的智能調(diào)度的方法，其分析倉(cāng)庫(kù)中分類存儲(chǔ)的需求，得出對(duì)不同托盤進(jìn)行分類，調(diào)度多種agv（自動(dòng)小車）使其對(duì)托盤進(jìn)行連續(xù)運(yùn)輸，通過(guò)構(gòu)建托盤分配與小車調(diào)度的時(shí)間模型來(lái)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中托盤的運(yùn)輸與分類存儲(chǔ)，將倉(cāng)庫(kù)中整體問(wèn)題分為三個(gè)子問(wèn)題處理，得到對(duì)倉(cāng)庫(kù)整體運(yùn)行效率的優(yōu)化，從而降低倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)的成本，提高倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行效率。

2、技術(shù)方案：一種多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中托盤和自動(dòng)小車的智能調(diào)度的方法，包括以下步驟：

3、步驟1：分析自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中包含的多層貨架、大小兩種尺寸的存儲(chǔ)位置、托盤、運(yùn)送車輛等資源的交互現(xiàn)狀，構(gòu)建多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中托盤和agv的智能調(diào)度場(chǎng)景、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)，確保合理分配托盤存儲(chǔ)位置、貨物運(yùn)送的最優(yōu)路徑和存儲(chǔ)空間利用率的最大化；大小兩種尺寸的存儲(chǔ)位置分別稱為大型存儲(chǔ)位置和小型存儲(chǔ)位置；

4、步驟2：在上述步驟1的基礎(chǔ)上，將不同尺寸類型的托盤與其對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行匹配，進(jìn)一步將托盤運(yùn)送問(wèn)題分解為三個(gè)子問(wèn)題：子問(wèn)題一為自動(dòng)導(dǎo)引車的托盤運(yùn)輸順序的確定，子問(wèn)題二為升降機(jī)和穿梭車小托盤的運(yùn)輸順序的確定，子問(wèn)題三為叉車對(duì)應(yīng)大托盤的運(yùn)輸順序的確定，通過(guò)對(duì)三個(gè)子問(wèn)題的求解，從而實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)完全自動(dòng)化存儲(chǔ)；

5、步驟3：對(duì)于一個(gè)托盤，選擇運(yùn)送該托盤的車輛序列，記錄托盤的卸貨與取貨地點(diǎn)，對(duì)多個(gè)不同類型的托盤和車輛進(jìn)行協(xié)同調(diào)度以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)托盤的連續(xù)運(yùn)輸，確保不同的運(yùn)送車輛到達(dá)取貨點(diǎn)時(shí)都能自動(dòng)拾取到上一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備已卸載的托盤；

6、步驟4：不同類型的車輛設(shè)置不同的卸貨地點(diǎn)，根據(jù)運(yùn)輸車輛的類型實(shí)現(xiàn)大小兩種托盤的分類存儲(chǔ)，同時(shí)計(jì)算托盤的最優(yōu)運(yùn)送路徑最小化倉(cāng)庫(kù)的整體運(yùn)行時(shí)間。

7、優(yōu)選地，所述步驟2中，將不同尺寸類型的托盤與其對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行匹配的過(guò)程如下；自動(dòng)導(dǎo)引車從平臺(tái)拾取托盤，并按照托盤的分配順序放置在大托盤緩沖區(qū)或傳送帶上；大托盤由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)送到大托盤緩沖區(qū)，再由叉車從大托盤緩沖區(qū)裝載，運(yùn)送到存儲(chǔ)大尺寸貨物的貨架；小托盤由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)送到傳送帶，傳送帶傳送到升降機(jī)，升降機(jī)上升到托盤對(duì)應(yīng)的層級(jí)，然后將托盤卸載到小托盤緩沖區(qū)，由該層的穿梭車將托盤運(yùn)送到存儲(chǔ)小尺寸貨物的貨架。

8、所述步驟3中，對(duì)多個(gè)不同類型的托盤和車輛進(jìn)行協(xié)同調(diào)度，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

9、通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引車將托盤放置到不同的卸貨位置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤的分類，后續(xù)運(yùn)送車輛對(duì)不同類型托盤進(jìn)行揀貨和運(yùn)輸。具體地，通過(guò)記錄貨物的放置地點(diǎn)，計(jì)算托盤對(duì)應(yīng)的運(yùn)送載體序列，對(duì)托盤和車輛進(jìn)行協(xié)同調(diào)度，使運(yùn)送車輛在裝卸點(diǎn)能自動(dòng)拾取托盤進(jìn)行運(yùn)輸。

10、所述步驟4中，根據(jù)不同的運(yùn)輸車輛類型，設(shè)置指定的地點(diǎn)對(duì)托盤進(jìn)行存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中不同類型貨架對(duì)同種托盤的存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)修改車輛對(duì)托盤的運(yùn)輸順序改變自動(dòng)運(yùn)送車輛的路徑，計(jì)算出最優(yōu)路徑來(lái)提高倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行效率。

11、優(yōu)選地，智能調(diào)度場(chǎng)景中，建立托盤和agv的智能調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，建立模型的過(guò)程中，基于如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

12、不同尺寸的托盤對(duì)應(yīng)不同的存儲(chǔ)位置和運(yùn)輸車輛；

13、多種托盤的運(yùn)輸排序；

14、多輛車輛運(yùn)輸托盤的調(diào)度順序。

15、基于上述幾個(gè)方面的問(wèn)題，最終目標(biāo)函數(shù)是最小化倉(cāng)庫(kù)中兩種類型托盤的運(yùn)輸最遲完成時(shí)間。對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，得到解決流程如下：將托盤分配給自動(dòng)導(dǎo)引車，自動(dòng)導(dǎo)引車會(huì)將不同大小的托盤放置在傳送帶或緩沖區(qū)上，并設(shè)置每個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)輸托盤的順序；將大托盤分配給叉車，并設(shè)置每個(gè)叉車運(yùn)輸大托盤的順序；將小托盤分配給升降機(jī)，并確定每個(gè)升降機(jī)運(yùn)輸小托盤的順序；將小托盤分配給穿梭車，并設(shè)置穿梭車運(yùn)輸小托盤的順序；確定每個(gè)托盤的存儲(chǔ)位置，并通過(guò)穿梭車或叉車將其運(yùn)送到存儲(chǔ)位置。

16、優(yōu)選地，整個(gè)倉(cāng)庫(kù)中所有托盤的運(yùn)輸和多種類型車輛調(diào)度的三個(gè)子問(wèn)題，子問(wèn)題一為自動(dòng)導(dǎo)引車的托盤運(yùn)輸順序的確定，子問(wèn)題二為升降機(jī)和穿梭車小托盤的運(yùn)輸順序的確定，子問(wèn)題三為叉車對(duì)應(yīng)大托盤的運(yùn)輸順序的確定，具體描述如下：

17、子問(wèn)題一涉及確定每個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引車的托盤運(yùn)輸順序，調(diào)度自動(dòng)導(dǎo)引車的順序，并根據(jù)托盤的預(yù)定存儲(chǔ)位置決定將托盤存儲(chǔ)在傳送帶上還是緩沖區(qū)中；

18、子問(wèn)題二涉及確定升降機(jī)和穿梭車的小托盤的運(yùn)輸順序，升降機(jī)到達(dá)指定層后將小托盤放置在小托盤緩沖區(qū)中，在每層調(diào)度多輛穿梭車，并讓穿梭車將托盤放置在小托盤指定的存儲(chǔ)位置；

19、子問(wèn)題三需要確定每個(gè)叉車的大托盤的運(yùn)輸順序，調(diào)度多個(gè)叉車的排列順序，并根據(jù)每個(gè)大托盤的存儲(chǔ)位置將大托盤放置在指定層的相應(yīng)存儲(chǔ)位置。

20、優(yōu)選地，為三個(gè)子問(wèn)題設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

21、大托盤通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)輸?shù)酱笸斜P緩沖區(qū)，然后叉車前往大托盤緩沖區(qū)取貨運(yùn)輸，通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引車的卸貨時(shí)間和叉車的取貨時(shí)間的銜接，來(lái)實(shí)現(xiàn)大托盤的連續(xù)運(yùn)輸，然后叉車前往大型存儲(chǔ)位置對(duì)大托盤存儲(chǔ)；

22、小托盤由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)輸?shù)絺魉蛶?，進(jìn)一步將傳送帶上的小托盤運(yùn)送到升降機(jī)完成托盤取貨，通過(guò)對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引車的卸貨時(shí)間和升降機(jī)的取貨時(shí)間的銜接，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小托盤的連續(xù)運(yùn)輸；

23、升降機(jī)將小托盤放置到小托盤緩沖區(qū)，由穿梭車前往小托盤緩沖區(qū)拾取小托盤，通過(guò)對(duì)升降機(jī)的卸貨時(shí)間和穿梭車的取貨時(shí)間的銜接，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小托盤的連續(xù)運(yùn)輸，然后由穿梭機(jī)前往小型存儲(chǔ)位置對(duì)小托盤存儲(chǔ)。

24、優(yōu)選地，提出一個(gè)三階段啟發(fā)式算法來(lái)解決所述的三個(gè)子問(wèn)題，子問(wèn)題一求解步驟如下：

25、子問(wèn)題一應(yīng)用禁忌搜索算法，該算法優(yōu)化的主要思想在于優(yōu)化自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)輸托盤的路徑并更有效地調(diào)度自動(dòng)導(dǎo)引車，算法步驟如下：

26、初始化備選路徑個(gè)數(shù)與最大迭代次數(shù)；

27、將禁忌表初始化并把托盤初始序列初始為最優(yōu)解；

28、在最大迭代次數(shù)內(nèi)多次交換隨機(jī)的兩個(gè)托盤的運(yùn)送順序來(lái)尋找最優(yōu)路徑；

29、多次迭代更新最優(yōu)解為最優(yōu)路徑。

30、優(yōu)選地，所述的三階段啟發(fā)式算法的子問(wèn)題二求解步驟如下：

31、對(duì)于子問(wèn)題二使用遺傳算法修改穿梭車的運(yùn)輸路徑和小托盤的存儲(chǔ)位置，以改變穿梭車運(yùn)輸托盤的順序，這個(gè)過(guò)程由遺傳算法中的交叉和變異兩個(gè)操作實(shí)現(xiàn)，由于存儲(chǔ)位置也會(huì)影響托盤運(yùn)輸時(shí)間，因此該操作允許通過(guò)修改參數(shù)來(lái)改變存儲(chǔ)位置，通過(guò)變異找到最優(yōu)解，算法步驟如下：

32、初始化最大迭代次數(shù)和每代最大種群數(shù)；

33、將當(dāng)代種群的最優(yōu)路徑初始為小托盤到達(dá)傳送帶的順序；

34、將全局最優(yōu)路徑設(shè)置為當(dāng)代種群的最優(yōu)路徑；

35、在每次迭代中對(duì)全局最優(yōu)路徑進(jìn)行多次選擇和交叉操作，對(duì)每個(gè)小托盤的存儲(chǔ)位置進(jìn)行修改，根據(jù)修改后的運(yùn)輸順序計(jì)算本次迭代最優(yōu)路徑；

36、將當(dāng)前迭代中找到的最優(yōu)路徑與全局最優(yōu)路徑進(jìn)行比較，并將兩者的最小路徑設(shè)定為新的全局最優(yōu)路徑。

37、優(yōu)選地，所述的三階段啟發(fā)式算法的子問(wèn)題三求解步驟如下：

38、對(duì)于子問(wèn)題三使用模擬退火算法優(yōu)化多個(gè)叉車的調(diào)度，為每個(gè)叉車找到最優(yōu)運(yùn)輸路徑，該算法的關(guān)鍵特征是擾動(dòng)鄰域并調(diào)整迭代條件后有選擇地接受新解，算法步驟如下：

39、初始化循環(huán)迭代規(guī)則和循環(huán)結(jié)束條件；

40、將初始托盤順序作為初始路徑賦給最優(yōu)路徑；

41、隨機(jī)修改兩個(gè)托盤順序來(lái)改變叉車的運(yùn)輸路徑；

42、計(jì)算改變后的運(yùn)輸路徑的時(shí)間消耗，與最優(yōu)運(yùn)輸路徑時(shí)間消耗比較，將較小時(shí)間消耗對(duì)應(yīng)的路徑設(shè)定為新的最優(yōu)運(yùn)輸路徑。

43、結(jié)合穿梭車和叉車的最優(yōu)運(yùn)輸路徑得到兩種存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)的最終運(yùn)行時(shí)間，找出兩個(gè)最終運(yùn)行時(shí)間的最大值，即得到倉(cāng)庫(kù)整體的最終運(yùn)行時(shí)間。

44、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，該計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行上述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中托盤和自動(dòng)小車的智能調(diào)度的方法。

45、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有執(zhí)行如上所述的多層貨架自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中托盤和自動(dòng)小車的智能調(diào)度的方法的計(jì)算機(jī)程序。

46、與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：一，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中不同托盤的自動(dòng)分類存儲(chǔ)；二，為自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)商業(yè)化中對(duì)agv的調(diào)度提供技術(shù)支撐；三，幫助倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)者提供方便的運(yùn)營(yíng)策略與管理體系。四，分析倉(cāng)庫(kù)中分類存儲(chǔ)的需求，得出對(duì)不同托盤進(jìn)行分類，調(diào)度多種agv使其對(duì)托盤進(jìn)行連續(xù)運(yùn)輸，通過(guò)構(gòu)建托盤分配與小車調(diào)度的時(shí)間模型來(lái)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)中托盤的運(yùn)輸與分類存儲(chǔ)，將倉(cāng)庫(kù)中整體問(wèn)題分為三個(gè)子問(wèn)題處理，得到對(duì)倉(cāng)庫(kù)整體運(yùn)行效率的優(yōu)化，從而降低倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)的成本，提高倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行效率。