Agv生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中agv數(shù)量與工作任務(wù)的匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及采用多Agent方法對多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的模擬，以使得 工作任務(wù)與AGV數(shù)量相互匹配的方法。屬于AGV生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人搬運(yùn)車（AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV)是裝備有電磁或光學(xué)等自動 引導(dǎo)裝置、能夠沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行進(jìn)、具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車輛。AGV 在工業(yè)應(yīng)用中不需要駕駛員，以可充電的蓄電池作為其動力來源，透過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來控制 其行進(jìn)路線和行為。通常利用電磁軌道來設(shè)立AGV的行進(jìn)路線。電磁軌道貼在地板上，AGV 則依循電磁軌道所帶來的信息進(jìn)行移動與動作。AGV系統(tǒng)與其他的物流輸送系統(tǒng)相比，具有 環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、布局柔性高、方便維護(hù)、自動化程度、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，對提高生產(chǎn)效率、 降低生產(chǎn)成本從而加速企業(yè)發(fā)展有著重要意義。
[0003] 單臺AGV的簡單系統(tǒng)的活動范圍和作業(yè)能力是有限的，隨著工廠自動化規(guī)模日益 擴(kuò)大，已不能滿足提高自動化系統(tǒng)生產(chǎn)效率的要求。目前AGV系統(tǒng)大都是由多臺AGV構(gòu)成 的多軌道、交互式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通常由一個(gè)裝載臺，一個(gè)卸載臺，多個(gè)工作臺和多個(gè)AGV 等待區(qū)構(gòu)成，上述四類裝置之間有固定的電磁軌道相連。工作任務(wù)下達(dá)后，由多臺AGV分別 將待加工的部件由裝載臺運(yùn)送到相應(yīng)的工作臺進(jìn)行加工。加工完成后，再由AGV將加工好 的部件由工作臺運(yùn)送到卸載臺，以便進(jìn)行產(chǎn)品的封裝處理。由于多AGV在同一時(shí)間和空間 內(nèi)同時(shí)運(yùn)行，形成了一個(gè)離散事件的動態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致了一系列的管理難題。目前對AGV 系統(tǒng)的研究主要集中在路經(jīng)規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度和沖突處理三個(gè)方面。這些研究都是針對系統(tǒng) 某一方面的問題展開，然而由于系統(tǒng)的復(fù)雜性、離散性和即時(shí)性，系統(tǒng)的總體特征規(guī)律尚難 以獲取。因此，現(xiàn)有研究尚未解決AGV的數(shù)量和工作任務(wù)的匹配問題。即對于特定系統(tǒng)，在 一定的工作任務(wù)下達(dá)后，需要多少臺AGV可以按時(shí)完成任務(wù)；或在一定的AVG數(shù)量和工作時(shí) 間要求下，最多能夠產(chǎn)程多少工作任務(wù)。上述問題的存在給企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的制定帶來很大 困難。同時(shí)，由于AGV價(jià)格昂貴，購置多余的AGV也給企業(yè)增加了大量的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是采用多Agent仿真理論對多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行 仿真模擬，通過在特定的系統(tǒng)參數(shù)下模擬系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，獲取特定系統(tǒng)狀態(tài)下工作任務(wù)、 AGV數(shù)量和總工作室間等變量之間的相互關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)將工作任務(wù)和AGV的數(shù)量進(jìn)行合 理匹配的目的。
[0005] 本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 基于多Agent仿真的多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中AGV數(shù)量與工作任務(wù)匹 配的方法，其步驟如下：
[0007] (1)對AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)施布局進(jìn)行測量，獲取系統(tǒng)內(nèi)部各裝置的具體信息。
[0008] (2)采用多Agent仿真理論，根據(jù)步驟⑴測量獲取的數(shù)據(jù)，建立AGV調(diào)度系統(tǒng)仿 真模型，模擬生產(chǎn)過程中各裝置的位置和AGV的運(yùn)行規(guī)則。
[0009] (3)對任意生產(chǎn)任務(wù)，運(yùn)行步驟（2)所建立的仿真模型，得到不同AGV數(shù)量下完成 該生產(chǎn)任務(wù)所需的工作時(shí)間。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，得到生產(chǎn)任務(wù)、AGV數(shù)量和工作時(shí)間的匹配 關(guān)系。必要時(shí)重復(fù)運(yùn)行多次，得到三者之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。
[0010] (4)根據(jù)步驟（3)所獲得的規(guī)律，將工作任務(wù)和AGV數(shù)量進(jìn)行匹配。
[0011] 前述的基于多Agent仿真的多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)AGV數(shù)量與工作任 務(wù)匹配方法，其特征在于AGV調(diào)度系統(tǒng)仿真模型根據(jù)對AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)施布局進(jìn)行 測量得到具體信息建立。
[0012] 前述的基于多Agent仿真的多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)AGV數(shù)量與工作任 務(wù)匹配方法，其特征在于采用多主體仿真方法對AGV調(diào)度系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程進(jìn)行模擬。
[0013] 前述的基于多Agent仿真的多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)AGV數(shù)量與工作任 務(wù)匹配方法，其特征在于對AGV的建模給予多Agent思想，即將每個(gè)AGV看作獨(dú)立決策的離 散單元，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中每個(gè)AGV按照自己的行動規(guī)則做出行動決策，從而總是可以 為系統(tǒng)找出至少一個(gè)可行解。
[0014] 前述的基于多Agent仿真的多軌道、交互式AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)AGV數(shù)量與工作任 務(wù)匹配方法，其特征在于通過模擬系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程，得到工作任務(wù)、機(jī)器人數(shù)量和工作 時(shí)間之間的相互關(guān)系。
[0015] 本發(fā)明的原理具體敘述如下：
[0016] 一、技術(shù)方案的第一部分：系統(tǒng)的固定裝置主要包括一個(gè)裝載臺、一個(gè)卸載臺、多 個(gè)工作臺、多個(gè)AGV等待區(qū)、以及連接這些固定裝置的電磁軌道。另外系統(tǒng)還包括多個(gè)可移 動的AGV。對系統(tǒng)進(jìn)行測量需要獲取的數(shù)據(jù)包括以下幾類：
[0017] 第一，裝載臺、卸載臺、工作臺、AGV等待區(qū)等固定裝置兩兩之間的電磁軌道長度。
[0018] 第二，AGV在裝載臺、卸載臺、工作臺進(jìn)行裝載、卸載工作需要的時(shí)間和每個(gè)工作臺 的加工時(shí)間。
[0019] 第三，AGV的運(yùn)行速度和遇到障礙物時(shí)進(jìn)行規(guī)避的反應(yīng)時(shí)間。
[0020] 二、技術(shù)方案的第二部分：根據(jù)上一部分多獲得的數(shù)據(jù)，采用多Agent仿真方法對 AGV生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行建模，對系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行模擬。建模的過程分為以下幾步： [0021] 第一，根據(jù)裝載臺、卸載臺、工作臺、AGV等待區(qū)、電磁軌道等固定裝置的相對位置， 在系統(tǒng)中生成工作場所的模擬環(huán)境。
[0022] 第二，生成一定數(shù)量的AGV，并為AGV設(shè)定運(yùn)行規(guī)則。
[0023] 對于任意空閑的AGV，當(dāng)接到指令將一定數(shù)量的工件從固定裝置A運(yùn)送到固定裝 置B時(shí)，所采取的行動規(guī)則如下：
[0024] 〈1>路線計(jì)算。AGV計(jì)算自身位置到固定裝置A的最短路線，以及固定裝置A到固 定裝置B的最短路線。
[0025] 〈2>移動、裝載與卸載。AGV根據(jù)步驟〈1>的計(jì)算結(jié)果，首先由自身位置運(yùn)動到固 定裝置A，然后進(jìn)行裝載作業(yè)；裝載完成后，再由固定裝置A移動到固定裝置B，然后進(jìn)行卸 載作業(yè)。
[0026] 〈3>規(guī)避碰撞。AGV在移動過程中，實(shí)時(shí)對沿軌道向前延伸2米處所有可能通路的 占用情況進(jìn)行探測。如軌道被占用，則停止移動并等待3-5秒后進(jìn)行繼續(xù)向前運(yùn)動。為防 止兩個(gè)以上AGV的相互等待陷入死循環(huán)，等待時(shí)間為3-5秒之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。
[0027] 對于任意空閑的AGV，當(dāng)沒有接到工作指令且不在等待區(qū)時(shí)，所采取的行動規(guī)則如 下：
[0028] 〈1>路線計(jì)算。AGV計(jì)算自身位置到所有可用等待區(qū)的最短路線。
[0029] 〈2>移動到等待區(qū)。AGV根據(jù)步驟〈1>計(jì)算出的計(jì)算結(jié)果，移動到距離最近的等待 區(qū)進(jìn)彳丁等待。
[0030] 第三，建立系統(tǒng)的任務(wù)分配機(jī)制。系統(tǒng)任務(wù)由兩種裝置觸發(fā)，一個(gè)是裝載臺，一個(gè) 是工作臺。當(dāng)裝載臺或任意一臺工作臺不為空時(shí)，即觸發(fā)任務(wù)分配機(jī)制。
[0031] 裝載臺的任務(wù)觸發(fā)機(jī)制如下：
[0032] 〈1>當(dāng)裝載臺的狀態(tài)不為空時(shí)，裝載臺首先根據(jù)工件種類對工作臺進(jìn)行匹配，然后 在匹配的工作臺中搜尋是否有空閑的工作臺；如果有空閑的工作臺，則進(jìn)入對AGV的選擇 和任務(wù)指派程序。如果沒有空閑的工作臺，則等待匹配工作臺完成加工作業(yè)。
[0033] <2>AGV的選擇和任務(wù)指派。計(jì)算當(dāng)前沒有作業(yè)的每一個(gè)AGV到裝載臺裝載工件并 運(yùn)送到每一個(gè)工作臺的最短路徑及相應(yīng)的作業(yè)時(shí)間。將作業(yè)任務(wù)指派給相應(yīng)作業(yè)時(shí)間最短 的AGV，并給該AGV發(fā)送指令。
[0034] 工作臺的任務(wù)觸發(fā)機(jī)制如下：
[0035] 〈1>當(dāng)工作臺狀態(tài)不為空，且已完成加工作業(yè)時(shí)，進(jìn)入AGV的選擇和任務(wù)指派程 序。
[0036] <2>AGV的選擇和任務(wù)指派。計(jì)算當(dāng)前沒有作業(yè)任務(wù)的每一個(gè)AGV移動到相應(yīng)工作 臺裝載工件，并將工件運(yùn)送到卸載臺的最短路徑及相應(yīng)的作業(yè)時(shí)間。將作業(yè)任務(wù)指派給相 應(yīng)作業(yè)時(shí)間最短的AGV，并給該AGV發(fā)送指令