考虑阻塞的双向AGV路径规划方法.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期机床与液压 :本文引用格式:赵水晶,曾强,袁瑞甫考虑阻塞的双向 路径规划方法机床与液压,():,():收稿日期:基金项目:河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目()作者简介:赵水晶(),女,硕士研究生,研究方向为生产运作管理。:。通信作者:曾强(),男,博士,副教授,主要研究方向为生产运作管理。:。考虑阻塞的双向 路径规划方法赵水晶,曾强,袁瑞甫(河南理工大学工商管理学院能源经济研究中心,河南焦作;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作)摘要:针对制造车间物料搬运系统中的 路径规划问题,提出一种考虑阻塞的 路径规划方法。依据各相邻节点之间路径中 搬运情况的统计数据计算
2、路径的拥堵系数;引入拥堵系数计算 的统计搬运时间矩阵,将其作为路径规划的权值矩阵;设计 算法求解起始点到终点的最短统计搬运时间路径,将其存入最短统计搬运时间路径表供查询使用。案例分析结果表明:与传统 算法相比,考虑阻塞的 路径规划方法可以有效降低搬运时间,提高搬运效率。关键词:路径规划;拥堵系数;算法;统计优化中图分类号:,(,;,):,:;前言随着智能制造时代的来临,制造车间物料搬运系统逐渐由传统物流向智能物流发展。无人搬运小车(,)因具有稳定性强、动态性高等特点,成为车间实现智能物流的重要搬运设备。阻塞是影响 搬运效率的关键因素,优良的路径规划方法能够有效提升搬运效率、降低搬运成本。因此,
3、研究考虑阻塞的 路径规划问题具有重要的现实意义。现有研究大多以路径长度为权重、以路程最短为优化目标规划 搬运路径。因未考虑 可能受到阻塞的情况,其研究成果仅适用于理想情况。近年来,有少数学者研究了工程实践中考虑阻塞的 路径规划问题。如姜辰凯等采用路径加权、优先级设置、重新规划低优先级 搬运路径的方式规避阻塞;张中伟等根据动态优先级为 选择停车等待或采用二次路径规划的方式规避阻塞;王晓军等提出一种“离线在线”两阶段的控制优化方法规避阻塞。但上述研究本质上仍是以路程最短为瞬时优化目标,与大多研究的不同之处在于其对 搬运过程中可能遇到的阻塞进行预判,通过二次路径规划以规避阻塞,从而达到缩短搬运时间的
4、目的。但预判存在准确性低、耗时长等缺点,导致这些成果难以真正付诸实践。既然阻塞难以完全规避,不如放弃“规避阻塞”的思想,转而采取“面对阻塞”的思想处理阻塞;放弃寻求“瞬时最优”,转而寻求“统计最优”;放弃寻求以“路程最短”为优化目标,转而寻求以“时间最短”为优化目标进行 路径规划。虽然宋士刚等在研究可重组制造系统的物流运输路径规划时考虑到阻塞情况,但分析阻塞时假设车间所有 速度均恒定,不符合实际情况,且仍是以路程最短为瞬时优化目标,通过二次路径规划以规避阻塞;等以时间最短为优化目标,提出了一种基于 学习的最短时间路径规划算法,但算法运算复杂、耗时长。路径规划的常用算法有 算法、算法、算法、遗传
5、算法和蚁群算法等。其中,算法是最经典的路径规划算法,能够快速找到任一点到其他所有点的最短路径,被广泛应用于 路径规划研究中。如 等提出了一种将 算法和路径冲突协方差相结合的时间窗算法;王芝麟等提出了一种基于二叉堆的改进 算法求解最短路径。基于以上分析,针对制造车间物料搬运系统中的 路径规划问题,本文作者采取“面对阻塞”的处理思想,引入拥堵系数,以 的统计搬运时间(统计意义上的搬运时间)最短为优化目标,基于 算法提出一种考虑阻塞的 路径规划方法。问题描述车间有 个工位节点,搬运任务由 辆 完成;某个搬运任务由指定的某辆 完成,现需为它规划合理的搬运路线。假设:()搬运任务的起点和终点已知;()车
6、间 在搬运物料过程中存在阻塞现象;()每条路径均可双向行驶;()每辆 的型号和行驶速度不尽相同;()在搬运过程中匀速行驶;()在研究中被看作一个质点。在以上假设条件下,要求为该 规划一条统计搬运时间最短的路径。算法设计上述问题是一个复杂的 问题,一般的数学方法难以求解。鉴于 算法的优点,以 为平台,基于 算法设计考虑阻塞的 路径规划求解算法。算法流程文中的算法流程如图 所示,其中,为搬运任务的起始点;为搬运任务的终点;为 的行驶速度,其值从工作表“参数”获取;为相邻节点之间的路径长度矩阵(元素 表示节点 到节点 的路径长度,节点 与节点 为相邻节点),从工作表“路径长度矩阵”获取;为相邻节点之
7、间路径的拥堵系数矩阵(元素 表示节点 到节点 路径的拥堵系数),从工作表“拥堵系数矩阵”获取;最优路径为 从起始点 到终点 的最短统计搬运时间路径;为相邻节点之间路径的统计搬运时间矩阵(元素 表示 从节点 到节点 的统计搬运时间)。为保证 最短统计搬运时间路径随着搬运任务的变化而动态更新,和最短统计搬运时间路径表每 天更新一次。图 算法流程 计算拥堵系数矩阵 针对 在物料搬运过程中遇到的阻塞,采取“面对阻塞”的处理思想,引入拥堵系数矩阵衡量相邻节点之间路径的阻塞程度。拥堵系数矩阵由两两相邻节点之间路径的拥堵系数组成,具体求解步骤如下:()统计数据基于“统计优化”策略,节点 到节点 路径每通过一
8、辆,统计一次其搬运时间和行驶速度(从 系统后台调取每辆 进出各个节点的时间和行驶速度),用以计算拥堵系数分析其阻塞程度。搬运时间为某辆 从节点 到节点 实际消耗的时间,即:()式中:为节点 到节点 路径中第 辆 的搬运时间;为第 辆 离开节点 的时间;为第 辆 进入节点 的时间。统计次数对拥堵系数和最终路径选择具有较大的影响,考虑制造车间物料搬运情况的复杂性,采用误差界限法计算统计次数。首先对节点 到节点 路径中所通过 的搬运时间和行驶速度试统计若干次,再根据所选择的误差界限计算节点 到节点 路径中所通过 的统计次数。通常情况下,精确度取或。第 期赵水晶 等:考虑阻塞的双向 路径规划方法 精确
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