【正文】 首先， 它利用了編碼技術(shù)，作用于染色體，然后模擬其進化過程。 在確定優(yōu)先權(quán)的時候有兩種方法：靜態(tài)優(yōu)先權(quán)和動態(tài) 優(yōu)先權(quán)。它是指先到的作業(yè)優(yōu)先進入任務(wù)隊列，執(zhí)行系統(tǒng)按照任務(wù)來的先后來執(zhí)行。大連理工大學(xué)的李梅娟的改進蟻群算法應(yīng)用在含多個約束條件的揀選作業(yè)路徑規(guī)劃問題，提高了自動化立體倉庫的作業(yè)效率 [19]。 自動化立體倉庫的發(fā)展主要經(jīng)歷了五個大的階段 [14]：第一代機械式立體倉庫系統(tǒng)(Mechanical Highrise Warehouse System)；第二代自動化倉庫系統(tǒng)；第三代集成化立體倉庫系統(tǒng)；第四代智能型立體倉庫系統(tǒng)；第五代“ 3I” (Intelligent， Integrated， Information)?？梢愿鶕?jù)具體 的需要來選取合適的輸送線路。 3 立體倉庫調(diào)度算法的研究 碩士論文 14 ? 堆垛機。堆垛機對每個倉位都依次走一遍，那么如何走才是最短的路徑， TSP 問題就是要研究的內(nèi)容。 TSP 問題就是尋找一條最短的遍歷 n個城市的路徑，也就是搜索整數(shù)子集},2,1{ nX ?? ，其中 X 表示對城市的編號。本文對上述管理功能模塊進行了分析和設(shè)計。 ? 堆垛機控制系 統(tǒng) ： 該 系 統(tǒng) 是控制系 統(tǒng) 的核心。本課題基于該綜合平臺，對堆垛機嵌入式控制、現(xiàn)代優(yōu)化調(diào)度算法等相關(guān)技術(shù)作進一步的研究和開發(fā)。主要由車架、蓄電池（充電裝置）、電氣系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、自動認(rèn)址和精確停位系統(tǒng)、自動導(dǎo)向系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)等組成。這樣做有利于管理，可增加倉庫的庫存能力，避免物品因過期而浪費。最后同樣的光電傳感器，采集信號來發(fā)出指令控制電機 使得皮帶停止?？刂?終 端通 過總線 把信 號傳遞給 主控 PLC控制 電 機 運動 ，最 終 控制 傳 送 帶 的 運 行 [7]。 ? 自 動 控制柜，可以完成 對雕 刻機的 驅(qū)動 功能，它 內(nèi) 部的 PLC 可以完成 將控 制流 信 號轉(zhuǎn) 化 為電 信 號 。 AGV 具有三 色聲光報 警功能，它在 運 行中遇到障 礙物時將 自 動 停 車 ，當(dāng) 障 礙物 消失 時 ，能自 動 恢復(fù) 運轉(zhuǎn) 。系 統(tǒng) 通 過 PLC 處 理 流水線 各 個 光 電開關(guān)的 采集信 號 ，以及 對流水 線 和機器人 運 行 邏輯 控制，可以按要求添加按位或者 檢測行程開關(guān) 等。堆垛 機內(nèi) 置的 運動 控制器可 實現(xiàn)運動 控制 軸 的多 軸 協(xié)調(diào)控 制， 遠遠 優(yōu)于“ PLC+變頻 器控制”的方式。立體 倉庫 控制 結(jié) 構(gòu)如 圖 所示。本課題是基于該綜合平臺，對物流、控制、總線等相關(guān)技術(shù)進行研究，進一步開發(fā)系統(tǒng)平臺的功能，改善系統(tǒng)的控制性能和調(diào)度策略。改進了堆垛機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對堆垛機的快速定位和更好的速度控制。 詳細 介 紹 了固高 FMS 的整體結(jié)構(gòu)和各功能組件的技術(shù)參數(shù)；描述了系統(tǒng)的所有功能；針對原系統(tǒng)存在的不足，提出了系統(tǒng)改進的方向。因此，它1 緒論 碩士論文 4 的發(fā) 展已 經(jīng) 成 為 了一 個 企 業(yè)現(xiàn) 代化的重 要標(biāo) 志。 自 動 加工系 統(tǒng) ：自 動 加工系 統(tǒng) 是把材料相同，重量、外形、 工藝 、尺寸大致相似的零件集中在一起，利用成 組 技 術(shù) （ GTGroup Technology， 揭示和利用事物 間 的相似性，按照一定的準(zhǔn) 則分類 成 組，同組 事物能 夠 采用同一方法 進 行 處 理，以便提高效益的技術(shù) ），用一臺或 數(shù)臺數(shù) 控機床或 專用 機床等 進 行 設(shè)備 加工的系 統(tǒng) [5]。因此 21 世 紀(jì) 初在我 國 FMS 開始 全面流行 [4]。 70 年代末期 ， FMS 在技 術(shù) 上和 數(shù) 量上都有 較 大 發(fā) 展， 80 年代初期的 FMS 進 入 實 用階 段，其中由 3～ 5 臺 設(shè)備組 成的 FMS 最多，但也有 規(guī) 模更 龐 大的系 統(tǒng) 投入使用。 1967 年，英 國莫 林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的 FMS 基本概念，研制了 “ 系 統(tǒng)24” 。 ? 柔性制造系 統(tǒng) 柔性制造系 統(tǒng) 是以加工中心或 數(shù) 控機床 為 基 礎(chǔ) ，另外配 備 合適的 傳 送物料 裝 置 而組成的生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 。柔性制造系 統(tǒng) 具有部分生 產(chǎn) 管理和加工制造的功能，能 夠進 行機械加工、 裝配 和 質(zhì)量檢驗 、毛坯制造等，可以有效地提高企 業(yè) 的生 產(chǎn) 和管理效益。為了讓學(xué)生能夠接觸工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備，認(rèn)識工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的組織形式和控制形式， 實驗室購 置了一套固高公司的 FMS 系 統(tǒng) ，本文主要基于 該設(shè)備 的硬件系 統(tǒng) ， 對 部分控制模 塊和 系統(tǒng)管 理 軟 件 進 行研究和改 進。 學(xué) 位 論 文 基于固高 FMS的控制系統(tǒng)設(shè)計 申請學(xué)位級別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 學(xué)位授予單位和日期 南 京 理 工 大 學(xué) 答辯委員會主席 評閱人 注 1：注明《國際十進分類法 UDC》 的類號。 本文主要工作包括以下幾 個 方面： ⑴ 作 業(yè)調(diào) 度方面： 設(shè)計開發(fā)了立體倉庫管理系統(tǒng)中的復(fù)雜作業(yè)功能， 包括一 鍵入 /出 庫 作 業(yè) ， 揀選 作 業(yè) 功能，可以一次完成多 個連續(xù)的倉儲 任 務(wù) ，提高了 倉儲 效率。 80 年代中期使用的 FMS，基本上只是用于切削加工，少部分 應(yīng) 用于 沖壓 和焊接，而 現(xiàn) 在的 FMS 已 經(jīng) 成 為 了在批量切削加工中以先 進 的自 動 化和高水平的柔性 為 目 標(biāo) 的制造系 統(tǒng) 。柔性制造系 統(tǒng)適 合加工工序多，形 狀 復(fù) 雜， 大批量的零件。其主要 設(shè)備 是六臺模 塊 化 結(jié) 構(gòu)的多任 務(wù) 序 數(shù) 控機床，目的是在 無 人看管的 條 件下，實現(xiàn)晝 夜 24 小 時連續(xù) 加工，但最 終 由于 經(jīng)濟 和技 術(shù) 上的困 難 而未全部建成。 1982年，日 本發(fā) 那科公司建成自 動 化 電 機加工 車間 ，由 60 個 柔性制造 單 元 （ 包括 50 個工業(yè)機器人）和一 個立 體 倉庫組 成，另 有兩 臺自 動引導(dǎo) 臺 車傳 送毛坯和工件，此外 還 有一 個無 人化 電 機 裝配車間 ，它 們 都能 連續(xù) 24 小 時運轉(zhuǎn) 。 今天，真正成 規(guī) 模的 FMS 并不多，但 FMS 的構(gòu)想已 經(jīng) 得到了大家的肯定 。 FMS 是一類復(fù)雜的實時系統(tǒng)，也是一個多層次、多結(jié)構(gòu)的集成化復(fù)雜系統(tǒng)。一 個 好的 FMS 控制系 統(tǒng) 需要 綜 合多種先 進 的 計 算機技 術(shù) ，包括 專 家系 統(tǒng) 、智 能傳 感器技 術(shù) 、模糊控制技 術(shù) 、神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 等，才能更好的 發(fā)揮 FMS 的 優(yōu)勢 。 第三章 立體 倉庫調(diào) 度算 法的研究。 第五章 FMS 的綜 合 運 行。圖 為固高 FMS平面布局示意圖， 系 統(tǒng) 硬件 結(jié) 構(gòu)如 圖 所示 。 圖 立體 倉庫 控制 結(jié)構(gòu)圖 堆垛機 堆垛機是自 動 化立體 倉庫 的核心部分，堆垛機必 須 具有 嚴(yán)格的 技 術(shù) 要求， 這樣 自 動化立體 倉庫 的優(yōu)越性才能 夠 通 過其 表 現(xiàn) 出 來 。 ? 可 擴 展性：堆垛機采用 X、 Y、 Z 三自由度模式。 西 門 子 P L CP r o f i B u s D P 總 線終 端 控 制 計 算 機紅 外 開 關(guān) 信 號 返 回混 合 式 流 水 線 機 械 手 臂 圖 混合式流水線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 輸 送 線 主要包括 皮帶 式 輸 送 線 、倍速 鏈輸 送 線 和 90 度 轉(zhuǎn) 角機。 AGV 控制系 統(tǒng)選用一臺 以 ARM7 內(nèi) 核芯片磁 導(dǎo) 引AGV 小 車。 該電 信 號可以驅(qū)動雕 刻 機內(nèi) 置的三 軸 步 進電 機以及控制刀具高速 運轉(zhuǎn) 的主 軸電 機。物品被送至入 貨臺 ，光 電傳 感器采集信 號發(fā)出指令控制 電 機， 貨 物 運至 入 貨臺 ，漫反射 傳 感器接受到的指令使得 皮帶 停止并 驅(qū)動 堆垛機，堆垛機收到指令，至入 庫 臺取 貨 物。 移庫操作 移庫模塊功能可以實現(xiàn)在庫存中將一個貨位的物品運送到另外一個空貨位上。 調(diào)庫的程序設(shè)計與移庫相似，區(qū)別就是調(diào)庫是把兩個貨位上的物品進行交換。 本系統(tǒng)的 AGV 小車內(nèi)部安裝驅(qū)動程序，便可啟動。 下面概括地列出原系統(tǒng)有待改進的方面，并提出改進的思路和方法。因 為 堆垛機是控制系 統(tǒng) 的 執(zhí) 行機 構(gòu)，所有的 倉儲 作 業(yè) 最 終 都是通 過堆 垛機 來 完成，所 以對 堆垛機系 統(tǒng) 的改 進 ，可以提高系 統(tǒng) 的效率。 小 結(jié) 本章介紹了固高 FMS 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，包括自動化立體倉庫、堆垛機、輸送線等。使 ??? ? ?? 11 11 ),(),(ni niid vvdvvdT () 取得最小值即可。 自 動 化立體 倉庫簡 介 自 動化立體倉庫 (AS/RS 系統(tǒng) )又稱高層貨架或立庫 [9]，它是在電子計算機控制管理下，通過堆垛運輸車進行存儲保管，對貨物進行分類、包裝、分揀、配送、存盤等功能操作的。堆垛機又稱為搬運車，其形式多種多樣。 ? 貨物自動分揀系統(tǒng)。 我國自 70 年代開始進行立體倉庫的研究工作， 80 年代在全國建立了 50 多座立體倉庫。我國自動化倉庫現(xiàn)在正處于不斷的發(fā)展和完善階段。在利用先來先服務(wù)策略的時候，堆垛機總是先執(zhí)行任務(wù)隊列里面最靠前的任務(wù)。靜態(tài)優(yōu)先權(quán)是指任務(wù)的優(yōu)先權(quán)是在任務(wù)進入進程后就被計算好 的，并且該優(yōu)先權(quán)的值是固定的；動態(tài)優(yōu)先權(quán)是指任務(wù)的優(yōu)先權(quán)不固定，可變化。 “生物進化”和“自然選擇”是兩個非常重要的概念，生物進化是指具有共同祖先的物種的親緣關(guān)系彼此更接近；自然選擇的概念是達爾文進化論的關(guān)鍵，“適者生存，不適者淘汰”。遺傳算法與傳統(tǒng)算法的不同之處在于它并不依賴于梯度信息，而是通過模擬自然界中的種群進化的過程來搜索最優(yōu)解。 任務(wù)的空閑時間 =任務(wù)相對截止時 間 － (出 庫任務(wù) 所需 執(zhí) 行 時間 估算出 庫任務(wù)預(yù)計完成 時 刻的安全系 數(shù) )。 ? 先來先服務(wù)策略 先來先服務(wù) FIFO(First In First Out)策略是物流作業(yè)中一種最基本的策略。山東大學(xué)的田國會教授提出的多起點 最近點搜索算法 [17]和結(jié)合 Hopfield 網(wǎng)絡(luò) [18]模型的遺傳算法應(yīng)用在自動化立體倉庫的揀選路徑問 題方面，優(yōu)化了揀選路徑。管理系統(tǒng)可以分為單 臺 PLC 控制、各單臺機械聯(lián)網(wǎng)控制、集中控制、分離式控制和分布式控制等。主要包括傳送帶輸送機、機動輥道和鏈傳動輸送機。貨架 一般有固定貨架和旋轉(zhuǎn)貨架兩種，其中旋轉(zhuǎn)貨架還配有升降臺。堆垛機從起點出發(fā)，根據(jù)取貨路徑到需揀選作業(yè) 的 倉位執(zhí)行作業(yè)，完成任務(wù)后回終點。旅行商問題是典型的非多項式時間可解難題 (Nphard Problem)，許多領(lǐng)域的優(yōu)化問題都可歸結(jié)為旅行商問題。合理的倉庫信息管理系統(tǒng)應(yīng)該包括入庫信息管理系2 固高 FMS介紹及系統(tǒng)改進方向 碩士論文 12 統(tǒng)，出庫信息管理系統(tǒng)，庫存信息管理系統(tǒng)和信息報表模塊。堆垛機系 統(tǒng) 可以根據(jù)此任 務(wù)單 完 成揀選 作 業(yè) 。固高 FMS 系統(tǒng)集光、機、電、氣以及計算機信息技術(shù)為一體，在功能和結(jié)構(gòu)方面都具有模塊化設(shè)計思想和可開發(fā)性。 AGV 取貨功能 AGV 小車也稱自動導(dǎo)向小車（ Automated Guide Vehicle）是一種由計算機控制并完成運輸任務(wù)的工具。功能與移庫類似，可以滿足不同用戶對不同類型貨物的出庫要求。然后傳感器接收到信號，發(fā)出信號使得電動機帶動皮帶轉(zhuǎn)動，將貨物運出。 圖 系 統(tǒng)倉儲 任 務(wù) 界面 入 庫 操作 入 庫 的 順 序是：由中央控制臺 發(fā) 出入 庫 指令，物品被送 至傳 送 帶 ， 傳 送 帶 上的光 電2 固高 FMS介紹及系統(tǒng)改進方向 碩士論文 10 傳 感器采集信 號 ， 該 信 號傳 送至控制 終 端。機床主要 規(guī) 格：最大 車削 直 徑 ? =220mm，標(biāo)準(zhǔn)切削直徑? =150mm，橫向最大行程 (X 軸 )： 20~110mm，縱向最大行程 (Z 軸 )： 480mm，前后頂尖間最大距離： 600mm，快速進給 Z： 15m/min， X： 12m/min，主軸轉(zhuǎn)速 60~60000r/min，主軸電機功率： 。系 統(tǒng) 中的 AGV 是沿著鋪設(shè)好 的磁 導(dǎo)線 行走的，在行走 過 程中通 過車 底部的 傳 感器 來 感知路 線 ，小 車 也可以部分替代 輸 送 線來進 行 輸 送任 務(wù) 。其核 心控制系 統(tǒng) 是西 門子 S7200 PLC和 ProfiBusDP EM277 通訊 模 塊相結(jié)合，組態(tài) 后可以 和 Profibus