【正文】 。下面基于上述24個倉位進(jìn)行遺傳調(diào)度算法的研究。貨架上每個貨位以(X，Y)表示，其中X為列，Y為層，堆垛機(jī)的出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0)。擾動和接受次數(shù)N需要通過實(shí)驗(yàn)來確定，N越大，算法嘗試的試探點(diǎn)越多，求得全局最優(yōu)解的可能性越大，但計算量也隨之增大；算法終止條件，系統(tǒng)溫度降到規(guī)定的溫度或始末溫度差在某精度范圍內(nèi)兩種方式，只要滿足其一算法即終止。模擬退火算法的重要參數(shù)：退火過程中分布的能量概率：其中P(E)為系統(tǒng)處于能量狀態(tài)E的概率，k為Boltzlnann常數(shù)，T為系統(tǒng)絕對溫度；初始溫度T，它的選取對算法的分析有著極大的影響。模擬退火算法的步驟如下： step1 設(shè)定初始參數(shù)，包括初始點(diǎn)、初始溫度以及終止溫度的設(shè)定；step2 對當(dāng)前模型進(jìn)行擾動產(chǎn)生一個新模型，計算相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，得到；step3 若0，則新模型被接受；若0，則新模型按概率公式進(jìn)行選擇，T為溫度。在加熱過程中，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時原子會做激烈地?zé)o序運(yùn)動，最后在常溫下達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)，然后內(nèi)能減小至最低。蟻群算法的步驟如下：step1 參數(shù)初始化，包括選定螞蟻個數(shù)，螞蟻個數(shù)即為所考慮的貨位的個數(shù)；step2 循環(huán)次數(shù)加1；step3 螞蟻的禁忌表索引號k=1；step4 對k加1；step5 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概念公式計算個體的概率，然后選擇下一步該走的地點(diǎn)并前進(jìn)；step6 修改禁忌表指標(biāo)，即選擇好之后將螞蟻移動到新的頂點(diǎn)(城市)，并把該頂點(diǎn)(城市)移動到該螞蟻個體的禁忌表中；step7 如果所有的城市未遍歷完，則重復(fù)step4；step8 更新信息量；step9 結(jié)束條件：若滿足，則輸出結(jié)果；若不滿足，則重復(fù)step2。并最終找到所求問題的最優(yōu)解[33]。在蟻群算法中，每只螞蟻分工合作，獨(dú)立地搜索可能的解，每只螞蟻負(fù)責(zé)收集蟻群釋放的信息素濃度信息和周圍環(huán)境的信息。螞蟻在遇到一個新的路口時，它會隨機(jī)的選擇一條路來行走且通過信息素濃度的高低，來選擇下次行走的路徑。螞蟻在覓食的過程中，會在它走過的地方釋放一種氣體，稱為信息素。但是，由于遺傳算法的初始種群選擇的隨機(jī)性，也就導(dǎo)致很難定義出自己想要的初始種群，因此對于初始種群的選擇，也是一個需要研究的地方。如果不滿足，則繼續(xù)循環(huán)步驟step6；step8 通過交配，得到一個有N個染色體的CrossPOP(t+1)；step9 以一個較小的概率P得到編譯的染色體，形成MutPOP(t)+1；一個新的群體POP(t+1)=MutPOP(t)；遺傳算法的優(yōu)勢在于它利用自然界中的編碼技術(shù)在群體中并發(fā)地進(jìn)行尋找最優(yōu)解，因此得的解是全局的。選擇算子是從初始種群中生成新的種群，交叉是從父代生成子代，變異是對交叉生成的子代進(jìn)行某種變異，使其具有一些新的特性，然后再進(jìn)入新的循環(huán)，得出我們想要找的最優(yōu)解。Grenfenstette等提出了把遺傳算法（Genetic Algorithms，GA）應(yīng)用于TSP問題，GA能利用具體問題的基因算子以得到更優(yōu)的解[31]。到八十年代末期，隨著生物學(xué)的發(fā)展，由密歇安大學(xué)的Holland[28,29]等人取得了傳統(tǒng)方法上難以比擬的效果。自然界是這樣利用雜交和選擇相結(jié)合的方法來培養(yǎng)優(yōu)良品種的。首先，它利用了編碼技術(shù)，作用于染色體，然后模擬其進(jìn)化過程。l 遺傳算法遺傳算法是Holland教授[26]在20世紀(jì)70年代初期提出的，它主要借助生物進(jìn)化中的“適者生存”的規(guī)律[27]。對比以上的策略，高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度策略是一個比較好的策略，因?yàn)樵摬呗允紫韧ㄟ^優(yōu)先級照顧到了每個作業(yè)的優(yōu)先級別，又通過引入的響應(yīng)比r來確保了長作業(yè)最后也能夠得到響應(yīng)。在任務(wù)的調(diào)度過程中，它的優(yōu)先權(quán)隨著任務(wù)的等待時間的增加而變化，從而有著更高的調(diào)度性能。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)。最短空閑時間優(yōu)先策略(LSF)[24]，是指任務(wù)的空閑時間最短的作業(yè)優(yōu)先進(jìn)入任務(wù)隊列。該策略的缺點(diǎn)是對長作業(yè)任務(wù)不利，在短任務(wù)總是優(yōu)先的情況下，長任務(wù)總是被放置到最后，而不考慮它進(jìn)入任務(wù)隊列的時間[23]。該策略的缺點(diǎn)是沒有優(yōu)先級，當(dāng)任務(wù)緊急的時候無法取得調(diào)度的優(yōu)先級別，因此不利于長作業(yè)運(yùn)行[22]。它是指先到的作業(yè)優(yōu)先進(jìn)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。在自動化立體倉庫的倉儲作業(yè)中，調(diào)度策略是指：根據(jù)自動化立體倉庫的堆垛機(jī)分配策略所規(guī)定的堆垛機(jī)分配策略。美國的RUSSELL =max(X,Y)的概率密度問題應(yīng)用到多貨叉堆垛機(jī)的貨物存取優(yōu)化策略方面，以達(dá)到減少貨物的存取時間最短[21]。美國的CHARLES J MALMBROG對貨物的存取隊列的排序提出了基于泊松分布原理的方法[20]。大連理工大學(xué)的李梅娟的改進(jìn)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]。目前，自動化倉庫已經(jīng)進(jìn)入了智能儲運(yùn)技術(shù)階段[16]。1992年清華大學(xué)建成了我國第一個CIMS環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)工程物流系統(tǒng)，中科院沈陽自動化研究所開發(fā)研制了電磁導(dǎo)引自動車[15]。我國第一座自動化立體倉庫是于1974年在鄭州紡織機(jī)械廠建成的。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(jī)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)。當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)采用計算機(jī)控制和管理，不同的控制方式可以控制不同的自動化立體倉庫。完成貨物入庫前的分類、集中?？梢愿鶕?jù)具體的需要來選取合適的輸送線路。l 輸送系統(tǒng)。貨物在入庫前先在入庫臺等待巷道堆垛機(jī)的取貨入貨；貨物在出庫時先被巷道堆垛機(jī)從貨架上取出，通過輸送系統(tǒng)運(yùn)送到出庫站臺上等待運(yùn)出。一般兩排高層貨架之間一般留有1~，來充當(dāng)堆垛機(jī)的軌道，堆垛機(jī)在巷道內(nèi)作來回運(yùn)動，其運(yùn)行方式有直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，合起來可以有四個自由度，也有多達(dá)六個自由度[12,13]。l 堆垛機(jī)。一般由鋼鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)成儲存商品的單元格，單元格內(nèi)存放托盤貨物。自動化立體倉庫系統(tǒng)是由機(jī)械和電氣、強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。在飛速發(fā)展的科技信息時代，自動化立體倉庫能夠滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求以及物資的交流和倉儲的需要，是物流技術(shù)的一個很有意義的創(chuàng)新與改革。堆垛機(jī)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。類似于一個典型的TSP問題，立體倉庫中需進(jìn)行揀選作業(yè)的貨位可看作旅行商所要到達(dá)的城市。實(shí)踐表明，揀選作業(yè)可提高自動化立體倉庫的工作效率。其中表示的是城市到之間的距離，表示城市到之間的距離。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，其中X表示對城市的編號。反之，則稱為非對稱距離TSP。TSP可分為非對稱距離和對稱距離兩大類問題。對系統(tǒng)各模塊的功能，包括出、入庫，雕刻等進(jìn)行了詳細(xì)的說明，針對原系統(tǒng)的一些不足以及可進(jìn)一步開發(fā)的功能，提出了后續(xù)課題研究的重點(diǎn)。本文對上述管理功能模塊進(jìn)行了分析和設(shè)計。l 倉庫信息管理系統(tǒng)：在原系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)查詢打印報表的功能，只能夠?qū)崿F(xiàn)入/出庫操作過程中簡單的資料統(tǒng)計。實(shí)驗(yàn)仿真了不同的PID參數(shù)下的電流和速度圖形。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的精確定位和速度控制。l 堆垛機(jī)控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的核心。應(yīng)用遺傳算法、蟻群算法和模擬退火算法等現(xiàn)代優(yōu)化調(diào)度算法，編程實(shí)現(xiàn)，將程序生成的最優(yōu)路徑儲存為任務(wù)單。復(fù)雜作業(yè)可以一次完成多個連續(xù)的倉儲任務(wù)，節(jié)省時間，倉儲效率得到提高。l 倉儲作業(yè)：系統(tǒng)可以完成基本的單任務(wù)作業(yè)，如單任務(wù)入/出庫、移庫和調(diào)庫等功能，單任務(wù)作業(yè)一次只能完成一個倉儲任務(wù)，效率較低，消耗時間較多。本課題基于該綜合平臺，對堆垛機(jī)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(jìn)一步的研究和開發(fā)。 系統(tǒng)改進(jìn)方向高效率的控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率和倉儲的自動化水平，控制系統(tǒng)就相當(dāng)于FMS的大腦，其性能的好壞決定了FMS系統(tǒng)的優(yōu)劣。然后小車接受到PLC發(fā)來的信號沿鋪設(shè)好的路線行至倉庫后貨物。它由PLC上傳來的信號來控制啟停。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。它采用傳統(tǒng)的切削式加工方法進(jìn)行雕刻。 雕刻功能雕刻模塊的功能是控制雕刻機(jī)的雕刻，在模塊上面可以雕刻成用戶所需要的產(chǎn)品。運(yùn)行的時候需要借助于另外一個空貨位，先把一個貨位A的物品搬運(yùn)到空貨位B上面，然后再將另外一個貨位C上的貨物移至A上面。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(fèi)。 調(diào)庫功能調(diào)庫模塊可以實(shí)現(xiàn)倉庫中兩個不同貨位上物品的位置轉(zhuǎn)換。移庫操作基本都是發(fā)生在一個巷道內(nèi)。移庫操作適用于以下幾種情況：當(dāng)對存貨區(qū)域進(jìn)行整理時，由于空貨位太多，將貨物集中放置；對貨物進(jìn)行分類整理時，對貨物進(jìn)行生產(chǎn)日期篩選，生產(chǎn)日期早的貨物靠近出庫臺放置，以防物品過期，這個在現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常遇到。最后同樣的光電傳感器，采集信號來發(fā)出指令控制電機(jī)使得皮帶停止。取貨后堆垛機(jī)上的傳感器便可檢測到信號，然后堆垛機(jī)開始運(yùn)行，運(yùn)行至出庫臺后，將貨物放到出庫臺后，收回貨叉并收回。 出庫操作出庫操作和入庫操作的順序是相反的。堆垛機(jī)行至入庫臺，伸出貨叉，將托盤托起后收回?？刂平K端通過總線把信號傳遞給主控PLC控制電機(jī)運(yùn)動，最終控制傳送帶的運(yùn)行[7]。從圖中可以看出系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，下面作詳細(xì)介紹。l 控制PC，這個是雕刻機(jī)所有指令的下達(dá)中心，它包含控制雕刻機(jī)的軟件以及雕刻的圖形和文字等等，負(fù)責(zé)對雕刻機(jī)進(jìn)行控制。l 自動控制柜，可以完成對雕刻機(jī)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。雕刻機(jī)通過計算機(jī)來進(jìn)行控制，其硬件包括以下部分：l 雕刻機(jī)主機(jī)，雕刻機(jī)是該系統(tǒng)的重要部分，雕刻機(jī)上面安裝的刀具可以對產(chǎn)品完成圖形雕刻的功能。也可作為開放式數(shù)控設(shè)備平臺使用。 上下料機(jī)械臂該系統(tǒng)的機(jī)械手臂為兩自由度的機(jī)械手臂，可以實(shí)現(xiàn)在輸送線進(jìn)行出庫入庫操作時對特定產(chǎn)品的抓取操作。AGV具有三色聲光報警功能，它在運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)。 AGV輸送系統(tǒng)自動導(dǎo)引車輛(Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)是一種無人操縱的自動化運(yùn)輸設(shè)備，它能承載一定的重量在出發(fā)地和目的地之間進(jìn)行自主駕駛、自動運(yùn)行，是自動化物流運(yùn)輸系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)的核心裝置[6]。本系統(tǒng)中的皮帶在線安裝了3個歐姆龍光電感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)托盤經(jīng)過這些開關(guān)的時候，光電感應(yīng)開關(guān)可以檢測到信號，并反饋給系統(tǒng)，然后根據(jù)中央控制計算機(jī)設(shè)定的虛擬工位停留的時間控制皮帶線停下。皮帶輸送線主要以普通布帶、膠布帶、尼龍平膠帶、PVC(防靜電)輸送帶和防靜電尼龍基網(wǎng)帶為輸送介質(zhì)媒體，一般用于電子產(chǎn)品或其它小型產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、送料等生產(chǎn)工藝需求。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(jī)器人運(yùn)行邏輯控制，可以按要求添加按位或者檢測行程開關(guān)等。輸送線的控制方式為“PLC+電機(jī)減速控制”。Z方向采用三級貨叉伸出形式，貨叉可以上升或下降，來實(shí)現(xiàn)雙向取出或放置貨物。X方向采用齒輪齒條傳動形式，配以行星齒輪減速器，使用750W交流伺服電機(jī)驅(qū)動。堆垛機(jī)內(nèi)置的運(yùn)動控制器可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制軸的多軸協(xié)調(diào)控制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于“PLC+變頻器控制”的方式。堆垛機(jī)的特性：l 安全性：硬件限位、軟件限位和碰撞緩沖擋塊三層保護(hù)保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。運(yùn)行起升機(jī)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)編碼器和光電定位伸叉。堆垛機(jī)具有三大機(jī)構(gòu)：運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)。專用的運(yùn)動控制器的核心是高性能的DSP和FPGA技術(shù)，核心的控制部件為固高公司研制的精密嵌入式四軸運(yùn)動控制器。自動化立體倉庫倉位編碼規(guī)定：從左到右，從下到上。 FMS系統(tǒng)平面布局示意圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件介紹 自動化立體倉庫自動化立體倉庫由機(jī)械、電氣、控制和管理系統(tǒng)等組成，它涵蓋了運(yùn)動控制技術(shù)、PLC控制技術(shù)、檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代物流技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)制造自動化和物流自動化系統(tǒng)的必備子系統(tǒng)。該系統(tǒng)集光、機(jī)、電、氣以及計算機(jī)信息技術(shù)為一體，具可開發(fā)性。2 固高FMS介紹及系統(tǒng)改進(jìn)方向目前，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)無法滿足社會對畢業(yè)生在知識的廣度和深度方面的要求。第六章 總結(jié)與展望。第五章 FMS的綜合運(yùn)行。針對原系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理過于簡單的問題，設(shè)計了ACCESS數(shù)據(jù)庫，增加了查詢打印報表功能。第四章 FMS主要功能模塊的設(shè)計。基于TSP（Traveling Salesman Problem）模型，利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了上述三種調(diào)度算法仿真。第三章 立體倉庫調(diào)度算法的研究。第二章 固高FMS介紹及系統(tǒng)改進(jìn)方向。本文共分為六章，結(jié)構(gòu)安排如下：第一章 緒論。本文主要基于原設(shè)備硬件系統(tǒng)，對部分控制模塊和系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行研究和改進(jìn)設(shè)計，具體包括堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、立體倉庫調(diào)度算法、作業(yè)管理系統(tǒng)等。一個好的FMS控制系統(tǒng)需要綜合多種先進(jìn)的計算機(jī)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。 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)先進(jìn)的FMS系統(tǒng)可以加速資金周轉(zhuǎn)，自動化管理物流，降低勞動強(qiáng)度。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，這些數(shù)據(jù)相互聯(lián)系，包括數(shù)據(jù)聯(lián)系、決策聯(lián)系和組織聯(lián)系等。柔性制造系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)模型可以分為五層[1]：l 計劃層：包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、庫存管理和生產(chǎn)計劃等，屬于工廠一級；l 管理層：包括作業(yè)計劃、在制品及毛坯管理、工具管理和工藝系統(tǒng)分析等，這是屬于車間和系統(tǒng)的管理級；l 單元層：包括分布式數(shù)控、運(yùn)輸系統(tǒng)和加工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)采集和工況等，這是系統(tǒng)控制級；l 設(shè)備控制層：指設(shè)備的控制級，主要包括各機(jī)器人控制、機(jī)床數(shù)控、倉儲控制和運(yùn)輸?shù)?；l 動作執(zhí)行層：通過伺服系統(tǒng)的控制命令來控制機(jī)械運(yùn)動，或者是通過傳感器采集到的信號來控制數(shù)據(jù)等。FMS是一類復(fù)雜的實(shí)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)。物流系統(tǒng)：物流系統(tǒng)是柔性制造系