[发明专利]基于跨层穿梭车系统的任务排序优化方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于跨层穿梭车系统的任务排序优化方法及系统，包括：对单时间窗内所有订单任务建立以订单拣选总时间最小为目标函数的混合整数规划模型，通过分析订单与设备之间的相互关系加入多个约束条件，并利用Gurobi线性规划求解器对该混合整数规划模型进行求解，获得该时间窗内订单任务的最优出库顺序与最短的订单任务完成时间。本发明为跨层穿梭车系统的任务排序优化研究提供了新的思路，为提高系统效率提供决策支持。

主权项

1.基于跨层穿梭车系统的任务排序优化方法，其特征在于，包括：确定提升机及穿梭车的运动规律以及提升机和穿梭车作业过程的各项服务时间；分别提取存储货架的层数、单个货位的高度、每排存储货架的列数、单个货位的宽度、穿梭车的最大水平速度和加速度、提升机的最大垂直速度和加速度、穿梭车的取货或者放货时间、提升机取穿梭车或放穿梭车的时间、穿梭车数量信息参数以及求解规模常量、出库任务订单、出库任务详细信息参数数据，建立多层穿梭车自动仓储系统的数学模型；对单时间窗内所有订单任务，建立以订单拣选总时间最小为目标函数的混合整数规划模型；利用Gurobi线性规划求解器对该混合整数规划模型进行求解，获得该时间窗内订单任务的最优出库顺序与最短的订单任务完成时间；所述的确定提升机及穿梭车的运动规律，具体为：假设提升机目前在第i层，根据单层货架的高度，确定提升机垂直方向运行的距离；考虑提升机的加速度和减速度，确定提升机的运行时间；提升机从目前的位置第i层再次到出库货物所在层第j层取载有货物的穿梭车，求取提升机的垂直运行距离和运行时间；穿梭车从出库货物所在层的第一列水平运行至出库货物所在列取货并返回第一列等待提升机，假设出库货物在第q列，根据单个货架的宽度，求取穿梭车的水平运行距离；考虑穿梭车的加速度和减速度，确定穿梭车垂直方向的运行时间；为了求得一个时间窗内出库订单完成的最小总时间，需要满足六类约束，分别是：(1)每个出库订单任务对应的货位位置和取货次序都是唯一的，每个订单对应的穿梭车编号唯一，每个出库订单任务都会申请两次提升机的调度，一次是申请运输空载穿梭车，一次是申请运输载货穿梭车；具体为其中，表示第m个提升机任务是否为第i层的出库订单任务要求运输载货穿梭车，如果是，取值为1，否则为0；表示第m个提升机任务是否为第i层的出库订单任务要求运输空穿梭车，如果是，取值为1，否则为0；C表示每排存储货架的列数；S_i表示第i层货架上的出库订单数量；x_isq表示第i层的第s个出库订单任务是否在第q列上，如果是，取1，否则，取0；H表示穿梭车数量；T_h表示第h台穿梭车的任务数量；θ_ht表示是否为穿梭车h的第t个任务，如果是，则取1，不是，取0；β_tis表示某个穿梭车的第t个任务是否为i层的第s个订单任务，如果是，则取1，不是，取0；O表示出库订单数量；(2)每个提升机任务之间的约束应满足以下几点：因为同一个订单会请求两次提升机，假如第一次请求运输空载穿梭车为提升机的第m个任务，第二次请求运输载货穿梭车为提升机的第n个任务，提升机第n个任务开始的时间大于或等于第m个任务开始的时间加提升机将空穿梭车运送至货物所在层卸载再运行至第一层的时间；s∈1,2,...,S_i,i∈2,3,...,N,m∈1,2,...,M‑1,n∈2,3,...,M其中，t_m表示提升机第m个任务的开始时间；表示提升机从第一层取空穿梭车并将其运输到第i层卸载所用的时间；L_ms表示第m个提升机任务是否为某一层的第s个出库订单任务，如果是，取值为1，如果不是，取值为0；D表示求解规模常量；如果提升机的第m个任务和第m‑1个任务都为取载货穿梭车，提升机第m个任务响应的订单任务在第j层，第m‑1个任务响应的订单任务在第i层，提升机第m个任务开始的时间大于或等于提升机第m‑1个任务开始的时间加提升机将载货穿梭车从第i层运送至第一层卸载后又返回第j层所需时间；其中，表示提升机从第i层取载货穿梭车运行至第一层卸载，再运行至第j层的时间；假如提升机的第m个任务为取载货穿梭车，出库订单任务在第j层，第m‑1个任务为取空载穿梭车，出库订单任务在第i层，提升机第m个任务开始的时间大于或等于提升机第m‑1个任务开始的时间加提升机将空穿梭车从第一层运送至第i层卸载后又运行至第j层所需时间；其中，表示提升机从第一层取空穿梭车运输到第i层并卸载，再运行至第j层的时间；假如提升机的第m个任务为取空穿梭车，出库订单任务在第j层，第m‑1个任务为取载货穿梭车，出库订单任务在第i层，那么提升机第m个任务开始的时间大于或等于提升机第m‑1个任务开始的时间加提升机将载货穿梭车从第i层运送至第一层卸载所需时间；假如提升机的第m个任务和第m‑1个任务都为取空穿梭车，第m个任务的订单任务在第j层，第m‑1个任务的订单任务在第i层，提升机第m个任务开始的时间大于提升机第m‑1个任务开始的时间加提升机将空载穿梭车从第一层运送至第i层卸载后再运行至第一层的时间；其中，表示提升机从第一层取空穿梭车到第i层卸载，再运行至第一层的时间；(3)每层每个出库订单任务之间的约束条件应满足以下几点：第i层第s个订单任务开始的时间大于或等于提升机放下该层的第s‑1个任务的载货穿梭车的时间；SS_is≥F_i，s‑1‑T_shuttle,i∈2,3,...,N,s∈2,3,...,S_i其中，SS_is表示第i层第s个订单任务开始时间；F_is表示第i层第s个订单任务的结束时间第i层第s个订单任务结束的时间应该大于或等于穿梭车取完货在该层第一列等待提升机的时间加提升机将载货穿梭车从第i层运送至第一层并卸载的时间加穿梭车卸货的时间；其中，r_is表示穿梭车取完货在该层第一列等待提升机的时间；(4)提升机与订单出库任务之间约束条件应满足以下几点：提升机第m个任务是取第i层第s个订单任务的载货穿梭车，提升机第m个任务开始时间大于或等于穿梭车在该层水平取完货物后等待提升机的时间；提升机第m个任务是取第i层第s个订单任务的空穿梭车，那么该订单任务开始的时间等于提升机第m个任务开始时间；(5)每个穿梭车任务之间约束条件应满足以下几点：第一个穿梭车执行第一个出库订单任务，所以第一个穿梭车开始时间为0；第二个穿梭车第一个任务开始时间小于第一个穿梭车开始时间加提升机将第一个穿梭车运行至出库层卸载再返回第一层的时间和；第h台穿梭车第一个任务开始时间与第h‑1台穿梭车任务开始时间的关系同上；i∈2,3,...,N,h∈2,3,...,H,s∈1,2,...,S_i其中，B_ht表示穿梭车h第t个任务开始时间；θ_ht表示是否为穿梭车h的第t个任务，如果是，则取1，不是，取0；β_tis表示某个穿梭车的第t个任务是否为i层的第s个订单任务，如果是，则取1，不是，取0；穿梭车h的第t个任务开始的时间大于或等于第t‑1个任务开始的时间与提升机取空穿梭车运行时间以及取载货穿梭车运行时间和穿梭车的取放货的时间；h∈1,2,...,H,i∈2,3,...,N,t∈2,3,...,T_h,s∈1,2,...,S_i,q∈Q_i(6)分析穿梭车任务与出库订单之间的联系，建立约束条件如下：如果穿梭车h的第t个任务是第i层的第s个订单任务，那么该穿梭车开始的时间为该订单任务开始的时间，穿梭车取完货物等待提升机的时间大于穿梭车开始该任务的时间与提升机将该穿梭车从第一层运送到第i的时间与穿梭车取完货物时间的总和。