JP4231647B2 - 通行量に基づく動的経路算出法 - Google Patents

Description

【０００１】
［関連出願の相互参照］
出願人は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ１１９条（ｅ）により、米国予備出願６０／１４２，２２７号、出願１９９９年７月２日、名称 「動的経路算出法」に対する優先権を請求する。
【０００２】
[連邦補助研究又は開発に関する申告]
受領せず
【０００３】
[発明の背景]

【０００４】
製造現場又は倉庫において、製品の運搬又は取扱のため、しばしば電動車両が使用される。このような車両はその無排気と低騒音のためこのような環境に好ましい。このような車両は固定軌条又は軌道に沿って運転されることが多く、所定の経路に沿って精密な制御が可能となっている。
【０００５】
特に、施設の各種作業現場間で物資を移動するためコンピュータ制御物資運搬システムが知られている。このようなシステムは、例えば、半導体製造施設内で半導体ウェハを次々の作業現場に移動するため採用される。
【０００６】
このようなウェハ運搬システムにおいては、作業現場を通ってモノレール軌道が敷設され、複数の電気車両が、次々の作業現場にウェハを引き渡し、必要処理作業完了後そこからウェハを回収するため、軌道上に取り付けられそれに沿って動かすことが出来るようになっている。軌道は、相互接続された軌道区画から構成され、これらが軌道に沿って複数の経路を作成する。
【０００７】
一般的にノードは、車両が停止して、荷積み、荷卸しをし又は方向転換をする場所である。このように、ノードは車両が通過しなければならない作業現場又は、一つ以上の軌道の交叉点であって車両が方向転換をする場所となる。
【０００８】
軌道上の車両は、二つのモード−連結又は半独立−で運転することが出来る。連結運転においては、中央制御装置、通常はコンピュータが、車両に目的地を割当て、車両が作業現場にいないときであっても、全システムの作動を監視する。
【０００９】
過去には、中央制御装置が、一般的には目的ノードから最短距離にある車両を見出そうとする静的経路決定算法に基づいて車両に経路を割り当てた。この距離には、車両が目的ノードに至る経路上で通過しなければならない各ノードに関する「ノード横断値」と呼ばれる静的ペナルティが含まれている。しかし、静的経路決定算法は、物資運搬システム内に存在することのある交通渋滞及びその他装置に起因する遅延のような危急事態に対応することが出来ない。
【００１０】
加えて、多くのコンピュータ制御物資運搬システムは少なくとも二つのレベル又はゾーンを有する。これら異なるレベル又はゾーンは、その間で車両を移動する能力に限界があることが多い。例えば、２レベルのシステムにおいて二つのレベルは、単一垂直スイッチを用いて接続されるが、これはその高さと速度のため、交通渋滞領域を生じることがある。
【００１１】
したがって、物資運搬システム内の危急事態への対応能力があり、異なるレベル又はゾーンの間の車両通行量を最小にする動的経路決定算法を用いて車両経路を計算出来ることが好ましい。
【００１２】
[発明の概要]

【００１３】
本発明にしたがって、通行量パラメータを使用する物資運搬経路動的決定のための方法及びシステムを開示する。
【００１４】
特定ノードに物資運搬車両を割当てることをコントローラに命令すると、そのコントローラは特定ノードに物理的に最近の物資運搬車両を選択する。コントローラは物資運搬車両の初期ノードと目的ノードとの間の可能な経路を同定する。コントローラはメトリック関数にしたがって各同定経路内の各ノードを解析し、最小メトリック関数を有する経路をその物資運搬車両のため選択する。メトリック関数には、ノード間距離パラメータ、ノード横断パラメータ、及び経路内各ノードにおいて待ち行列にいる物資運搬車両数（この発明において、「車両の待ち行列の大きさ」という）などをはじめとする物資運搬システム内各ノードに関連するデータが含まれる。メトリック関数（「距離関数」ともいう）は
【数４】

である。
【００１５】
[発明の詳細な説明]

【００１６】
所与のメトリック関数にしたがって複数の経路から最適経路を選択するための本発明にしたがう方法を開示する。図１は、１０個のノードが軌道１２２により相互接続された物資運搬システム（ＭＴＳ）の例示幾何学的配置を示す。図１に示すように、例えばノード１０４はノード１０２、１０６、及び１１８に接続されている。また図１に示すように、物資を一つのノードから回収し又は物資を別のノードに移送するに当たり使用される物資輸送車両（ＭＴＶ）は複数の経路を利用出来る。例えばノード１０２からノード１２０に行くため可能な経路の幾つかは、ノード１０２−１０４−１１８−１２０、ノード１０２−１０４−１０６−１１６−１１８−１２０、ノード１０２−１０４−１０６−１０８−１１２−１１６−１１８−１２０である。
【００１７】
ここで使用するとき「初期ノード」位置は、「目的ノード」と呼ばれる別のノードへの進行を命令される前のＭＴＶの位置である。上述の例において、初期ノードはノード１０２で、目的ノードは１２０である。図１に示す幾何学的位置配置は、説明目的だけのための勝手な配置であって、何らの制限的意味合いもない。
【００１８】
図５に示すように、ＭＴＳ内の物資移動を組織する物資制御システム（ＭＣＳ）はＭＴＶに特定の目的ノードを与えることをコントローラ５０２に指示することが出来る。コントローラ５０２は、手空きＭＴＶを選択してそのＭＴＶをＭＣＳ５０４の選んだ特定の目的ノードに移動することが出来る。以下に詳細を説明するように、好適実施例においてコントローラ５０２は、特定ノードに最も近いＭＴＶを選択し次いで使用しようとするＭＴＶにとり最適の経路を決定する。加えて、ＭＴＳは複数のノード・コントローラ５０８，５１０，５１２，及び５１４を含む。四つのコントローラだけを示したが、個々のノード毎に対応する個々のノード・コントローラがあることは理解される筈である。これらのノード・コントローラは、コントローラ５０２の監督の下で、それらが関係するノードを通るＭＴＶ通行の制御を担当する。ＭＴＶがノード・コントローラの入口ステーション（示さず）に接近すると、そのノード・コントローラはＭＴＶに減速、停止、又は前進の命令を出す。加えて、ノード・コントローラは、各ＭＴＶからデータを受け取る。このデータは、少なくともＭＴＶを識別するものである。次いでノード・コントローラは、このＭＴＶの識別情報をコントローラ５０２に送る。このようにして、コントローラ５０２は、ＭＴＳ内のＭＴＶ位置を確認し記憶する。各ＭＴＶがノードの出口ステーション（示さず）を出ると、ＭＴＶは、ノードが空いたことを示す信号をノード・コントローラに与える。ＭＴＳはまた、コントローラ５０２に結合され、ＭＴＳの幾何学的配置及び各ノードに関連するその他のデータを記憶するデータベース５０６を含む。
【００１９】
データベース５０６に記憶されたＭＴＳの幾何学的配置を用いて、コントローラ５０２は初期ノードと目的ノードとの間でＭＴＶが採り得る複数の経路を同定する。コントローラが同定した複数の経路それぞれについて、コントローラはその経路に含まれるノードを同定し、それらのノードを初期ノードから始まって目的ノードで終わるＭＴＶの通過順に並べる。複数の経路それぞれについて並べられたこのリストを所定のメトリック関数にしたがって解析する。コントローラ５０２は、同定した経路の中で最小の所定メトリック関数値を有する経路を選択する。
【００２０】
所定メトリック関数は、初期ノードと目的ノードとの間の経路の幾つかの側面を、定性及び定量する設計となっている。このメトリック関数を使用して、他の同定経路に対する特定経路の質を示す値を計算する。メトリック関数があらわす質は物理的パラメータに基づかなくとも構わない。このようにメトリック関数は、距離、時間又は消費電力のようなパラメータを特定経路の質の目安として用いることも用いないこともある。
【００２１】
上述のように、データベース５０６はまた、各ノードに対応して、メトリック関数にパラメータとして使用することの出来るデータをも含む。図２に示すように、データベース５０６に記憶することの出来る表２００は、初期ノードフィールド２０６、目的ノードフィールド２０４及びノード間距離フィールド２０２を含む。図２に示すのは、図１のネットワーク配置に相当する例示データである。例えば、初期ノード１０４から目的ノード１０２までのノード間距離は１００である。
【００２２】
図３に示すように、データベース５０６にはまた、ＭＴＶ内の各ノードに対応する横断値データを含ませることが出来る。横断値データとは、特定経路についてメトリック関数値を計算するに当たってメトリック関数内のパラメータとして使用される無単位のデータである。横断値は、ノードを横断するに必要な時間、ＭＴＶがノードを横断するに要する時間内の移動距離、又はその他適切なユーザー選択の基準をあらわす。
【００２３】
一実施例において、メトリック関数は二つのノードの間の距離の目安である。この実施例においては、コントローラはその距離を積算する。距離とはこれ以後、コントローラが同定した連続ノード対の間の「ノード間距離」を意味する。例えば、経路が１０２−１０４−１０６−１０８−１１０であるとき、距離は（１０２−１０４のノード間距離）＋（１０４−１０６のノード間距離）＋（１０６−１０８のノード間距離）＋（１０８−１１０のノード間距離）となる。これは１０２と１１０との間の各経路について繰り返される。しかし、前述のように、これは静的距離であって、ＭＴＳ内の危急事態には対応出来ない。
【００２４】
別の実施例において、メトリック関数はまた前述のノード横断値をも含む。この実施例において、ノード横断値は使用される各ノードの間の時間又は距離なので、メトリック関数値は経路の物理的側面の相似物ではない。各ＭＴＶは定速で移動し、各ＭＴＶはほぼ同一速度で移動するので、ノード間距離とノード横断値を、距離方程式のため選ぶことは適切である。このように、メトリックはシステムを記述する無単位の量となり、適切なメトリック方程式は、Ｍを経路に関するメトリック関数値、Ｎを経路上のノード数、Ｌ_ｉをノードｉからｉ＋１までのノード間距離、Ｄ_ｉをノードｉに関する横断値とすると、
【００２５】
【数５】

となる。
【００２６】
一好適実施例において、メトリック関数は、通行量又は特定ノードにおける渋滞による遅延のため惹起されたＭＴＳ内の危急事態をあらわすパラメータをも含む。特定ノードにおける渋滞は、そのノードを通るＭＴＶの運動に不利な影響を与える。したがって、各ノードにおける通行渋滞を考慮に入れるメトリック関数は、いっそう正確なメトリック関数を生じる。
【００２７】
前述のように、コントローラ５０２は各ＭＴＶについての位置データをノード・コントローラから受け取る。コントローラ５０２はこの位置データを用いて、現在各ノードの待ち行列空間で待機中のＭＴＶ数を識別する。複数のＭＴＶがそのノード関連の待ち行列空間に並んでいる特定ノードは、そのノードを通過するすべての経路のメトリック値を増加する。このように、そのノードを通過するすべての経路についてメトリックをいっそう正確に計算するには、待ち行列データを用いなければならない。この特定の実施例においては、Ｍを経路に関するメトリック関数値、Ｎを経路上のノード数、Ｌ_ｉをノードｉからｉ＋１までのノード間距離、Ｄ_ｉをノードｉに関する横断値、Ｖ_ｉを現在ノードｉ関連の待ち行列空間にいる車両数、すなわち、車両の待ち行列の大きさとすると、メトリック関数は、
【数６】

である。
【００２８】
一実施例においては、ＭＴＶがその経路を移動し中間ノードを通過するとき、選択された経路は更新されない。好適実施例においては、回転型又は垂直スイッチのような複数出口を有する各中間ノードにおいて、現在通行状態及びノード待ち行列状態に基づいて、コントローラが新経路を選択する。
【００２９】
この実施例においてコントローラは、その中間ノードにおいて、中間ノードと目的ノードとの間で可能なＭＴＶ経路すべてを判定し、各経路についてメトリック関数を計算して最小メトリック計算値を有する経路を選択する。
【００３０】
したがって、特定ノードにＭＴＶを割り当てる命令を、コントローラ５０２がＭＣＳ５０４から受けたとき、コントローラ５０２は、図４に示す方法の各ステップを実行する操作をする。コントローラは、ステップ４０２に示すように特定ノードに物理的に最も近いＭＴＶを選ぶ。代わりに、コントローラは利用出来るすべてのＭＴＶのうち最小メトリック関数を有するＭＴＶを選んでもよい。コントローラは、ステップ４０４に示すように、初期ノードと目的ノードとの間で可能なすべての経路を同定する。コントローラは、ステップ４０６に示すように、同定経路それぞれについてメトリック関数値を計算する。コントローラは、ステップ４０６に示すように、そのＭＴＶが初期ノードと目的ノードとの間で移動すべき経路を、選んだメトリック関数に基づいて最小メトリック関数計算値を有する経路として、選定する。
【００３１】
前述の最小メトリック関数を有するＭＴＶに基づくＭＴＶ割当に加えて、別の割当基準を適用してもよい。前述のように、ウェハ加工工場は複数のレベル又はゾーンを有しており、ここでは二つのレベル又はゾーンの間でＭＴＶを移動させる能力が制限され、領域内で移動するより多くの時間を消費する。したがって、レベル又はゾーンの間のＭＴＶ移動数を少なくすることが、システムの時間及び待ち時間を小さくする。ＭＴＶ割当に適用される一つの経験則は、一つのゾーン又はレベルの中でＭＴＶが手空きになったときそのレベル又はゾーンの中に未充足移動任務の待ち行列がある時は、その手空きＭＴＶに違うゾーン又はレベルの移動任務を割り当てないことである。
【００３２】
当業者は、ここに述べた機能実行の操作をするコンピュータプログラムが、これらには限らないが、（ａ）コンピュータＩ／Ｏ付属装置を用いて読取可能のROM又はＣＤ−ＲＯＭディスクのようなコンピュータ内の読取不能記憶媒体（例えば、読取専用記憶装置）装置に永久記憶された情報、（ｂ）読取可能記憶媒体（例えば、フロッピイ・ディスク、テープ、読取書込光媒体及びハードドライブ）に記憶済みの情報又は、（ｃ）例えば、コンピュータ同志又はモデモを通じる電話回線のような基本帯域又は広帯域信号技術を用いる通信媒体を通じて、コンピュータに移された情報、などを含む色々な形でコントローラ５０２に引き渡すことが出来ることを容易に理解するであろう。代わりに、ここで記述した機能の全部又は一部を、アプリケーション固有集積回路（ＡＳＩＣ）、ステート・マシン、プログラム済み論理素子、コントローラ又はその他のハードウエア部品又はその他の素子、若しくはハードウエア部品とソフトウエア処理の組合せ、のようなハードウエア部品を用いて、ここに述べた創造的概念から逸脱することなく、埋め込むこともできる。
【００３３】
当業者はさらに、通行量に基づくパラメータに基づくＭＴＶの動的経路決定のための上述の方法と装置に対する変更と修正が、ここに述べた創造的概念から逸脱することなく、実行できることを理解するであろう。したがって、本発明は付属請求項の範囲精神によってのみ限定されるものと見られるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、付属図面との関連でおこなう以下の詳細な説明から完全に理解されるであろう。
【図１】例示物資運搬システムの幾何学的配置模式図である。
【図２】例示出力距離データを含む表である。
【図３】例示ノード横断データを含む表である。
【図４】物資運搬車両経路動的決定のための例示作動方法を示す流れ図である。
【図５】本発明に合致する方法で作動し得る通行量に基づく動的経路決定システムのブロック図である。

Claims (6)

1. 物資運搬システム内の初期位置から少なくとも一つの中間ノードを通過して目的位置まで物資を運搬する車両のための複数の車両経路のうち一つを選択するための方法であって、
   （ａ）複数の車両経路の各々について、各中間ノードと中間ノードの順序とを決定するステップと、
   （ｂ）複数の車両経路の各々に対する各連続ノード対について、所定の距離出力を受け取るステップと、
   （ｃ）複数の車両経路の各々に対する各ノードについて、所定のノード横断値を受け取るステップと、
   （ｄ）複数の車両経路の各々について、各ノードにおける車両の待ち行列の大きさを受け取るステップと、
   （ｅ）複数の車両経路の各々における各連続ノード対に対する所定の距離出力と、複数の車両経路の各々における各ノードに対する所定のノード横断値との組合せについて、複数の車両経路の各々に対するメトリック関数値を決定するステップと、
   （ｆ）前記複数の車両経路のうちの最小のメトリック関数値を有する車両経路を選択するステップと
   の各ステップを含む方法。
2. Ｍをメトリック関数値、Ｌ_ｉをノードｉからノードｉ＋１までのノード間の距離、Ｄ_ｉをノードｉに対するノード横断値、Ｖ_ｉをノードｉに関連づけられた行列における現在の車両数、Ｎをメトリック関数が評価されている車両経路上のノードの数として、メトリック関数値を決定するステップが、方程式
   

   

   を用いて、メトリック関数値を決定することを含む請求項１に記載の方法。
3. （ｇ）物資運搬車両が位置づけられている第一のゾーンを識別するステップと、
   （ｈ）目的ノードが位置づけられている第二のゾーンを識別するステップと、
   （ｉ）物資運搬車両と目的ノードとが同一のゾーン内になく、第一のゾーン内に少なくとも一つの未充足の移動要求を識別した場合に、移動要求を充たすために、第二のゾーン内で第二の物資運搬車両を識別するステップと
   の各ステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. （ｊ）車両を中間ノードに移動するステップと、
   （ｋ）前記（ａ）から前記（ｆ）までのステップを繰り返すことによって、新たな車両経路を選択するステップと
   の各ステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 複数のノードを有する物資運搬システム・ネットワーク内の物資運搬車両の経路を動的に決定するためのシステムであって、
   コントローラと、
   物資運搬システム・ネットワークを記述する複数の幾何学的データを含む第一のデータベースであってコントローラに接続されているものと、
   物資運搬システム・ネットワーク内の連続ノード対の各々に対するノード間の距離値を含む第二のデータベースであってコントローラに接続されているものと、
   物資運搬システム・ネットワーク内の各ノードに対するノード横断値を含む第三のデータベースであってコントローラに接続されているものと、
   複数のノード・コントローラであって、各ノード・コントローラが対応するノードに関係付けられており、複数のノード・コントローラの各々がコントローラに連結されており、対応するノードにおける物資運搬車両の数を表す待ち行列の大きさ供給するように動作するものと、
   前記コントローラが、
   複数の経路の各々について、各中間ノードと、中間ノードの順序とを決定する動作と、
   複数の経路の各々における各連続するノード対について、前記第二のデータベースに記憶されている対応するノード間の距離を読み取る動作と、
   複数の経路の各々における各ノードについて、前記第三のデータベースに記憶されたノード横断値を読み取る動作と、
   複数の経路の各々における各ノードについて、対応するノード・コントローラから各ノードにおける車両の待ち行列の大きさを受け取る動作と、
   複数の経路の各々における各連続するノード対に対するノード間の距離と、複数の経路の各々における各ノードに対する横断値と、各ノードにおける車両の待ち行列の大きさとを含むパラメータを有する複数の経路の各々について、メトリック関数値を決定する動作と、
   前記複数の車両経路のうちの最小のメトリック関数値を有する車両経路を選択する動作と
   の各動作を制御するシステム。
6. Ｍをメトリック関数値、Ｌ_ｉをノードｉからノードｉ＋１までのノード間の距離、Ｄ_ｉをノードｉに対するノード横断値、Ｖ_ｉをノードｉに関連づけられた行列における現在の車両数、Ｎをメトリック関数が評価されている経路上のノードの数として、メトリック関数値が、
   

   

   である請求項５に記載のシステム。

Images