CN106687395A - 用于材料输送的动态速率匹配 - Google Patents

Abstract

一种在材料输送系统中供应工作单元的方法和装置，包括：在材料处理站处的预期的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元的实际测量。执行反馈控制算法来建立在材料处理站处的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元与材料处理站处的工作单元的设定点之间的误差。反馈控制算法还确定应当被供应至材料处理站的单元的预期量作为误差的函数。当被供应至特定处理站的工作单元的实际量小于应当被供应至该处理站的工作单元的量时，反馈控制算法使得从库存仓对该处理站释放工作单元。

Description

用于材料输送的动态速率匹配

技术领域

本发明针对一种材料输送系统以及在这种材料输送过程中供应工作单元的方法。虽然本发明被图示为用在订单履行系统中，但是其还具有其他应用。

背景技术

在特定的订单履行系统中，容纳库存物品的工作单元(诸如库存容器)被供应至处理站(诸如货到人(goods-to-person，GTP)站)以由操作员分拣至运输容器中。运输容器可以代表独立订单或过渡容器，所述过渡容器被发送以进一步处理，诸如在放置墙(putwall)处用于组织成独立订单。库存容器在仓库管理系统下从库存仓来供应，诸如自动化仓库系统。库存容器传送系统将容器运输至分拣器，所述分拣器将库存容器分拣至独立处理站。在每个处理站处，容器被允许聚集在缓冲区或聚集区以允许独立操作员按照自己的速度工作。然而，当处理站处的缓冲区不能接收额外容器时，容器在将容器供应至处理站的分拣器中再次循环。如果足够的容器被过量供应，则分拣器被为较慢操作员准备的容器的再循环填满，因此阻碍容器被供应至较快操作员，所述较快操作员在其站点处没有足够的库存容器来处理。因此，该系统陷入僵局而必须以较慢速度运行来适应较慢操作员。同时，较快操作员空闲。

发明内容

本发明提供了一种材料输送系统和速率匹配过程，其允许处理站的操作员以各种各样的速率来操作，而不会使系统停滞。以这种方式，在各种情况和/或人员组成下实现最大吞吐量，而不需要在系统中建立额外的容量。

根据本发明的一个方面，一种用于在材料输送过程中供应工作单元的方法和装置包括：在材料处理站处的预期的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元的实际测量。执行反馈控制算法以建立在材料处理站处的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元与材料处理站处的工作单元的设定点之间的误差。反馈控制算法还确定应当被供应给材料处理站的单元的预期量作为误差的函数。当被供应给处理站的工作单元的实际数量小于应当被供应给该处理站的工作单元的数量时，反馈控制算法使得从库存仓对特定处理站释放工作单元。

应当被供应给材料处理站的工作单元的预期量可以是预期去往该材料处理站的在途的工作单位的数量，而被供应给该材料处理站的工作单元的实际量可以是去往该材料处理站在途的工作单元的实际数量。

可以根据在供应的实际工作单元是否在特定范围之外来动态调节设定点。可以根据特定时间间隔来重复地执行反馈控制算法。反馈控制算法可以将误差值对每个时间间隔的积分与每个误差的缩放值组合。误差值的积分可以对正误差值给出比对负误差值更大的权重。正误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的设定点大于在该处理站处或在处理站附近的库存容器的实际数量的一种值，以及其中，负误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的实际数量大于在该处理站处或在处理站附近的库存容器的设定点的一种值。误差值的积分可以被限制到值的范围，以便限制误差值的积分的饱和。

根据本发明的一个方面，一种在订单履行系统中将库存容器从库存仓供应至多个处理站的方法和装置包括计算机系统，所述计算机系统被编程以针对每个处理站建立预期处在特定站的库存容器的设定点以及针对每个处理站确定在所述处理站处的库存容器的实际测量。计算机系统被编程以对每个处理站执行反馈控制算法，来建立针对特定处理站的设定点以及在所述材料处理站处的库存容器与针对处理站的库存容器的设定点之间的误差。反馈控制算法进一步确定应当去往处理站的在途的库存容器的预期数量作为误差的函数，以及如果去往该处理站在途的实际数量小于应当去往该处理站的在途的库存容器的预期数量，则使从库存仓对该处理站递送库存容器。

材料输送系统具有将库存容器从库存仓传送到处理站的传送系统，以及其中，应当去往处理站的在途的库存容器的预期数量也是传送系统的操作的函数。

如果处理站处的库存容器的实际数量小于最小数量，则可以增加针对该处理站的设定点，如果处理站处的库存容器的实际数量大于最大数量，则可以减小针对该处理站的设定点。所述增加和所述减小可以与所述材料输送系统的时基成比例。反馈控制算法可以是双环路反馈控制算法，其中，所述双环路中的一个环路控制在处理站处的库存容器的数量，而所述双环路中的另一个环路作为整体系统操作的函数而影响所述双环路中的所述一个环路的操作。

处理站中的每个可以具有库存容器缓冲区，以及其中，在处理站处的库存容器的数量是在缓冲区处的库存容器的数量的函数。可以设置分拣器，所述分拣器从库存仓接收库存容器并将库存容器递送到处理站。在处理站处的库存容器的数量是所述分拣器处的针对该处理站的库存容器的数量的函数。

如果处理站具有的库存容器的实际数量在特定范围之外，则可以调节针对该处理站的设定点。可以根据特定时间间隔来重复地执行反馈控制算法。反馈控制算法可以将误差值对每个时间间隔的积分与每个误差值的缩放值组合。误差值的积分可以对正误差值给出比对负误差值更大的权重。正误差值是其中在处理站处的库存容器的设定点大于在该处理站处的库存容器的实际数量的一种值，而负误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的实际数量大于在该处理站处的库存容器的设定点的一种值。

误差值的积分可以被限制到值的范围(a range of values)，以便限制误差值的积分的饱和。处理站可以是捡取站，诸如货到人站或货到机器人站。库存仓可以是自动化仓库。

通过结合附图阅读以下说明书，本发明的这些和其他目标、优点和特征将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本发明实施例的材料输送系统的框图；

图2是过程框图；以及

图3a和图3b是用于执行图2中的处理的算法的流程图。

具体实施方式

现在参照本文中描绘的附图和说明性实施例，材料输送系统10具有库存仓14；多个材料处理站(诸如捡取站16)，每个材料处理站16由操作员来操作；以及容器传送系统18，用于将库存容器(未示出)从库存仓14传送至处理站16(图1)。计算机系统20(诸如仓库管理系统)具有程序25，该程序25执行将工作单元从库存仓14供应至处理站16的缓冲区22的速率匹配方法或过程。计算机系统20监控每个处理站16和/或容器传送系统18以指示库存仓14何时对特定处理站16释放库存容器。虽然本发明被图示为用于用以将库存容器递送至处理站(诸如货到人捡取站)的订单履行系统，但是其对其中独立工作单元被发放给独立操作员的其他材料输送过程也具有广泛的适用性。

计算机系统20运行执行图2中所示的反馈控制算法26的速率匹配程序25。反馈控制算法26接收设定点28作为输入，所述设定点28表示预期处在特定处理站16处或在特定处理站16附近的若干库存容器。应当理解的是，所述算法26是关于每个处理站16和设定点来执行的，且针对不同的处理站，设定点可以不同。预期处在材料处理站16处的工作单元(诸如库存容器)的设定点最初可以通过例行程序(诸如通过试错等等)来设置。

在30处执行设定点调节过程，以便调节与设定点相加的用于边界条件的设定点，以达到调后设定点32。在特定处理站处，获取调后设定点32与过程变量34(其是实际的工作单元，诸如库存容器)之差。这种差导致了误差36。在37处执行误差的比例，且在38处执行误差的积分，它们的结果相加以在40处得到操纵变量(MV)。操纵变量是将处于传送系统18中的若干库存容器的在途限制(enroute limit)。容器取回和递送函数(retrieval anddelivery function)41将当前正去往特定处理站的容器的数量与该处理站的在途限制相比较。如果实际在途的容器的数量超过在途限制，则不采取措施。如果在途容器的实际数量小于在途限制，则取回和递送函数41使库存仓14输出去往特定处理站16的一个库存容器，这将在34处最终使得处理站处的实际单元的增加。

随着操作员继续在处理站16处处理库存容器，在处理站34处的实际单元将下降，而额外的库存容器将从库存仓14被递送到传送系统18。每个处理站16包括缓冲区或聚集区22，其聚集用于处理的库存容器。每个缓冲区22中的库存容器的数量由计算机系统20监控，作为位于处理站处的库存容器的数量的表示。容器传送系统18包括分拣器24，例如交叉带式分拣器或其它再循环分拣器。被指定转移到特定处理站16的在分拣器24上的任何库存容器被视为在该处理站附近。因此，过程变量34是位于用于处理站的缓冲区22中的或在分拣器24上并去往该处理站的库存容器的数量。位于用于处理站的缓冲区中的库存容器的数量被供应至设定点调节函数30以调节用于两个边界条件的设定点。如果缓冲区为空，则调节函数30使32处的设定点增大。如果缓冲区或分拣器24的卸货通道已满，则调节函数30使设定点32减小。因此，调后设定点通常应当导致部分充满的缓冲区22。

因此，速率匹配过程使用实际单元34作为过程变量(PV)来确定材料处理站处的工作单元的实际测量，以及执行反馈控制算法26来建立应当被供应至材料处理站的工作单元40的预期量作为操纵变量MV，其作为材料处理站处的工作单元与材料处理站处的工作单元32的调后设定点之间的误差36的函数。如在计算机系统20的存储器中保持的，取回和递送函数41将应当被供应至材料处理站40的预期量的工作单元与被供应至材料处理站的实际工作单元相比较，以及如果应当被供应至材料处理站的预期工作单元大于被供应至材料处理站的实际工作单元，则供应额外的工作单元(诸如库存容器)。

根据特定时间间隔T来重复执行反馈控制算法26。时间间隔T是被供应至材料处理站的工作单元变化的时间量的函数。在所示实施例中，该时间间隔大约为每隔五(5)秒钟，但是可以使用更大的量或更小的量。反馈控制算法26具有积分函数38和比例函数37，所述积分函数38执行误差值对每个时间间隔的积分，所述比例函数37得到每个误差值的缩放值(scaled value)。将比例值和积分值相加得到操纵变量40。虽然反馈控制算法26还可以使用误差值36的导数，但是由于要从库存仓14卸货并且运输至目标处理站16的每个库存容器或工作单元所需的时长而因此在所示实施例中不执行这种函数。然而，如果需要，则这种导数值可以用于提供完整的PID反馈控制算法。

当速率匹配过程应用于从库存仓14至多个处理站16供应库存容器时，针对每个处理站16建立设定点28和调后设定点32。设定点调节量被缩放了1/T因子，其中，T是递送系统的时基(time base)。针对每个处理站的在该处理站34处或在该处理站34附近的库存容器的实际测量被设置为过程变量(PV)，以及重复执行反馈控制算法26来建立针对每个处理站16来自库存仓14的在容器传送系统中的在途的库存容器的预期数量作为操纵变量MV，其作为在每个处理站16处的库存容器34的实际数量与库存容器的调后设定点之间的误差值36的函数。如计算机系统20的存储器中所保持的，针对每个处理站，函数41将来自库存仓40的应当在途的库存容器的预期量与在途的库存容器的实际数量相比较，以及如果针对该处理站的应当在途的库存容器大于在途的容器的实际数量，则从库存仓14对该处理站16供应额外的库存容器。

用于系统10的PV至少是库存容器缓冲区22中的库存容器的数量。在所示实施例中，系统10包括从库存仓14接收库存容器的分拣器24。分拣器24根据目的地来分拣库存容器并且将库存容器递送至处理站。用于反馈控制算法26的PV 34包括在特定处理站附近的库存容器的数量作为在分拣器24处去往该特定处理站的库存容器的数量的函数。如果处理站在缓冲区22中或在分拣器24上具有的库存容器的实际数量在特定范围之外，则设定点调节函数30通过调节该处理站的设定点来作用。例如，如果缓冲区和/或分拣器24的转移通道已满，则通过函数30减少设定点，如果针对该处理站的缓冲区22为空，则增加针对该处理站的设定点。

现在参考图3a，由计算机系统20执行的程序25开始在43处等待特定时间间隔的过去，所述特定时间间隔可以是几秒，例如五(5)秒或一些其他所选的间隔。设定点调节函数30通过在44a处判断处理站是否由于其缓冲区为空而处于空闲状态来执行。如果是，则在45a处按两倍的时间间隔调节设定点。如果否，则在44b处判断处理站是否由于其来自分拣器24的通道已满而过量供应。如果是，则在45b处将按时间间隔的值减小设定点。然后在46处判断设定点的调节量是否超过最大值，以及在48处判断设定点的调节量是否小于最小值。如果任意一个为真，则将设定点的调节量设定为其相应的最大值或最小值，以便将对设定点的调节量保持在给定范围内。在50处，根据设定点调节函数30的判断，通过将初始设定点28加上或减去按1/T缩放的来调节初始设定点。通过从调后设定点32减去过程变量34来建立误差值36。

通过在52处判断在该时间间隔的特定误差值是正还是负来开始误差值的积分38。正误差值是其中在处理站处的库存容器的设定点大于库存容器的实际数量的一个值。负误差值是相反的。通过求和以及根据在52处特定误差值是正还是负而确定的因子来调节总和以确定积分误差值。如果特定误差值为正，则通过加上与当前误差乘以时间间隔43相等的因子来增加积分误差值。如果为负，则通过减去与误差乘以一半时间间隔43相等的因子而使积分误差更负。因此，正积分误差相对于负误差更突出。这提供了对算法的“推送”，以致往往将更多的库存容器移向被考虑的处理站的操作员，以便鼓励操作员更快地工作。然后将调后积分被限制在60处的范围，以便限制误差值的积分的饱和(wind-up)。积分器饱和指反馈控制器中设定点的较大变化导致积分项在饱和期间累积足够的误差而因此过度(overshooting)的情况。

然后在图3b中反馈程序继续，其中在37处通过将误差值乘以增益因子K并将乘积与在38和60处确定的积分值相加来计算比例项(proportion term)，以便在40处确定操纵变量MV。比例项中使用的增益因子K是系统相关的，并且涉及系统的时基和在处理站16处的库存容器的处理速率。增益因子K通常将在处理站16处的库存容器的数量与容器的在途限制相关联。可以通过使用各种技术(诸如启发式技术)或通过特定装置的试错来设置增益因子K。然后通过在64处判断用于该处理站的库存容器的在途计数是否大于MV来执行取回和递送函数41。如果是，则该处理站不需要另外的容器，并且在66处确定结果假并且不添加容器。如果在64处确定在途计数大于MV，则在68处判断在途计数是否大于或等于最大值，以及在70处判断在途计数是否大于或等于平衡目标，所述平衡目标被计算以避免分拣器24过载。如果任意一个为真，则意味着不应当将更多的库存容器添加到容器传送系统18，然后也得到结果假66。然而，如果在途计数不是大于或等于操纵变量MV并小于其最大值且小于平衡目标，则从库存仓14为该处理站预订一个库存容器。可以在取回和递送函数41中建立延迟，以便允许程序在判断是否应当预订另一个容器之前对另一个库存容器的添加做出反应。

在所示实施例中，每个处理站16是第8,713,899号美国专利中描述的类型的货到人站，其公开内容通过引用并入本文。然而，本文描述的技术可以应用于其它材料输送操作。在所示实施例中，库存仓14是美国专利No.8,790,061中描述的类型的自动化仓库。然而，可以使用其他类型的库存仓，诸如自动化货库系统(ASRS)等。在所示实施例中，容器传送系统18可以是由输送器和合并单元构成的输送系统，具体地其中，库存仓14由多个机架单元构成，每个机架单元具有升降机组件。然而，可以使用诸如自动导向车辆(AGV)或其它类型车辆的其它传送系统。在所示实施例中，分拣器24是循环分拣器，例如交叉带、倾斜托盘或其他循环分拣器，但是可以使用具有再循环的线性分拣器或其他类型的分拣器。

尽管前面的描述描述了本发明的若干实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如在下面的权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行变化和修改。本发明包括本文所述的本发明的各种实施例或方面的所有组合。应当理解，本发明的任何和所有实施例可以结合任何其他实施例来描述本发明的附加实施例。此外，实施例的任何元件可以与任何实施例的任何元件和所有其他元件组合以描述另外的实施例。

Claims (24)

1.一种在材料输送系统中将工作单元供应至材料处理站的方法，所述方法包括：

设置在材料处理站处的预期的工作单元的设定点；

确定在材料处理站处的工作单元的实际测量；以及

执行反馈控制算法以建立在材料处理站处的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元与在材料处理站处的工作单元的设定点之间的误差；

所述执行还包括：确定应当被供应给所述材料处理站的工作单元的预期量作为误差的函数，以及当被供应给特定处理站的工作单元的实际量小于应当被供应给所述材料处理站的工作单元的量时，从库存仓对所述材料处理站释放工作单元。

2.如权利要求1所述的方法，其中，应当被供应给材料处理站的工作单元的预期量包括预期去往所述材料处理站的在途的工作单元的数量，而被供应给所述材料处理站的工作单元的实际量包括去往所述材料处理站的在途的工作单元的实际数量。

3.如权利要求1所述的方法，包括：根据在供应的实际工作单元是否在特定范围之外来动态调节设定点。

4.如权利要求1所述的方法，包括：根据特定时间间隔来重复地执行所述反馈控制算法。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述反馈控制算法将误差值对每个时间间隔的积分与每个误差的缩放值组合。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述误差值的积分对正误差值给出比对负误差值更大的权重，其中，正误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的设定点大于在所述处理站处或在所述处理站附近的库存容器的实际数量的一种值，以及其中，负误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的实际数量大于在所述处理站处或在所述处理站附近的库存容器的设定点的一种值。

7.如权利要求6所述的方法，其中，误差值的积分被限制到值的范围，以便限制误差值的积分的饱和。

8.一种在订单履行系统中将库存容器从库存仓供应至多个处理站的方法，所述方法包括：

针对每个处理站建立预期处在该处理站处的库存容器的设定点；

针对每个处理站确定在该处理站处的库存容器的实际测量；以及

对每个处理站执行反馈控制算法，以建立针对该特定处理站的设定点以及在所述材料处理站处的库存容器与针对所述处理站的库存容器的设定点之间的误差；

所述执行进一步确定应当去往所述处理站的在途的库存容器的预期数量作为误差的函数，以及如果去往所述处理站的在途的库存容器的实际数量小于应当去往所述处理站的在途的库存容器的预期数量，则使得从库存仓对所述处理站递送库存容器。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述材料输送系统具有将库存容器从所述库存仓传送到所述处理站的传送系统，以及其中，应当去往所述处理站的在途的库存容器的预期数量也是传送系统的操作的函数。

10.如权利要求8所述的方法，包括：如果在处理站处的库存容器的实际数量小于最小数量，则增加针对该处理站的设定点，以及如果在处理站处的库存容器的实际数量大于最大数量，则减小针对该处理站的设定点。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述增加和所述减小与所述材料输送系统的时基成比例。

12.如权利要求8所述的方法，其中，所述反馈控制算法是双环路反馈控制算法，所述双环路中的一个环路控制在处理站处的库存容器的量，所述双环路中的另一个环路作为整体系统操作的函数而影响所述双环路中的所述一个环路的操作。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述处理站中的每个具有库存容器缓冲区，以及其中，在处理站处的库存容器的数量是在所述缓冲区处的库存容器的数量的函数。

14.如权利要求8所述的方法，包括：分拣器，所述分拣器从所述库存仓接收库存容器并将库存容器递送到所述处理站，以及其中，在处理站处的库存容器的数量是在所述分拣器处的针对所述处理站的库存容器的数量的函数。

15.如权利要求8所述的方法，包括：如果处理站具有的库存容器的实际数量在特定范围之外，则调节针对该处理站的设定点。

16.如权利要求8所述的方法，包括：根据特定时间间隔来重复地执行所述反馈控制算法。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述反馈控制算法将误差值对每个时间间隔的积分与每个误差值的缩放值组合。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述误差值的积分对正误差值给出比对负误差值更大的权重，其中，正误差值是其中在处理站处的库存容器的设定点大于在该处理站处的库存容器的实际数量的一种值，而负误差值是其中在处理站处或在处理站附近的库存容器的实际数量大于在该处理站处的库存容器的设定点的一种值。

19.如权利要求18所述的方法，其中，误差值的积分被限制到值的范围，以便限制误差值的积分的饱和。

20.如权利要求8至19中的任一项所述的方法，其中，所述处理站包括捡取站。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述捡取站包括货到人站或货到机器人站。

22.如权利要求8至19中的任一项所述的方法，其中，所述库存仓包括自动化仓库。

23.一种材料输送系统，所述方法包括：

多个材料处理站以及将工作单元供应到独立处理站的库存仓；以及

计算机系统，监视所述处理站以及控制库存仓将工作单元从库存仓释放到独立处理站；

所述计算机系统被编程以建立在材料处理站处的预期的工作单元的设定点，以及确定在所述材料处理站处的工作单元的实际测量；以及

所述计算机系统被编程来执行反馈控制算法，以建立在材料处理站处的工作单元的设定点以及在材料处理站处的工作单元与材料处理站处的工作单元的设定点之间的误差；

所述计算机系统还被编程以确定应当被供应到所述材料处理站的工作单元的预期量作为误差的函数，以及当被供应给材料处理站的工作单元的实际量小于应当被供应到所述材料处理站的工作单元的量时，从所述库存仓对特定处理站释放工作单元。

24.一种订单履行系统，包括：

多个处理站以及将库存容器供应至所述处理站的库存仓；

计算机系统，监视所述处理站以及控制库存仓将库存容器从库存仓释放到独立处理站；

所述计算机系统被编程以针对每个处理站建立预期处在该特定站处的库存容器的设定点；

所述计算机系统被编程以针对每个处理站确定在该处理站处的库存容器的实际测量；以及

所述计算机系统被编程以对每个处理站执行反馈控制算法，来建立针对特定处理站的设定点以及在材料处理站处的库存容器与所述处理站的库存容器的设定点之间的误差；

所述计算机系统被编程以确定应当去往处理站的在途的库存容器的预期数量作为所述误差的函数，以及如果去往处理站的在途的库存容器实际数量小于应当去往该处理站的在途的库存容器的预期数量，则使得从库存仓对所述处理站递送库存容器。