CN112396258B - Ics行李处理系统空托盘回收控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及ICS行李处理系统控制技术领域,公开了ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,包括:以当前时刻为端点,分别在当前时刻前后设定时长相同的历史周期和将来周期;获取当前时刻的空托盘当前数据和历史周期的空托盘历史数据;将空托盘当前数据和空托盘历史数据输入整数规划模型获得将来周期的空托盘将来数据;基于空托盘将来数据对将来周期内回收的空托盘进行分配。本发明以作业周期内空托盘总出入空托盘存储区次数最少即系统耗能最少为目标,以空托盘不缺少为约束,研究空托盘回收调度问题,最大限度地降低生产成本,提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及ICS行李处理系统控制技术领域,具体是指ICS行李处理系统空托盘回收控制方法。
背景技术
在传统的行李处理系统中,行李与输送设备是皮带面接触,在摩擦作用下行李随着皮带的移动,被输送到指定的行李收集点。独立装载系统ICS(Individual CarrierSystem)与传统的行李处理系统不同,行李放置在独立运载单元中,行李相对运载单元处于静止状态。运载单元在皮带输送机上移动,或在一定的轨道上进行位移,直到将运载单元及其行李送到指定的收集点。根据装载系统的驱动方式,独立装载行李处理系统可分为独立托盘行李处理系统(Tote System)和独立小车行李处理系统(Car System)。其中,独立托盘行李系统主要由以下部分组成:行李导入单元、基本运输单元、人工补码单元、安检单元、高速运输单元、分拣卸载单元、早到存储单元、空箱回流存储单元、高层控制等。独立托盘行李系统具有绿色节能、智能化、高速运输和灵活的扩展性的优点。
在独立托盘行李系统中,托盘作为行李运输的重要承载器具,其回收调度的合理性直接影响着整个系统的生产效率。
发明内容
基于以上技术问题,本发明提供了一种ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,以作业周期内空托盘总出入空托盘存储区次数最少即系统耗能最少为目标,以空托盘不缺少为约束,研究空托盘回收调度问题,最大限度地降低生产成本,提高生产效率。
为达到以上技术效果,本发明采用的技术方案如下:
ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,包括:以当前时刻为端点,分别在当前时刻前后设定时长相同的历史周期和将来周期;获取当前时刻的空托盘当前数据和历史周期的空托盘历史数据;将空托盘当前数据和空托盘历史数据输入整数规划模型获得将来周期的空托盘将来数据;基于空托盘将来数据对将来周期内回收的空托盘进行分配。
作为一种优选的方式,整数规划模型包括目标函数和约束条件;目标函数以空托盘将来数据作为决策变量,以空托盘回收过程中空托盘的总移动距离最短为优化目标进行构建;约束条件包括约束装载点等待区空托盘数量的第一约束、约束存储区空托盘容量的第二约束、约束产生点产生的空托盘总数的第三约束、约束到装载点的空托盘总数的第四约束和约束决策变量的第五约束。
作为一种优选的方式,空托盘当前数据包括装载点当前时刻空托盘现存数量和存储区当前时刻空托盘现存数量;空托盘历史数据包括装载点在历史周期内的空托盘需求数量和产生点在历史周期内的空托盘产生数量。
作为一种优选的方式,第一约束为装载点等待区空托盘数量在安全缓存量和最大缓存量之间;第二约束为存储区空托盘数量不大于存储区容量;第三约束为产生点到存储区和装载点的空托盘总数等于产生点产生的空托盘数量;第四约束为到装载点的空托盘总数不少于装载点所需要的空托盘数量;第五约束为决策变量是非负整数。
作为一种优选的方式,空托盘将来数据包括各产生点运往各存储区的第一空托盘数量集、各存储区运往各装载点的第二空托盘数量集和各产生点运往各装载点的第三空托盘数量集。
作为一种优选的方式,基于空托盘将来数据对将来周期内回收的空托盘进行分配包括:各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘;当产生点向装载点分配的空托盘数量等于第三空托盘数量集参数之和时,各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘;当存在装载点正在消耗空托盘,同时没有产生点正在向该装载点分配空托盘且该装载点的空托盘数量在安全缓存量之下时,存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘。
作为一种优选的方式,各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘包括:基于装载点与产生点的距离从小到大对装载点进行排序,产生点根据排序依次向装载点分配空托盘;当第三空托盘数量集中对应参数等于零或装载点已补充的空托盘数量等于第三空托盘数量集中对应参数时,产生点转向下一排序的装载点分配空托盘。
作为一种优选的方式,各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘包括:以第一空托盘数量集中参数为概率分布生成随机数;产生点选择随机数对应的存储区用于分配空托盘。
作为一种优选的方式,存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘包括:基于存储区与装载点的距离从小到大对储存区进行排序,根据排序依次选择存储区向装载点分配空托盘,且存储区分配的空托盘数量等于装载区消耗的空托盘数量;当存储区分配的空托盘数量等于第二空托盘数量集中对应参数后,选择下一顺序的存储区向该装载区分配空托盘;当当该装载点消耗的空托盘数量大于第二空托盘数量集中对应参数之和后,则基于第二空托盘数量集中参数大小将储存区从大到小进行排序,按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘。
作为一种优选的方式,按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘还包括:当存储区向该装载点分配的空托盘总数等于装载点等待区的最大缓存量与安全缓存量之差加一后,存储区停止向该装载点分配空托盘。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过构建整数规划模型对ICS行李处理系统中的空托盘回收分配进行优化,再基于整数规划模型结果对空托盘进行分配,从而最大限度地降低了ICS行李处理系统在空托盘回收方面的能耗,降低了生产成本。且优化空托盘回收分配之后,还能够提高生产效率。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明,这些示例性实施例将通过附图进行详细描述,其中:
图1为ICS空托盘回收控制方法流程示意图。
图2为ICS行李处理系统空托盘回收调度流程示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
图1是本申请一些实施例所示的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法的流程示意图,以下将结合图1对本申请所涉及的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法进行介绍。需要注意的是,图1仅作为示例,并不对ICS行李处理系统空托盘回收控制方法的具体流程形成限定。
参阅图1,在本实施方式中,ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,包括:以当前时刻为端点,分别在当前时刻前后设定时长相同的历史周期和将来周期;获取当前时刻的空托盘当前数据和历史周期的空托盘历史数据;将空托盘当前数据和空托盘历史数据输入整数规划模型获得将来周期的空托盘将来数据;基于空托盘将来数据对将来周期内回收的空托盘进行分配。
在本实施例中,已知在ICS行李处理系统中,由于装载点处空托盘的消耗速率不是一成不变的,如果等待装载轨道处(即装载点等待区)缓存的空托盘过少,会存在空托盘不能及时供应的风险;如果等待装载轨道处缓存的空托盘过多,会造成系统堵塞。所以设定等待装载轨道可以缓存的空托盘安全缓存量为,最大缓存量为。和是根据ICS行李系统工作环境条件和系统规格参数来获取的,但具体会有多少空托盘在装载点处等待在本申请中是由算法计算出来的,是动态变化的。
如图2虚线所示,空托盘在ICS行李处理系统上总共有三个流向。卸载点(即产生点)产生空托盘,作为输入进入传输轨道,传输轨道输送到装载点后,空托盘输出。当输入大于输出时,空托盘在等待装载轨道(即装载点缓存区)的缓存量会越来越多,达到最大缓存量时,输入端产生的空托盘会进入空托盘存储区;当输入速率小于输出速率时,空托盘在等待装载轨道上的缓存量会越来越少,当小于空托盘安全缓存量时,系统会从空托盘存储区中调空托盘进入等待装载轨道。
假设初始状态,整个系统中已经有一定量的空托盘,且卸载点处正在产生空托盘,装载点处正在消耗空托盘。设定一个周期T(例如5分钟),以一个周期T时间内,空托盘出入空托盘存储区的次数最少为目标,以空托盘的缓存介于和之间为约束,可以建立一个整数规划数学模型,利用求解器或者元启发式算法对其求解。通过数学模型的结果决定每个周期内空托盘从卸载点到装载点、从卸载点到存储区和从存储区到装载点的运输策略,即可得到空托盘的实际调度方案。
在一些实施例中,整数规划模型包括目标函数和约束条件;目标函数以空托盘将来数据作为决策变量,以空托盘回收过程中空托盘的总移动距离最短为优化目标进行构建;约束条件包括约束装载点等待区空托盘数量的第一约束、约束存储区空托盘容量的第二约束、约束产生点产生的空托盘总数的第三约束、约束到装载点的空托盘总数的第四约束和约束决策变量的第五约束。
优选的,空托盘当前数据包括装载点当前时刻空托盘现存数量和存储区当前时刻空托盘现存数量;空托盘历史数据包括装载点在历史周期内的空托盘需求数量和产生点在历史周期内的空托盘产生数量。
优选的,第一约束为装载点等待区空托盘数量在安全缓存量和最大缓存量之间;第二约束为存储区空托盘数量不大于存储区容量;第三约束为产生点到存储区和装载点的空托盘总数等于产生点产生的空托盘数量;第四约束为到装载点的空托盘总数不少于装载点所需要的空托盘数量;第五约束为决策变量是非负整数。
在一些实施例中,空托盘将来数据包括各产生点运往各存储区的第一空托盘数量集、各存储区运往各装载点的第二空托盘数量集和各产生点运往各装载点的第三空托盘数量集。
综合上述实施例,对整数规划模型的参数进行定义:
其中,整数规划模型需要的基础参数定义为:
上述基础参数均是ICS行李处理系统自身特性,本领域技术人员可根据ICS行李处理系统直接获取。
其中,作为决策变量的空托盘将来数据定义为:
其中,空托盘当前数据定义为:
其中,空托盘历史数据定义为:
综合上述定义的参数,整数规划模型其公式如下所示:
其中,目标函数为:
其中,约束条件为:
上述表示约束条件的公式,其公式依次表示的含义为:第一约束,装载点等待区空托盘数量在安全缓存量和最大缓存量之间;第二约束,存储区空托盘数量不大于存储区容量;第三约束,产生点到存储区和装载点的空托盘总数等于产生点产生的空托盘数量;第四约束,到装载点的空托盘总数不少于装载点所需要的空托盘数量;第五约束,决策变量为非负整数。
采用整数规划求解器,例如商业软件CPLEX、Gurobi,或者开源的软件OR-tools直接对上述整数规划模型进行求解获得包括产生点运往装载点的第一空托盘数量、产生点运往存储区的第二空托盘数量和存储区运往装载点的第三空托盘数量的空托盘将来数据。上述参数集合便形成了,空托盘将来数据包括各产生点运往各存储区的第一空托盘数量集、各存储区运往各装载点的第二空托盘数量集和各产生点运往各装载点的第三空托盘数量集。
上述空托盘数学模型设定一个周期T(例如5分钟,以5分钟为一个周期,每五分钟计算一次)。以系统当前数据,包括装载点当前时刻空托盘现存数量,存储区k当前时刻空托盘现存数量,以及装载点在历史周期内的空托盘需求数量,产生点i在历史周期内的空托盘产生数量作为参数,按上述整数规划模型进行求解,根据最优解的结果对当前时刻及接下来将来周期(与周期T一致,例如5分钟)内实际产生的空托盘以及装载点的空托盘需求进行实时控制,可分为将空托盘从产生点运往装载点的第一空托盘数量、产生点运往存储区的第二空托盘数量和存储区运往装载点的第三空托盘数量的空托盘将来数据三部分,基于上述空托盘将来数据在将来周期内完成对空托盘的回收分配做法如下:
在一些实施例中,基于空托盘将来数据对将来周期内回收的空托盘进行分配包括:各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘;当产生点向装载点分配的空托盘数量等于第三空托盘数量集参数之和时,各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘;当存在装载点正在消耗空托盘,同时没有产生点正在向该装载点分配空托盘且该装载点的空托盘数量在安全缓存量之下时,存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘。
其中,不论装载点是否在消耗空托盘,优先从产生点向装载点分配空托盘。当产生点向装载点分配的空托盘数量等于第三空托盘数量集中参数之和后,即每个装载点均按算法获得的第三空托盘数量集中参数分配了相应的空托盘。之后,再通过存储区向装载点分配空托盘。
具体的,各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘包括:基于装载点与产生点的距离从小到大对装载点进行排序,产生点根据排序依次向装载点分配空托盘;当第三空托盘数量集中对应参数等于零或装载点已补充的空托盘数量等于第三空托盘数量集中对应参数时,产生点转向下一排序的装载点分配空托盘。
具体的,各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘包括:以第一空托盘数量集中参数为概率分布生成随机数;产生点选择随机数对应的存储区用于分配空托盘。
其中,以第一空托盘数量集中参数为概率分布生成随机数,即对每个产生点i来说,空托盘运往存储区k的概率为,按此概率通过随机数的方法确定实际中空托盘从产生点运往哪个存储区。此处通过随机数选择存储区,这是因为实际系统中空托盘是随机产生的,整数规划模型预测的参数可能不准确,需要对单个空托盘做决策,确定它的目的地。在整数规划模型里规划了将来周期内空托盘运输的整体策略,但还需要通过概率分布选择存储区是为了和整数规划模型的结果尽可能保持一致,以模型结果来指导实时的空托盘调度。具体的,这里用的随机数主要是指在编程实现中可以通过随机数方法来模拟概率分布。
具体的,存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘包括:基于存储区与装载点的距离从小到大对储存区进行排序,根据排序依次选择存储区向装载点分配空托盘,且存储区分配的空托盘数量等于装载区消耗的空托盘数量;当存储区分配的空托盘数量等于第二空托盘数量集中对应参数后,选择下一顺序的存储区向该装载区分配空托盘;当该装载点消耗的空托盘数量大于第二空托盘数量集中对应参数之和后,则基于第二空托盘数量集中参数大小将储存区从大到小进行排序,按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘。
其中,设装载点的实际累积消耗空托盘数为,当(实际消耗空托盘数不超过计划补充的空托盘总数)时,优先从距离近的存储区中运货,直至该存储区k运完个空托盘为止,装载点每消耗一个空托盘就从存储区中补一个空托盘。
此后,当(实际消耗空托盘数超过计划补充的空托盘总数)时,即所有存储区均按第二空托盘数量向装载点分配空托盘后,如果装载点继续产生空托盘需求,这时如果装载点的空托盘数在,则不对该装载点补充空托盘,否则以从大到小排序,优先选择分数大的存储区对装载点j尽可能多地运送空托盘,分数越大表示存储区向该装载点需要补充的托盘数越多,选择分数大的存储区有利于尽可能地一次就补完装载点需要的托盘数,减少补货次数。
优选的,按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘还包括:当存储区向该装载点分配的空托盘总数等于装载点等待区的最大缓存量与安全缓存量之差加一后,存储区停止向该装载点分配空托盘。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程,并非用以约束本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,包括:
以当前时刻为端点,分别在当前时刻前后设定时长相同的历史周期和将来周期;
获取所述当前时刻的空托盘当前数据和所述历史周期的空托盘历史数据;
将所述空托盘当前数据和所述空托盘历史数据输入整数规划模型获得将来周期的空托盘将来数据;
基于所述空托盘将来数据对所述将来周期内回收的空托盘进行分配;
其中,所述整数规划模型包括:
目标函数,所述目标函数以所述空托盘将来数据作为决策变量,以空托盘回收过程中空托盘的总移动距离最短为优化目标进行构建;
约束条件,所述约束条件包括约束装载点等待区空托盘数量的第一约束、约束存储区空托盘容量的第二约束、约束产生点到存储区和装载点的空托盘总数的第三约束、约束到装载点的空托盘总数的第四约束和约束决策变量的第五约束。
2.根据权利要求1所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于:
所述空托盘当前数据包括装载点当前时刻空托盘现存数量和存储区当前时刻空托盘现存数量;
所述空托盘历史数据包括装载点在历史周期内的空托盘需求数量和产生点在历史周期内的空托盘产生数量。
3.根据权利要求1所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于:
所述第一约束为装载点等待区空托盘数量在安全缓存量和最大缓存量之间;
所述第二约束为存储区空托盘数量不大于存储区容量;
所述第三约束为产生点到存储区和装载点的空托盘总数等于产生点产生的空托盘数量;
所述第四约束为到装载点的空托盘总数不少于装载点所需要的空托盘数量;
所述第五约束为决策变量是非负整数。
4.根据权利要求1所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于:
所述空托盘将来数据包括各产生点运往各存储区的第一空托盘数量集、各存储区运往各装载点的第二空托盘数量集和各产生点运往各装载点的第三空托盘数量集。
5.根据权利要求4所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,所述基于所述空托盘将来数据对所述将来周期内回收的空托盘进行分配包括:
各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘;
当产生点向装载点分配的空托盘数量等于第三空托盘数量集参数之和时,各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘;
当存在装载点正在消耗空托盘,同时没有产生点正在向该装载点分配空托盘且该装载点的空托盘数量在安全缓存量之下时,存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘。
6.根据权利要求5所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,所述各产生点基于第三空托盘数量集向各装载点分配空托盘包括:
基于装载点与产生点的距离从小到大对装载点进行排序,产生点根据排序依次向装载点分配空托盘;
当第三空托盘数量集中对应参数等于零或装载点已补充的空托盘数量等于第三空托盘数量集中对应参数时,产生点转向下一排序的装载点分配空托盘。
7.根据权利要求5所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,所述各产生点基于第一空托盘数量集转向各存储区分配空托盘包括:
以第一空托盘数量集中参数为概率分布生成随机数;
产生点选择所述随机数对应的存储区用于分配空托盘。
8.根据权利要求5所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,所述存储区基于第二空托盘数量集向该装载点分配空托盘包括:
基于存储区与装载点的距离从小到大对储存区进行排序,根据排序依次选择存储区向装载点分配空托盘,且存储区分配的空托盘数量等于装载区消耗的空托盘数量;当存储区分配的空托盘数量等于第二空托盘数量集中对应参数后,选择下一顺序的存储区向该装载区分配空托盘;
当该装载点消耗的空托盘数量大于第二空托盘数量集中对应参数之和后,则基于第二空托盘数量集中参数大小将储存区从大到小进行排序,按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘。
9.根据权利要求8所述的ICS行李处理系统空托盘回收控制方法,其特征在于,所述按照排序依次选择存储区用于向该装载点分配空托盘还包括:
当存储区向该装载点分配的空托盘总数等于装载点等待区的最大缓存量与安全缓存量之差加一后,存储区停止向该装载点分配空托盘。
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