CN113222257B - 一种基于缓冲区的在线混合码垛方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,包括如下步骤:步骤A,将传送带上的货物顺次放置到缓冲区,并采集货物尺寸信息,生成货物的放置姿态;步骤B,依据货物的放置姿态所占据的空间状况,计算将货物码垛至托盘时,在不同码垛方式下,单个货物的放置姿态和多个货物的放置顺序的不同产生的浪费空间,所述浪费空间为货物与货物之间、货物与托盘之间的间隙;步骤C,选择浪费空间最少的码垛方法并按照该码垛方法从缓冲区中逐个选取货物并放置到托盘内;步骤D,若托盘空间达到上限,则更换托盘;若没有,则重复步骤A、B、C。本发明降低了码垛时间,提高了码垛空间的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及货物码垛技术领域,具体涉及一种基于缓冲区的在线混合码垛方法。
背景技术
随着我国工业整体机械化、自动化和数字化水平的提高,我国企业工厂内的货物种类和数量也开始增多了起来,这也就顺带起了物流行业的飞速发展。同时,又由于货物的大小不一且运输频繁,码垛行业也就必然面临升级转型。因此,码垛算法的优劣对整个行业的运输成本有着重要的影响,特别是在混合货物的运输过程中,码垛的空间利用率的提高往往可以带来显著的经济效益。所以,码垛算法优化的意义不仅可以提高货物搬运效率,而且可以达到降低运输成本的效果。
目前,码垛算法针对的码垛方案主要集中在已知货物信息情况下的离线设计和货物尺寸相同的在线设计这两种方案,其中在已知货物信息情况下的离线设计,这种方案主要缺点为需预先知道流水线上的货物顺序然后再离线设计码垛方案,这样就很容易增加码垛的时间,增长生产周期,从而降低生产效率。同时,另一种的货物尺寸相同的在线设计码垛方案,针对的情况有限,只能针对某一种货物进行在线设计码垛,包容性不高,和现有大多数企业的生产实际情况中想要实行的混合货物码垛不符。再者,在无货物信息的前提下,在线地对传送带上的货物顺序码垛,很容易就会达到一个较低的空间利用率,与预想效果不符。在实际的货物运输中,货物类型不唯一,货物从流水线上过来的顺序和尺寸不能完全提前获知,这两个主要约束就使得现有的码垛方案需要改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处,提供一种提高码垛速度、增加码垛空间利用率的基于缓冲区的在线混合码垛方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,包括如下步骤:
步骤A,将传送带上的货物顺次放置到缓冲区,并采集货物尺寸信息,生成货物的放置姿态;
步骤B,依据货物的放置姿态所占据的空间状况,计算将货物码垛至托盘时,在不同码垛方式下,单个货物的放置姿态和多个货物的放置顺序的不同产生的浪费空间,所述浪费空间为货物与货物之间、货物与托盘之间的间隙;
步骤C,选择浪费空间最少的码垛方案并按照该码垛方案从缓冲区中逐个选取货物并放置到托盘内;
步骤D,若托盘空间达到上限,则更换托盘;若没有,则重复步骤A、B、C。
更进一步的说明,
所述浪费空间的计算方法包括:
步骤B1,计算不可放置区域S,
S=S1∪S2∪S3∪…∪Si(i∈I)
其中i为货物的放置顺序,I为正整数;
(xi,yi,zi)为所选择放置点的坐标;
wi,hi,di分别为所选货物在所建立的空间坐标中沿着x轴、y轴、z轴的尺寸大小;
步骤B2,计算浪费空间,
ΔV=S-V
V=V1+V2+V3+…+Vi(i∈I)
其中Vi为已码垛货物的体积,V为已码垛货物的总体积。
更进一步的说明,还包括放置点的选取:
若托盘内没有货物,则选取托盘的顶角位置作为放置点,且设置第一个放置点为原点并建立坐标系,以托盘平面为底、托盘最大摆放高度为高的立方体的六个面作为摆放边界;
若托盘内已有货物,则按照如下步骤选择放置点:
步骤M1,选取货物与货物之间、货物与摆放边界的阶梯线作为第一选择区;货物向摆放边界的投影边界线作为第二选择区;
步骤M2,在同一水平面按照第一选择区和第二选择区中的点与坐标轴的距离排序,选取其中距离坐标轴最近且能够放置下一个货物的点作为放置点。
更进一步的说明,还包括放置方式的选择:
将货物的顶点对应放置点,边缘与坐标轴平行,以不同的侧面作为的方式放置,若待放置货物的边缘与已放置货物的边缘平齐,则确定该种摆放方式为最优摆放方式;若不同的放置方式下待放置货物与已放置货物的边缘均无法平齐,则计算浪费空间,选取浪费空间最少的摆放方式为最优摆放方式。
更进一步的说明,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积不少于待摆放货物的底面积的80%,则确认该种摆放方式为最优摆放方式,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积少于待摆放货物的底面积的80%,则放弃该种摆放方式。
更进一步的说明,步骤B中当缓冲区的货物已达到缓冲区存放货物的上限或传送带没有货物时,进行步骤C。
更进一步的说明,若缓冲区内包含尺寸相同的货物,则优先将尺寸相同的货物筛选出来进行码垛。
以上技术方案可以达到如下的有益效果:相对于普通的在线混合码垛方法而言,基于缓冲区的在线混合码垛方法给予了在线混合码垛更多的选择,从而使其达到较高的空间利用率的概率大大增大。所以,本发明所攻克的技术问题是给予在线混合码垛更多的货物选择,从而使货物在托盘上可以有更多达到较高空间利用率的机会。同时,为了避免码垛过程中机器手与已放置好的货物发生碰撞,本发明的码垛算法结合了开空间的概念,并使其在完成码垛时可以达到较高的空间利用率。目前部分企业工厂内的码垛系统采用的码垛算法普遍不能很好地在线混合码垛,使其空间利用率达到较高水平的概率极其之低,这就很大概率地增加了整个码垛过程的时间,最终降低整个生产线的生产效率。而本码垛算法,可以结合生产的实际情况,且避免了传统码垛算法的一些问题,使其大大降低整个码垛过程的时间,从而达到一个更好的码垛效果。
基于缓冲区的在线混合码垛的目的主要是为了降低企业生产成本并实现以下效果:
1.解决单规格码垛问题,提高码垛货物的多样性,更贴合实际生产
2.解决混合码垛普遍采用离线设计码垛方案的问题,降低码垛时间,提高生产效率
3.解决在线混合码垛顺序码垛的空间利用率低问题,提高码垛效率,缩短码垛次数。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例的流程图;
图2是本发明的一个实施例的码垛示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示,一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,包括如下步骤:
步骤A,将传送带上的货物顺次放置到缓冲区,并采集货物尺寸信息,生成货物的放置姿态;
步骤B,依据货物的放置姿态所占据的空间状况,计算将货物码垛至托盘时,在不同码垛方式下,单个货物的放置姿态和多个货物的放置顺序的不同产生的浪费空间,所述浪费空间为货物与货物之间、货物与托盘之间的间隙;
步骤C,选择浪费空间最少的码垛方案并按照该码垛方案从缓冲区中逐个选取货物并放置到托盘内;
步骤D,若托盘空间达到上限,则更换托盘;若没有,则重复步骤A、B、C。
区别于效率低下的离线码垛方式和空间利用率不高的在线码垛方式,本方案先将传送带上一定数量的货物放置到缓冲区,通过货物的不同尺寸,选择最优的摆放方式(也即空间浪费最少的摆放方式),改变原有的货物码垛顺序,通过从缓冲区挑选货物码垛至托盘上的方式,即提高了托盘的空间利用率,又保证了传送带持续输送货物的效率。
具体而言,形如长方体的货物在三维空间的不同摆放方式会产生不同的空间占据状态,从一个货物的三视图我们可以了解到其三视图中各个长方形的长和宽,而当把货物搬运到托盘上时,把三视图中的各个视图作为其底面,可以得到货物的三种姿态,再把这三个视图旋转90度,总共就可以得到货物在托盘上的6种放置姿态了。当长方体的货物码垛到托盘上并层叠码垛时,由于上下的货物无法保证上下边缘完全对应,因此就会产生阶梯状的层叠码垛的效果。当后续的货物无法补齐阶梯差距时,后放置的货物就会与已有的阶梯位置产生间隙,该间隙就导致了托盘整体的空间利用率低。通过改变单个货物的码垛姿态和缓冲区内货物的码垛顺序,可以生成不同的码垛方案,计算不同的码垛方案产生的浪费空间,选取浪费空间最少的一种,按照该方案以最佳的码垛姿态和码垛顺序将缓冲区的货物放置到托盘上。重复此过程就可以有选择的改变货物码垛顺序,挑选出最适合当前码垛的货物,从而同时保证码垛效率和托盘的空间利用率。
更进一步的说明,
所述浪费空间的计算方法包括:
步骤B1,计算不可放置区域S,
S=S1∪S2∪S3∪…∪Si(i∈I)
其中i为货物的放置顺序,I为正整数;
(xi,yi,zi)为所选择放置点的坐标;
wi,hi,di分别为所选货物在所建立的空间坐标中沿着x轴、y轴、z轴的尺寸大小;
步骤B2,计算浪费空间,
ΔV=S-V
V=V1+V2+V3+…+Vi(i∈I)
其中Vi为已码垛货物的体积,V为已码垛货物的总体积。
空间浪费的产生就是由于再后放置的货物无法填平与在先货物的阶梯空间导致的,而阶梯空间可以通过货物向三个坐标平面投影产生的立体空间减去货物实体空间得到。采用上述公式可以简单快速的计算出浪费空间的大小,提高码垛效率。
更进一步的说明,还包括放置点的选取:
若托盘内没有货物,则选取托盘的顶角位置作为放置点,且设置第一个放置点为原点并建立坐标系,以托盘平面为底、托盘最大摆放高度为高的立方体的六个面作为摆放边界;
若托盘内已有货物,则按照如下步骤选择放置点:
步骤M1,选取货物与货物之间、货物与摆放边界的阶梯线作为第一选择区;货物向摆放边界的投影边界线作为第二选择区;
步骤M2,在同一水平面按照第一选择区和第二选择区中的点与坐标轴的距离排序,选取其中距离坐标轴最近且能够放置下一个货物的点作为放置点。
在空间码垛时可码垛的放置点有多种,以最初始的放置为例,当托盘上没有货物时,第一个货物放置在哪里都可以,如果随意放置可能会产生两个问题:1、增大了空间浪费率;2、在先放置的货物影响机械手放置在后的货物。因此首先考虑的方法是选择托盘的顶角位置作为放置点,进一步考虑机械手的操作空间,应当优先选择距离机械手最远的顶角(对于如图2所建立的坐标,即最下、最左、最后)作为放置点。
更进一步的说明,还包括放置方式的选择:
将货物的顶点对应放置点,边缘与坐标轴平行,以不同的侧面作为的方式放置,若待放置货物的边缘与已放置货物的边缘平齐,则确定该种摆放方式为最优摆放方式;若不同的放置方式下待放置货物与已放置货物的边缘均无法平齐,则计算浪费空间,选取浪费空间最少的摆放方式为最优摆放方式。
当在后的货物可以和在先的货物的边缘完全平齐的时候,是空间浪费率最低的情形,同时也是最方便后续货物码垛的情形。因此在码垛货物时,如有可以使在后放置的货物与在先放置的货物边缘平齐的码垛方式时,优先选用该种方式,在没有该种方式的情况下,再考虑利用计算浪费空间的方式。
更进一步的说明,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积不少于待摆放货物的底面积的80%,则确认该种摆放方式为最优摆放方式,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积少于待摆放货物的底面积的80%,则放弃该种摆放方式。
层叠码垛时待摆放的货物会逐渐向托盘的高处摆放,上方货物与下方货物的接触面积会影响上午货物的稳定程度。摆放货物时层叠码垛可能存在下方的货物与上方的货物之间的接触面积小于上方的货物的底面积,此时并不是不能够摆放货物,只要下方的货物和上方的货物的接触面积不少于上方货物的底面积的80%,上方货物的重心就不会悬空,即使是层叠码垛的情形,上方货物也可以稳定的放置,不会倾倒。
更进一步的说明,步骤B中当缓冲区的货物已达到缓冲区存放货物的上限或传送带没有货物时,进行步骤C。
缓冲区的货物只作为临时存放,不能放置很多,因此当缓冲区的货物存放量达到上限的时候,就要及时将其码垛到托盘内。如果传送带上没有货物,则码垛工作接近尾声,此时将缓冲区内的货物码垛至托盘内,即完成了最后一次向托盘内摆放货物的操作。
更进一步的说明,若缓冲区内包含尺寸相同的货物,则优先将尺寸相同的货物筛选出来进行码垛。
如果存在尺寸相同的货物,则相同尺寸的货物在进行码垛时可以保证在上货物与在下货物之间的边缘完全平齐,也即不会增加额外的浪费空间。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤A,将传送带上的货物顺次放置到缓冲区,并采集货物尺寸信息,生成货物的放置姿态;
步骤B,依据货物的放置姿态所占据的空间状况,计算将货物码垛至托盘时,在不同码垛方式下,单个货物的放置姿态和多个货物的放置顺序的不同产生的浪费空间,所述浪费空间为货物与货物之间、货物与托盘之间的间隙;
步骤C,选择浪费空间最少的码垛方案并按照该码垛方案从缓冲区中逐个选取货物并放置到托盘内;
步骤D,若托盘空间达到上限,则更换托盘;若没有,则重复步骤A、B、C;
所述浪费空间的计算方法包括:
步骤B1,计算不可放置区域S,
S=S1∪S2∪S3∪…∪Si(i∈I)
其中i为货物的放置顺序,I为正整数;
(xi,yi,zi)为所选择放置点的坐标;
wi,hi,di分别为所选货物在所建立的空间坐标中沿着x轴、y轴、z轴的尺寸大小;
步骤B2,计算浪费空间,
ΔV=S-V
V=V1+V2+V3+…+Vi(i∈I)
其中Vi为已码垛货物的体积,V为已码垛货物的总体积;
还包括放置点的选取:
若托盘内没有货物,则选取托盘的顶角位置作为放置点,且设置第一个放置点为原点并建立坐标系,以托盘平面为底、托盘最大摆放高度为高的立方体的六个面作为摆放边界;
若托盘内已有货物,则按照如下步骤选择放置点:
步骤M1,选取货物与货物之间、货物与摆放边界的阶梯线作为第一选择区;货物向摆放边界的投影边界线作为第二选择区;
步骤M2,在同一水平面按照第一选择区和第二选择区中的点与坐标轴的距离排序,选取其中距离坐标轴最近且能够放置下一个货物的点作为放置点。
2.根据权利要求1所述的一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,其特征在于,还包括放置方式的选择:
将货物的顶点对应放置点,边缘与坐标轴平行,以不同的侧面作为的方式放置,若待放置货物的边缘与已放置货物的边缘平齐,则确定该种摆放方式为最优摆放方式;若不同的放置方式下待放置货物与已放置货物的边缘均无法平齐,则计算浪费空间,选取浪费空间最少的摆放方式为最优摆放方式。
3.根据权利要求1所述的一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,其特征在于,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积不少于待摆放货物的底面积的80%,则确认该种摆放方式为最优摆放方式,若待摆放货物与已摆放货物的接触面积少于待摆放货物的底面积的80%,则放弃该种摆放方式。
4.根据权利要求1所述的一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,其特征在于,步骤B中当缓冲区的货物已达到缓冲区存放货物的上限或传送带没有货物时,进行步骤C。
5.根据权利要求2所述的一种基于缓冲区的在线混合码垛方法,其特征在于,若缓冲区内包含尺寸相同的货物,则优先将尺寸相同的货物筛选出来进行码垛。
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