CN113822528A - 用于板坯搬运的天车调度方法、终端、调度系统及运营调度中心 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于板坯搬运的天车调度方法、终端、调度系统及运营调度中心，解决了在天车执行板坯搬运作业计划时，如何合理分配作业任务、节省执行时间、提高执行效率的问题，在获取任务计划后，将其细分为每块板坯的执行计划，形成任务排程，根据执行天车的协同配合情况，确定板坯搬运执行计划的执行类型，基于对天车运行时间代价函数的优化，确定天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，调度天车按序执行，提高天车执行效率。
Description
技术领域
本发明涉及天车作业调度的技术领域，更具体地，涉及一种用于板坯搬运的天车调度方法、终端、调度系统及运营调度中心。
背景技术
天车，是搬运大型物资必不可少的设备，在机械、钢铁、冶金、建筑、化工、汽车、港口物流等行业应用广泛，主要用于物料的起重、运输、装卸、安装等作业。
目前，钢铁行业厂房车间内的板坯物料搬运装备基本沿用普通天车作业的方式，普通天车现有的操作方式大都依靠人工,且厂房内有高温、高粉尘等客观不利条件存在，因此普遍存在工人劳动强度大、容易误操作、设备效率低、安全性差等一系列问题，同时天车运行、作业、板坯物料的数据无法及时和有效管理，自动化、信息化程度低。天车是板坯搬运的执行终端，天车调度是工业生产调度的重要组成部分，是板坯物料匹配、衔接、调控的“枢纽”，天车在收到作业指令后，会将板坯从起始位置移动到目标位置，当前，国内多数的钢铁企业对于任务的执行与天车的分配完全依靠经验，而在科学技术日新月异的今天，实现天车调度的信息化、智能化以及高效率，对于整个钢厂的物流顺行和企业整体效益的提高具有举足轻重的作用。
2020年10月2日，中国发明专利(公开号：CN111736543A)中公布了一种板坯库的天车调度方法，该方法首先根据钢铁厂的生产计划获得板坯的倒垛计划，并基于倒垛计划生成天车的作业计划，而对于天车作业计划的执行，则是先利用分散布置的UWB信号处理微基站分别采集的天车信号，然后根据天车信号和UWB信号处理微基站的位置信息确定天车的位置信息，最后基于大车的位置信息、小车的位置信息以及运动路线，控制大车和小车执行作业计划，该专利所提出的方案在执行板坯倒垛计划之前，侧重于如何生成倒垛计划，重点是使倒垛计划中净倒垛次数最少，然后从天车定位的角度出发，引入抗干扰的信号处理微基站定位天车，使天车高效的执行板坯倒垛作业计划，而对于智能化高速发展的今天，在面对已经明确总体作业任务计划及天车位置的情况时，如何高效的调度天车执行作业计划，该方法却不适合。
发明内容
为解决天车执行板坯搬运作业计划时，如何节省执行时间、提高执行效率的问题，本发明提出一种用于板坯搬运的天车调度方法、终端、调度系统及运营调度中心，基于天车接收的任务计划，根据执行天车的协同配合情况，调度天车按序执行，提高天车执行效率，完成板坯搬运任务计划。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种用于板坯搬运的天车调度方法，所述方法包括：
S1.获取任务计划T，任务计划T中已明确板坯搬运顺序和板坯目标节点信息，确定任务计划T的执行天车；
S2.基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
S3.根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型；
S4.引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
S5.根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
在本技术方案中，考虑天车从用户信息管理系统MES获取当天的任务计划后，将其细分为每块板坯的执行计划，形成任务排程，根据执行天车的协同配合情况，确定板坯搬运执行计划的执行类型，基于对天车运行时间代价函数的优化，确定天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，调度天车按序执行，提高天车执行效率。
优选地，设任务计划T的执行天车为Ma与Mb，第k块板坯的执行计划为tk，k∈[1,n]，步骤S3具体包括：
一.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，第k块板坯的执行计划tk单一执行；
二.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避，第k-1块板坯的执行计划tk-1与第k块板坯的执行计划tk并行执行；
三.第k块板坯的执行计划tk拆分执行：tk＝tk1,tk2；其中，tk1,tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，将tk1和tk2放入任务计划T，剔除原执行计划tk，形成新任务计划T’，对于新任务计划T’中的执行计划，选择执行类型为单一执行或并行执行。
优选地，设任务计划T的表达式为：
T＝t1，t2，t3，…，tn
tk∈T，k∈[1，n]
任务计划T下包含m种调度方法，记为调度集合D，表达式为：
D＝D1，D2，D3，…，Dm
Dj∈D，j∈[1，m]
Dj对应板坯搬运作业调度指令，分属于n个tk执行计划，引入时间代价函数为Cost(x)，对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为Dbest；
表达式为：
Dbest＝Dj|Cost(Dj)＝Min(Cost(D1)，Cost(D2)，Cost(D3)，…，Cost(Dm))；
将Dj分解成n部分，每一部分对应于一块板坯，记为：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，3，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
每次执行完毕一块板坯后，Dbest进行重新计算，实时生成新的最优调度作业指令；
在钢铁厂板坯搬运时，Dj，k包含钢铁厂中的智能管理系统下，若干个执行器和感知器的指令。
优选地，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，第k块板坯的执行计划tk单一执行时，调度集合D成员的数量m满足：
其中，n′等于任务计划T中的执行计划tk的数量；
调度Dj，k的天车路径用路径函数表示：
设天车Ma依序抵达的目标节点为：
x0，x1，x2，…，xs
则天车Ma路径函数Path(Ma)表达式为：
Path(Ma)＝L(x-1，x0)，L(x0，x1)，L(x1，x2)，…，L(xs-1，xs)
其中，x-1是天车Ma的起始点或在tk-1计划中的最后一个路径节点，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；天车Ma的工作区间为：
[xmin，xmax]＝[Min(x0，x1，x2，…，xs)，Max(x0，x1，x2，…，xs)]
其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；
天车Mb的待避路径Path(Mb)的表达式为：
其中，x′-1是天车Mb的起始点或在tk-1计划中的最后一个点，xΔ是天车Ma和天车Mb之间的安全距离；
天车Ma和天车Mb的行程长度分别为：
则
|L(Ma)|≥|L(Mb)|
天车Ma和天车Mb的时间代价函数分别为：
其中，v表示天车Ma和天车Mb的平均速度；天车Ma的运行时间完全覆盖天车Mb的运行时间，天车Mb可以在天车Ma执行计划tk的同时完成待避工作，因此，Dj,k的时间代价函数无需考虑行车待避的影响，Dj,k的时间代价函数表达式为：
遍历Dj，k对应的天车Ma路径Path(Ma)抵达的路径节点，得到使时间代价函数取得最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
在此，在板坯搬运的执行计划tk单一执行时，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行待避的时间被天车Ma执行tk的时间覆盖，减少天车Mb的执行时间并不会减少Cost(Dj，k)，天车Mb提前执行待避并不能给带来更多的效率提升，所以天车Mb此时无需考虑并行问题。
优选地，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，待避完成后，能连续执行分配到的执行计划；天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避，待避完成后，能连续执行分配到的执行计划；第k-1块板坯的执行计划tk-1与第k块板坯的执行计划tk并行执行时，设天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避时，天车Mb的工作区间是[xmin，xmax]，天车Ma的当前位置点为x-1；其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Ma的工作路径点是x0，x1，...，xs，天车Ma提前行走的路径Path′(Ma)的表达式为：
xi∈x0，x1，...，xs
xi′∈x0，x1，...，xs′，s′＜s
xi″∈x0，x1，...，xs″，s″＜s
其中，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；
执行计划tk-1和执行计划tk并行执行节省的天车运行时间代价函数Cost′(Dj，k)的表达式为：
调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)的表达式为：
其中，Cost′(Dj，0)＝0，遍历调度Dj对应的天车路径节点，求取使得调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)取最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
在此，tk-1和tk能否并行的必要条件是执行tk计划的天车在tk-1计划中必须执行待避，代价函数就是计算出路径，上述公式就是计算每次的路径代价，然后遍历所有可能性，采用最小代价作为执行，然后每执行一块板坯后，需重新遍历计算。
优选地，在板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，tk＝tk1，tk2；其中，tk1，tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，新任务计划T’与原任务计划T满足：
新任务计划T’中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D′best；
原任务计划T中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D″best；
则板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，最优板坯搬运作业调度指令Dbest表达式为：
Dbest＝Min(D′best，D″best)
遍历Dbest得到每块板坯的天车消耗时间，确定执行计划tk拆分执行时的执行时间，以及各个子计划的执行时间，进而得到天车的板坯搬运性能指标板坯和生产节拍；Dbest确定后，板坯搬运作业调度指令Dj即能确定，即：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，3，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
此时Dj，k均属于已拆分后的指令；每个已拆分后的指令Dj，k均由执行tk的天车Ma和执行待避的天车Mb两个任务指令构成，分别由两个天车执行，Dj，k的值为：
其中，
Maj，k＝Move(x-1，x0)，Grap(y0，z0)，Move(x1，x2)，Release(y1，z1)
Mbj，k＝Move(x-1，x′)
式中，Move表示天车移动到x点；Grap表示夹具移动到y点，高度移动到z点，夹取板坯，然后回到安全高度；Release表示夹具移动到y点，高度移动到z点，放下板坯，然后回到安全高度；Move和Grap、Release动作是能并行的，待避点x＇属于待避区，并且离下一个任务的第一个x点最近的点。
对于相邻两个指令Dj,k-1与Dj,k，若Dj,k-1与Dj,k目标节点的有交叉，则Dj,k-1与Dj,k分配给同一台天车，使得两台天车作业区域不重叠交叉。
本发明还提出一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行存储在存储器上的计算机程序，以实现所述的用于板坯搬运的天车调度方法。
一种用于板坯搬运的调度系统，所述系统用于所述的用于板坯搬运的天车调度方法，系统包括：
执行天车确认模块，用于获取任务计划T，确定任务计划T的执行天车；
任务计划划分模块，基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
计划执行类型确认模块，根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型；
调度指令求取模块，引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
调度执行模块，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种用于板坯搬运的天车调度方法、终端、调度系统及运营调度中心，在获取任务计划后，将其细分为每块板坯的执行计划，形成任务排程，根据执行天车的协同配合情况，确定板坯搬运执行计划的执行类型，基于对天车运行时间代价函数的优化，确定天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，调度天车按序执行，提高天车执行效率。
附图说明
图1表示本发明实施例中提出的用于板坯搬运的天车调度方法的流程示意图；
图2表示本发明实施例中提出的用于板坯搬运的天车调度系统框图；
图3表示应用本发明所提出的天车调度系统下的钢厂作业数字孪生示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例
如图1所示，在本发明实施例中提出了一种用于板坯搬运的天车调度方法，参见图1，该方法包括：
S1.获取任务计划T，确定任务计划T的执行天车，任务计划T中已明确板坯搬运顺序和板坯目标节点信息；
S2.基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
S3.根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型；
S4.引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
S5.根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
在本实施例中，天车从用户信息管理系统MES获取当天的任务计划T，设任务计划T的执行天车为Ma与Mb，第k块板坯的执行计划为tk，k∈[1,n]，步骤S3具体包括：
一.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，第k块板坯的执行计划tk单一执行；
二.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避，第k-1块板坯的执行计划tk-1与第k块板坯的执行计划tk并行执行；
三.第k块板坯的执行计划tk拆分执行：tk＝tk1,tk2；其中，tk1,tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，将tk1和tk2放入任务计划T，剔除原执行计划tk，形成新任务计划T’，对于新任务计划T’中的执行计划，选择执行类型为单一执行或并行执行。
设任务计划T的表达式为：
T＝t1，t2，t3，…，tn
tk∈T，k∈[1，n]
任务计划T下包含m种调度方法，记为调度集合D，表达式为：
D＝D1，D2，D3，…，Dm
Dj∈D，j∈[1，m]
引入时间代价函数为Cost(x)，Dj对应板坯搬运作业调度指令，对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令Dbest；
表达式为：
Dbest＝Dj|Cost(Dj)＝Min(Cost(D1)，Cost(D2)，Cost(D3)，…，Cost(Dm))；
将Dj分解成n部分，每一部分对应于一块板坯，记为：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，3，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
每次执行完毕一块板坯后，Dbest进行重新计算，实时生成新的最优调度作业指令；
在钢铁厂板坯搬运时，Dj，k包含钢铁厂中的智能管理系统下，若干个执行器和感知器的指令，即考虑天车从用户信息管理系统MES获取当天的任务计划后，将其细分为每块板坯的执行计划，以任务计划下包含的调度方法对应板坯搬运作业调度指令，形成任务排程，基于对天车运行的时间代价函数优化和对任务复杂度的考虑，形成板坯搬运执行计划tk单一执行、板坯搬运的执行计划tk-1和执行计划tk并行执行、板坯搬运的执行计划tk拆分执行的三种天车调度方式，调度天车按序执行，并行优化，提高天车执行效率。
具体如下：
一、板坯搬运的执行计划tk单一执行：天车Ma执行tk，天车Mb执行待避；确定天车运行的时间代价函数Cost(Dj，k)，求取使得天车运行时间代价函数Cost(Dj，k)取最小值的天车板坯搬运作业调度指令，对应天车搬运板坯的路径节点；
二、板坯搬运的执行计划tk-1和执行计划tk并行执行：天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避；确定执行计划tk-1和执行计划tk并行执行节省的天车运行时间代价函数Cost′(Dj，k)，进一步确定调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)，求取使得调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)取最小值的天车板坯搬运作业调度指令，对应天车搬运板坯的路径节点；
三、板坯搬运的执行计划tk拆分执行：tk＝tk1,tk2；其中，tk1,tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，将tk1和tk2放入任务计划T，剔除原执行计划tk，形成新任务计划T’，对于新任务计划T’中的执行计划，选择单一执行步骤或并行执行步骤，得到天车板坯搬运作业调度指令，对应天车搬运板坯的路径节点。
在本实施例中，更具体的，对于板坯搬运的执行计划tk单一执行时，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，集合D成员的数量m满足：
其中，n'等于任务计划T中的执行计划tk的数量；
调度Dj,k的天车路径可以用路径函数表示：
设天车Ma依序抵达的目标节点为：
x0，x1，x2，…，xs
则天车Ma路径函数Path(Ma)表达式为：
Path(Ma)＝L(x-1，x0)，L(x0，x1)，L(x1，x2)，…，L(xs-1，xs)
其中，x-1是天车Ma的起始点或在tk-1计划中的最后一个路径节点，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；天车Ma的工作区间为：
[xmin，xmax]＝[Min(x0，x1，x2，…，xs)，Max(x0，x1，x2，…，xs)]
其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；
天车Mb的待避路径Path(Mb)的表达式为：
其中，x′-1是天车Mb的起始点或在tk-1计划中的最后一个点，xΔ是天车Ma和天车Mb之间的安全距离；
天车Ma和天车Mb的行程长度分别为：
则：
|L(Ma)|≥|L(Mb)|
天车Ma和天车Mb的时间代价函数分别为：
其中，v表示天车Ma和天车Mb的平均速度；天车Ma的运行时间完全覆盖天车Mb的运行时间，天车Mb可以在天车Ma执行计划tk的同时完成待避工作，因此，Dj,k的时间代价函数无需考虑行车待避的影响，Dj,k的时间代价函数表达式为：
遍历Dj,k对应的天车Ma路径Path(Ma)抵达的路径节点，得到使时间代价函数取得最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
由天车Ma和天车Mb的行程长度的对比可知，对于板坯搬运的执行计划tk单一执行时，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行待避的时间被天车Ma执行tk的时间覆盖，减少天车Mb的执行时间并不会减少Cost(Dj,k)，天车Mb提前执行待避并不能给带来更多的效率提升，所以天车Mb此时无需考虑并行问题。
在本实施例中，对于板坯搬运的执行计划tk-1和执行计划tk并行执行时，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避；
设天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避时，天车Mb的工作区间是[xmin,xmax]，天车Ma的待避点为x-1；其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Ma的工作路径点是x0，x1，...，xs，天车Ma提前行走的路径Path′(Ma)的表达式为：
xi∈x0，x1，...，xs
xi′∈x0，x1，...，xs′，s′＜s
xi″∈x0，x1，...，xs″，s″＜s
其中，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；
执行计划tk-1和执行计划tk并行执行节省的天车运行时间代价函数Cost′(Dj，k)的表达式为：
调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)的表达式为：
其中，Cost′(Dj，0)＝0。遍历调度Dj对应的天车路径节点，求取使得调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)取最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
在此，tk-1和tk能否并行的必要条件是执行tk计划的天车在tk-1计划中必须执行待避。
以上的tk计划执行调度都只使用一台天车，对于某些复杂的计划，两台天车通常能够更快完成，对于这类tk计划，将其拆分成简单计划，在本实施例中，如一个tk计划是将板坯从A点长程转移到B点。在A、B之间，有一个暂存点C，因此，板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，tk＝tk1，tk2；其中，tk1，tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，tk1的内容是将板坯从A移到C，tk2是将板坯从C移动到B点。将tk1和tk2放入T中，同时从T中剔除tk，新任务计划T’与原任务计划T满足：
即新任务计划T’与原任务计划T等价；
新任务计划T’中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D′best；
原任务计划T中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D″best；
则板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，最优板坯搬运作业调度指令Dbest表达式为：
Dbest＝Min(D′best，D″best)
遍历Dbest得到每块板坯的天车消耗时间，确定执行计划tk拆分的执行时间，以及各个子计划的执行时间，进而得到天车的板坯搬运性能指标板坯和生产节拍；Dbest确定后，板坯搬运作业调度指令Dj即能确定，即：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，a，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
此时的Dj，k均属于已拆分后的指令；每个已拆分后的指令Dj，k均由执行tk的天车Ma和执行待避的天车Mb两个任务指令构成，分别由两个天车执行，Dj，k的值为：
其中，
Maj，k＝Move(x-1，x0)，Grap(y0，z0)，Move(x1，x2)，Release(y1，z1)
Mbj，k＝Move(x-1，x′)
式中，Move表示天车移动到x点；Grap表示夹具移动到y点，高度移动到z点，夹紧，然后回到安全高度；Release表示夹具移动到y点，高度移动到z点，放开，然后回到安全高度；Move和Grap、Release动作是能并行的，待避点x′属于待避区，并且离下一个任务的第一个x点最近的点。
对于相邻两个指令Dj，k-1与Dj，k，若Dj，k-1与Dj，k目标节点的有交叉，则Dj，k-1与Dj，k分配给同一台天车，使得两台天车作业区域不重叠交叉；
基于以上过程，获取到作业计划和设备调度指令的对应关系。
本发明还提出一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行存储在存储器上的计算机程序，以实现所述的用于板坯搬运的天车调度方法。其中，存储器可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质，处理器与存储器连接，可以作为一个或多个集成电路来实施，具体的可以为微处理器或微控制器，在执行存储在存储器上的计算机程序时，对于板坯搬运，实现天车调度。
如图2所示，一种用于板坯搬运的天车调度系统，所述系统用于实现所述的用于板坯搬运的天车调度方法，所述系统包括：
执行天车确认模块，用于获取任务计划T，确定任务计划T的执行天车；在具体实施时，所述的任务计划T从用户信息管理系统MES中获取。
任务计划划分模块，基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
计划执行类型确认模块，根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型，任务计划T中已明确板坯搬运顺序和板坯目标节点信息；
调度指令求取模块，引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
调度执行模块，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
图3表示应用本发明所提出的天车调度系统下的钢厂作业数字孪生示意图，系统依托的平台与MES、辊道控制对接、共同承接作业计划、库区管理、天车作业管理、直送辊道状态监控等功能，提供多用户、智能化、模块化的调度系统，实现作业的自动化，管理的信息化，调度决策的智能化，实现库区的高效自动运行，节省人力投入成本，提高自动化率和现场管理水平。
系统平台后端基于微服务架构，使用Java语言开发；前端遵循H5标准，基于Javascript、css，xhtml等技术；前端和后端之间使用Restful风格的Web Service交换数据；数据库采用MySQL；缓冲加速使用Redis字典数据库。运行环境包括软件环境和硬件环境，其中，软件环境为：Java环境：Java 1.8；Java框架：SpringBoot 2.2.2；微服务框架：SpringCloud 2.2.2；数据库：MySQL 8.0；字典服务器：Redis 5.0.7；前端：网页浏览器；硬件环境为：主机配置：CPU：INTEL或AMD，4核8线程，主频2.5GHz；硬件架构：x86_64；内存：16GDDR4；系统硬盘：512G SSD硬盘；数据硬盘：2T企业级HDD硬盘x2(组成RAID1阵列)终端配置：显示器分辨率：1920x1080p；终端类型：平板，PC，Android盒子等。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.获取任务计划T，任务计划T中已明确板坯搬运顺序和板坯目标节点信息，确定任务计划T的执行天车；
S2.基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
S3.根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型；
S4.引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
S5.根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
2.根据权利要求1所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，设任务计划T的执行天车为Ma与Mb，第k块板坯的执行计划为tk，k∈[1，n]，步骤S3具体包括：
一.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，第k块板坯的执行计划tk单一执行；
二.天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避，第k-1块板坯的执行计划tk-1与第k块板坯的执行计划tk并行执行；
三.第k块板坯的执行计划tk拆分执行：tk＝tk1，tk2；其中，tk1，tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，将tk1和tk2放入任务计划T，剔除原执行计划tk，形成新任务计划T’，对于新任务计划T’中的执行计划，选择执行类型为单一执行或并行执行。
3.根据权利要求2所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，设任务计划T的表达式为：
T＝t1，t2，t3，…，tn
tk∈T，k∈[1，n]
其中，n表示任务计划T下包含的板坯数目；任务计划T下包含m种调度方法，记为调度集合D，表达式为：
D＝D1，D2，D3，…，Dm
Dj∈D，j∈[1，m]
Dj对应板坯搬运作业调度指令，分属于n个tk执行计划，引入时间代价函数为Cost(x)，对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为Dbest；
表达式为：
Dbest＝Dj|Cost(Dj)＝Min(Cost(D1)，Cost(D2)，Cost(D3)，…，Cost(Dm))：
将Dj分解成n部分，每一部分对应于一块板坯，记为：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，3，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
每次执行完毕一块板坯后，Dbest进行重新计算，实时生成新的最优调度作业指令；
在钢铁厂板坯搬运时，Dj，k包含钢铁厂中的智能管理系统下，若干个执行器和感知器的指令。
4.根据权利要求3所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，第k块板坯的执行计划tk单一执行时，调度集合D成员的数量m满足：
其中，n′等于任务计划T中的执行计划tk的数量；
调度Dj，k的天车路径用路径函数表示：
设天车Ma依序抵达的目标节点为：
x0，x1，x2，…，xs
则天车Ma路径函数Path(Ma)表达式为：
Path(Ma)＝L(x-1，x0)，L(x0，x1)，L(x1，x2)，…，L(xs-1，xs)
其中，x-1是天车Ma的起始点或在tk-1计划中的最后一个路径节点，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；天车Ma的工作区间为：
[xmin，xmax]＝[Min(x0，x1，x2，…，xs)，Max(x0，x1，x2，…，xs)]
其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；
天车Mb的待避路径Path(Mb)的表达式为：
其中，x′-1是天车Mb的起始点或在tk-1计划中的最后一个点，xΔ是天车Ma和天车Mb之间的安全距离；
天车Ma和天车Mb的行程长度分别为：
则|L(Ma)|≥|L(Mb)|；
天车Ma和天车Mb的时间代价函数分别为：
其中，v表示天车Ma和天车Mb的平均速度；天车Ma的运行时间完全覆盖天车Mb的运行时间，天车Mb在天车Ma执行计划tk的同时完成待避工作，因此，Dj，k的时间代价函数无需考虑行车待避的影响，Dj，k的时间代价函数表达式为：
遍历Dj，k对应的天车Ma路径Path(Ma)抵达的路径节点，得到使时间代价函数取得最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
5.根据权利要求4所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，待避完成后，能连续执行分配到的执行计划；天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避，待避完成后，能连续执行分配到的执行计划；第k-1块板坯的执行计划tk-1与第k块板坯的执行计划tk并行执行时，设天车Mb执行tk-1，天车Ma执行待避时，天车Mb的工作区间是[xmin，xmax]，天车Ma的当前位置点为x-1；其中，xmin表示天车Ma工作区间的下限，xmax表示天车Ma工作区间的上限；天车Ma执行tk，天车Mb执行待避，天车Ma的工作路径点是x0，x1，...，xs，天车Ma提前行走的路径Path′(Ma)的表达式为：
xi∈x0，x1，...，xs
xi′∈x0，x1，...，xs′，s′＜s
xi″∈x0，x1，...，xs″，s″＜s
其中，L(xs-1，xs)表示两路径节点之间的线段；
执行计划tk-1和执行计划tk并行执行节省的天车运行时间代价函数Cost′(Dj，k)的表达式为：
调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)的表达式为：
其中，Cost′(Dj，0)＝0，遍历调度Dj对应的天车路径节点，求取使得调度Dj的时间代价函数Cost(Dj)取最小值的天车板坯搬运作业调度指令，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
6.根据权利要求5所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，在板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，tk＝tk1，tk2；其中，tk1，tk2分别表示执行计划tk拆分后的两个计划，新任务计划T’与原任务计划T满足：
新任务计划T’中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D′bext；
原任务计划T中对每一个Dj执行时间代价函数，时间代价函数取最小值时，最优板坯搬运作业调度指令为D″best；
则板坯搬运的执行计划tk拆分执行时，最优板坯搬运作业调度指令Dbest表达式为：
Dbest＝Min(D′best，D″best)
遍历Dbest得到每块板坯的天车消耗时间，确定执行计划tk拆分执行时的执行时间，以及各个子计划的执行时间，进而得到天车的板坯搬运性能指标板坯和生产节拍；Dbest确定后，板坯搬运作业调度指令Dj即能确定，即：
Dj＝Dj，1，Dj，2，Dj，3，…，Dj，n
Dj，k∈Dj，k∈[1，n]
此时Dj，k均属于已拆分后的指令；每个已拆分后的指令Dj，k均由执行tk的天车Ma和执行待避的天车Mb两个任务指令构成，分别由两个天车执行，Dj，k的值为：
其中，
Maj，k＝Move(x-1，x0)，Grap(y0，z0)，Move(x1，x2)，Release(y1，z1)
Mbj，k＝Move(x-1，x′)
式中，Move表示天车移动到x点；Grap表示夹具移动到y点，高度移动到z点，夹取板坯，然后回到安全高度；Release表示夹具移动到y点，高度移动到z点，放下板坯，然后回到安全高度；Move和Grap、Release动作是能并行的，待避点x′属于待避区，并且离下一个任务的第一个x点最近的点。
7.根据权利要求5所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，对于相邻两个指令Dj，k-1与Dj，k，若Dj，k-1与Dj，k的目标节点有交叉，则Dj，k-1与Dj，k分配给同一台天车，使得两台天车作业区域不重叠交叉。
8.一种终端，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行存储在存储器上的计算机程序，以实现权利要求1～7任意一项所述的用于板坯搬运的天车调度方法。
9.一种用于板坯搬运的调度系统，所述系统用于实现权利要求1所述的用于板坯搬运的天车调度方法，其特征在于，所述系统包括：
执行天车确认模块，用于获取任务计划T，确定任务计划T的执行天车，任务计划T中已明确板坯搬运顺序和板坯目标节点信息；
任务计划划分模块，基于任务计划T下包含的板坯数目n，对任务计划T进行划分，得到n块板坯搬运的执行计划；
计划执行类型确认模块，根据执行天车的协同配合情况，确定执行计划的执行类型；
调度指令求取模块，引入每种执行类型下的天车运行时间代价函数，确定使天车运行时间代价函数取得最小值时的天车板坯搬运作业调度指令；
调度执行模块，根据天车板坯搬运作业调度指令确认天车搬运板坯的路径节点，以此调度天车。
10.一种运营调度中心，所述运营调度中心包括：用户信息管理系统MES、权利要求9所述的用于板坯搬运的调度系统及用于板坯搬运的天车；所述用户信息管理MES系统存储有天车调度任务计划T。
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