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Gegenstand
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verteilung von Rufen, die über
das Stockwerkrufgerät
von Aufzügen
einer Aufzugsgruppe abgegeben werden, so dass jeder Ruf von einem
Aufzug der Aufzuggruppe bedient wird. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Methode zur Stabilisierung wiederholt definierter
Zuweisungsentscheidungen innerhalb eines Zuweisungssystems, das
auf einem genetischen Algorithmus basiert.
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Stand der
Technik
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Wenn
ein Fahrgast die Fahrt mit einem Aufzug wünscht ruft er einen Aufzug,
indem er einen Stockwerkrufknopf auf dem Stockwerk drückt. Das Steuersystem
der Aufzuggruppe empfängt
den Ruf und versucht zu entscheiden, welcher der Aufzüge der Aufzuggruppe
am besten geeignet sein wird, um den Ruf zu bedienen. Dieser Vorgang
ist die Aufzuweisung. Die Zuweisungsfunktion ist eine Art von Minimierungsproblem,
bei welchem die Absicht zur Lösung
der Funktion darin besteht, einen Aufzug zu finden, der den Wert
der Funktion auf der Basis von einem oder mehreren ausgesuchten
Kostenfaktoren minimiert.
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Wenn
die Anzahl der Rufe und die Anzahl der sie bedienenden Aufzüge zunimmt,
wird das Minimierungsproblem erheblich komplizierter. Naturgemäß vergrößert das
die Menge der benötigten
Rechenkapazität.
Die im Zuweisungsprozess zu minimierende Größe könnte die Wartezeit der Fahrgäste, die
Fahrtzeit der Fahrgäste,
die Anzahl der Aufzugshalte oder eine in unterschiedlichen Weisen
gewichtete Kombination mehrerer Kostenfaktoren sein.
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Wenn
herkömmlicher
Weise ein zum Ruf passender Aufzug gefunden werden soll, basiert
die Lösungsfindung
auf einer fallspezifischen Grundlage unter Benutzung komplizierter
konditioneller Strukturen. Das endgültige Ziel dieser Lösungsfindung
besteht darin, gegebene Kostenfaktoren, die den Betrieb der Aufzugsgruppe
beschreiben, typischerweise die durchschnittliche Fahrgastwartezeit,
zu minimieren. Da die möglichen
Kombinationen der Zustände in
der Aufzugsgruppe komplex sind, sind auch die Lösungsstrukturen komplex und
weisen Lücken auf.
Mit anderen Worten: es treten Situationen auf, bei denen die Steuerung
nicht optimal arbeitet. Ebenso ist es schwierig, die gesamte Aufzugsgruppe
als Ganzes zu berücksichtigen.
Ein typisches Beispiel dafür
ist die herkömmliche
kollektive Steuerung, bei welcher der Stockwerkruf dem nächstgelegenen
Aufzug, der sich in Richtung des Rufs bewegt, zugewiesen wird.
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Jedenfalls
führt dieses
einfache Optimierungsprinzip zur Gruppierung der Aufzüge in der
Art, dass sich die Aufzüge
auf einer Front in dieselbe Richtung bewegen und führt daher
zum Rückgang der
Leistung der Aufzugsgruppe als Ganzes.
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Wenn
die Kostenfaktoren für
alle Alternativen der Fahrstrecken bestimmt werden sollen, wächst der
dafür benötigte Umfang
der Rechenarbeit leicht über
die Kapazität
der Prozessoren hinaus. Wenn die Anzahl der zu bedienenden Rufe
C ist und das Gebäude
L Aufzüge
hat, beträgt
die Anzahl der unterschiedlichen Fahrstreckenalternativen N = LC. Selbst in kleinen Aufzugsgruppen ist die
systematische Berücksichtigung
aller Fahrstreckenalternativen unmöglich, da die Anzahl der Fahrstreckenalternativen
exponentiell mit der Anzahl der Rufe ansteigt. Dieses hat die praktische
Anwendbarkeit der Fahrstreckenoptimierung beschränkt.
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Die
finnische Patentanmeldung FI 951 925 offenbart ein Verfahren zur
Verteilung von Stockwerkrufen in einer Aufzugsgruppe. Dieses Verfahren
basiert auf der Erstellung einer Vielzahl von Zuweisungsoptionen,
die jeweils die Rufdaten und Aufzugdaten jedes Stockwerkrufs enthalten,
wobei besagte Daten zusammen den Aufzug bestimmen, der den Stockwerkruf
bedienen soll. Danach wird für
jede Zuordnungsoption der Wert der Kostenfunktion berechnet und
eine oder mehrere Zuordnungsoptionen werden hinsichtlich eines oder
mehrerer darin enthaltener Datenelemente modifiziert, wobei die
Werte der Kostenfunktionen der so erhaltenen neuen Zuordnungsoptionen
berechnet werden. Auf diese Weise werden auf der Basis der Kostenfunktionen
die besten Zuordnungsoptionen ausgewählt und die gegenwärtig aktiven
Stockwerkrufe werden dementsprechend den Aufzügen der Aufzugsgruppe zugewiesen.
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Im
Vergleich zur Berechnung aller möglichen Wegalternativen
reduziert die Lösung
entsprechend FI 951 925 die benötigte
Rechenarbeit wesentlich. In einem Verfahren, welches wie dieses
auf einem derartigen genetischen Algorithmus beruht, wird die Aufzuggruppe
als Einheit behandelt, wobei die Kostenfunktion auf der Ebene der
gesamten Aufzuggruppe opti miert wird. Die Optimierung kann ohne
die Berücksichtigung
individueller Situationen und ihrer Beherrschung durchgeführt werden.
Durch Modifizierung der Kostenfunktion kann eine gewünschte Funktionsweise
erreicht werden. Optimiert werden können z. B. die Fahrgastwartezeit,
die Rufzeit, die Anzahl der Anfahrten, die Fahrzeit, der Energieverbrauch,
die Abnutzung des Seils, der Betrieb eines einzelnen Aufzuges, falls
die Benutzung eines bestimmten Aufzuges teuer ist, die gleichmäßige Benutzung
der Aufzüge
usw. oder eine gewünschte Kombination
von diesen.
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Falls
eine große
Anzahl von Stockwerkrufen vorliegt, wird eine einzelne Lösung oder
Zuweisungsoption, die eindeutig besser ist als andere Optionen, nicht
notwendigerweise gefunden werden. Für diese Situation gibt es mehrere
Lösungen,
die nahezu gleich gut sind. Dies ist ein Fall sogenannter Mehrfachmodalität.
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Da
der oben beschriebene genetische Algorithmus eine Suchmethode stochastischer
Natur darstellt, ist nicht sichergestellt, dass immer wieder wiederholte
Suchen immer dieselbe Lösung
oder Zuweisungsoption ergeben, selbst wenn die gleichen oder fast
die gleichen Startwerte benutzt werden. Im Falle fortlaufender Zuweisungen
kommt es zu Instabilitäten
der Zuweisungsentscheidungen. Die den Aufzügen in der Aufzugsgruppe zugewiesenen
Rufe ändern
sich von einem Zeitpunkt der Zuweisung zu einem anderen. Wie auch
immer, falls bekannt ist, dass es mehrere nahezu gleich gute Zuweisungsoptionen für die Aufzugsgruppe
gibt, dann macht es keinen Unterschied, welche der Zuweisungsoptionen
benutzt wird. Demgegenüber
ist es wichtig, dass die Zuweisungsoption nicht jedes Mal geändert wird,
wenn sie wieder ausgewählt
wird, sondern dass eine einmal gewählte Lösung so lange beibehalten wird,
so lange die Startparameter der Zuweisung identisch oder hinreichend
identisch bleiben.
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In
der Praxis bedeutet das, falls die Situation in der Aufzugsgruppe
unverändert
bleibt, d. h. keine weiteren Rufe entgegengenommen und keine Aufzüge von der
Aufzugsgruppe hinweggenommen oder zu ihr hinzugefügt werden,
dass dann die für
einen gegebenen Satz von Rufen ausgewählten Aufzugswege so lange
beibehalten werden müssen,
bis selbst der letzte Ruf bedient wurde. Falls das nicht der Fall
ist, könnte
ein Aufzug der Aufzugsgruppe jede halbe Sekunde neue Steuerdaten
bekommen, was für
den Aufzug beschwerlich umzusetzen ist und zu Instabilitäten der
Aufzugsgruppe und des Systems führt.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen Typus von Zuweisungsmethode
zu offenbaren.
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Ein
spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, die zuvor erwähnten Nachteile
der Zuweisungsmethoden des Standes der Technik zu beseitigen oder
diesen wenigstens wesentlich zu verbessern.
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Alternativ
ist ein weiteres Ziel der Erfindung die Offenbarung einer Zuweisungsmethode,
die wesentlich stabiler und zuverlässiger ist als Verfahren des
Standes der Technik.
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Ein
weiteres alternatives Ziel der Erfindung ist es, die Stabilisierung
der Lösung
eines Zuweisungsproblems und einer Aufzugsgruppenregelung derart
zu ermöglichen,
dass ein unveränderter
oder fast unveränderter
Satz von Rufen von einer unveränderten
Zuweisungsoption so lange bedient wird, wie die besagte Zuweisungsoption
eine Lösung
hervorbringt, die eine der besten, durch einen stochastischen Auswahlprozess
erhaltenen Lösungen
ist.
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Für die charakteristischen
Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche verwiesen.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Das
Ziel der Erfindung ist es, eine neue Lösung zur Zuweisung von Stockwerkrufen
an die Aufzüge
in einer Aufzugsgruppe in der Art zu erreichen, dass sich der durch
jeden Aufzug empfangene Steuerruf so selten wie möglich ändert.
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In
dem genetischen Verfahren der Erfindung werden mehrere Zuweisungsoptionen,
d. h. Chromosomen, zur Zuweisung von Rufen an die Aufzüge der Aufzugsgruppe
generiert, wobei jede Zuweisung für jeden aktiven Stockwerkruf
ein Rufdatenwort und ein Aufzugdatenwort enthält und diese Datenworte oder Gene
zusammen den Aufzug bestimmen, der den jeweiligen Stockwerkruf bedienen
soll. Für
jedes generierte Chromosom wird ein Eignungsfunktionswert bestimmt.
Danach werden ein oder mehrere Chromosomen im Verhältnis zu
wenigstens einem Gen modifiziert und Eignungsfunktionswerte werden
für die
so erhaltenen Chromosomen bestimmt. Die Suche, d. h. die Generierung
neuer Chromosomen, wird so lange fortgesetzt, bis eine festgesetzte
Schlussbedingung erfüllt
ist, woraufhin das beste Chromosom auf der Basis des Eignungsfunktionswertes
ausgewählt
wird und entsprechend dieser Lösung
die Rufe an die Aufzüge
in der Aufzugsgruppe zugewiesen werden. In Abhängigkeit von unterschiedlichen
Faktoren kann die Zuweisung öfters
wiederholt werden. In der Praxis kann der Durchlauf einer Wiederholung der
Zuweisung eine halbe Sekunde oder wenn nötig sogar kürzer sein.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird vor dem Start einer neuen Suche nach einer Rufzuweisungsentscheidung
oder eines neuen Zuweisungsdurchlaufes das zuvor ausgewählte beste
Chromosom zum Satz der Chromosomen hinzugefügt, um das Auswahlergebnis
auf das beste zuvor ausgesuchte Chromosom auszurichten, wenn die
Startbedingungen der Zuweisung im Wesentlichen unverändert sind.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
werden aus einem Satz von Zuweisungsfunktionen, d. h. aus Chromosomen
die eine Generation bilden, in der Regel die besten zur Reproduktion
für die
Herstellung einer neuen Generation von Chromosomen ausgewählt. Die
neue Generation entsteht aus den ausgewählten Chromosomen mit Hilfe
eines genetischen Algorithmus durch Auswahl, Kreuzung und/oder Mutation.
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Die
erfindungsgemäße Prozedur
kann bis zum Erreichen des gewünschten
Zieles fortgesetzt werden, etwa bis ein gegebener Eignungsfunktionswert
erreicht ist oder bis eine gegebene Anzahl von neuen Generationen
erzeugt wurde oder die Prozedur kann bei Überschreitung einer gegebenen
Prozesszeit unterbrochen werden. Ein weiteres Abbruchskriterium,
das angewendet werden kann, ist die hinreichende Homogenität der Population.
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Im
Verfahren der Erfindung wird das beste Chromosom zur ersten Generation
zugefügt,
bevor eine neue Generation gebildet wird. Vor der Bildung einer
neuen Generation kann das beste Chromosom auch zur zweiten Generation
oder einer der folgenden Generationen hinzugefügt werden. Zusätzlich kann
der Wert der Eignungsfunktion des besten Chromosoms des vorhergehenden
Zyklus mit einer Konstante K multipliziert werden, die vorzugsweise kleiner
als 1 ist und damit den Wert der Eignungsfunktion modifiziert. Danach
wird das Chromosom, welches mit der modifizierten Eignungsfunktion
versehen wurde, zum Satz der Chromosomen hinzugefügt.
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Falls
ein „übergutes" Individuum oder
Chromosom während
eines neuen Suchdurchlaufs zur Population hinzugefügt wird,
z. B. zum Zeitpunkt einer neuen Zuweisung, erhöht das die Sta bilität der Zuweisungsentscheidungen,
die über
genetische Zuweisung erfolgten. Einfach, weil eine „übergute" Lösung das
endgültige
Ergebnis des vorhergehenden Zuweisungsdurchlaufes darstellt, verursacht
es eine vorzeitige Konvergenz der Population, mit anderen Worten
führt es
die Population zur Lösung
des vorhergehenden Durchlaufes. Entsprechend der Beschreibung von
genetischer Zuweisung in einschlägiger
Literatur, ist vorzeitige Konvergenz ausdrücklich nachteilig, weil ein
in die Startgeneration gelangendes übergutes Individuum die Suche
nach der besten Alternative durch Übermittlung seiner Gene an
die Population mit dem Ergebnis dominiert, dass die Population keine
Lösung
zum gegebenen Problem erreicht. Wie auch immer, beabsichtigt die
Erfindung ausdrücklich
die Lösung
des vorhergehenden Durchlaufes zu erreichen, wenn die Startwerte
gleich oder nahezu gleich sind.
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Die
Lösung
der Erfindung bietet eine exzellente Lösung zur Stabilisierung von
Zuweisungsentscheidungen. Falls die Situation in der Aufzugsgruppe
unverändert
bleibt, so dass keine zusätzlichen Rufe
entgegengenommen werden und keine Aufzüge aus der Gruppe entfernt
werden oder zu ihr hinzugefügt
werden, dann sollten die bereits gefundenen Aufzugswege lang genug
beibehalten werden. Wenn andererseits neue Rufe im System auftreten
oder sich die Situation der Aufzüge
verändert,
dann ändert sich
die Form des Suchraumes ebenso und die zuvor ausgewählte gute
Lösung
stellt nicht länger
die beste Lösung
oder eine der besten Lösungen
im Suchraum dar. Sie ist eine schlechte Lösung unter anderen schlechten
Lösungen,
die in die Startgeneration über den
Auswahlprozess aufgenommen werden.
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Die
Lösung
der Erfindung reduziert in wesentlichem Umfang die Wahllosigkeit
bei der Auswahl der besten Zuweisungsalternative für die Aufzüge in einer
Aufzugsgruppe. Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich einen
integrierten Mechanismus zur Stabilisierung der Aufzugssteuerentscheidungen
in einem Aufzugskontrollsystem zu implementieren, welches genetische
Zuweisungen benutzt. Zusätzlich
ermöglicht
die Erfindung die Einführung
eines kontrollierten Hysteresemechanismusses.
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Liste der
Abbildungen
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles
mit Verweis auf die beigefügten
Abbildungen detailliert beschrieben, wobei
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1 die
Formation eines Aufzugchromosoms illustriert,
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2 eine
anfängliche
Chromosomenpopulation entsprechend der Erfindung darstellt.
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Die
Grafik von 1 stellt die Ebenen eines Gebäudes, welche
von 1, 2, 3, ..., bis 16 durchnummeriert sind dar. Die Aufzugsgruppe
umfasst drei Aufzüge.
LIFT0, LIFT1 und LIFT2, welche sich in den Schächten 2, 4 und 6 bewegen
und deren Aufzugskabinen durch die Referenznummern 8, 10 und 12 entsprechend
indiziert sind. Die Aufzugskabinen befinden sich auf den Ebenen 3, 9 und 4 und
ihre Bewegungsrichtung wird durch Pfeilsymbole 14 oberhalb der
Schächte
angezeigt, entsprechend welcher sich die Aufzugskabinen 8 und 12 aufwärts und
sich die Aufzugskabine 10 abwärts bewegen.
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Neben
den Schächten
befinden sich die Spalten 16 und 18 für Stockwerkrufe
in die Aufwärts- oder Abwärtsrichtung.
Stockwerkrufe werden durch Pfeilsymbole 20 repräsentiert.
Ein Sternsymbol weist auf einen Kabinenruf, der von Aufzugkabine 10 zur Ebene 1 ausgegeben
wurde, hin. Die Pfeilsymbole 24 zeigen an, von welchen
Ebenen Stockwerkrufe abgegeben wurden, wonach eine Aufzugkabine
den Rufen zugewiesen wurde. Dementsprechend wurde der Stockwerkruf
von Ebene 11 dem Aufzug LIFT0, der Stockwerkruf von Ebene 7 dem
Aufzug LIFT1 und der Stockwerkruf von Ebene 14 dem Aufzug
LIFT2 zugewiesen.
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Die
Spalten 26 und 27 visualisieren die Ausbildung
einer Zuweisungsoption, wenn ein Aufzugchromosom benutzt wird, wobei
jeweils ein Gen einem Stockwerkruf entspricht. Spalte 26 zeigt
die aktiven Stockwerkrufe in ihrer Reihenfolge, wobei im Beispiel
der 1 die größte Stockwerkzahl
am weitesten oben und die kleinste Stockwerkzahl am weitesten unten
platziert ist. Spalte 27 enthält das aktuelle Aufzugchromosom,
welches, entsprechend der Anzahl von Stockwerkrufen, aus fünf Genen 30 besteht,
die Informationen über
den die Rufe bedienenden Aufzug enthalten. Für jeden Stockwerkruf gibt es ein
Gen. Die Pfeile 32 visualisieren die Bildung eines Gens.
Entsprechend dem Aufzugchromosom 27 und Gen 102 bedient
Aufzug LIFT0 den Ruf von Stockwerk 11. Entsprechend den
Genen 100 und 101 bedient Aufzug LIFT1 die Rufe
von den Ebenen 4 und 7 und in gleicher Weise bedient
Aufzug LIFT2 die Rufe 13 und 14 entsprechend den
Genen 103 und 104. Während der Bildung des Aufzugchromosoms
werden die aktiven Stockwerkrufe in Auf- und Abwärtsrichtung codiert, so dass
die Position des Gens im Aufzugchromosom Informationen über einen
Stockwerkruf enthält.
Nachdem die Zuweisung erfolgte, wird die Information des Aufzugchromosoms
zu entsprechenden Stockwerkrufen decodiert.
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2 zeigt
das Prinzip einer genetischen Zuweisung nach der Bildung eines Chromosoms. Aus
den Chromosomen wird eine Population 34, welche eine ausgewählte Anzahl
Np von Aufzugchromosomen enthält, generiert.
Die Chromosomen 1 bis np, welche mögliche Zuweisungsalternativen
für die existierenden
Rufe darstellen, entsprechen der in 1 illustrierten
Situation, d. h. es gibt fünf
Abwärtsrufe
von den Stockwerken 4, 7, 11, 13, 14,
die zu bedienen sind. Zuerst wird jedem Gen in den Chromosomen aus
der Population 34 eine zufällige Aufzugnummer gegeben
oder Vorabinformationen werden verwendet, falls diese verfügbar sind.
Entsprechend der Erfindung werden des Weiteren den Genen eines Chromosoms 80 die
Werte der aus dem vorangehenden Zuweisungsdurchlauf ausgesuchten
Chromosomen in der Reihenfolge von links nach rechts LIFT0 LIFT0
LIFT2 LIFT2 LIFT1 zugewiesen. An dieser Stelle soll bemerkt werden,
dass dies lediglich ein Beispiel einer Auswahl von Chromosomenwerten
ist und nicht notwendigerweise die beste Alternative für den Fall
aus 1 darstellt.
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Weiterhin
werden den anderen Chromosomen der Population auch Genwerte durch
zufällige Auswahl
oder durch Benutzung vorher bekannter Auswahlkriterien gegeben.
Die Anmeldung FI 95 19 25 enthält
eine detaillierte Beschreibung der Berechnung und der Benutzung
der Eignungsfunktion 28 bei der Zuweisung und bei der Auswahl
des besten Chromosoms. Deshalb werden wir diese in der vorliegenden
Anmeldung nicht im Detail beschreiben.
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Vorangehend
wurde die Erfindung bezugnehmend auf Beispiele ihrer bevorzugten
Ausführungen
beschrieben. Wie auch immer ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung
auf diese Beispiele zu beschränken,
sondern statt dessen sind viele Variationen im Schutzbereich der
folgenden Ansprüche
möglich.