EP2417501A1 - Load-dependent routing in material flow systems - Google Patents

Load-dependent routing in material flow systems

Info

Publication number
EP2417501A1
EP2417501A1 EP10722018A EP10722018A EP2417501A1 EP 2417501 A1 EP2417501 A1 EP 2417501A1 EP 10722018 A EP10722018 A EP 10722018A EP 10722018 A EP10722018 A EP 10722018A EP 2417501 A1 EP2417501 A1 EP 2417501A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
time
transport unit
modules
route
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10722018A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Baier
Konstantin Keutner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2417501A1 publication Critical patent/EP2417501A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/418Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4189Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the transport system
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/36Other airport installations
    • B64F1/368Arrangements or installations for routing, distributing or loading baggage
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/31From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31003Supervise route, reserve route and allocate route to vehicle, avoid collision
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/32Operator till task planning
    • G05B2219/32243Rerouting parts
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/32Operator till task planning
    • G05B2219/32363Batch job routing in operation overlapping
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/33Director till display
    • G05B2219/33273DCS distributed, decentralised controlsystem, multiprocessor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/45Nc applications
    • G05B2219/45051Transfer line
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80Management or planning

Definitions

  • the invention relates to methods for route finding of transport units, in particular in material flow systems. Furthermore, the invention relates to a device and a material flow system for carrying out the method.
  • Material flow systems should as far as possible achieve the optimum throughput for the transported goods to be transported. For this, material flow decisions, such as e.g. the positions of points, or whether new goods are loaded, are taken so that it does not come to unbalanced or traffic jams. For this purpose, the current occupancy state of the plant and, if present, information about the planned goods to be loaded can be used for a prognosis on which areas of the plant congestion etc. are to be expected. Then this can be counteracted with suitable control strategies.
  • a crucial way to influence the performance of the plant is to select the appropriate route to fulfill a transport order.
  • the route is determined by the directional choice for a transport unit on a turnout. This selection is made, for example, by routing tables at the switch.
  • Classic material flow systems have controls that determine the direction depending on the destination of the transport unit. This decision is usually determined by the routing tables at the turnouts.
  • the object of the present invention is to provide methods for route finding of transport units in material flow systems, which require only little effort for the startup of the material flow system.
  • the object is achieved by a method for determining the route of transport units, in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) Modeling the material flow system into modules, which respectively represent physical elements of the material flow system, wherein a module has a number of transport units, the module within to reach a definable time window is assigned; b) making a forecast of how many transport units arrive within the time window of each module; and c) creating an evaluation function based on the prediction for each module, each module being assigned an edge weight depending on its predicted load in the time window; and wherein d) a route is determined in chronological succession for each transport unit, the route each having one possible route. Lends a short way, based on the edge weight of the modules, is.
  • the method enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation. Because the plant is no longer due to expected loading scenarios (ie suspected
  • Load situations must be adjusted, errors in the selection of loading scenarios for adjustment can be avoided.
  • the load scenarios are no longer selected by trial and error of presumed load situations.
  • the method is adaptive (to changing plant states) and needs no knowledge of expected load data.
  • the planned routes of the transport units are determined by the current or expected system status and can change over time. This self-configuration (self-tuning) of the plant reduces commissioning efforts and costs. In a decentralized system, the self-configuration allows a so-called "plug and convey" of the system.
  • a first advantageous embodiment of the invention is that each transport unit is assigned a path in the temporal sequence. As a result, the path of a transport unit in the material flow system is still dynamically changeable.
  • a further advantageous embodiment of the invention lies in the fact that each transport unit is assigned a path, based on the values, of routing tables allocated by the modules in the time sequence, a routing table being dependent on the time. Thus, it can be time-differentiated for a particular destination to determine which routes are used to this destination. A material flow calculator is not necessary for this. This leads to a relief of the material flow computer.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the method is repeated in irregularly clocked intervals. As a result, there is no synchronization effort in decentralized systems. Furthermore, an oscillation in the system is avoided.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the forecast is created based on a cyclic information process and an exponential decay process. This eliminates the need for an explicit reservation and release process, thereby increasing throughput. Plants with explicit reservations and shares tend to have low throughput.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that for the prognosis creation, the current route of a transport unit is fixed in a definable time cycle and for all modules along the route in the expected arrival time window of the transport unit, the forecast is increased by 1, and wherein in the specified time cycle for all modules the forecast is multiplied by 0.5.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the evaluation function for creating the edge weight is determined by an expected standard throughput time of a transport unit on the module and a penalty component per module, which is determined from the predicted number of transport units in the expected entrance window of the transport unit on the module , composed.
  • the evaluation function is composed of two parts, the expected standard throughput time of a transport unit by the module and a load-dependent waiting or penalty time. The exact design of the evaluation function depends on the specific module, but must be coordinated across all modules of a system.
  • the evaluation function is based on two parameters (expected standard lead time and penalty component). This facilitates the material flow system to run in a state below the maximum load, i. All modules have a prognosis smaller than their maximum load at all future times. Congestion and unbalanced loads are thereby avoided.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the shortest path for a transport unit is determined by the A * algorithm, the Dijkstra algorithm, the Bellman-Ford algorithm, the Floyd-Warshall algorithm or the Johnson Algorithm. These standard algorithms can be easily implemented on control computers for the system.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that a short or the shortest path for a trans- based on distributed algorithms for determining or approximating shortest paths. This facilitates integration into decentralized material flow systems.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that a module forms a self-contained unit with regard to actuators, sensors and control and includes a self-simulator for determining a load forecast for the module, the module can exchange data with its predecessor and successor modules, and wherein the The load forecast for the module is calculated on the basis of the entry times of the transport units at the module as supplied by the predecessor modules.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the module forwards to the successor modules the exit times of the transport units predicted by the own simulator on the module. This facilitates integration into decentralized material flow systems and enables the system to be self-configured.
  • the object is further achieved by a method for route finding of transport units, in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) Modeling of the material flow system into modules, which respectively represent physical elements of the material flow system, wherein a module is assigned a time-dependent routing table, wherein the routing table for each Destination point of a transport unit contains the next module on the way to the destination or the information that the destination point is not reachable; and b) updating the routing tables.
  • the updating of the routing tables can take place in a specific time frame (cycled), but also asynchronously. It can thus be determined time-differentiated for a particular destination, which paths are used to this destination. A material flow calculator is not necessary for this.
  • the routing tables are always adapted to the new load situation.
  • the method further enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the updating of the routing tables is carried out by exact or approximative algorithms for determining the shortest path.
  • the following algorithms can be used: A * algorithm, Dijkstra algorithm, Bellman-Ford algorithm, Floyd-Warshall algorithm or the Johnson algorithm. Standard programs exist for these algorithms; they can easily be implemented on computer systems or controllers.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the updating of the routing tables is done by self-simulation. This is an advantage when creating decentralized systems.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the time-dependent routing table is characterized in that the information about the next module on the way to the destination depends on the time at which the transport Transport unit to be forwarded to this module.
  • the object is further achieved by a device and a material flow system suitable for carrying out the method.
  • the processes can be implemented in plants with standard components (switches, conveyor belts, etc.) and based on standard hardware.
  • cable connections e.g., LAN, Ethernet
  • wireless connections e.g., WLAN
  • PLCs PLCs
  • Industrial PCs e.g. Industrial PCs
  • FIG. 1 shows an exemplary architecture for the use of decentralized control components using eigensimulators
  • FIG. 3 shows an example of a first occupation state of the system of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows an example of a second occupation state of the installation of FIG. 2,
  • FIG. 6 shows exemplary forecast time windows of the modules mi and m 2 .
  • large material flow systems such as in airports, have a very complex structure and, on the other hand, are subject to ever-changing transport requirements.
  • the material flow system should each achieve a high throughput.
  • a crucial way to influence the performance of the plant is to select the appropriate route to fulfill a transport order.
  • the route is determined by the directional choice for a transport unit on a turnout. This selection is usually made by routing tables on the switch. That is, in the table, depending on the destination of the transport unit, the direction to be selected by the switch is deposited.
  • routing tables are updated according to the system situation. In general, this task is taken over by a higher-level, central material flow computer.
  • This decision is determined by a routing table. At a turnout, the goal may be achieved via both way alternatives. In such cases, the directional decision can also be given as a ratio between the right and left route. A ratio of 2: 1 means that with the same destination, two transport units are always steered to the left and then one to the right.
  • the material flow computer is responsible for the Task to update these tables so that the system is always run in an effective state, depending on the current situation. For this purpose, the material flow computer receives, as the central instance, the up-to-date information about the plant status from the lower-level controllers. Adjustment prior to commissioning of the material flow system, which should distribute routing tables of the material flow computer under which system states to the controls, requires a considerable amount of work, since the different loading scenarios must be determined and tested (system tuning).
  • the method according to the invention is based on the production of a chronologically differentiated forecast of the number of expected transport units for a conveying element (module), e.g. Conveyor, switch or merge.
  • a route is determined based on a shortest path (possibly with constraints).
  • the evaluation function for determining the path length depends on the predicted load of the modules in the path.
  • the time is discretized in time windows of the same size.
  • the generated forecast always refers to the number of transport units in a time window.
  • the basis for creating the forecast is the assignment of a route to each transport unit (in the true sense, a path does not have to be assigned to a transport unit, two transport units with the same destination in close proximity can exchange their remaining routes on a common module). Due to the binding of a path to the transport unit, the waited entry time of the transport unit to the modules along the way to be determined. The transport unit can then be taken into account in the associated time window in the forecast for the module.
  • the prognosis does not represent an attempt to determine precisely which transport units passing a module. In particular, it is not a reservation / release mechanism.
  • the forecast is modeled with the help of a cyclic information and an exponential decay process.
  • the information is sent for each transport unit to the modules of the path associated with the transport unit, that a transport unit will arrive at the calculated time.
  • the forecast values of the modules which are the number of expected transport units within a timeframe, are scaled by 1/2 at the same rate.
  • Transport units assigned a path Only the start time for the route is different, instead of the current time the expected time of loading is used. evaluation function
  • a weighting function assigns each module an edge weight depending on its predicted load in the time window in question.
  • the weighting function is monotone increasing, increasing with increasing approach to the module's maximum load.
  • the aim of the route selection is to drive the material flow plant in a state below the maximum load, i. all modules have a forecast lower than their maximum load at all future times.
  • the evaluation function is composed of two parts, the expected standard throughput time of a transport unit by the module and a load-dependent waiting or penalty time. The exact design of the evaluation function depends on the specific module, but must be coordinated across all modules of a system.
  • the routing ie the selection of the concrete path along which a transport unit is directed from the start to the destination, is reduced to determining a shortest path with regard to the load-dependent evaluation function.
  • additional constraints must be taken into account, depending on the system. For example, when determining the path, individual modules can be blocked (omitted) on the basis of properties of the transport unit.
  • the particular route is assigned to the transport unit and both used for direction selection in the material flow system as well as for the generation of the forecast.
  • the prognosis and thus the evaluation function for a module changes continuously.
  • the shortest path (possibly with secondary conditions) for a transport unit is regularly redetermined from the current position of the transport unit to the destination. If the path changes, it will become the new way of the world
  • Transport unit assigned Indirectly, through the regular information of all modules contained in the path, the prognosis values of the newly contained or no longer contained modules change.
  • the shortest routes should therefore not all be determined or updated at the same time for the transport units in order to avoid the coincidence of the routes.
  • FIG. 1 shows an exemplary architecture for a decentralized control component for use in decentralized material flow systems (decentralized material flow systems do not have a central material flow computer).
  • decentralized material flow systems do not have a central material flow computer.
  • the use of self-simulators of the decentralized control components enables the forecast to be generated efficiently and accurately.
  • FIG. 1 illustrates the architecture of a system module (conveyor belt, transport path, switch, etc.) with control component SK1 having a self-simulation component ES1 suitable for use in decentralized systems.
  • the self-simulator ES1 gets access to the path assigned to a transport unit, or at least the successor module ES2 in the way, it has all the necessary data. to create the forecast.
  • the self-simulator ES1 can read the paths from the system state AZ1 and has access to the loading schedule EP.
  • the path can be stored on an RFID tag on the transport unit, via the sensors SE and the
  • Control component SKl then enters the path to the system state AZl, to which the intrinsic simulator ES1 has access.
  • the self-simulator ES1 determines the effects on its own forecast for all transport units that concern it and transfers to the neighboring inherent simulators ES2 the exit times and paths of the transport units leaving it virtually in the self-simulation. On his part, he also receives from Nachbareigensimulatoren ES2 virtually to him arriving transport units and their associated routes.
  • each self-simulator ES1, ES2 has a histogram of the transport units that will virtually pass it in the near future. This histogram is the prognosis of the self-simulator ESl for the future and will be entered in the future system state AZ2.
  • the control optimizer SO1 has to determine the paths for the transport units on the basis of the future plant state AZ2 predicted by the self-simulator ES1. That is, the control optimizer SO1 must be able to determine a shortest path from the controlled module M to a given destination with respect to the evaluation function and assign it to a transport unit. Since the path assigned to a transport unit is to be recalculated regularly, it also assigns a validity period to a newly determined path. The validity period can be varied within certain limits in order to avoid possible oscillation. The control optimizer SO1 must determine not only a new way for a transport unit when the validity period of the path has expired, but also if the current route has become inadmissible due to other influences, eg by failure of individual modules.
  • control optimizer SOl changes the control parameters SP for the control component SKl of the plant module M.
  • the control optimizer SOl is advantageously with the neighbor control optimizer SO2 of the neighboring modules in conjunction, so that the control parameters of Neighbor modules matched to the module M are changeable. This allows a quick reaction to changing plant conditions.
  • the decentralized method for determining the paths presented below finds the shortest paths to the evaluation function, namely when the prognosis remains stable. Since these are due to the newly found
  • the table dist TM contains for all forecast time windows, starting with the current time window, the distance to the target as well as the successor module, over which this distance was determined.
  • the creation of the extended direction tables should first be described on a simplified version. It is assumed that all throughput times of a transport unit by a module are a multiple of the time window length.
  • a module regularly updates its flow tation table on the basis of the direction tables of his direct successor modules. Specifically, the following describes how to update the distance table dist TM to the destination x for a module m.
  • Tn 1 , ..., m k be the direct successors of module m.
  • the cycle time through module m in the time window t is n t times the time window length and d t is the length (value of the evaluation function) of module m in the time window t. Then, the distance from module m to the target x, when started within the time window t, is determined
  • dist TM (t) denotes the distance entry in column t of the table dist.
  • the value is ⁇ if the target x is over the
  • Module can not be reached.
  • the successor module in column t of table dist TM is module m D for index
  • each module In 1 When updating the direction tables, each module In 1 will be n 0 as n t receive. This means that the entry dist TM 1 is the sum of all evaluations of the modules in the time window 0. If a transport unit in module Tn 1 is currently 0, the throughput times for three modules can not be greater than
  • module m ⁇ is then reached in time window 1.
  • m ⁇ , ..., iT3 k accumulates this error and thus leverages the effect of the evaluation function.
  • FIG. 6 illustrates the temporal position of the forecast time windows of the modules Ta 1 and m 2 when the transit time ⁇ is smaller than the time window length ⁇ .
  • a transport unit loaded at the beginning of time window 0 in module ⁇ I I reaches ⁇ time units later module m 2 . Therefore, the time slots of module m 2 are shifted by ⁇ time units compared to the time slots of / ni.
  • the transition time from time window 0 to time window 1 at module m 2 divides the time window 0 of module m ⁇ into two parts p and q.
  • Transport units loaded in section p or q in module m ⁇ reach module m 2 in the time window 0 and 1, respectively. Assuming uniformly distributed loading times in module Jn 1 , a proportion of p / ⁇ or g / ⁇ of the transport units achieves this Module m 2 in the time window 0 or 1.
  • disr (t) d t + dist? (t + m t
  • the method described above corresponds to a substantially direct transmission of the Dij kstra algorithm for determining shortest paths to a distributed method. If this method is used in a dynamic environment, as in the case considered here, then a phenomenon known as "looping" occurs.To avoid “looping", different extensions of the distributed labeling algorithm were used, depending on the focus of the boundary conditions developed, for example, the OSPF routing protocol for the Internet.
  • the assignment of a route to a transport unit can be done in various ways. The following are examples.
  • the simplest variant is the explicit storage of the route at the transport unit. For example, on an RFID tag or in a, assigned to the transport unit, software agents. In decentralized systems, this procedure is unfavorable. More natural is decentralized storage in decentralized systems. Has each one Transport unit via a unique ID within the material flow system, this can be exploited. When calculating the route for a transport unit, eg by means of extended direction tables, each point remembers to which successor module the corresponding ID should be forwarded. This procedure can be very well combined with the cyclic information / decay process. In addition to the ID and the direction, the points also store the last confirmation time of the route.
  • each diverter With each information of a transport unit about the route usage for the purpose of forecasting, the confirmation time for the corresponding ID is also updated. If the confirmation time of an ID is longer than the cycle length of the information / decay process, the entry is deleted.
  • Each diverter thus has a routing table indexed by ID, which is used both for the direction selection of the transport unit and for the generation of the forecast.
  • a routing table extended by a temporal component in this case is a stand-alone routing table for each future time slot.
  • the routing table of the current time window is used in the classical sense by the controller for the transport units currently to be routed.
  • the values of the routing table of a time window result from the counters mentioned above. For example, there are two possible successor modules Ia 1 , m 2 from module ia to destination x and there are U 1 and n 2 counters for this purpose.
  • the routing table of the corresponding time window is to be initialized in such a way that a portion of U 1 / (n 1 + n 2 ) transport units is routed via module Ia 1 and a fraction of n 2 / (Ti 1 ⁇ n 2 ) over module m 2 .
  • the routing tables for the future time slots are thus suggestions for the routing table to be used by the controller when the corresponding time slot has begun. However, the routing tables may still change until the Future Time window starts. In contrast to the variant with IDs, the way remains longer in the case without IDs.
  • the validity of a path corresponds to the cycle length of the information / decay process, which is smaller than the recalculation cycle for the paths. This difference has effects only in special situations, such as redirected transport units or the failure of modules.
  • the method described avoids the described disadvantages of methods which have to be adjusted on the basis of different loading scenarios. At the same time, the process anticipates future plant states and counteracts the formation of unbalanced loads through its path selection.
  • the process can be used in both centralized and decentralized systems. Especially in decentralized systems, the absence of plant-specific parameters is of importance. As a result, all the advantages of decentralized systems, such as reduced engineering costs, fast commissioning, etc., are maintained, while at the same time effective routing as in centrally controlled systems.
  • the method makes it possible in a simple way to take account of future transport units to be loaded. This also applies to decentralized systems.
  • FIG. 2 shows a system example with modules ml-ml 4 of a material flow system (eg baggage conveyor system in an airport).
  • the modules ml - ml 4 can be, for example, conveyor belts, switches or mergers.
  • FIG. 2 shows a system example with modules ml-ml4 of a material flow system (eg baggage conveyor system in an airport).
  • the modules ml - ml 4 can be, for example, conveyor belts, switches or mergers.
  • FIG. 2 shows a system example with modules ml-ml4 of a material flow system (eg baggage conveyor system in an airport).
  • the modules ml - ml 4 can be, for example, conveyor belts, switches or mergers.
  • FIG. 2 shows a system example with modules ml-ml4 in the lower section (b) of FIG. 2
  • routes (routes) R1, R2 from a starting point Si, S2 to a target point ti, t2.
  • the method will
  • the system consists of 14 modules ml - ml 4. All modules ml - ml 4 should run at the same speed of 1 m / s and all pieces of luggage (goods in transit, transport units) have along with the minimum distance to the next Luggage a length of 1 m.
  • the transit time of a transport unit through a module is indicated in the lower section (b) of FIG. 2, eg 4 sec for module ml or mlO and 2 sec for module m3 or m7.
  • the three plant-related parameters are chosen as follows: the time windows have a size of 10 sec, the maximum number of time windows is sufficient with 4 to cover the longest path in time, and the cycle length for updating the forecast values is 5 sec 2 sec, beginning with time 0, transport units are loaded on Si and S2.
  • These parameters, as well as the throughput times for the modules are selected by way of example and are used to illustrate the method.
  • the plant has four transport orders. Two for the transport of the transport units xl and x2, as well as two further transport orders for the transport of the transport units yl and y2.
  • the positions of the transport units x1, x2, y1, y2 are shown schematically in the appendix.
  • the situation at module m3 is to be considered more precisely.
  • module m3 is used to specify the table of its forecast values for the first three time windows (for the sake of easier comprehension, the beginning of the time slot is indicated in the first row of the table instead of current numbers).
  • the 1 in the first time window comes from the loading of the transport unit xl
  • the 3 in the second time window comes from the loadings of the three transport units x2, yl and y2.
  • the first update takes place.
  • the table of module m3 contains the values 0.5 and 2.5 for the first two time slots.
  • the expected arrival time of x1 at module m3 continues to fall within the first time window, the remaining modules are all expected in the second time window. That is, the corresponding values increase by 1 or 5, as shown in the table to module m3 in Figure 5.
  • the affected transport units x1 and y1 are in a position from which there is only one way to the destination. Therefore, the assigned paths will not change.
  • This example, with its multitude of events at time t 5, shows that it is advantageous not to make the cycles for re-tuning the associated path non-deterministic. Since the cycle for redetermining the assigned path has no influence on the correctness of the forecast calculation, it can be chosen arbitrarily. It offers itself here- to choose the time to the next redetermination randomized.
  • the evaluation function forms a core element of the method in avoiding congestion situations in material flow systems. It controls which routes are used for transport requests under the current forecast.
  • the evaluation function consists of two parts,
  • a penalty component per module which is determined from the predicted number e m (t) of transport goods in the expected entrance time window t of the goods at module m.
  • P is a route and In 1 , ..., m k are the modules to be traversed along this route. Then the evaluation function w (P, t) determines for the route P.
  • t denotes the time of the start of the transport unit along the path P.
  • the first term W 1 (P) describes the standard transit time for the path P and w 2 (P, t) the associated penalty component.
  • the evaluation function w (P, t) is dependent on the time window t because of the penalty component at which the transport unit will enter the first module In 1 of the path P.
  • the first component W 1 (P) results from the sum
  • W 1 (P) ⁇ 1 (In 1 ) + ... + w ⁇ (m k )
  • W 1 (m) denotes the standard transit time of a transport unit by the module m.
  • w 2 (P, t) is a function that in Ab- depends on the forecast for the number of goods to be transported in a specific time window, which defines penalty costs for this time slot and module. Therefore, this function is, in contrast to W 1 (P), in addition to the time t 5 paramet ⁇ - Siert at which the transport unit is located at the starting point of the Rou ⁇ P th.
  • Be t t lf ..., t k IrII the expected arrival time window ⁇ the transport unit to the modules, ..., m k (are along the route P.
  • the time window t jr j 1,. .., k, thus the times
  • W 2 (P, t) w 2 (m lr U 1 ) + ... + w 2 (m k , t k )
  • the forecast should be e m (t), for the module m in the
  • Time window t always be smaller than the maximum possible number u m of Transportandn which can accommodate the module m within a time window.
  • the evaluation function 20 w 2 (m, t) offers a function that approaches infinity when approaching the maximum value.
  • w 2 (m, t) x m (t) / (1-x m (t)). Since the prognosis is not determined in the sense of an exact calculation of the expected transport goods, the relative utilization x can also be greater than 1.
  • W 2 Im, t expressed in the values of the prediction e m (t), in this case
  • the route for a single transport unit to a destination is determined as the shortest route to the destination, possibly taking into account additional constraints. For example, for example, in many material handling systems, certain conveyors may not carry all types of cargo because of insufficient clearance. Any type of shortest path calculation, e.g. Dij kstra-based labeling algortihmen. Less suitable are algorithms which use precalculated data for runtime improvement, since these have to be constantly recalculated due to the time dynamics of the evaluation function.
  • the evaluation function takes into account the expected utilization of the modules at the expected entry time of the transport unit.
  • the expected utilization of the modules changes with the loading of new transport units or the transport of the units in the system.
  • the routes of the transport units are redetermined at regular intervals. To prevent oscillation in the route selection, the routes should not be changed in a fixed rhythm. It is better to throw a coin in a fixed rhythm for a transport unit and only redefine the route at the head. In this case, the probability for head or number does not have to be half each at H, but can be any pair (p, 1-p) of probabilities for 0 ⁇ p ⁇ l. The choice of a route assigns this route only to the transport unit.
  • Method for route finding of transport units in particular in material flow systems (eg baggage conveyor systems in airports), wherein a forecast is generated, how many transport units within the time window arrive at each module (eg switch, conveyor line), a rating function based on the forecast for each module
  • Each module is assigned an edge weight as a function of its predicted load in the time window, and a route is determined in chronological succession for each transport unit (eg luggage).
  • the method enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation.

Abstract

The invention relates to a method for determining the route of transport units, especially in material flow systems (e.g. luggage conveyor systems in airports). According to said method, a prognosis is established as to how many transport units arrive at each module (e.g. points, conveyor track) within a window of time, an evaluation function is defined based on the prognosis for each module, an edge weight is allocated to each module according to its load predicted in the window of time, and a route is determined for each transported unit (e.g. piece of luggage) in a temporally successive manner. The method enables an automation of the fine adjustment (tuning) of an installation according to the current and expected load situation.

Description

Beschreibungdescription
Lastabhängiges Routing in MaterialflusssystemenLoad-dependent routing in material flow systems
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten, insbesondere in Materialflusssystemen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Materialflusssystem zur Durchführung der Verfahren.The invention relates to methods for route finding of transport units, in particular in material flow systems. Furthermore, the invention relates to a device and a material flow system for carrying out the method.
Materialflusssysteme sollen möglichst den optimalen Durchsatz für die zu befördernden Transportgüter erreichen. Dazu müssen Materialflussentscheidungen, wie z.B. die Stellungen von Weichen, oder ob neue Transportgüter eingelastet werden, so getroffen werden, dass es nicht zu Schieflasten oder Staus kommt. Dazu kann der aktuelle Belegungszustand der Anlage sowie, falls vorhanden, Informationen über die geplanten einzulastenden Transportgüter für eine Prognose verwendet werden, an welchen Bereichen der Anlage Staus etc. zu erwarten sind. Dann kann mit geeigneten Steuerungsstrategien dem entgegenge- wirkt werden.Material flow systems should as far as possible achieve the optimum throughput for the transported goods to be transported. For this, material flow decisions, such as e.g. the positions of points, or whether new goods are loaded, are taken so that it does not come to unbalanced or traffic jams. For this purpose, the current occupancy state of the plant and, if present, information about the planned goods to be loaded can be used for a prognosis on which areas of the plant congestion etc. are to be expected. Then this can be counteracted with suitable control strategies.
Große Materialflussanlagen, wie in Flughäfen, weisen zum Einen eine sehr komplexe Struktur auf und unterliegen zum Anderen sich ständig ändernden Transportanforderungen. In einem Flughafen ist das Passagier- und damit auch das Gepäckaufkommen über den Tag und auch über die Tage der Woche sehr unterschiedlich verteilt. Trotzdem soll die Materialflussanlage jeweils einen hohen Durchsatz erzielen. Eine entscheidende Möglichkeit, auf die Leistung der Anlage Einfluss zu nehmen, ist die Auswahl der geeigneten Route, um einen Transportauftrag zu erfüllen. Die Route wird durch die Richtungswahl für eine Transporteinheit an einer Weiche bestimmt. Diese Auswahl wird z.B. durch Routingtabellen an der Weiche getroffen. Klassische Materialflussanlagen verfügen über Steuerungen, welche in Abhängigkeit vom Ziel der Transporteinheit die Richtung festlegen. Diese Entscheidung wird üblicherweise durch die Routingtabellen an den Weichen festgelegt.On the one hand, large material flow systems, such as in airports, have a very complex structure and, on the other hand, are subject to ever-changing transport requirements. In an airport, the passenger and thus also the amount of luggage is distributed very differently over the day and also over the days of the week. Nevertheless, the material flow system should each achieve a high throughput. A crucial way to influence the performance of the plant is to select the appropriate route to fulfill a transport order. The route is determined by the directional choice for a transport unit on a turnout. This selection is made, for example, by routing tables at the switch. Classic material flow systems have controls that determine the direction depending on the destination of the transport unit. This decision is usually determined by the routing tables at the turnouts.
Die Justierung vor der Inbetriebnahme einer Materialflussanlage (z.B. Gepäckförderband im Flughafen), d.h. welche Routingtabellen der Materialflussrechner unter welchen Anlagen- zuständen an die Steuerungen verteilen soll, erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand, da für die Anlage unterschiedliche Einlastszenarien bestimmt und getestet werden müssen.Adjustment prior to commissioning of a material handling facility (e.g., baggage conveyor at the airport), i. Which routing tables the material flow computer should distribute to the controllers under which system states requires a considerable amount of work because different loading scenarios have to be determined and tested for the system.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten in Materialflusssystemen bereitzustellen, die nur geringe Aufwände zur Inbetriebsetzung des Materialflusssystems erfordern.The object of the present invention is to provide methods for route finding of transport units in material flow systems, which require only little effort for the startup of the material flow system.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten, insbesondere in Materialflusssystemen, umfassend folgende Schritte: a) Modellierung des Materialflusssystems in Module, die jeweils physikalische Elemente des Materialflusssystems repräsentieren, wobei einem Modul eine Anzahl an Transportein- heiten, die das Modul innerhalb eines festlegbaren Zeitfensters erreichen sollen, zugeordnet wird; b) Erstellen einer Prognose, wie viele Transporteinheiten innerhalb des Zeitfensters bei jedem Modul ankommen; und c) Erstellen einer Bewertungsfunktion, basierend auf der Prognose für jedes Modul, wobei jedem Modul ein Kantengewicht in Abhängigkeit von seiner im Zeitfenster prognostizierten Last zugewiesen wird; und wobei d) für jede Transporteinheit zeitlich aufeinanderfolgend eine Route bestimmt wird, wobei die Route jeweils ein mög- liehst kurzer Weg, basierend auf dem Kantengewicht der Module, ist. Das Verfahren ermöglicht eine Automatisierung der Feinjustierung (Tuning) einer Anlage entsprechend der aktuellen und erwarteten Lastsituation. Da die Anlage nicht mehr an Hand von zu erwarteten Einlastszenarien (d.h. vermutetenThe object is achieved by a method for determining the route of transport units, in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) Modeling the material flow system into modules, which respectively represent physical elements of the material flow system, wherein a module has a number of transport units, the module within to reach a definable time window is assigned; b) making a forecast of how many transport units arrive within the time window of each module; and c) creating an evaluation function based on the prediction for each module, each module being assigned an edge weight depending on its predicted load in the time window; and wherein d) a route is determined in chronological succession for each transport unit, the route each having one possible route. Lends a short way, based on the edge weight of the modules, is. The method enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation. Because the plant is no longer due to expected loading scenarios (ie suspected
Lastsituationen) justiert werden muss, können Fehler bei der Auswahl der Einlastszenarien zur Justierung vermieden werden. Die Auswahl der Einlastszenarien erfolgt nicht mehr durch Ausprobieren (trial and error) von vermuteten Lastsituatio- nen. Das Verfahren ist adaptiv (zu sich verändernden Anlagezuständen) und benötigt keine Kenntnis über erwartete Einlastdaten. Die geplanten Routen der Transporteinheiten bestimmen sich aus dem Aktuellen bzw. erwarteten Anlagenzu- stand und können sich über die Zeit ändern. Durch diese Selbstkonfiguration (Selbsteinstellen) der Anlage werden die Inbetriebnahmeaufwände und -kosten reduziert. Bei einer dezentralen Anlage ermöglicht die Selbstkonfiguration ein sogenanntes „plug and convey" der Anlage.Load situations) must be adjusted, errors in the selection of loading scenarios for adjustment can be avoided. The load scenarios are no longer selected by trial and error of presumed load situations. The method is adaptive (to changing plant states) and needs no knowledge of expected load data. The planned routes of the transport units are determined by the current or expected system status and can change over time. This self-configuration (self-tuning) of the plant reduces commissioning efforts and costs. In a decentralized system, the self-configuration allows a so-called "plug and convey" of the system.
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass jeder Transporteinheit in der zeitlichen Abfolge jeweils ein Weg zugeordnet ist. Dadurch ist dynamisch der Weg einer Transporteinheit im Materialflusssystem noch veränderbar .A first advantageous embodiment of the invention is that each transport unit is assigned a path in the temporal sequence. As a result, the path of a transport unit in the material flow system is still dynamically changeable.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass jeder Transporteinheit in der zeitlichen Abfolge jeweils ein Weg, basierend auf den Werten, von den Modulen zugeordneten Routingtabellen, zugeordnet wird, wobei eine Routingtabelle jeweils abhängig von der Zeit ist. Somit kann für einen bestimmten Zielpunkt zeitlich differenziert festgelegt werden, welche Wege zu diesem Zielpunkt benutzt werden. Ein Materialflussrechner ist dafür nicht notwendig. Dies führt zu einer Entlastung des Materialflussrechners.A further advantageous embodiment of the invention lies in the fact that each transport unit is assigned a path, based on the values, of routing tables allocated by the modules in the time sequence, a routing table being dependent on the time. Thus, it can be time-differentiated for a particular destination to determine which routes are used to this destination. A material flow calculator is not necessary for this. This leads to a relief of the material flow computer.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Verfahren in unregelmäßig getakteten Abständen wiederholt wird. Dadurch fällt in dezentralen Anlagen kein Synchronisationsaufwand an. Weiterhin wird ein Oszillieren in der Anlage vermieden.A further advantageous embodiment of the invention is that the method is repeated in irregularly clocked intervals. As a result, there is no synchronization effort in decentralized systems. Furthermore, an oscillation in the system is avoided.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Prognose basierend auf einem zyklischen In- formationsprozess und einem exponentiellen Zerfallsprozess erstellt wird. Dadurch kann auf einen expliziten Reservie- rungs- und Freigabeprozess verzichtet werden, wodurch der Durchsatz erhöht wird. Anlagen mit expliziten Reservierungen und Freigaben haben tendenziell einen niedrigen Durchsatz.A further advantageous embodiment of the invention is that the forecast is created based on a cyclic information process and an exponential decay process. This eliminates the need for an explicit reservation and release process, thereby increasing throughput. Plants with explicit reservations and shares tend to have low throughput.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass für die Prognoseerstellung die aktuelle Route ei- ner Transporteinheit in einem festlegbaren Zeittakt fixiert wird und für alle Module entlang der Route im erwarteten Ankunftszeitfenster der Transporteinheit die Prognose um 1 erhöht wird, und wobei im festgelegten Zeittakt für alle Module die Prognose mit 0,5 multipliziert wird.A further advantageous embodiment of the invention is that for the prognosis creation, the current route of a transport unit is fixed in a definable time cycle and for all modules along the route in the expected arrival time window of the transport unit, the forecast is increased by 1, and wherein in the specified time cycle for all modules the forecast is multiplied by 0.5.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass für die Prognoseerstellung die aktuelle Route einer Transporteinheit in einem festlegbaren Zeittakt fixiert wird und für alle Module entlang der Route im erwarteten An- kunftszeitfenster der Transporteinheit die Prognose um 1 erhöht wird, und wobei im festgelegten Zeittakt für alle Module die Prognose zeitlich aufeinanderfolgend mit Werten Si bis sk multipliziert wird, für 0,5 < S1 < 1 (i = 1 ... k) , wobei das Produkt Si *...* sk gleich 0,5 ist. Dadurch wird eine einfach zu realisierende Glättung des Zerfallsprozesses erreicht.A further advantageous embodiment of the invention is that for the prognosis creation, the current route of a transport unit is fixed in a definable time cycle and for all modules along the route in the expected arrival time window of the transport unit, the forecast is increased by 1, and wherein in the specified time cycle for all modules the prognosis is multiplied in time successively by values Si to s k , for 0.5 <S 1 <1 (i = 1 ... k), where the Product Si * ... * s k is equal to 0.5. This achieves an easy-to-implement smoothing of the decay process.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Bewertungsfunktion zur Erstellung des Kantengewichts sich aus einer zu erwartenden Standarddurchlaufzeit einer Transporteinheit am Modul und einer Strafkomponente je Modul, welche sich aus der prognostizierten Anzahl von Transporteinheiten im erwarteten Eintrittszeitfenster der Trans- porteinheit am Modul bestimmt, zusammensetzt. Die Bewertungsfunktion setzt sich aus zwei Teilen zusammen, der erwarteten Standarddurchlaufzeit einer Transporteinheit durch das Modul sowie einer von der Last abhängigen Warte- bzw. Strafzeit. Die genaue Ausgestaltung der Bewertungsfunktion ist abhängig vom konkreten Modul, muss jedoch über alle Module einer Anlage abgestimmt sein. Die Bewertungsfunktion basiert auf zwei Parametern (erwartete Standarddurchlaufzeit und Strafkomponente) . Die erleichtert die Materialflussanlage in einem Zustand unterhalb der maximalen Last zu fahren, d.h. alle Modu- Ie haben zu allen zukünftigen Zeitpunkten eine Prognose kleiner als ihre maximale Last. Staus und Schieflasten werden dadurch vermieden.A further advantageous embodiment of the invention is that the evaluation function for creating the edge weight is determined by an expected standard throughput time of a transport unit on the module and a penalty component per module, which is determined from the predicted number of transport units in the expected entrance window of the transport unit on the module , composed. The evaluation function is composed of two parts, the expected standard throughput time of a transport unit by the module and a load-dependent waiting or penalty time. The exact design of the evaluation function depends on the specific module, but must be coordinated across all modules of a system. The evaluation function is based on two parameters (expected standard lead time and penalty component). This facilitates the material flow system to run in a state below the maximum load, i. All modules have a prognosis smaller than their maximum load at all future times. Congestion and unbalanced loads are thereby avoided.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der kürzeste Weg für eine Transporteinheit bestimmt wird durch den A*-Algorithmus, den Dij kstra-Algorith- mus, den Bellman-Ford-Algorithmus, den Floyd-Warshall- Algorithmus oder den Johnson-Algorithmus. Diese Standardalgorithmen sind auf Steuerungsrechnern für die Anlage leicht implementierbar.A further advantageous embodiment of the invention is that the shortest path for a transport unit is determined by the A * algorithm, the Dijkstra algorithm, the Bellman-Ford algorithm, the Floyd-Warshall algorithm or the Johnson Algorithm. These standard algorithms can be easily implemented on control computers for the system.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass ein kurzer oder der kürzeste Weg für eine Trans- porteinheit bestimmt wird, basierend auf verteilten Algorithmen zur Bestimmung oder Approximation kürzester Wege. Dies erleichtert die Integration in dezentrale Materialflussanlagen .A further advantageous embodiment of the invention is that a short or the shortest path for a trans- based on distributed algorithms for determining or approximating shortest paths. This facilitates integration into decentralized material flow systems.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass ein Modul eine abgeschlossene Einheit hinsichtlich Aktorik, Sensorik und Steuerung bildet und einen Eigensimulator zur Bestimmung einer Auslastprognose für das Modul umfasst, wobei das Modul mit seinen Vorgänger- und Nachfolgermodulen Daten austauschen kann, und wobei die Auslastprognose für das Modul berechnet wird auf Basis der von den Vorgängermodulen gelieferten Eintrittzeitpunkte der Transporteinheiten am Modul. Dies erleichtert die Integration in de- zentrale Materialflussanlagen und erleichtert die Anlagenkonfiguration im Engineering auf Basis von technologischen Objekten, die die Module der Anlage softwaretechnisch repräsentieren .A further advantageous embodiment of the invention is that a module forms a self-contained unit with regard to actuators, sensors and control and includes a self-simulator for determining a load forecast for the module, the module can exchange data with its predecessor and successor modules, and wherein the The load forecast for the module is calculated on the basis of the entry times of the transport units at the module as supplied by the predecessor modules. This facilitates integration into decentralized material flow systems and facilitates system configuration in engineering on the basis of technological objects that represent the modules of the system in terms of software.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Modul an die Nachfolgermodule die vom Eigensimulator prognostizierten Austrittzeitpunkte der Transporteinheiten am Modul weiterleitet. Dies erleichtert die Integration in dezentrale Materialflussanlagen und ermöglicht die Selbstkonfiguration der Anlage.A further advantageous embodiment of the invention is that the module forwards to the successor modules the exit times of the transport units predicted by the own simulator on the module. This facilitates integration into decentralized material flow systems and enables the system to be self-configured.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten, insbesondere in Materialflusssystemen, umfassend folgende Schritte: a) Modellierung des Materialflusssystems in Module, die jeweils physikalische Elemente des Materialflusssystems repräsentieren, wobei einem Modul eine zeitabhängige Routingtabelle zugeordnet ist, wobei die Routingtabelle für jeden Zielpunkt einer Transporteinheit das nächste Modul auf dem Weg zu dem Ziel enthält oder die Information, dass der Zielpunkt nicht zu erreichen ist; und b) Aktualisieren der Routingtabellen. Das Aktualisieren der Routingtabellen kann in einem bestimmten Zeitraster (getaktet bzw. zyklisch) erfolgen, aber auch asynchron. Es kann somit für einen bestimmten Zielpunkt zeitlich differenziert festgelegt werden, welche Wege zu diesem Zielpunkt benutzt werden. Ein Materialflussrechner ist dafür nicht notwendig. Die Routingtabellen werden immer an die neue Lastsituation angepasst. Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine Automatisierung der Feinjustierung (Tuning) einer Anlage entsprechend der aktuellen und erwarteten Lastsituation.The object is further achieved by a method for route finding of transport units, in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) Modeling of the material flow system into modules, which respectively represent physical elements of the material flow system, wherein a module is assigned a time-dependent routing table, wherein the routing table for each Destination point of a transport unit contains the next module on the way to the destination or the information that the destination point is not reachable; and b) updating the routing tables. The updating of the routing tables can take place in a specific time frame (cycled), but also asynchronously. It can thus be determined time-differentiated for a particular destination, which paths are used to this destination. A material flow calculator is not necessary for this. The routing tables are always adapted to the new load situation. The method further enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Aktualisieren der Routingtabellen durch exakte oder approximative Algorithmen zur Bestimmung des kürzesten Weges erfolgt. Z.B. sind folgende Algorithmen einsetzbar: A*-Algorithmus, Dij kstra-Algorithmus, Bellman-Ford-Algo- rithmus, Floyd-Warshall-Algorithmus oder der Johnson- Algorithmus. Für diese Algorithmen existieren Standardprogramme, sie sind auf Rechenanlagen oder Steuerungen leicht implementierbar .A further advantageous embodiment of the invention is that the updating of the routing tables is carried out by exact or approximative algorithms for determining the shortest path. For example, The following algorithms can be used: A * algorithm, Dijkstra algorithm, Bellman-Ford algorithm, Floyd-Warshall algorithm or the Johnson algorithm. Standard programs exist for these algorithms; they can easily be implemented on computer systems or controllers.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Aktualisieren der Routingtabellen durch Eigensimulation erfolgt. Dies ist zum Vorteil bei der Erstellung dezentraler Anlagen.A further advantageous embodiment of the invention is that the updating of the routing tables is done by self-simulation. This is an advantage when creating decentralized systems.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die zeitabhängige Routingtabelle dadurch gekennzeichnet ist, dass die Information über das nächste Modul auf dem Weg zum Ziel vom Zeitpunkt abhängt, an dem die Transport- Transporteinheit zu diesem Modul weitergeleitet werden soll.A further advantageous embodiment of the invention is that the time-dependent routing table is characterized in that the information about the next module on the way to the destination depends on the time at which the transport Transport unit to be forwarded to this module.
Es kann somit für einen bestimmten Zielpunkt zeitlich differenziert festgelegt werden, welche Wege zu diesem Zielpunkt benutzt werden.It can thus be determined time-differentiated for a particular destination, which paths are used to this destination.
Die Aufgabe wird weiterhin gelost durch eine Vorrichtung und ein Materialflusssystem geeignet zur Durchfuhrung der Verfahren. Die Verfahren können in Anlagen mit Standardkomponenten (Weichen, Förderbänder etc.) und basierend auf Standardhard- wäre implementiert werden. Zur Kommunikation können Kabelverbindungen (z.B. LAN, Ethernet), aber auch drahtlose Verbindungen (z.B. WLAN) verwendet werden, als Recheneinheiten Steuerungen (PLC) oder z.B. Industrie PCs.The object is further achieved by a device and a material flow system suitable for carrying out the method. The processes can be implemented in plants with standard components (switches, conveyor belts, etc.) and based on standard hardware. For communication, cable connections (e.g., LAN, Ethernet), but also wireless connections (e.g., WLAN) may be used as computing devices, PLCs, or e.g. Industrial PCs.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained below.
Dabei zeigen:Showing:
FIG 1 eine beispielhafte Architektur für den Einsatz von dezentralen Steuerungskomponenten unter Verwendung von Eigensimulatoren,1 shows an exemplary architecture for the use of decentralized control components using eigensimulators,
FIG 2 ein Anlagenbeispiel mit Modulen eines Material- flusssystems,2 shows a plant example with modules of a material flow system,
FIG 3 ein Beispiel für einen ersten Belegungszustand der Anlage von Figur 2,3 shows an example of a first occupation state of the system of FIG. 2,
FIG 4 ein Beispiel für einen zweiten Belegungszustand der Anlage von Figur 2,4 shows an example of a second occupation state of the installation of FIG. 2,
FIG 5 ein Beispiel für einen dritten Belegungszustand der5 shows an example of a third occupancy state of
Anlage von Figur 2, undAppendix of Figure 2, and
FIG 6 beispielhafte Prognosezeitfenster der Module mi und m2. Große Materialflussanlagen, wie in Flughäfen, weisen zum Einen eine sehr komplexe Struktur auf und unterliegen zum Anderen sich ständig ändernden Transportanforderungen. In einem Flughafen ist das Passagier- und damit auch das Gepäckaufkom- men über den Tag und auch über die Tage der Woche sehr unterschiedlich verteilt. Trotzdem soll die Materialflussanlage jeweils einen hohen Durchsatz erzielen. Eine entscheidende Möglichkeit, auf die Leistung der Anlage Einfluss zu nehmen, ist die Auswahl der geeigneten Route, um einen Transportauf- trag zu erfüllen. Die Route wird durch die Richtungswahl für eine Transporteinheit an einer Weiche bestimmt. Diese Auswahl wird üblicherweise durch Routingtabellen an der Weiche getroffen. D.h., in der Tabelle ist in Abhängigkeit vom Ziel der Transporteinheit, die durch die Weiche zu wählende Rich- tung hinterlegt.6 shows exemplary forecast time windows of the modules mi and m 2 . On the one hand, large material flow systems, such as in airports, have a very complex structure and, on the other hand, are subject to ever-changing transport requirements. In an airport, the number of passengers and thus the amount of luggage is distributed very differently over the day and also over the days of the week. Nevertheless, the material flow system should each achieve a high throughput. A crucial way to influence the performance of the plant is to select the appropriate route to fulfill a transport order. The route is determined by the directional choice for a transport unit on a turnout. This selection is usually made by routing tables on the switch. That is, in the table, depending on the destination of the transport unit, the direction to be selected by the switch is deposited.
Um in solchen Anlagen, mit komplexer Topologie und stark schwankenden Einlastprofil das Entstehen von Schieflasten zu vermeiden, werden diese Routingtabellen entsprechend der An- lagensituation aktualisiert. Im Allgemeinen wird diese Aufgabe von einem übergeordneten, zentralen Materialflussrechner übernommen .In order to avoid the occurrence of unbalanced loads in such systems with a complex topology and strongly fluctuating load profile, these routing tables are updated according to the system situation. In general, this task is taken over by a higher-level, central material flow computer.
Klassische Materialflussanlagen verfügen über Steuerungen, welche in Abhängigkeit vom Ziel der Transporteinheit dieClassic material flow systems have controls which, depending on the destination of the transport unit
Richtung festlegen. Diese Entscheidung wird durch eine Routingtabelle festgelegt. An einer Weiche kann das Ziel unter Umständen über beide Wegalternativen erreicht werden. In solchen Fällen kann die Richtungsentscheidung auch als Verhält- nis zwischen der rechten und linken Route angegeben werden. Ein Verhältnis von 2:1 bedeutet dann, dass bei gleichem Ziel immer zwei Transporteinheiten nach links und danach eine nach rechts gelenkt werden. Dem Materialflussrechner obliegt die Aufgabe, diese Tabellen so zu aktualisieren, dass die Anlage, je nach aktueller Situation, immer in einem effektiven Zustand gefahren wird. Der Materialflussrechner erhält zu diesem Zweck, als zentrale Instanz, von den untergelagerten Steuerungen die aktuellen Informationen über den Anlagenzu- stand. Die Justierung vor der Inbetriebnahme der Materialflussanlage, welche Routingtabellen der Materialflussrechner unter welchen Anlagenzuständen an die Steuerungen verteilen soll, erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand, da die un- terschiedlichen Einlastszenarien bestimmt und getestet werden müssen (Anlagentuning) .Set direction. This decision is determined by a routing table. At a turnout, the goal may be achieved via both way alternatives. In such cases, the directional decision can also be given as a ratio between the right and left route. A ratio of 2: 1 means that with the same destination, two transport units are always steered to the left and then one to the right. The material flow computer is responsible for the Task to update these tables so that the system is always run in an effective state, depending on the current situation. For this purpose, the material flow computer receives, as the central instance, the up-to-date information about the plant status from the lower-level controllers. Adjustment prior to commissioning of the material flow system, which should distribute routing tables of the material flow computer under which system states to the controls, requires a considerable amount of work, since the different loading scenarios must be determined and tested (system tuning).
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert dagegen auf der Erstellung einer zeitlich differenzierten Prognose über die An- zahl erwarteter Transporteinheiten für ein Förderelement (Modul) , z.B. Förderband, Weiche oder Zusammenführung. Für jede zu transportierende Transporteinheit wird eine Route auf Basis eines kürzesten Weges (eventuell mit Nebenbedingungen) bestimmt. Die Bewertungsfunktion zur Bestimmung der Weg- länge ist abhängig von der laut Prognose erwarteten Last der im Weg enthaltenen Module. Die Zeit wird diskretisiert in Zeitfenster gleicher Größe. Die erstellte Prognose bezieht sich immer auf die Anzahl Transporteinheiten in einem Zeitfenster .By contrast, the method according to the invention is based on the production of a chronologically differentiated forecast of the number of expected transport units for a conveying element (module), e.g. Conveyor, switch or merge. For each transport unit to be transported, a route is determined based on a shortest path (possibly with constraints). The evaluation function for determining the path length depends on the predicted load of the modules in the path. The time is discretized in time windows of the same size. The generated forecast always refers to the number of transport units in a time window.
Erstellung der PrognoseCreation of the forecast
Grundlage zur Erstellung der Prognose ist die Zuordnung eines Wegs zu jeder Transporteinheit (im eigentlichen Sinn muss ein Weg nicht einer Transporteinheit zugeordnet werden; zwei zeitlich nahe Transporteinheiten mit gleichem Ziel können ihre Restwege auf einem gemeinsamen Modul tauschen) . Auf Grund der Bindung eines Weges an die Transporteinheit kann der er- wartete Eintrittszeitpunkt der Transporteinheit an den Modulen entlang des Weges bestimmt werden. Die Transporteinheit kann dann im zugehörigen Zeitfenster bei der Prognose für das Modul berücksichtigt werden. Die Prognose stellt jedoch kei- nen Versuch dar, die ein Modul passierenden Transporteinheiten exakten zu bestimmen. Insbesondere handelt es sich nicht um einen Reservierungs/Freigabemechanismus . Die Prognose wird mit Hilfe eines zyklischen Informations- und eines exponen- tiellen Zerfallsprozesses modelliert. D.h., in einem festen Rhythmus wird für jede Transporteinheit an die Module des der Transporteinheit zugeordneten Weges die Information geschickt, dass eine Transporteinheit zum berechneten Zeitpunkt eintreffen wird. Die Prognosewerte der Module, über die Anzahl erwarteter Transporteinheiten innerhalb eines Zeitfens- ters, werden im gleichen Rhythmus mit 1/2 skaliert. Zur Vermeidung der plötzlichen Halbierung kann der Zerfallsprozess kontinuierlicher umgesetzt werden, z.B. n-maliges multiplizieren mit l/v2 innerhalb eines Zyklus. Wird der einer Transporteinheit zugeordnete Weg verändert, so findet kein Freigabeverfahren für die Module des alten Weges statt. Ist ein Modul nicht mehr im neuen Weg enthalten, so reduziert sich der Anteil, mit dem diese Transporteinheit bisher am Modul gezählt wurde, durch die Skalierung innerhalb eines Zyklus um die Hälfte. D.h., nach fünf Zyklen ist noch ein An- teil von 1/25 = 0,03125 von dieser Transporteinheit in der Prognose für dieses Modul enthalten.The basis for creating the forecast is the assignment of a route to each transport unit (in the true sense, a path does not have to be assigned to a transport unit, two transport units with the same destination in close proximity can exchange their remaining routes on a common module). Due to the binding of a path to the transport unit, the waited entry time of the transport unit to the modules along the way to be determined. The transport unit can then be taken into account in the associated time window in the forecast for the module. The prognosis, however, does not represent an attempt to determine precisely which transport units passing a module. In particular, it is not a reservation / release mechanism. The forecast is modeled with the help of a cyclic information and an exponential decay process. That is, in a fixed rhythm, the information is sent for each transport unit to the modules of the path associated with the transport unit, that a transport unit will arrive at the calculated time. The forecast values of the modules, which are the number of expected transport units within a timeframe, are scaled by 1/2 at the same rate. To avoid the sudden halving, the decay process can be implemented more continuously, eg multiply n times by l / v2 within one cycle. If the route assigned to a transport unit is changed, then no release procedure for the modules of the old route takes place. If a module is no longer included in the new path, the proportion with which this transport unit was previously counted on the module is reduced by half by scaling within one cycle. That is to say, after five cycles, a portion of 1/2 5 = 0.03125 of this transport unit is still included in the forecast for this module.
Stehen Daten für zukünftig zu erwartende Transportaufträge zur Verfügung, so können diese ebenfalls berücksichtigt wer- den. Der erwarteten Transporteinheit wird wie allen anderenIf data are available for future transport requests, these can also be taken into account. The expected transport unit will be like all the others
Transporteinheiten ein Weg zugeordnet. Nur der Startzeitpunkt für den Weg unterscheidet sich, statt der aktuellen Zeit wird der erwartete Einlastzeitpunkt verwendet. BewertungsfunktionTransport units assigned a path. Only the start time for the route is different, instead of the current time the expected time of loading is used. evaluation function
Auf Basis der Prognose für jedes Modul wird eine Bewertungsfunktion definiert, welche jedem Modul ein Kantengewicht in Abhängigkeit von seiner im betrachteten Zeitfenster prognostizierten Last zuweist. Die Bewertungsfunktion ist monoton wachsend, wobei sie mit zunehmender Annäherung an die maximale Last des Moduls stärker wächst. Da die Prognose jedoch keine exakte Vorhersage der zukünftigen Last darstellt, muss die Funktion auch für Werte größer als die maximale Last wohldefiniert und endlich sein. Ziel der Routenwahl ist, die Materialflussanlage in einem Zustand unterhalb der maximalen Last zu fahren, d.h. alle Module haben zu allen zukünftigen Zeitpunkten eine Prognose kleiner als ihre maximale Last. Die Bewertungsfunktion setzt sich aus zwei Teilen zusammen, der erwarteten Standarddurchlaufzeit einer Transporteinheit durch das Modul sowie einer von der Last abhängigen Warte- bzw. Strafzeit. Die genaue Ausgestaltung der Bewertungsfunktion ist abhängig vom konkreten Modul, muss jedoch über alle Modu- Ie einer Anlage abgestimmt sein.Based on the forecast for each module, a weighting function is defined which assigns each module an edge weight depending on its predicted load in the time window in question. The weighting function is monotone increasing, increasing with increasing approach to the module's maximum load. However, since the forecast is not an exact prediction of the future load, the function must be well-defined and finite even for values greater than the maximum load. The aim of the route selection is to drive the material flow plant in a state below the maximum load, i. all modules have a forecast lower than their maximum load at all future times. The evaluation function is composed of two parts, the expected standard throughput time of a transport unit by the module and a load-dependent waiting or penalty time. The exact design of the evaluation function depends on the specific module, but must be coordinated across all modules of a system.
Routingrouting
Das Routing, d.h. die Auswahl des konkreten Weges entlang dessen eine Transporteinheit vom Start zum Ziel gelenkt wird, reduziert sich auf die Bestimmung eines kürzesten Weges bezüglich der lastabhängigen Bewertungsfunktion. Bei der Bestimmung des kürzesten Weges müssen je nach Anlage noch weitere Nebenbedingungen berücksichtigt werden, z.B. können bei der Wegbestimmung auf Grund von Eigenschaften der Transporteinheit einzelne Module gesperrt (weggelassen) werden. Der bestimmte Weg wird der Transporteinheit zugewiesen und sowohl zur Richtungswahl im Materialflusssystem als auch zur Erstellung der Prognose verwendet.The routing, ie the selection of the concrete path along which a transport unit is directed from the start to the destination, is reduced to determining a shortest path with regard to the load-dependent evaluation function. When determining the shortest path, additional constraints must be taken into account, depending on the system. For example, when determining the path, individual modules can be blocked (omitted) on the basis of properties of the transport unit. The particular route is assigned to the transport unit and both used for direction selection in the material flow system as well as for the generation of the forecast.
Auf Grund der Dynamik in Materialflusssystemen ändert sich die Prognose und damit die Bewertungsfunktion für ein Modul kontinuierlich. Um dem veränderten Zustand der Materialflussanlage Rechnung zu tragen, wird der kürzeste Weg (eventuell mit Nebenbedingungen) für eine Transporteinheit von der aktuellen Position der Transporteinheit zum Ziel regelmäßig neu bestimmt. Ändert sich der Weg, so wird er als neuer Weg derDue to the dynamics in material flow systems, the prognosis and thus the evaluation function for a module changes continuously. In order to take account of the changed state of the material flow system, the shortest path (possibly with secondary conditions) for a transport unit is regularly redetermined from the current position of the transport unit to the destination. If the path changes, it will become the new way of the world
Transporteinheit zugeordnet. Mittelbar, durch die regelmäßige Information aller im Weg enthaltenen Module ändern sich die Prognosewerte der neu enthaltenen bzw. nicht mehr enthaltenen Module. Die kürzesten Wege sollen daher für die Transportein- heiten nicht alle zur gleichen Zeit bestimmt bzw. aktualisiert werden, um das Zusammenfallen der Wege zu vermeiden.Transport unit assigned. Indirectly, through the regular information of all modules contained in the path, the prognosis values of the newly contained or no longer contained modules change. The shortest routes should therefore not all be determined or updated at the same time for the transport units in order to avoid the coincidence of the routes.
FIG 1 zeigt eine beispielhafte Architektur für eine dezentrale Steuerungskomponente für den Einsatz in dezentralen Mate- rialflusssystemen (dezentrale Materialflusssysteme weisen keinen zentralen Materialflussrechner auf) . In dezentralen Anlagen kann unter Verwendung von Eigensimulatoren der dezentralen Steuerungskomponenten die Erstellung der Prognose effizient und genau durchgeführt werden.1 shows an exemplary architecture for a decentralized control component for use in decentralized material flow systems (decentralized material flow systems do not have a central material flow computer). In decentralized plants, the use of self-simulators of the decentralized control components enables the forecast to be generated efficiently and accurately.
Figur 1 verdeutlicht die Architektur eines Anlagenmoduls (Förderband, Transportstrecke, Weiche etc.) mit Steuerungskomponente SKl mit einer Eigensimulationskomponente ESl, geeignet zum Einsatz in dezentralen Anlagen.FIG. 1 illustrates the architecture of a system module (conveyor belt, transport path, switch, etc.) with control component SK1 having a self-simulation component ES1 suitable for use in decentralized systems.
Wenn der Eigensimulator ESl Zugriff auf den einer Transporteinheit zugeordneten Weg, oder zumindest das Nachfolgemodul ES2 im Weg, bekommt, so verfügt er über alle notwendigen Da- ten, um die Prognose zu erstellen. Zur Verdeutlichung nehmen wir an, dass der Eigensimulator ESl die Wege aus dem Anlagen- zustand AZl auslesen kann und Zugriff auf den Einlastplan EP hat. Z.B. kann der Weg auf einem RFID-Tag an der Transport- einheit gespeichert werden, über die Sensoren SE und dieIf the self-simulator ES1 gets access to the path assigned to a transport unit, or at least the successor module ES2 in the way, it has all the necessary data. to create the forecast. For clarification, we assume that the self-simulator ES1 can read the paths from the system state AZ1 and has access to the loading schedule EP. For example, the path can be stored on an RFID tag on the transport unit, via the sensors SE and the
Steuerungskomponente SKl gelangt dann der Weg in den Anlagen- zustand AZl, auf den der Eigensimulator ESl Zugriff hat. Der Eigensimulator ESl bestimmt für alle ihn betreffenden Transporteinheiten die Auswirkungen auf die eigene Prognose und übergibt an die Nachbareigensimulatoren ES2 die Austrittszeitpunkte und Wege der ihn virtuell in der Eigensimulation verlassenden Transporteinheiten. Seinerseits erhält er ebenfalls von Nachbareigensimulatoren ES2 virtuell bei ihm eintreffende Transporteinheiten und die ihnen zugeordneten Wege. Nach Erreichen des maximalen Prognosehorizonts verfügt jeder Eigensimulator ESl, ES2 über ein Histogramm der virtuell ihn demnächst passierenden Transporteinheiten. Dieses Histogramm ist die Prognose des Eigensimulators ESl für die Zukunft und wird in den zukünftigen Anlagenzustand AZ2 eingetragen.Control component SKl then enters the path to the system state AZl, to which the intrinsic simulator ES1 has access. The self-simulator ES1 determines the effects on its own forecast for all transport units that concern it and transfers to the neighboring inherent simulators ES2 the exit times and paths of the transport units leaving it virtually in the self-simulation. On his part, he also receives from Nachbareigensimulatoren ES2 virtually to him arriving transport units and their associated routes. Once the maximum forecast horizon has been reached, each self-simulator ES1, ES2 has a histogram of the transport units that will virtually pass it in the near future. This histogram is the prognosis of the self-simulator ESl for the future and will be entered in the future system state AZ2.
Der Steuerungsoptimierer SOl muss auf Basis des vom Eigensimulator ESl prognostizierten zukünftigen Anlagenzustands AZ2 die Wege für die Transporteinheiten bestimmen. D.h., der Steuerungsoptimierer SOl muss einen kürzesten Weg vom gesteu- erten Modul M zu einem gegebenen Ziel bezüglich der Bewertungsfunktion ermitteln und einer Transporteinheit zuweisen können. Da der einer Transporteinheit zugeordnete Weg regelmäßig neu berechnet werden soll, weist er einem neu ermittelten Weg zusätzlich einen Gültigkeitszeitraum zu. Der Gültig- keitszeitraum kann in bestimmten Grenzen schwankend gewählt werden, um mögliche Oszillation zu vermeiden. Der Steuerungsoptimierer SOl muss für eine Transporteinheit nicht nur einen neuen Weg bestimmen, wenn der Gültigkeitszeitraum des Weges abgelaufen ist, sondern auch, wenn der aktuelle Weg auf Grund anderer Einflüsse unzulässig geworden ist, z.B. durch Ausfalls einzelner Module. Basierend auf dem vom Eigensimulator ESl gelieferten Daten über den neuen AnIa- genzustand AZ2 verändert der Steuerungsoptimierer SOl die Steuerungsparameter SP für die Steuerungskomponente SKl des Anlagenmoduls M. Der Steuerungsoptimierer SOl steht vorteils- halber mit den Nachbarsteuerungsoptimierer SO2 der Nachbarmodule in Verbindung, damit die Steuerungsparameter der Nachbarmodule abgestimmt zum Modul M veränderbar sind. Dies ermöglicht ein schnelles Reagieren auf sich ändernde Anlagenzu- stände .The control optimizer SO1 has to determine the paths for the transport units on the basis of the future plant state AZ2 predicted by the self-simulator ES1. That is, the control optimizer SO1 must be able to determine a shortest path from the controlled module M to a given destination with respect to the evaluation function and assign it to a transport unit. Since the path assigned to a transport unit is to be recalculated regularly, it also assigns a validity period to a newly determined path. The validity period can be varied within certain limits in order to avoid possible oscillation. The control optimizer SO1 must determine not only a new way for a transport unit when the validity period of the path has expired, but also if the current route has become inadmissible due to other influences, eg by failure of individual modules. Based on the data supplied by the self-simulator ES1 about the new Ania- zenenzanz AZ2 the control optimizer SOl changes the control parameters SP for the control component SKl of the plant module M. The control optimizer SOl is advantageously with the neighbor control optimizer SO2 of the neighboring modules in conjunction, so that the control parameters of Neighbor modules matched to the module M are changeable. This allows a quick reaction to changing plant conditions.
Dezentrale WegbestimmungDecentralized path determination
Das im Folgenden vorgestellte dezentrale Verfahren zur Bestimmung der Wege findet prinzipiell die kürzesten Wege nach der Bewertungsfunktion, nämlich dann, wenn die Prognose sta- bil bleibt. Da diese sich aber auf Grund der neu gefundenenIn principle, the decentralized method for determining the paths presented below finds the shortest paths to the evaluation function, namely when the prognosis remains stable. Since these are due to the newly found
Wege wieder ändert, sind die gefundenen Wege nur eine Annäherung an die tatsächlichen kürzesten Wege unter der gegebenen Last. In der Praxis erweisen sich die gefundenen Wege als hinreichend gut.Changing paths again, the paths found are only an approximation to the actual shortest paths under the given load. In practice, the paths found prove to be sufficiently good.
Die einfachste, direkte Möglichkeit ist ein verteilter Labe- ling-Algorithmus mit um die zeitliche Dimension erweiterten Richtungstabellen (Labein) . Eine erweiterte Richtungstabelle für ein Modul M enthält für jedes mögliche Ziel x in der Ma- terialflussanlage eine Tabelle: Zeitfenster 0 1 dist™ =The simplest direct way is to use a distributed labeting algorithm with directional tables (Labein) extended by the temporal dimension. An extended direction table for a module M contains a table for each possible target x in the material flow system: Time window 0 1 dist ™ =
Entfernung 10 15 Nachfolgemodul ITIQ m7 Distance 10 15 Successor module ITIQ m 7
Die Tabelle dist™ enthält für alle Prognosezeitfenster, beginnend mit dem aktuellen Zeitfenster, die Entfernung zum Ziel sowie das Nachfolgemodul, über welches diese Distanz bestimmt wurde.The table dist ™ contains for all forecast time windows, starting with the current time window, the distance to the target as well as the successor module, over which this distance was determined.
Stehen diese Tabellen an jedem Modul zur Verfügung, so ist die Bestimmung eines kürzesten Weges sehr einfach. Befindet sich die Transporteinheit im aktuellen Zeitfenster = 0 auf dem Modul Tn1 und hat das Ziel x, so ist das Nachfolgemodul das Modul in der Spalte von Tabelle dist™1 , m2 bezeichne das entsprechende Modul. Weiterhin bestimmt Modul Ui1 den Eintrittszeitpunkt und das Eintrittszeitfenster t2 in das Modul m2. Diese Werte werden zusammen mit dem bisherigen Weg [In1] an das Modul m2 übergeben. Das Modul m2 bestimmt aus derIf these tables are available on every module, the determination of a shortest path is very easy. If the transport unit is in the current time window = 0 on the module Tn 1 and has the destination x, the successor module is the module in the column from table dist ™ 1 , m 2 designate the corresponding module. Furthermore, module Ui 1 determines the entry time and the entry time window t 2 into the module m 2 . These values are transferred together with the previous path [In 1 ] to the module m 2 . The module m 2 determines from the
Spalte t2 von Tabelle dist™2 das Nachfolgemodul m3, sowie den Eintrittszeitpunkt und das Eintrittszeitfenster ts in das Modul mj- . Diese Werte werden zusammen mit dem bisherigen Weg, [mι,m2], an Modul m3 übergeben. Modul m3 und alle nachfolgenden Module verfahren analog, bis ein Modul mit Endpunkt x erreicht ist. Falls erforderlich, wird der erzeugte Weg, [ifii ,m2 ,TÜ3, ...] , zurück an Modul irii kommuniziert.Column t 2 of Table dist ™ 2 the successor module m 3 , as well as the entry time and the entry time window ts in the module mj-. These values are transferred together with the previous route, [mι, m 2 ], to module m 3 . Module m 3 and all subsequent modules proceed analogously until a module with end point x is reached. If necessary, the generated path, [ifii, m 2 , TÜ 3 , ...], is communicated back to module irii.
Die Erstellung der erweiterten Richtungstabellen soll zunächst an einer vereinfachten Version beschrieben werden. Da- zu wird angenommen, dass alle Durchlaufzeiten einer Transporteinheit durch ein Modul ein Vielfaches der Zeitfensterlänge sind. Ein Modul aktualisiert regelmäßig seine Rieh- tungstabelle an Hand der Richtungstabellen seiner direkten Nachfolgemodule. Konkret wird nachfolgend beschrieben, wie für ein Module m die Entfernungstabelle dist™ zum Ziel x aktualisiert wird. Seien Tn1,... , mk die direkten Nachfolgemodule von Modul m. Die Durchlaufzeit durch Modul m im Zeitfenster t sei nt mal die Zeitfensterlange und dt sei die Lange (Wert der Bewertungsfunktion) von Modul m im Zeitfenster t. Dann bestimmt sich die Entfernung von Modul m zum Ziel x, wenn innerhalb des Zeitfensters t gestartet wird, zuThe creation of the extended direction tables should first be described on a simplified version. It is assumed that all throughput times of a transport unit by a module are a multiple of the time window length. A module regularly updates its flow tation table on the basis of the direction tables of his direct successor modules. Specifically, the following describes how to update the distance table dist ™ to the destination x for a module m. Let Tn 1 , ..., m k be the direct successors of module m. The cycle time through module m in the time window t is n t times the time window length and d t is the length (value of the evaluation function) of module m in the time window t. Then, the distance from module m to the target x, when started within the time window t, is determined
dist™(t) = dt + mm dist™1 (t + nt)dist ™ (t) = d t + mm dist 1 (t + n t )
wobei dist™ (t) den Entfernungseintrag in Spalte t der Tabel- Ie dist™ bezeichne. Der Wert sei ∞ wenn das Ziel x über daswhere dist ™ (t) denotes the distance entry in column t of the table dist. The value is ∞ if the target x is over the
Modul nicht erreicht werden kann. Das Nachfolgemodul in Spalte t von Tabelle dist™ ist Modul mD für IndexModule can not be reached. The successor module in column t of table dist ™ is module m D for index
(2) j = arg min dist™1 (t + nt)(2) j = arg min dist 1 (t + n t )
Zu Beginn des Abschnitts wurde motiviert, warum es nicht notwendig ist, dass die ermittelten Wege immer exakte kürzeste Wege sind. Daher können die Aktualisierungen der Richtungsta- bellen für alle Module unabhängig voneinander in regelmäßigem Rhythmus erfolgen. Wurden sich die Bewertungsfunktionen der Module nicht andern, so enthielten die Richtungstabellen nach einiger Zeit die exakten kürzesten Wege. Welche Konsequenzen hat es, wenn die Durchlaufzeiten durch die Module keine Vielfachen der Zeitfensterlänge sind? Im erweiterten Richtungstabellenverfahren wurde diese Annahme über die Durchlaufzeiten implizit verwendet. Bei der Aktualisie- rung entsprechend Gleichung (1) wird das Zeitfenster t + nt für die Nachfolgemodule verwendet. Das rührt von der Beobachtung, dass eine Transporteinheit die zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb des Zeitfensters t das Modul m erreicht das Nachfolgemodul im Zeitfenster t + nt erreichen wird. Die- se Eigenschaft gilt nicht mehr, wenn die Durchlaufzeiten keine Vielfachen der Zeitfensterlänge sind.At the beginning of the section it was motivated, why it is not necessary, that the determined ways are always exact shortest ways. Therefore, the updates of the direction tables for all modules can be performed independently of each other in a regular rhythm. If the evaluation functions of the modules did not change, the directional tables contained the exact shortest paths after some time. What are the consequences if the throughput times through the modules are not multiples of the time window length? In the extended direction table method, this assumption was used implicitly over the cycle times. When updating according to equation (1), the time window t + n t is used for the successor modules. This is due to the observation that a transport unit which reaches the module m at any time within the time window t will reach the successor module in the time window t + n t . This property no longer applies if the cycle times are not multiples of the time window length.
Zur Auswahl des Eintrittszeitfensters für die Nachfolgemodule in der Gleichung (1) kann man einen speziellen Startzeitpunkt innerhalb des Zeitfensters t wählen, z.B. den Mittelpunkt. Das Zeitfenster t + nt ist dann jenes, welches zum Eintritt einer Transporteinheit in die Nachfolgemodule korrespondiert, wenn die Transporteinheit das Modul m genau zur Mitte von Zeitfenster t erreicht hat. Dieser Ansatz ist problematisch, wenn die Durchlaufzeiten kleiner als die halbe Zeitfensterlänge sind. Bei einer Folge mιr... , mk von Modulen mit Durchlaufzeiten kleiner als die halbe Zeitfensterlänge führt das Verfahren zu unbrauchbaren Resultaten. Sei Δ die Zeitfensterlänge, x der Endpunkt von Modul mk und das Ziel die Bestim- mung der Entfernung von Modul irii zu x bei Start in Zeitfenster t = 0. Bei der Aktualisierung der Richtungstabellen wird jedes Modul In1 als nt den Wert 0 erhalten. D.h., der Eintrag dist™1 ist die Summe aller Bewertungen der Module im Zeitfenster 0. Tritt eine Transporteinheit in Modul Tn1 zur Zeit 0 ein, so kann die Durchlaufzeiten für drei Module nicht größer alsTo select the entry time window for the successor modules in equation (1), one may choose a specific start time within the time window t, eg the midpoint. The time window t + n t is then that which corresponds to the entry of a transport unit into the successor modules when the transport unit has reached the module m exactly at the middle of the time window t. This approach is problematic if the cycle times are less than half the time window length. In a sequence mι r ..., m k of modules with cycle times less than half the time window length, the method leads to unusable results. Let Δ be the time window length, x the end point of module m k and the destination the determination of the distance of module irii to x at start in time window t = 0. When updating the direction tables, each module In 1 will be n 0 as n t receive. This means that the entry dist ™ 1 is the sum of all evaluations of the modules in the time window 0. If a transport unit in module Tn 1 is currently 0, the throughput times for three modules can not be greater than
3Δ/2 sein, ein Wert größer als 2Δ/2 = Δ ist jedoch möglich. D.h., Modul mΛ wird dann in Zeitfenster 1 erreicht. Entlang der Folge m\, ... , iT3k akkumuliert sich dieser Fehler und hebelt damit die Wirkung der Bewertungsfunktion aus.3Δ / 2, but a value greater than 2Δ / 2 = Δ is possible. That is, module m Λ is then reached in time window 1. Along the sequence m \ , ..., iT3 k accumulates this error and thus leverages the effect of the evaluation function.
Die Akkumulation der Fehler kann reduziert und das gerade be- schriebene Verhalten verhindert werden, wenn das Eintrittszeitfenster in das Nachfolgemodul etwas komplexer bestimmt wird. Seien m-i und Tn2 zwei aufeinanderfolgende Module und τ die Durchlaufzeit durch das Modul mx. Figur 6 verdeutlicht die zeitliche Lage der Prognosezeitfenster der Module Ta1 und m2, wenn die Durchlaufzeit τ kleiner als die Zeitfensterlänge Δ ist.The accumulation of errors can be reduced and the behavior just described can be prevented if the entry time window into the successor module is determined to be somewhat more complex. Let mi and Tn 2 be two consecutive modules and τ the cycle time through the module m x . FIG. 6 illustrates the temporal position of the forecast time windows of the modules Ta 1 and m 2 when the transit time τ is smaller than the time window length Δ.
Eine zu Beginn von Zeitfenster 0 in Modul ΛII eingelastete Transporteinheit erreicht τ Zeiteinheiten später das Modul m2. Daher sind die Zeitfenster von Modul m2 um τ Zeiteinheiten gegenüber den Zeitfenstern von /ni verschoben. Der Übergangszeitpunkt von Zeitfenster 0 zu Zeitfenster 1 bei Modul m2 zerteilt das Zeitfenster 0 von Modul m\ in zwei Teile p und q. Transporteinheiten, die im Abschnitt p bzw. q in Modul m\ eingelastet werden, erreichen Modul m2 im Zeitfenster 0 bzw. 1. Bei Annahme gleichverteilter Einlastzeiten in Modul Jn1 erreicht ein Anteil von p/Δ bzw. g/Δ der Transporteinheiten das Modul m2 im Zeitfenster 0 bzw. 1. Angewendet auf die Gleichung (1) wird im Minimum der Term dist™1 (t+mt) ersetzt durch ^distm' (t + mt) +—distm- (t + mt+ϊ), A AA transport unit loaded at the beginning of time window 0 in module ΛI I reaches τ time units later module m 2 . Therefore, the time slots of module m 2 are shifted by τ time units compared to the time slots of / ni. The transition time from time window 0 to time window 1 at module m 2 divides the time window 0 of module m \ into two parts p and q. Transport units loaded in section p or q in module m \ reach module m 2 in the time window 0 and 1, respectively. Assuming uniformly distributed loading times in module Jn 1 , a proportion of p / Δ or g / Δ of the transport units achieves this Module m 2 in the time window 0 or 1. Applied to the equation (1) is replaced in the minimum of the term dist ™ 1 (t + m t ) by ^ dist m '(t + m t ) + -dist m - (t + m t + ϊ), AA
wobei P1 und q± die Teile sind in die das Zeitfenster t von Modul m durch die Zeitfenster t+mt und t+mt+l von Modul In1 zerlegt wird. Insgesamt ergibt sich die folgende neue Gleichungwhere P 1 and q ± are the parts into which the time window t of module m is decomposed by the time slots t + m t and t + m t + l of module In 1 . Overall, the following new equation results
(3)(3)
disr (t) = dt + dist? (t + mt Das oben beschriebene Verfahren entspricht einer im Wesentlichen direkten Übertragung des Dij kstra-Algorithmus zur Bestimmung kürzester Wege auf ein verteiltes Verfahren. Wird dieses Verfahren in einem dynamischen Umfeld, wie im hier betrachteten Fall, angewendet, so tritt ein als „looping" be- kanntes Phänomen auf. Zur Vermeidung von „looping" wurden, je nach Schwerpunkt der Randbedingungen, unterschiedliche Erweiterungen des verteilten Labeling-Algorithmus entwickelt, z.B. das OSPF Routing-Protokoll für das Internet.disr (t) = d t + dist? (t + m t The method described above corresponds to a substantially direct transmission of the Dij kstra algorithm for determining shortest paths to a distributed method. If this method is used in a dynamic environment, as in the case considered here, then a phenomenon known as "looping" occurs.To avoid "looping", different extensions of the distributed labeling algorithm were used, depending on the focus of the boundary conditions developed, for example, the OSPF routing protocol for the Internet.
Zuordnung und Koordinierung der WegeAllocation and coordination of paths
Die Zuordnung eines Weges zu einer Transporteinheit kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Im Folgenden sind Beispiele angegeben .The assignment of a route to a transport unit can be done in various ways. The following are examples.
Variante 1version 1
Die einfachste Variante ist die explizite Speicherung des Weges an der Transporteinheit. Z.B. auf einem RFID-Tag oder in einem, der Transporteinheit zugeordneten, Softwareagenten. In dezentralen Anlagen ist diese Vorgehensweise ungünstig. Na- türlicher ist eine dezentrale Speicherung in dezentralen Anlagen. Verfügt jede Transporteinheit über eine eindeutige ID innerhalb der Materialflussanlage, so kann diese ausgenutzt werden. Bei der Berechnung des Weges für eine Transporteinheit, z.B. durch erweiterte Richtungstabellen, merkt sich jede Weiche, zu wel- ehern Nachfolgemodul die entsprechende ID weitergeleitet werden soll. Dieses Vorgehen lässt sich sehr gut mit dem zyklischen Informations-/Zerfallsprozess kombinieren. Die Weiche speichert dazu neben der ID und der Richtung zusätzlich den letzten Bestätigungszeitpunkt des Weges. Mit je- der Information einer Transporteinheit über die Wegnutzung zum Zwecke der Prognoseerhebung wird der Bestätigungszeitpunkt für die entsprechende ID ebenfalls aktualisiert. Liegt der Bestätigungszeitpunkt einer ID länger als die Zyklenlänge des Informations-/Zerfallsprozesses zurück, so wird der Ein- trag gelöscht. Jede Weiche Verfügt somit über einer Routingtabelle, indiziert nach ID, die sowohl für die Richtungswahl der Transporteinheit als auch für die Erstellung der Prognose verwendet wird.The simplest variant is the explicit storage of the route at the transport unit. For example, on an RFID tag or in a, assigned to the transport unit, software agents. In decentralized systems, this procedure is unfavorable. More natural is decentralized storage in decentralized systems. Has each one Transport unit via a unique ID within the material flow system, this can be exploited. When calculating the route for a transport unit, eg by means of extended direction tables, each point remembers to which successor module the corresponding ID should be forwarded. This procedure can be very well combined with the cyclic information / decay process. In addition to the ID and the direction, the points also store the last confirmation time of the route. With each information of a transport unit about the route usage for the purpose of forecasting, the confirmation time for the corresponding ID is also updated. If the confirmation time of an ID is longer than the cycle length of the information / decay process, the entry is deleted. Each diverter thus has a routing table indexed by ID, which is used both for the direction selection of the transport unit and for the generation of the forecast.
Variante 2Variant 2
Verfügt nicht jede Transporteinheit über eine eindeutige ID innerhalb der Anlage, so kann auf klassische Routingtabellen erweitert um eine zeitliche Komponente zurückgegriffen werden. Die Prognoseerhebung erfordert prinzipiell keine exakte Zuordnung eines Weges zu einer Transporteinheit. Ausgenutzt wird nur, dass alle Transporteinheiten mit dem gleichen Ziel sich nach einer Weiche innerhalb eines Zeitfensters zu einem festen Verhältnis auf die Nachfolgemodule verteilen (innerhalb eines Zeitfensters können Transporteinheiten mit dem gleichen Ziel auf ihrem Restweg ausgetauscht werden) . Daher genügt es, wenn eine Weiche innerhalb eines Zeitfensters die Transporteinheiten mit gleichem Ziel entsprechend einem Schlüssel auf die Nachfolgemodule verteilt. D.h., die Weiche muss sich bei der Bestimmung eines Weges, z.B. durch erweiterte Richtungstabellen, für eine Transporteinheit nur einen Zähler einschließlich seiner Gültigkeit merken. Nach Ablauf der Gültigkeit wird der Zähler wieder gelöscht. Damit die Transporteinheit weiterhin in der Prognose berücksichtigt wird, muss sie zu diesem Zeitpunkt eine Neubestimmung "ihres" Weges veranlassen.If every transport unit does not have a unique ID within the system, classic routing tables can be used to add a time component. In principle, forecasting does not require an exact assignment of a route to a transport unit. Only the fact that all transport units with the same destination are distributed after a switch within a time window at a fixed ratio to the successor modules (within a time window, transport units with the same destination can be exchanged in their remaining distance) is utilized. Therefore, it is sufficient if a switch within a time window distributes the transport units with the same destination according to a key to the successor modules. That is, the switch When determining a route, eg by means of extended direction tables, only one counter, including its validity, must be remembered for a transport unit. After the validity expires, the counter is cleared again. In order for the transport unit to continue to be included in the forecast, it must at this time prompt a redefinition of "its" path.
Eine Routingtabelle erweitert um eine zeitliche Komponente ist in diesem Fall eine eigenständige Routingtabelle für jedes zukünftige Zeitfenster. Die Routingtabelle des aktuellen Zeitfensters wird im klassischen Sinn von der Steuerung für die aktuell zu routenden Transporteinheiten verwendet. Die Werte der Routingtabelle eines Zeitfensters ergeben sich aus den oben erwähnten Zählern. Z.B. gebe es vom Modul ia zum Ziel x zwei mögliche Nachfolgemodule Ia1 , m2 und es existieren dazu U1 bzw. n2 Zähler. Die Routingtabelle des entsprechenden Zeitfensters ist so zu initialisieren, dass ein Anteil von U1/ (nι+n2) Transporteinheiten über Modul Ia1 geroutet wird und ein Anteil von n2/ (Ti1^n2) über Modul m2.A routing table extended by a temporal component in this case is a stand-alone routing table for each future time slot. The routing table of the current time window is used in the classical sense by the controller for the transport units currently to be routed. The values of the routing table of a time window result from the counters mentioned above. For example, there are two possible successor modules Ia 1 , m 2 from module ia to destination x and there are U 1 and n 2 counters for this purpose. The routing table of the corresponding time window is to be initialized in such a way that a portion of U 1 / (n 1 + n 2 ) transport units is routed via module Ia 1 and a fraction of n 2 / (Ti 1 ^ n 2 ) over module m 2 .
Die Routingtabellen für die zukünftigen Zeitfenster sind somit Vorschläge für die von der Steuerung zu verwendende Routingtabelle, wenn das entsprechende Zeitfenster angebrochen ist. Bis das Zukünftige Zeitfenster anbricht können sich die Routingtabellen jedoch noch ändern. Im Gegensatz zu der Variante mit IDs bleibt der Weg im Fall ohne IDs länger bestehen. Im ersten Fall entspricht die Gültigkeit eines Wegs der Zyklenlänge des Informations-/Zerfallsprozesses, welcher kleiner ist als der Neuberechnungszyklus für die Wege. Dieser Unterschied hat nur in Sondersituationen Auswirkungen, wie bei umgeleiteten Transporteinheiten oder dem Ausfall von Modulen. Das beschriebene Verfahren vermeidet die beschriebenen Nachteile von Verfahren, welche an Hand von verschiedenen Einlastszenarien justiert werden müssen. Gleichzeitig antizipiert das Verfahren die zukünftigen Anlagenzustände und wirkt durch seine Wegauswahl der Entstehung von Schieflasten entgegen. Im Sinne einer Justierung, entsprechend der konkreten Anlage, sind nur drei Werte zu verstehen: die Wahl der Zeitfenstergröße, die maximale Anzahl in die Zukunft zu prognostizierender Zeitfenster und die Länge der Zyklen in der die Prognosewerte skaliert bzw. die Informationen über die aktuell zugeordneten Wege verteilt werden.The routing tables for the future time slots are thus suggestions for the routing table to be used by the controller when the corresponding time slot has begun. However, the routing tables may still change until the Future Time window starts. In contrast to the variant with IDs, the way remains longer in the case without IDs. In the first case, the validity of a path corresponds to the cycle length of the information / decay process, which is smaller than the recalculation cycle for the paths. This difference has effects only in special situations, such as redirected transport units or the failure of modules. The method described avoids the described disadvantages of methods which have to be adjusted on the basis of different loading scenarios. At the same time, the process anticipates future plant states and counteracts the formation of unbalanced loads through its path selection. In the sense of an adjustment, corresponding to the concrete plant, only three values are to be understood: the choice of the time window size, the maximum number of time windows to be forecasted in the future and the length of the cycles in which the forecast values are scaled or the information about the currently assigned paths be distributed.
Darüber hinaus ist das Verfahren sowohl in zentral als auch in dezentral gesteuerten Anlagen einsetzbar. Insbesondere in dezentral gesteuerten Anlagen ist der Verzicht auf anlagenspezifische Parameter von Bedeutung. Dadurch bleiben alle Vorteile dezentraler Anlagen, wie reduzierter Engineeringaufwand, schnelle Inbetriebnahme, etc., erhalten, bei gleichzeitigem effektiven Routing wie in zentral gesteuerten Anlagen.In addition, the process can be used in both centralized and decentralized systems. Especially in decentralized systems, the absence of plant-specific parameters is of importance. As a result, all the advantages of decentralized systems, such as reduced engineering costs, fast commissioning, etc., are maintained, while at the same time effective routing as in centrally controlled systems.
Das Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Berücksichtigung von zukünftig einzulastenden Transporteinheiten. Das trifft auch für dezentral gesteuerte Anlagen zu.The method makes it possible in a simple way to take account of future transport units to be loaded. This also applies to decentralized systems.
Figur 2 zeigt ein Anlagenbeispiel mit Modulen ml - ml 4 eines Materialflusssystems (z.B. Gepäckfördersystem in einem Flughafen) . Bei den Modulen ml - ml 4 kann es sich z.B. um Förderbänder, Weichen oder Zusammenführungen handeln. Im oberen Abschnitt (a) von Figur 2 ist ein Anlagenbeispiel mit Modulen ml - ml4 dargestellt, im unteren Abschnitt (b) von Figur 2 sind jeweilige Durchlaufzeiten für die Module ml - ml4 angegeben und mögliche Wege (Routen) Rl, R2 von einem Startpunkt Si, S2 zu einem Zielpunkt ti,t2. Das Verfahren soll am Beispiel der in Figur 2 dargestellten einfachen Anlage verdeutlicht werden. Im Prinzip könnte es sich bei der Abbildung um den Ausschnitt aus einer größeren Anlage handeln, an den Abläufen würde sich dadurch nichts ändern. Es sollen zwei Arten von Transportaufträgen erfüllt werden: Aufträge von Si nach ti (gestrichelte Linie, Rl) und Aufträge von S2 nach t2 (durchgezogene Linie, R2) .FIG. 2 shows a system example with modules ml-ml 4 of a material flow system (eg baggage conveyor system in an airport). The modules ml - ml 4 can be, for example, conveyor belts, switches or mergers. In the upper section (a) of FIG. 2, a system example with modules ml-ml4 is shown, in the lower section (b) of FIG. 2 respective cycle times for the modules ml-ml4 are indicated and possible routes (routes) R1, R2 from a starting point Si, S2 to a target point ti, t2. The method will be clarified using the example of the simple system shown in FIG. In principle, the picture could be the section from a larger layout, and nothing would change in the process. Two types of transport requests are to be fulfilled: orders from Si to ti (dashed line, Rl) and orders from S2 to t 2 (solid line, R2).
Zunächst einige technische Annahmen zur Anlage: Die Anlage besteht aus 14 Modulen ml - ml 4. Alle Module ml - ml 4 sollen mit der gleichen Geschwindigkeit von 1 m/s laufen und alle Gepäckstücke (Transportgüter, Transporteinheiten) haben zusammen mit dem Mindestabstand zum nächsten Gepäckstück eine Länge von 1 m. Die Durchlaufzeit einer Transporteinheit durch ein Modul ist im unteren Abschnitt (b) von Figur 2 angegeben, z.B. 4 sec für Modul ml oder mlO und 2 sec für Modul m3 oder m7. Berechnet man die kürzesten S1-1I1-Wege für i=l,2, bezüglich der Durchlaufzeit , so erhält man die im unteren Ab- schnitt (b) von Figur 2 markierten Wege Rl bzw. R2.First, some technical assumptions on the system: The system consists of 14 modules ml - ml 4. All modules ml - ml 4 should run at the same speed of 1 m / s and all pieces of luggage (goods in transit, transport units) have along with the minimum distance to the next Luggage a length of 1 m. The transit time of a transport unit through a module is indicated in the lower section (b) of FIG. 2, eg 4 sec for module ml or mlO and 2 sec for module m3 or m7. Calculating the shortest S 1 -1I 1 paths for i = l, 2, with respect to the cycle time, we obtain the paths Rl and R2 marked in the lower section (b) of FIG. 2.
Die drei anlagenbezogenen Parameter seien wie folgt gewählt: die Zeitfenster haben eine Größe von 10 sec, die maximale Anzahl Zeitfenster ist mit 4 ausreichend, um zeitlich den längsten Weg abzudecken, und die Zyklenlänge zur Aktualisierung der Prognosewerte sei 5 sec. In die Anlage sollen alle 2 sec, beginnend mit der Zeit 0, Transporteinheiten an Si und S2 eingelastet werden. Diese Parameter, wie auch die Durchlaufzeiten für die Module sind beispielhaft gewählt und die- nen zur Darstellung des Verfahrens.The three plant-related parameters are chosen as follows: the time windows have a size of 10 sec, the maximum number of time windows is sufficient with 4 to cover the longest path in time, and the cycle length for updating the forecast values is 5 sec 2 sec, beginning with time 0, transport units are loaded on Si and S2. These parameters, as well as the throughput times for the modules are selected by way of example and are used to illustrate the method.
In Figur 3 ist der Zustand der Anlage zur Zeit t = 2 dargestellt. In der Anlage befinden sich vier Transportaufträge. Zwei für den Transport der Transporteinheiten xl und x2, sowie zwei weitere Transportaufträge für den Transport der Transporteinheiten yl und y2. Die Positionen der Transporteinheiten xl,x2,yl,y2 sind schematisch in der Anlage darge- stellt. Genauer betrachtet werden soll beispielhaft die Situation am Modul m3. In Figur 3 ist über Modul m3 die Tabelle seiner Prognosewerte für die ersten drei Zeitfenster angegeben (zum einfacheren Nachvollziehen ist in der ersten Zeile der Tabelle statt laufender Nummern der Beginn des Zeitfens- ters angegeben) . Die 1 im ersten Zeitfenster stammt von der Einlastung der Transporteinheit xl, die 3 im zweiten Zeitfenster stammt von den Einlastungen der drei Transporteinheiten x2, yl und y2.FIG. 3 shows the state of the system at the time t = 2. The plant has four transport orders. Two for the transport of the transport units xl and x2, as well as two further transport orders for the transport of the transport units yl and y2. The positions of the transport units x1, x2, y1, y2 are shown schematically in the appendix. The situation at module m3 is to be considered more precisely. In FIG. 3, module m3 is used to specify the table of its forecast values for the first three time windows (for the sake of easier comprehension, the beginning of the time slot is indicated in the first row of the table instead of current numbers). The 1 in the first time window comes from the loading of the transport unit xl, the 3 in the second time window comes from the loadings of the three transport units x2, yl and y2.
In Figur 4 ist der Zustand der Anlage (insb. Situation am Modul m3) zur Zeit t = 4 dargestellt. Es wurden zwei weitere Transporteinheiten eingelastet, x3 und y3. Beide Transporteinheiten tragen zur Erhöhung der Prognose am Modul m3 im zweiten Zeitfenster bei. Im zweiten Zeitfenster (t = 10) er- scheint somit eine 5 (für prognostizierte 5 Transporteinheiten zum Zeitpunkt t = 10 am Modul m3) .FIG. 4 shows the state of the system (esp. Situation on module m3) at time t = 4. Two additional transport units were loaded, x3 and y3. Both transport units contribute to increasing the forecast at the module m3 in the second time window. In the second time window (t = 10) a 5 (for predicted 5 transport units at time t = 10 at module m3) thus appears.
In Figur 5 ist der Zustand der Anlage zur Zeit t = 5 dargestellt. Zur Zeit t = 5 findet die erste Aktualisierung statt. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass erst alle Module ihre Prognosewerte mit 1/2 skalieren und danach alle Transporteinheiten ihre aktuelle Routenwahl wiederholt mitteilen. Nach der Skalierung enthält die Tabelle von Modul m3 für die ersten beiden Zeitfenster die Werte 0,5 und 2,5. Die erwartete Ankunftszeit von xl am Modul m3 fällt weiterhin in das erste Zeitfenster, die restlichen Module werden alle im zweiten Zeitfenster erwartet. D.h., die entsprechenden Werte erhöhen sich um 1 bzw. 5, wie in der Tabelle zu Modul m3 in Figur 5 dargestellt.FIG. 5 shows the state of the system at the time t = 5. At time t = 5, the first update takes place. For the sake of simplicity, we assume that all modules first scale their forecast values to 1/2, and then all the transport units repeatedly report their current route selection. After scaling, the table of module m3 contains the values 0.5 and 2.5 for the first two time slots. The expected arrival time of x1 at module m3 continues to fall within the first time window, the remaining modules are all expected in the second time window. That is, the corresponding values increase by 1 or 5, as shown in the table to module m3 in Figure 5.
Das Modul m3 hat eine rechnerisch maximale Aufnahmefähigkeit von 10 Transporteinheiten (z.B. Gepäckstücke) innerhalb eines Zeitfensters von 10 sec. Nehmen wir 80% davon als maximal erwünschte Last an, so sind das 8 Transporteinheiten pro Zeitfenster. Die prognostizierte Auslastung von Modul m3 zur Zeit t=5 beträgt im Zeitfenster 10 - 20 über 90%, x = 7,5/8 = 0,934. Bei Anwendung der BewertungsfunktionThe module m3 has an arithmetic maximum capacity of 10 transport units (for example luggage) within a time window of 10 sec. Let us assume 80% of this as the maximum desired load, that is 8 transport units per time slot. The predicted utilization of module m3 at time t = 5 in the time frame 10 - 20 is over 90%, x = 7.5 / 8 = 0.934. When applying the evaluation function
(4: x f(χ) = (x < D(4: xf ( χ ) = (x <D
1 - x1 - x
ergeben sich daraus Strafkosten von £(7,5/8) = 15 für das Modul m3 in diesem Zeitfenster. D.h. bei Neuberechnung der kürzesten Wege von S1 nach t± für i=l,2, ergeben sich die in Figur 5 dargestellten Wege R3, R4. Die nächste, zum Zeitpunkt t = 6, einzulastende Transporteinheit y4 von S2 (Startpunkt) nach t2 (Zielpunkt) bekommt dann den neuen Weg R3 unter Vermeidung von Modul m3 zugeordnet.this results in penalty costs of £ (7.5 / 8) = 15 for the module m3 in this time window. That is to say, when recalculating the shortest paths from S 1 to t ± for i = l, 2, the paths R3, R4 shown in FIG. 5 result. The next, at time t = 6, to be embraced transport unit y4 of S2 (starting point) to t 2 (destination point) then gets the new route R3 assigned while avoiding module m3.
Die Zeit t = 5 ist auch der erste Zeitpunkt, an dem es zu einer Aktualisierung der zugeordneten Wege kommen kann. Die be- troffenen Transporteinheiten xl und yl befinden sich jedoch an einer Position, von der aus es nur noch einen Weg zum Ziel gibt. Daher werden sich die zugeordneten Wege nicht ändern. Dieses Beispiel, mit seiner Vielzahl an Ereignissen zur Zeit t = 5, zeigt, dass es vorteilhaft ist, die Zyklen zur Neube- Stimmung des zugeordneten Weges nicht deterministisch zu gestalten. Da der Zyklus zur Neubestimmung des zugeordneten Weges keinen Einfluss auf die Korrektheit der Prognoseberechnung hat, kann er beliebig gewählt werden. Es bietet sich da- her an, die Zeit bis zur nächsten Neubestimmung randomisiert zu wählen.The time t = 5 is also the first time at which the associated paths can be updated. However, the affected transport units x1 and y1 are in a position from which there is only one way to the destination. Therefore, the assigned paths will not change. This example, with its multitude of events at time t = 5, shows that it is advantageous not to make the cycles for re-tuning the associated path non-deterministic. Since the cycle for redetermining the assigned path has no influence on the correctness of the forecast calculation, it can be chosen arbitrarily. It offers itself here- to choose the time to the next redetermination randomized.
Die Bewertungsfunktion bildet ein Kernelement des Verfahrens bei der Vermeidung von Stausituationen in Materialflusssystemen. Sie steuert welche Routen für Transportaufträge unter der aktuellen Prognose benutzt werden. Die Bewertungsfunktion besteht aus zwei Teilen,The evaluation function forms a core element of the method in avoiding congestion situations in material flow systems. It controls which routes are used for transport requests under the current forecast. The evaluation function consists of two parts,
1. den Standarddurchlaufzeiten für die Module, sowie1. the standard throughput times for the modules, as well
2. einer Strafkomponente je Modul, welche sich aus der prognostizierten Anzahl em(t) Transportgüter im erwarteten Eintrittszeitfenster t des Gutes am Modul m bestimmt.2. a penalty component per module, which is determined from the predicted number e m (t) of transport goods in the expected entrance time window t of the goods at module m.
Sie P eine Route und In1,..., mk die zu durchlaufenden Module entlang dieser Route. Dann bestimmt sich die Bewertungsfunktion w(P, t) für die Route P zuP is a route and In 1 , ..., m k are the modules to be traversed along this route. Then the evaluation function w (P, t) determines for the route P.
w(P, t) = W1(P) + W2(P, t)w (P, t) = W 1 (P) + W 2 (P, t)
Dabei bezeichnet t den Zeitpunkt des Starts der Transporteinheit entlang des Wegs P. Der erste Term W1(P) beschreibt die Standarddurchlaufzeit für den Weg P und w2(P,t) die zugehörige Strafkomponente . Die Bewertungsfunktion w(P,t) ist wegen der Strafkomponente vom Zeitfenster t abhängig, zu dem die Transporteinheit das erste Modul In1 des Weges P betreten wird.In this case, t denotes the time of the start of the transport unit along the path P. The first term W 1 (P) describes the standard transit time for the path P and w 2 (P, t) the associated penalty component. The evaluation function w (P, t) is dependent on the time window t because of the penalty component at which the transport unit will enter the first module In 1 of the path P.
Die erste Komponente W1 (P) ergibt sich aus der SummeThe first component W 1 (P) results from the sum
W1(P) = ^1(In1) + ... + wι(mk)W 1 (P) = ^ 1 (In 1 ) + ... + wι (m k )
Wenn W1 (m) die Standarddurchlaufzeit einer Transporteinheit durch das Modul m bezeichnet.If W 1 (m) denotes the standard transit time of a transport unit by the module m.
Der zweite Teil w2(P,t) der Bewertungsfunktion, die Strafkomponente, ist komplexer. w2(P,t) ist eine Funktion, die in Ab- hangigkeit von der Prognose für die Anzahl Transportguter in einem bestimmten Zeitfenster, die Strafkosten für dieses Zeitfenster und Modul festlegt. Daher ist diese Funktion, im Gegensatz zu W1 (P) , zusätzlich mit dem Zeitpunkt t parametπ- 5 siert an dem sich die Transporteinheit am Startpunkt der Rou¬ te P befindet. Seien t = tlf ... , tk die erwarteten Ankunfts¬ zeitfenster der Transporteinheit an den Modulen irii, ..., mk entlang der Route P. (Im Fall eines staufreien Betriebs sind die Zeitfenster tjr j = 1, ... , k, somit die den ZeitpunktenThe second part w 2 (P, t) of the evaluation function, the penalty component, is more complex. w 2 (P, t) is a function that in Ab- depends on the forecast for the number of goods to be transported in a specific time window, which defines penalty costs for this time slot and module. Therefore, this function is, in contrast to W 1 (P), in addition to the time t 5 parametπ- Siert at which the transport unit is located at the starting point of the Rou ¬ P th. Be t = t lf ..., t k IrII the expected arrival time window ¬ the transport unit to the modules, ..., m k (are along the route P. In the case of a jam-free operation, the time window t jr j = 1,. .., k, thus the times
10 t + ∑1 = i Wi(IH1) zugehörigen Zeitfenster) . Weiterhin bezeichne w2(m, t) die Strafkosten für Modul m, wenn dieses im Zeitfens¬ ter t benutzt wird. Dann ergibt sich die zweite Komponente zu10 t + Σ 1 = i Wi (IH 1 ) associated time window). Furthermore denote w 2 (m, t) is the penalty costs for module m, when it is used in Zeitfens ¬ ter t. Then the second component results
W2(P, t) = w2(mlr U1) + ... + w2(mk, tk)W 2 (P, t) = w 2 (m lr U 1 ) + ... + w 2 (m k , t k )
1515
Im Idealfall sollte die Prognose em(t) , für das Modul m imIdeally, the forecast should be e m (t), for the module m in the
Zeitfenster t, immer kleiner sein als die maximal mögliche Anzahl um an Transportgutern welche das Modul m innerhalb eines Zeitfensters aufnehmen kann. Als Bewertungsfunktion 20 w2(m, t) bietet sich eine Funktion an, die bei Annäherung an den Maximalwert gegen Unendlich geht. Sei x = xm(t) = em(t) / um die relative Ausnutzung des Moduls m im betrachteten Zeit¬ fenster t, dann istTime window t, always be smaller than the maximum possible number u m of Transportgutern which can accommodate the module m within a time window. The evaluation function 20 w 2 (m, t) offers a function that approaches infinity when approaching the maximum value. Let x = x m (t) = e m (t) / u m, the relative use of module m in the considered time window t ¬, then
25 f(x) = —-—25 f (x) = ---
1 - x1 - x
Eine geeignete Funktion; w2(m, t) = xm(t) / (1 - xm(t) ) . Da die Prognose nicht im Sinne einer exakten Berechnung der erwarteten Transportguter bestimmt wird, kann die relative Ausnut- 30 zung x auch großer als 1 werden. Die Funktion f(x) muss entsprechend angepasst werden, z.B. kann f(x) für x > x0 ( XQ = ein Schwellwert < 1) ersetzt werden durch die lineare Appro¬ ximation von f(x) an der Stelle x = Xg Insgesamt ergibt sich für die Bewertungsfunktion W2Im, t) , ausgedrückt in den Werten der Prognose em(t) , in diesem FallA suitable function; w 2 (m, t) = x m (t) / (1-x m (t)). Since the prognosis is not determined in the sense of an exact calculation of the expected transport goods, the relative utilization x can also be greater than 1. The function f (x) must be adjusted accordingly, for example, f (x) for x> x 0 (X Q = a threshold value <1) must be replaced by the linear Appro ¬ ximation of f (x) at x = Xg Overall, for the evaluation function W 2 Im, t), expressed in the values of the prediction e m (t), in this case
für einen beliebigen Schwellwert x0 < 1.for any threshold x 0 <1.
Die Route für eine einzelne Transporteinheit zu einem Ziel bestimmt sich prinzipiell als kürzester Weg zum Ziel, wobei möglicherweise weitere Nebenbedingungen berücksichtigt werden müssen. Z.B. können in vielen Materialflusssystemen bestimmte Förderer wegen zu geringer lichter Höhe nicht alle Arten von Transportgütern befördern. Dazu eignet sich jede Art von kürzester Wegeberechnung, z.B. Dij kstra-basierte Labeling- Algortihmen. Weniger geeignet sind Algorithmen, welche zur Laufzeitverbesserung vorberechnete Daten nutzen, da diese auf Grund der zeitlichen Dynamik der Bewertungsfunktion ständig neu berechnet werden müssen.In principle, the route for a single transport unit to a destination is determined as the shortest route to the destination, possibly taking into account additional constraints. For example, For example, in many material handling systems, certain conveyors may not carry all types of cargo because of insufficient clearance. Any type of shortest path calculation, e.g. Dij kstra-based labeling algortihmen. Less suitable are algorithms which use precalculated data for runtime improvement, since these have to be constantly recalculated due to the time dynamics of the evaluation function.
Wie oben beschrieben, berücksichtigt die Bewertungsfunktion die erwartete Auslastung der Module zum erwarteten Eintrittszeitpunkt der Transporteinheit. Die erwartete Auslastung der Module ändert sich mit der Einlastung neuer Transporteinheiten bzw. dem Transport der in der Anlage befindlichen Einheiten. Um dem Rechnung zu tragen, werden in regelmäßigen Abständen die Routen der Transporteinheiten neu bestimmt. Um ein Oszillieren bei der Routenauswahl zu verhindern, sollten die Routen nicht in einem festen Rhythmus geändert werden. Besser ist es, in einem festen Rhythmus für eine Transporteinheit eine Münze zu werfen und nur bei Kopf die Route neu zu bestimmen. Dabei muss die Wahrscheinlichkeit für Kopf oder Zahl nicht jeweils bei H halb liegen, sondern kann ein belie- biges Paar (p, 1-p) von Wahrscheinlichkeiten für 0<p<l sein. Die Wahl einer Route ordnet diese Route nur der Transporteinheit zu. Insbesondere besteht keine direkte Kopplung zwischen der Wahl der Route für eine Transporteinheit und den Progno- sewerden der in der Route enthaltenen Module. Die Prognosewerte werden mittelbar durch den in Abschnitt 2.2 beschriebenen Prozess verändert. Daher führt die Änderung einer Route für eine Transporteinheit auch zu keinen weiteren Aktualisierungen, wie sie etwa bei Verwendung eines Reservierungs/Frei- gabeverfahrens notwendig sind.As described above, the evaluation function takes into account the expected utilization of the modules at the expected entry time of the transport unit. The expected utilization of the modules changes with the loading of new transport units or the transport of the units in the system. To take this into account, the routes of the transport units are redetermined at regular intervals. To prevent oscillation in the route selection, the routes should not be changed in a fixed rhythm. It is better to throw a coin in a fixed rhythm for a transport unit and only redefine the route at the head. In this case, the probability for head or number does not have to be half each at H, but can be any pair (p, 1-p) of probabilities for 0 <p <l. The choice of a route assigns this route only to the transport unit. In particular, there is no direct link between the choice of the route for a transport unit and the prognosis of the modules contained in the route. The forecast values are indirectly changed by the process described in section 2.2. Therefore, changing a route for a transport unit also does not result in any further updates, such as are necessary when using a reservation / release procedure.
Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten, insbesondere in Materialflusssystemen (z.B. Gepäckförderanlagen in Flughäfen) , wobei eine Prognose erstellt wird, wie viele Transporteinheiten innerhalb des Zeitfensters bei jedem Modul (z.B. Weiche, Förderstrecke) ankommen, wobei einer Bewertungsfunktion, basierend auf der Prognose für jedes Modul erstellt wird, wobei jedem Modul ein Kantengewicht in Abhängigkeit von seiner im Zeitfenster prognostizierten Last zugewie- sen wird, und wobei für jede Transporteinheit (z.B. Gepäckstück) zeitlich aufeinanderfolgend eine Route bestimmt wird. Das Verfahren ermöglicht eine Automatisierung der Feinjustierung (Tuning) einer Anlage entsprechend der aktuellen und erwarteten Lastsituation. Method for route finding of transport units, in particular in material flow systems (eg baggage conveyor systems in airports), wherein a forecast is generated, how many transport units within the time window arrive at each module (eg switch, conveyor line), a rating function based on the forecast for each module Each module is assigned an edge weight as a function of its predicted load in the time window, and a route is determined in chronological succession for each transport unit (eg luggage). The method enables automation of the fine tuning of a plant according to the current and expected load situation.
Bezugszeichenreference numeral
SKl, SK2 SteuerungskomponenteSKl, SK2 control component
SE Sensor AK AktuatorSE sensor AK actuator
AZl, AZ2 AnlagenzustandAZl, AZ2 Plant condition
EP EinlastplanEP load plan
SP SteuerungsparameterSP control parameters
SOl, SO2 Steuerungsoptimierer ESl, ES2 EigensimulatorSOl, SO2 control optimizer ESl, ES2 self-simulator
M, ml - ml 4 Modul xl - x3 Transporteinheit yl - y3 TransporteinheitM, ml - ml 4 module xl - x3 transport unit yl - y3 transport unit
Rl - R4 Route Rl - R4 route

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten (xl-x3, yl-y3) , insbesondere in Materialflusssystemen, umfassend fol- gende Schritte: a) Modellierung des Materialflusssystems in Module (M, ml - ml4) , die jeweils physikalische Elemente des Material¬ flusssystems repräsentieren, wobei einem Modul (M, ml - ml 4) eine Anzahl an Transporteinheiten (xl-x3, yl-y3) , die das Mo- dul (M, ml - ml 4) innerhalb eines festlegbaren Zeitfensters erreichen sollen, zugeordnet wird; b) Erstellen einer Prognose, wie viele Transporteinhei¬ ten (xl-x3, yl-y3) innerhalb des Zeitfensters bei jedem Modul (M, ml - ml 4) ankommen; c) Erstellen einer Bewertungsfunktion, basierend auf der Prognose für jedes Modul (M, ml - ml4) , wobei jedem Modul (M, ml - ml4) ein Kantengewicht in Abhängigkeit von seiner im Zeitfenster prognostizierten Last zugewiesen wird; und wobei d) für jede Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) zeitlich aufeinanderfolgend eine Route bestimmt wird, wobei die Route jeweils ein möglichst kurzer Weg, basierend auf dem Kantenge¬ wicht der Module (M, ml - ml4) , ist.1. A method for route finding of transport units (xl-x3, yl-y3), in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) modeling of the material flow system in modules (M, ml-ml4), each physical elements of the material ¬ flow system a module (M, ml-ml 4) being assigned a number of transport units (x1-x3, y1-y3) intended to reach the module (M, ml-ml4) within a definable time window; b) creating a forecast of how many Transporteinhei ¬ th (xl-x3, y3-yl) (within the time window in each module M, ml - to arrive ml 4); c) creating a weighting function based on the forecast for each module (M, ml-ml4), each module (M, ml-ml4) being assigned an edge weight depending on its predicted load in the time window; and wherein (d) for each transport unit xl x3, yl-y3) in succession, a route is determined in time, wherein the route in each case the shortest possible path, based (on the edge-¬ weight of the modules M, ml - is ml4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) in der zeitlichen Ab¬ folge jeweils ein Weg zugeordnet ist.2. The method of claim 1, characterized in that each transport unit (xl-x3, yl-y3) in the temporal From ¬ each follow a path is assigned.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) in der zeitlichen Ab¬ folge jeweils ein Weg, basierend auf den Werten, von den Mo- dulen zugeordneten Routingtabellen, zugeordnet wird, wobei eine Routingtabelle jeweils abhängig von der Zeit ist.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that each transport unit (xl-x3, yl-y3) in the temporal From ¬ each follow a path based on the values of the Mo- assigned routing tables, wherein a routing table is dependent on the time.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verfahren in unregelmäßig getakteten Abständen wiederholt wird.4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is repeated at irregularly clocked intervals.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Prognose basierend auf einem zyklischen Informationspro- zess und einem exponentiellen Zerfallsprozess erstellt wird.5. The method of claim 1, wherein the prediction is generated based on a cyclic information process and an exponential decay process.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die Prognoseerstellung die aktuelle Route einer Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) in einem festlegbaren Zeittakt fixiert wird und für alle Module (M, ml - ml 4) entlang der Route im erwarteten Ankunftszeitfenster der Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) die Prognose um 1 erhöht wird, und wobei im festgelegten Zeittakt für alle Module (M, ml - ml4) die Prognose mit 0,5 multipliziert wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the prognosis creation, the current route of a transport unit (xl-x3, yl-y3) is fixed in a definable time cycle and for all modules (M, ml - ml 4) along the route in the expected time-of-arrival window of the transport unit (x1-x3, y1-y3) the forecast is increased by 1, and in the specified time interval for all modules (M, ml-ml4) the forecast is multiplied by 0.5.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die Prognoseerstellung die aktuelle Route einer Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) in einem festlegbaren Zeittakt fixiert wird und für alle Module (M, ml - ml 4) entlang der Route im erwarteten Ankunftszeitfenster der Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) die Prognose um 1 erhöht wird, und wobei im festgelegten Zeittakt für alle Module die Prognose zeitlich aufeinanderfolgend mit Werten Si bis sk multipliziert wird, für 0,5 < S1 < 1 (i = 1 ... k) , wobei das Produkt Si *...* sk = 0,5 ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the prognosis creation, the current route of a transport unit (xl-x3, yl-y3) is fixed in a definable time cycle and for all modules (M, ml - ml 4) along the route in the expected time-of-arrival window of the transport unit (x1-x3, y1-y3), the forecast is increased by 1, and in the specified time interval for all modules, the prognosis is multiplied in time by values Si to s k , for 0.5 <S 1 <1 (i = 1 ... k), where the product is Si * ... * s k = 0.5.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bewertungsfunktion zur Erstellung des Kantengewichts sich aus einer zu erwartenden Standarddurchlaufzeit einer Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) am Modul (M, ml - ml 4) und einer Strafkomponente je Modul, welche sich aus der prognostizier- ten Anzahl von Transporteinheiten (xl-x3, yl-y3) im erwarteten Eintrittszeitfenster der Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) am Modul (M, ml - ml 4) bestimmt, zusammensetzt.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the evaluation function for creating the edge weight from an expected standard transit time of a transport unit (xl-x3, yl-y3) on the module (M, ml - ml 4) and a penalty component per module , which is composed of the predicted number of transport units (x1-x3, y1-y3) in the expected time window of the transport unit (x1-x3, y1-y3) at the module (M, ml-ml4).
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der kürzeste Weg für eine Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) bestimmt wird durch den A*-Algorithmus, den Dijkstra- Algorithmus, den Bellman-Ford-Algorithmus, den Floyd- Warshall-Algorithmus oder den Johnson-Algorithmus.9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the shortest path for a transport unit (x1-x3, y1-y3) is determined by the A * algorithm, the Dijkstra algorithm, the Bellman-Ford algorithm, the Floyd - Warshall algorithm or the Johnson algorithm.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein kurzer oder der kürzeste Weg für eine Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) bestimmt wird, basierend auf verteilten Algo- rithmen zur Bestimmung oder Approximation kürzester Wege.10. The method according to claim 1, wherein a short or the shortest path is determined for a transport unit (x1-x3, y1-y3) based on distributed algorithms for determining or approximating shortest paths.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Modul eine abgeschlossenen Einheit hinsichtlich Aktorik, Sensorik und Steuerung bildet und einen Eigensimulator11. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a module forms a self-contained unit with regard to actuators, sensors and control and a self-simulator
(ESl, ES2) zur Bestimmung einer Auslastprognose für das Modul (M, ml - ml4) umfasst, wobei das Modul (M, ml - ml4) mit seinen Vorgänger- und Nachfolgermodulen Daten austauschen kann, und wobei die Auslastprognose für das Modul (M, ml - ml 4) berechnet wird auf Basis der von den Vorgängermodulen gelieferten Eintrittzeitpunkte der Transporteinheiten (xl-x3, yl-y3) am Modul (M, ml - ml 4) .(ES1, ES2) for determining a load forecast for the module (M, ml-ml4), whereby the module (M, ml-ml4) can exchange data with its predecessor and successor modules, and wherein the load forecast for the module (M, ml - ml 4) is calculated on the basis of the entry times of the transport units (xl-x3, yl-y3) at the module (M, ml-ml 4) provided by the predecessor modules.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Modul (M, ml - ml4) an die Nachfolgermodule die vom Eigensimulator (ESl, ES2) prognostizierten Austrittzeitpunkte der Transporteinheiten (xl-x3, yl-y3) aus dem Modul weiterleitet.12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the module (M, ml-ml4) transmits to the successor modules the exit times of the transport units (x1-x3, y1-y3) predicted by the self-simulator (ES1, ES2) from the module.
13. Verfahren zur Routenfindung von Transporteinheiten (xl- x3, yl-y3) , insbesondere in Materialflusssystemen, umfassend folgende Schritte: a) Modellierung des Materialflusssystems in Module (M, ml - ml4), die jeweils physikalische Elemente des Materialflusssystems repräsentieren, wobei einem Modul (M, ml - ml4) eine zeitabhängige Routingtabelle zugeordnet ist, wobei die Routingtabelle für jeden Zielpunkt einer Transporteinheit das nächste Modul (M, ml - ml4) auf dem Weg zu dem Ziel enthält oder die Information, dass der Zielpunkt nicht zu erreichen ist; und b) Aktualisieren der Routingtabellen.13. A method for route finding of transport units (xl-x3, yl-y3), in particular in material flow systems, comprising the following steps: a) Modeling the material flow system into modules (M, ml-ml4), which respectively represent physical elements of the material flow system, wherein a Module (M, ml - ml4) is associated with a time-dependent routing table, wherein the routing table for each destination point of a transport unit contains the next module (M, ml - ml4) en route to the destination or the information that the destination point is not reachable ; and b) updating the routing tables.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Aktualisieren der Routingtabellen durch exakte oder approximative Algorithmen zur Bestimmung des kürzesten Weges erfolgt.14. The method as claimed in claim 13, wherein the updating of the routing tables takes place by means of exact or approximative algorithms for determining the shortest path.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Aktualisieren der Routingtabellen durch Eigensimulation (ESl, ES2) erfolgt.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the routing tables are updated by self-simulation (ES1, ES2).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die zeitabhängige Routingtabelle dadurch gekennzeichnet ist, dass die Information über das nächste Modul auf dem Weg zum Ziel vom Zeitpunkt abhängt, an dem die Transporteinheit (xl-x3, yl-y3) zu diesem Modul weitergeleitet werden soll.16. The method according to any one of claims 13 to 15, wherein the time-dependent routing table is characterized in that the information about the next module on the way to the destination depends on the time at which the transport unit (xl-x3, yl-y3) to this Module should be forwarded.
17. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16.17. Apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 16.
18. Materialflusssystem, geeignet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 18. Material flow system, suitable for carrying out a method according to one of claims 1 to 16.
EP10722018A 2009-04-06 2010-03-10 Load-dependent routing in material flow systems Withdrawn EP2417501A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009016578 2009-04-06
DE102009018092 2009-04-20
DE102009033600A DE102009033600A1 (en) 2009-04-06 2009-07-17 Load-dependent routing in material flow systems
PCT/EP2010/053013 WO2010115673A1 (en) 2009-04-06 2010-03-10 Load-dependent routing in material flow systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2417501A1 true EP2417501A1 (en) 2012-02-15

Family

ID=42675121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10722018A Withdrawn EP2417501A1 (en) 2009-04-06 2010-03-10 Load-dependent routing in material flow systems

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120029689A1 (en)
EP (1) EP2417501A1 (en)
CN (1) CN102378947A (en)
DE (1) DE102009033600A1 (en)
WO (1) WO2010115673A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106295901A (en) * 2016-08-19 2017-01-04 安徽奥里奥克科技股份有限公司 Elevator related personnel's shortest path planning method

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9110464B2 (en) * 2013-11-21 2015-08-18 Intelligrated Headquarters Llc Route builder
DE102014219933B4 (en) 2014-10-01 2016-10-20 Karlsruher Institut für Technologie Method for controlling a material flow system
DE102015003381B3 (en) 2015-03-17 2016-07-21 Karlsruher Institut für Technologie Method for controlling a material flow system
US10696489B2 (en) 2016-12-01 2020-06-30 Packsize Llc Balancing load among operational system zones
US11542101B2 (en) * 2020-07-23 2023-01-03 Intelligrated Headquarters, Llc Systems, methods, and computer program products for improved container transportation
DE102020124684A1 (en) 2020-09-22 2022-03-24 Audi Aktiengesellschaft Method and control unit for the automated loading of respective manufacturing processes of workpieces of different types in a desired ratio

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10253105A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-27 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Method of adaptive distribution of articles in assembly line has feed modules controlling conveyor path using topography models from preceding and following stages

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2510337B2 (en) * 1990-07-16 1996-06-26 株式会社クボタ Assembly sequence planning system and assembly sequence planning method
DE4024307A1 (en) * 1990-07-31 1992-02-06 Rieter Ag Maschf METHOD FOR DETERMINING THE FLOW OF MATERIAL IN A TEXTILE PROCESSING SYSTEM
EP0618523B1 (en) * 1993-04-02 1998-12-09 Shinko Electric Co. Ltd. Transport management control apparatus and method for unmanned vehicle system
DE10158763A1 (en) * 2001-11-29 2003-07-10 Abb Patent Gmbh Luggage transport system over long distances
KR20040072250A (en) * 2003-02-10 2004-08-18 삼성전자주식회사 Material control system
DE10339951A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-31 Siemens Ag Conveyor system, in particular an airport baggage conveyor system, and a controller for such a conveyor system
US20060161337A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-20 Ping-Chung Ng Route planning process
DE102005027687A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Siemens Ag Conveyor system, in particular airport baggage conveyor system
US20080156618A1 (en) * 2006-04-18 2008-07-03 Aquest Systems Corporation High capacity delivery with priority handling
DE102007054331A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-28 Siemens Ag Method for dynamic determination and control of routes for transport of luggage units in luggage transport network, involves guiding luggage units at multiple feeding points of luggage transport network

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10253105A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-27 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Method of adaptive distribution of articles in assembly line has feed modules controlling conveyor path using topography models from preceding and following stages

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2010115673A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106295901A (en) * 2016-08-19 2017-01-04 安徽奥里奥克科技股份有限公司 Elevator related personnel's shortest path planning method

Also Published As

Publication number Publication date
CN102378947A (en) 2012-03-14
WO2010115673A1 (en) 2010-10-14
US20120029689A1 (en) 2012-02-02
DE102009033600A1 (en) 2010-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2417501A1 (en) Load-dependent routing in material flow systems
DE60001915T2 (en) DYNAMIC TRANSPORT ALGORITHM
DE69506499T3 (en) Sorting system with cross band
WO1999067729A9 (en) Method and system for maximising the range of stock management requirement profiles
DE3930425A1 (en) METHOD FOR CONDUCTING THE RUNNING OF A MOVING OBJECT
EP3499333B1 (en) Driverless transport system and method for operating same
EP1293948A2 (en) Method and device to optimize route plans on line networks
DE3631621C2 (en)
WO2007110194A1 (en) Method, control system and software programme for executing a method for optimum use of airside capacity of an airport
DE19944310C2 (en) Method and system for prioritizing local public transport
EP2417500B1 (en) System for decentralised material flow control
EP2499545B1 (en) Method for constructing or updating routing tables for a modular conveyor system and modular conveyor system
EP3410363A1 (en) Determining a production schedule
DE102018204073A1 (en) Method for a transport system for at least one workpiece to be manufactured and associated transport system
WO2018171991A1 (en) Method for remotely controlling a plurality of driverless self-driving systems, control station for remotely controlling the self-driving systems, and system
DE2411716A1 (en) TRAFFIC CONTROL SYSTEM
WO2022063848A1 (en) Electromagnetic transport system
EP3459332A1 (en) Method for planning and controlling a logistical process chain in the agricultural industry
DE102020135153A1 (en) Logistics area and method for operating such
EP4047533A1 (en) Method for automatically generating a non-cyclical schedule
DE102018112524B3 (en) Modular conveyor system with dynamically changeable module conveyor speeds
EP3147837A1 (en) Optimisation of a logistical network
DE102016218113A1 (en) Demand-oriented use of transport vehicles in public transport
DE102020122194A1 (en) Control unit and method for controlling transports of a large number of workpieces in a modular assembly system using a genetic algorithm; mounting system
DE102007054331A1 (en) Method for dynamic determination and control of routes for transport of luggage units in luggage transport network, involves guiding luggage units at multiple feeding points of luggage transport network

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110902

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120917

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20130918