董亞倩，楊 帆，翟藝穎

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局物流服務(wù)中心，大理 671000）

0 引言

自動(dòng)引導(dǎo)車是以電池作為動(dòng)力支持的自動(dòng)化軌道行駛設(shè)備，可在激光元件的作用下，沿預(yù)設(shè)路徑前行，由于整個(gè)行進(jìn)過(guò)程并沒(méi)有駕駛?cè)藛T的配合，所以車輛主體上必須設(shè)置裝配機(jī)械、移載元件等多種輔助性機(jī)構(gòu)設(shè)備。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸體系而言，一個(gè)完整的引導(dǎo)車控制系統(tǒng)同時(shí)包含核心計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備、充電設(shè)備等多種應(yīng)用元件，其主要工作原理表現(xiàn)為在核心計(jì)算機(jī)接收到監(jiān)控調(diào)度指令后，引導(dǎo)車輛可以準(zhǔn)確按照既定路徑行駛，當(dāng)其順利到達(dá)任務(wù)位置后，導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)向核心主機(jī)反饋結(jié)束指令，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的任務(wù)執(zhí)行流程[1]。在行進(jìn)過(guò)程中，整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度極高，且由于充電樁設(shè)備的存在，引導(dǎo)車可就近選擇充電位置，從而滿足車輛所需的電力供應(yīng)需求。為適應(yīng)多變的行進(jìn)路線，一條運(yùn)輸路徑中有可能同時(shí)存在多個(gè)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)，而當(dāng)自動(dòng)引導(dǎo)車通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)時(shí)，為保證車輛行駛的絕對(duì)安全性，其實(shí)時(shí)行進(jìn)速度也會(huì)出現(xiàn)明顯下降的表現(xiàn)情況，這就導(dǎo)致引導(dǎo)車在單一路徑內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)，并最終造成倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸任務(wù)的完成速率受到影響。為解決上述問(wèn)題，提出考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車路徑優(yōu)化方法。

1 基于執(zhí)行任務(wù)均衡算法的引導(dǎo)車選址建模

在執(zhí)行任務(wù)均衡算法作用下，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車選址建模包含最小調(diào)度生成樹(shù)建立、選址任務(wù)分配、干擾度計(jì)算三個(gè)處理流程，具體操作流程如下。

1.1 任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)

為使倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的實(shí)際行進(jìn)路徑與預(yù)設(shè)路徑保持一致，應(yīng)在分配執(zhí)行任務(wù)時(shí)，挖掘與調(diào)度節(jié)點(diǎn)相關(guān)的深度信息，并在滿足車輛選址需求的基礎(chǔ)上，建立完整的任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)結(jié)構(gòu)。所謂任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)是支配倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑的最基礎(chǔ)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，與不同引導(dǎo)車輛相關(guān)的生成樹(shù)結(jié)構(gòu)形式也有所不同。基本生成流程為：當(dāng)倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車接收到行進(jìn)任務(wù)時(shí)，執(zhí)行主機(jī)首先查找是否有生成樹(shù)節(jié)點(diǎn)能夠滿足該條路徑內(nèi)的車輛調(diào)度需求，如果有，則直接安排行進(jìn)路徑，若果沒(méi)有，則繼續(xù)構(gòu)建下級(jí)生成樹(shù)節(jié)點(diǎn)。其次，執(zhí)行主機(jī)繼續(xù)執(zhí)行上述步驟，直至已生成樹(shù)節(jié)點(diǎn)能夠完全滿足該條路徑內(nèi)的車輛調(diào)度需求。最后，計(jì)數(shù)路徑內(nèi)的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)數(shù)量，對(duì)引導(dǎo)車運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行有效控制。具體判別流程如下。

根據(jù)任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)結(jié)構(gòu)，可排除非必要轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)時(shí)間造成的影響，從而為車輛行進(jìn)路徑的可靠選址提供了可能。

1.2 選址任務(wù)分配

考慮到執(zhí)行任務(wù)的均衡處理原則，在安排倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑時(shí)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)選址任務(wù)都分配了不同的優(yōu)先級(jí)條件，且由于行進(jìn)路徑及行進(jìn)方向的不同，與每個(gè)優(yōu)先級(jí)條件所匹配的選址節(jié)點(diǎn)類型也有所不同。

在路徑安排初期，倉(cāng)儲(chǔ)任務(wù)調(diào)度主機(jī)根據(jù)執(zhí)行任務(wù)均衡算法，建立必要的選址任務(wù)分配網(wǎng)絡(luò)體系，再根據(jù)最小生成樹(shù)的執(zhí)行步長(zhǎng)值，確定多自動(dòng)引導(dǎo)車在經(jīng)過(guò)關(guān)鍵選址節(jié)點(diǎn)時(shí)的行進(jìn)速度水平[2]。在引導(dǎo)車行進(jìn)過(guò)程中，每個(gè)選址節(jié)點(diǎn)處的執(zhí)行任務(wù)信息都具備自主更新的能力，一般來(lái)說(shuō)，若當(dāng)前更新信息完全與引導(dǎo)車的行進(jìn)需求相匹配，則可認(rèn)為車輛當(dāng)前行進(jìn)速率已達(dá)最大值。

設(shè)Vi表示轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)j處的行進(jìn)干擾度，Pl表示轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)j處的引導(dǎo)車行進(jìn)路徑選址系數(shù)，μ表示控制參數(shù)項(xiàng)，聯(lián)立上述物理量，可將考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車選址任務(wù)分配標(biāo)準(zhǔn)定義為：

式中，Kl表示轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)j處的車輛執(zhí)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)，Dj表示引導(dǎo)車單一路徑內(nèi)的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)選址強(qiáng)度值。為了避免倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)路徑成為一個(gè)閉環(huán)，兩個(gè)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)處的所有選址任務(wù)指標(biāo)取值均不能相等。

1.3 干擾度計(jì)算

與任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)結(jié)構(gòu)中的其他參量指標(biāo)不同，干擾度系數(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑中的所有轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)之間都是完全公開(kāi)共享的。因此，為保證干擾度系數(shù)的絕對(duì)統(tǒng)一性，應(yīng)根據(jù)已知的選址任務(wù)分配原則，對(duì)相關(guān)參量指標(biāo)的取值結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格約束。

1）轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)自身干擾程度

在倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑中，轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)每隔一段時(shí)間就會(huì)向車載主機(jī)發(fā)送一個(gè)干擾指令，一方面對(duì)于車輛行駛起到提醒作用，另一方面也便于執(zhí)行任務(wù)調(diào)度主機(jī)對(duì)整條引導(dǎo)車行進(jìn)路徑進(jìn)行管控[3]。在此過(guò)程中，轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)所發(fā)出干擾指令的傳輸強(qiáng)度就被稱為轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)的自身干擾程度，具體計(jì)算表達(dá)式如下：

其中，ΔT表示單位間隔時(shí)長(zhǎng)，Q1表示引導(dǎo)車行進(jìn)任務(wù)的單位增量，表示行進(jìn)指令的輸出量均值，χ表示倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑內(nèi)的導(dǎo)向量指標(biāo)。

2）被動(dòng)性干擾條件

在引導(dǎo)車行進(jìn)路徑中，被動(dòng)性干擾存在于相鄰轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)之間，一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理距離越遠(yuǎn)，它們之間的被動(dòng)干擾互動(dòng)能力也就越強(qiáng)。計(jì)算定義式如下：

上式中，Q2表示因執(zhí)行任務(wù)均衡算法帶來(lái)的引導(dǎo)車行進(jìn)速率增量，A∧表示行進(jìn)任務(wù)信號(hào)特征值，β表示倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車路徑中的車輛行進(jìn)規(guī)劃系數(shù)，c0表示倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的初始行進(jìn)能力。

聯(lián)立式(2)、式(3)，可將考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)干擾度計(jì)算結(jié)果表示為：

式中，x表示考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的引導(dǎo)車行進(jìn)路徑規(guī)劃標(biāo)度值，表示行進(jìn)量提取系數(shù)。在執(zhí)行任務(wù)均衡算法作用下，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的選址建模處理必須以參考干擾度計(jì)算結(jié)果作為核心參考條件。

2 倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)路徑優(yōu)化

在執(zhí)行任務(wù)均衡算法的基礎(chǔ)上，按照路徑區(qū)域劃分、行進(jìn)節(jié)點(diǎn)標(biāo)注、關(guān)聯(lián)優(yōu)化規(guī)則制定的執(zhí)行流程，完成對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑的優(yōu)化與處理。

2.1 路徑區(qū)域劃分

在既定路徑區(qū)域中，根據(jù)執(zhí)行任務(wù)均衡算法對(duì)相關(guān)引導(dǎo)車行進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到完整的選址節(jié)點(diǎn)分布集合。一般來(lái)說(shuō)，單一路徑內(nèi)包含的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，集合結(jié)構(gòu)中待處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量也就越多。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車來(lái)說(shuō)，路徑區(qū)域劃分是選址節(jié)點(diǎn)集合建立的逆運(yùn)算過(guò)程，在處理過(guò)程中，任務(wù)調(diào)度主機(jī)可根據(jù)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)所處實(shí)時(shí)位置，對(duì)引導(dǎo)車行進(jìn)速度進(jìn)行控制，并可以此為基礎(chǔ)，推斷車輛的單位行進(jìn)能力，從而將整個(gè)路徑區(qū)域劃分成多個(gè)小模塊結(jié)構(gòu)，也便于對(duì)車體行進(jìn)路徑進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化處理[4]。

規(guī)定c1、c2、...、cn表示n個(gè)不同的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)定義系數(shù)，在倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車路徑優(yōu)化的處理過(guò)程中，系數(shù)n的取值始終從自然數(shù)1開(kāi)始，聯(lián)立式(4)，可將倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)路徑區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)定義為：

其中，λ表示定值判別條件。為有效控制引導(dǎo)車在單一路徑內(nèi)的運(yùn)行耗時(shí)，每一路徑區(qū)域內(nèi)所包含的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)數(shù)量都不宜過(guò)多。

2.2 行進(jìn)節(jié)點(diǎn)標(biāo)注

在既定路徑區(qū)域內(nèi)，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)節(jié)點(diǎn)標(biāo)注就是將常規(guī)路徑節(jié)點(diǎn)與外部轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)完全區(qū)分開(kāi)來(lái)。為更好順應(yīng)執(zhí)行任務(wù)均衡算法的應(yīng)用需求，相鄰路徑區(qū)域之間可進(jìn)行自發(fā)的行進(jìn)計(jì)劃交換，一方面可將轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)完全規(guī)劃至既定路徑范圍之外，另一方面也可將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)聚合在一起，從而節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的實(shí)際運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。具體的行進(jìn)節(jié)點(diǎn)標(biāo)注原理如圖2所示。

圖1 任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)構(gòu)建流程圖

圖2 倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)節(jié)點(diǎn)標(biāo)注原理

在執(zhí)行任務(wù)均衡算法作用下，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)必須按照節(jié)點(diǎn)標(biāo)注原則，這也是確保車輛能夠快速通過(guò)單一路徑的必要執(zhí)行環(huán)節(jié)。

2.3 關(guān)聯(lián)優(yōu)化規(guī)則

關(guān)聯(lián)優(yōu)化規(guī)則制定是倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車路徑優(yōu)化處理過(guò)程中的關(guān)鍵執(zhí)行環(huán)節(jié)，可根據(jù)車輛行進(jìn)距離、單位行進(jìn)速率等指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)有路徑的合理性進(jìn)行判斷。所謂關(guān)聯(lián)優(yōu)化規(guī)則是指在原有行進(jìn)路徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)定標(biāo)處理等方式，對(duì)路徑區(qū)域中的不合理成分進(jìn)行修改，不但能夠控制倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車完整通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)所需的消耗時(shí)長(zhǎng)，也可以較好滿足執(zhí)行任務(wù)均衡分配的實(shí)際應(yīng)用需求[5]。設(shè)G1、G2表示兩個(gè)不同的行進(jìn)節(jié)點(diǎn)定義項(xiàng)，在執(zhí)行任務(wù)均衡算法的作用下，G1≠G2的不等式條件恒成立。ξ表示既定的引導(dǎo)車調(diào)度系數(shù)，聯(lián)立式(5)，可將考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車關(guān)聯(lián)路徑優(yōu)化規(guī)則表示為：

上式中，φ、δ表示兩個(gè)不同的引導(dǎo)車路徑優(yōu)化指標(biāo)向量。根據(jù)執(zhí)行任務(wù)均衡原則，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車行進(jìn)路徑的優(yōu)化處理，從而有效控制引導(dǎo)車在單一路徑內(nèi)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

3 實(shí)例分析

選取圖1所示倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車元件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在其行進(jìn)路徑中，隨機(jī)選取兩個(gè)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)作為測(cè)試位置，即節(jié)點(diǎn)“1”、節(jié)點(diǎn)“2”。

具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

步驟一：利用常規(guī)方法對(duì)所選取引導(dǎo)車行進(jìn)行為進(jìn)行控制，將記錄所得數(shù)據(jù)信息作為對(duì)照驗(yàn)組變量；

步驟二：利用考慮執(zhí)行任務(wù)均衡的優(yōu)化方法所選取引導(dǎo)車行進(jìn)行為進(jìn)行控制，將記錄所得數(shù)據(jù)信息作為實(shí)驗(yàn)組變量；

步驟三：令實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組前行距離完全相等，分析引導(dǎo)車完整通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“1”、“2”所需消耗時(shí)長(zhǎng)的具體變化情況。

圖3 倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車的行進(jìn)路線

倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車完整通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)所需的消耗時(shí)長(zhǎng)，能夠反映車輛在單一路徑內(nèi)的行進(jìn)速率，從而驗(yàn)證所選取路徑的應(yīng)用可行性。一般來(lái)說(shuō)，消耗時(shí)長(zhǎng)越短，車輛在單一路徑內(nèi)的行進(jìn)速率就越快，該條路徑的應(yīng)用可行性也就越強(qiáng)，反之則越弱。

圖4記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組引導(dǎo)車完整通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“1”所需消耗時(shí)間的數(shù)值變化情況。

圖4 消耗時(shí)間（轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“1”）

上圖中記錄了7組不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)組：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組消耗時(shí)間在第5組別時(shí)取得最大值12s，在第6組別時(shí)取得最小值10s，在第1組、第3組、第7組時(shí)取值眾數(shù)值11.2s，全局最大值與全局最小值之間的物理數(shù)值差為2s，相較于實(shí)驗(yàn)組耗時(shí)均值11.3s來(lái)說(shuō)，該差值結(jié)果較小，對(duì)于整體耗時(shí)情況的影響能力不大。

對(duì)照組：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照組消耗時(shí)間在第2組別時(shí)取得最大值14s，在第1組別時(shí)取得最小值11.8s，在第3組、第4組、第6組時(shí)取值眾數(shù)值13.1s，全局最大值與全局最小值之間的物理數(shù)值差為2.2s，略大于實(shí)驗(yàn)組極值差，故可認(rèn)為該差值結(jié)果對(duì)于整體耗時(shí)情況的影響能力略高于實(shí)驗(yàn)組。

下圖記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組引導(dǎo)車完整通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“2”所需消耗時(shí)間的數(shù)值變化情況。

圖5 消耗時(shí)間（轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“2”）

實(shí)驗(yàn)組：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組消耗時(shí)間在第5組、第4組、第5組、第6組時(shí)取得最大值5.1s，與其眾數(shù)值結(jié)果相同，在第7組別時(shí)取得最小值4.4s，全局最大值與全局最小值之間的物理數(shù)值差為0.7s，相較于實(shí)驗(yàn)組耗時(shí)均值4.9s來(lái)說(shuō)，該差值結(jié)果較小，對(duì)于整體耗時(shí)情況的影響能力不大。

對(duì)照組：對(duì)照組消耗時(shí)間在第5組別時(shí)取得最大值9.4s，在第1組別時(shí)取得最小值4.6s，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照組耗時(shí)不存在明顯的眾數(shù)值結(jié)果，全局最大值與全局最小值之間的物理數(shù)值差為4.8s，遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組差值，故可認(rèn)為該差值結(jié)果對(duì)于整體耗時(shí)情況的影響能力遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)組。

綜上可知，在考慮執(zhí)行任務(wù)均衡優(yōu)化方法的作用下，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車在通過(guò)轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“1”、轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)“2”所需的消耗時(shí)長(zhǎng)得到了較好控制，這不但提升了車輛在單一路徑內(nèi)的行進(jìn)速率，也驗(yàn)證了所選取路徑的應(yīng)用可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

在執(zhí)行任務(wù)均衡算法的作用下，倉(cāng)儲(chǔ)多自動(dòng)引導(dǎo)車路徑優(yōu)化方法在原始行進(jìn)路徑的基礎(chǔ)上，設(shè)置了全新的任務(wù)調(diào)度最小生成樹(shù)，又通過(guò)選址任務(wù)分配的處理方式，對(duì)干擾度系數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，由于關(guān)聯(lián)性規(guī)則的存在，所有可能經(jīng)過(guò)的行進(jìn)節(jié)點(diǎn)都可以被清晰標(biāo)注，這也有效避免了風(fēng)險(xiǎn)性行進(jìn)行為的出現(xiàn)。對(duì)于同一路徑內(nèi)的轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，引導(dǎo)車完全通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)的消耗時(shí)間得到了有效控制，這也與選取可行性行進(jìn)路徑的初衷完全相符。