物流输送系统的智能控制与调度研究
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摘要
基于现代物流技术的应用和发展要求，介绍自动化立体仓库系统(Automated Storage／Retrieval System，i．e．AS／RS)的应用及其功能和作用，结合现代科技的发展，着重研究自动化立体仓库输送系统的控制技术。课题主要包含以下内容：
1．以现代物流为背景，介绍一些概念，阐述自动化立体仓库与现代物流的关系，介绍自动化立体仓库发展历史以及趋势，及自动化立体仓库在现代物流系统中的作用、功能，提出基于现代物流的自动化立体仓库规划、设计的基本要求。
2．重点研究自动化立体仓库物流输送系统的控制原理，围绕提高自动化立体仓库的控制技术水平，结合现代计算机及其相关技术的发展，提出新的控制算法及程序设计原理，为指导实际应用提供理论依据。
3．提出自动化立体仓库系统运行的若干控制形式和实现控制技术方法以及人工智能等新技术的应用。在分析仓库各种复杂出入库系统的基础上，根据贝尔曼的最优化原理，提出堆垛机运行作业的优化控制模型，使其运行路径最短。着重分析了机上拣选作业路径调度，提出了以吞吐量为目标的解决方案。在比较了多种算法之后，设计一种新型的启发式算法——聪明蚁群算法来进行作业路径调度。
4．在仓储输送系统中，针对柔性智能输送设备——自动导引车(AGV)，应用启发式算法对AGV进行路径规划研究，给出路径解决方案。
5．结合立体仓库结构特点，分析立体仓库故障机理，构建立体仓库故障自诊断系统的总体框架，并在分析研究其数据采集处理系统、实时监控系统以及自诊断专家系统的基础上，实现立体仓库的输送设备故障自诊断功能。
The paper introduces application and performance of Automated Storage/Retrieval System (AS/RS) basing on application and developing requirement of modern logistics. The emphasis of the paper is researching the control and 1. The first section is profile - introductions of fundamental concepts on modern logistics and AS/RS and their relationship. The requirement on AS/RS projection is promoted basing on modern logistics.
2. The second section is research on modern logistics system-pay more attention to the control principles the conveyer system in AS/RS. Combing modern computer and relative technique development, A new control algorithm and programming design principle is brought up, which provides a theoretic reference to guide practice to improve AS/RS's control level.
3. The applications of new technologies of AS/RS are brought forward here, such as controlling form, realizing control method, artificial intelligence, etc. According to R. Bellman's optimization principle, an optimum control model, which describes stacker's operating, is submitted to realize the stacker's shortest traveling distance basing on the work of Analyzing various kinds of complicated input/output work in AS/RS. A solution scheme aiming at the most throughput is put forward as the result of analyzing route dispatching for selecting work. By means of comparing many kinds of algorithms, a new heuristic algorithm ?Clever Ants Colony Algorithm is designed for the route dispatching.
4. In the conveyer system of AS/RS, the solution of the route dispatching for the flexible and intelligent conveyer equipment -Automated Guided Vehicle(AGV) is provided using the heuristic algorithm.
5. According to study and analysis the mechanical fault of AS/RS, a framework of self-diagnosis system is established. By using of data acquisition system, online monitoring system and expert system, a self-diagnosis system of AS/RS can be realized.
1．以现代物流为背景，介绍一些概念，阐述自动化立体仓库与现代物流的关系，介绍自动化立体仓库发展历史以及趋势，及自动化立体仓库在现代物流系统中的作用、功能，提出基于现代物流的自动化立体仓库规划、设计的基本要求。
2．重点研究自动化立体仓库物流输送系统的控制原理，围绕提高自动化立体仓库的控制技术水平，结合现代计算机及其相关技术的发展，提出新的控制算法及程序设计原理，为指导实际应用提供理论依据。
3．提出自动化立体仓库系统运行的若干控制形式和实现控制技术方法以及人工智能等新技术的应用。在分析仓库各种复杂出入库系统的基础上，根据贝尔曼的最优化原理，提出堆垛机运行作业的优化控制模型，使其运行路径最短。着重分析了机上拣选作业路径调度，提出了以吞吐量为目标的解决方案。在比较了多种算法之后，设计一种新型的启发式算法——聪明蚁群算法来进行作业路径调度。
4．在仓储输送系统中，针对柔性智能输送设备——自动导引车(AGV)，应用启发式算法对AGV进行路径规划研究，给出路径解决方案。
5．结合立体仓库结构特点，分析立体仓库故障机理，构建立体仓库故障自诊断系统的总体框架，并在分析研究其数据采集处理系统、实时监控系统以及自诊断专家系统的基础上，实现立体仓库的输送设备故障自诊断功能。
The paper introduces application and performance of Automated Storage/Retrieval System (AS/RS) basing on application and developing requirement of modern logistics. The emphasis of the paper is researching the control and 1. The first section is profile - introductions of fundamental concepts on modern logistics and AS/RS and their relationship. The requirement on AS/RS projection is promoted basing on modern logistics.
2. The second section is research on modern logistics system-pay more attention to the control principles the conveyer system in AS/RS. Combing modern computer and relative technique development, A new control algorithm and programming design principle is brought up, which provides a theoretic reference to guide practice to improve AS/RS's control level.
3. The applications of new technologies of AS/RS are brought forward here, such as controlling form, realizing control method, artificial intelligence, etc. According to R. Bellman's optimization principle, an optimum control model, which describes stacker's operating, is submitted to realize the stacker's shortest traveling distance basing on the work of Analyzing various kinds of complicated input/output work in AS/RS. A solution scheme aiming at the most throughput is put forward as the result of analyzing route dispatching for selecting work. By means of comparing many kinds of algorithms, a new heuristic algorithm ?Clever Ants Colony Algorithm is designed for the route dispatching.
4. In the conveyer system of AS/RS, the solution of the route dispatching for the flexible and intelligent conveyer equipment -Automated Guided Vehicle(AGV) is provided using the heuristic algorithm.
5. According to study and analysis the mechanical fault of AS/RS, a framework of self-diagnosis system is established. By using of data acquisition system, online monitoring system and expert system, a self-diagnosis system of AS/RS can be realized.
引文
[1]《现代物流手册》，刘志学主编，中国物资出版社
[2]《物流系统工程》，丁立言、张铎，清华大学出版社
[3]《物流技术与应用》，2001—1[No．18]，《物流技术与应用》编辑部
[4]《国际物流学》，丁立言、张铎，清华大学出版社
[5]《自动化立体仓库系统的优化控制》，周奇才，起重运输机械，2000No．03
[6]《物流工程》，齐二石、周刚，天津大学出版社
[7]《CIMS环境下的自动化立体仓库》，荆明，机械工业自动化，1993，15(2)
[8]《监控组态软件及应用》，马国华，清华大学出版社
[9]《自动化立体仓库实时监控系统》，丁小红，起重运输机械，1996，(12)
[10]《最优控制原理》，北京理工大学自编教材
[11]《智能控制理论与技术》，孙增圻等，清华大学出版社、广西科学技术出版社联合出版
[12]《模式识别》，边肇祺、张学工等，清华大学出版社
[13]《物流机械设备的运用与管理》，魏国辰，中国物资出版社
[14]《物流中心设计与运作》，李长江，中国物资出版社
[15]《专家系统讲义》，艾海舟，清华大学自编教材
[16]《巷道式堆垛机自控系统设计中的几个问题的探讨》，栾好利，辽宁工学院学报，1999，No．15
[17]《物流工程的现状及发展趋势》，宋伟刚、刘杰，机电一体化，2002年第1期
[18]《激光测距技术在巷道堆垛机上的应用》，杨忠文、李林，设施与设备，2002年第12期
[19]《神经网络技术及应用》，党建武，中国铁道出版社
[20]《TSP及其扩展问题的混合型启发式算法》，马良，上海理工大学学报，1999，21(1)
[21]《基于蚁群算法的中国旅行商问题满意解》，伍文城、肖建，计算机与现代化，2002，84(8)
[22]《供应链中车辆路径问题的研究进展及前景》，祝崇隽、刘民、吴澄，计算机集成制造系统—CIMS，2001，3(2)
[23]《求解货担郎问题的几何算法》，北京大学理工学报，1995，15(1)
[24]《组合优化算法中摆脱局部极小值的几种策略》，赵天云，工程数学，2000，16(1)
[25]《蚁群算法求解类TSP问题的研究》，赵清江、劭之江、钱积新，铁道运输
与经济，2003，25(2)
[26]《遗传算法和3—21OPT结合求解带能力约束的VRP》，张涛、王梦光，东北大学学报，1999，20(3)
[27]Probabilistic Analysis and Practical Algorithms for Inventory-routing Models, Chan LM..A Federgruen A. Simchi-Levi S., Operations Research, 1998, 46(1)
[28]The Nature of Statistical Learning Theory, Vladimir N vapnik, Springer-Verlag,1995
[29]Task Assignment and Load Balancing of Autonomous Vehicles in a Flexible Manufacturing System, C.S. George Lee, IEEE Journal of Robotics and Automation,Vol.RA-3 (6), 1987,
[30]On-Line Position Recognition for Autonomous AGV Navigational System, Z. Katz, J. Asbury, Journal of manufacturing systems, Vol.12 (2), 1993
[31]New Insertion and Post Optimization Procedures for the Traveling Salesman Problem, Michel Gendreau, Alain Hertz, Operations Research, V40(6), 1992
[32]Applying Genetics to Fuzzy Logic, Karr C, AI Expert, 1991,3
[33]Logistics and Supply Chain Management, Martin Christopher, Pitman Publishing,1992
[2]《物流系统工程》，丁立言、张铎，清华大学出版社
[3]《物流技术与应用》，2001—1[No．18]，《物流技术与应用》编辑部
[4]《国际物流学》，丁立言、张铎，清华大学出版社
[5]《自动化立体仓库系统的优化控制》，周奇才，起重运输机械，2000No．03
[6]《物流工程》，齐二石、周刚，天津大学出版社
[7]《CIMS环境下的自动化立体仓库》，荆明，机械工业自动化，1993，15(2)
[8]《监控组态软件及应用》，马国华，清华大学出版社
[9]《自动化立体仓库实时监控系统》，丁小红，起重运输机械，1996，(12)
[10]《最优控制原理》，北京理工大学自编教材
[11]《智能控制理论与技术》，孙增圻等，清华大学出版社、广西科学技术出版社联合出版
[12]《模式识别》，边肇祺、张学工等，清华大学出版社
[13]《物流机械设备的运用与管理》，魏国辰，中国物资出版社
[14]《物流中心设计与运作》，李长江，中国物资出版社
[15]《专家系统讲义》，艾海舟，清华大学自编教材
[16]《巷道式堆垛机自控系统设计中的几个问题的探讨》，栾好利，辽宁工学院学报，1999，No．15
[17]《物流工程的现状及发展趋势》，宋伟刚、刘杰，机电一体化，2002年第1期
[18]《激光测距技术在巷道堆垛机上的应用》，杨忠文、李林，设施与设备，2002年第12期
[19]《神经网络技术及应用》，党建武，中国铁道出版社
[20]《TSP及其扩展问题的混合型启发式算法》，马良，上海理工大学学报，1999，21(1)
[21]《基于蚁群算法的中国旅行商问题满意解》，伍文城、肖建，计算机与现代化，2002，84(8)
[22]《供应链中车辆路径问题的研究进展及前景》，祝崇隽、刘民、吴澄，计算机集成制造系统—CIMS，2001，3(2)
[23]《求解货担郎问题的几何算法》，北京大学理工学报，1995，15(1)
[24]《组合优化算法中摆脱局部极小值的几种策略》，赵天云，工程数学，2000，16(1)
[25]《蚁群算法求解类TSP问题的研究》，赵清江、劭之江、钱积新，铁道运输
与经济，2003，25(2)
[26]《遗传算法和3—21OPT结合求解带能力约束的VRP》，张涛、王梦光，东北大学学报，1999，20(3)
[27]Probabilistic Analysis and Practical Algorithms for Inventory-routing Models, Chan LM..A Federgruen A. Simchi-Levi S., Operations Research, 1998, 46(1)
[28]The Nature of Statistical Learning Theory, Vladimir N vapnik, Springer-Verlag,1995
[29]Task Assignment and Load Balancing of Autonomous Vehicles in a Flexible Manufacturing System, C.S. George Lee, IEEE Journal of Robotics and Automation,Vol.RA-3 (6), 1987,
[30]On-Line Position Recognition for Autonomous AGV Navigational System, Z. Katz, J. Asbury, Journal of manufacturing systems, Vol.12 (2), 1993
[31]New Insertion and Post Optimization Procedures for the Traveling Salesman Problem, Michel Gendreau, Alain Hertz, Operations Research, V40(6), 1992
[32]Applying Genetics to Fuzzy Logic, Karr C, AI Expert, 1991,3
[33]Logistics and Supply Chain Management, Martin Christopher, Pitman Publishing,1992
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