高架立库管理程序供给优化算法设计

秦贯宇1刘恒近1王晓1

摘要  高架立库存储物料可以高效利用空间，但同时也限制了物料的输送路径，使得物料来源路径变得狭窄，且容易在路径收缩处形成隘口发生阻塞情况，需要运用合理的供给策略进行分配输送才能高效流畅的提供稳定且持续的物料供给，有效分配利用现场设备避免单一设备闲置，是有效降低阻塞情况的一条途径，其次是减少单一运动时间量，也可以大大降低繁忙程度。通过对算法设计的优化，将物料工单供给离散度大幅降低，各道供给数接近均值，单次任务平均时间也下降了10%。因此，对供给进行优化算法设计可以大幅度解决此类问题。

关键词  供给算法；高架立库；供给策略；优化设计

制丝掺配料成品料的高架立库存储在卷烟生产过程中可以有效节省物料存储的水平空间，提升垂直空间利用率。但在供给分配过程中，由于设备空间分配的制约导致单一巷道单位时间内设备只能执行某一种类物料的一条供给任务，这给多工单多种类物料的供给创造了冲突的可能。在生产过程中容易因为分配不均造成阻塞，严重影响制丝生产过程的连续性和稳定性，给下游按时生产和产品质量造成严重影响，并且在后续跟进维修过程中需要充分分析设备程序分配情况才能进行调整，这大大增加了应急处理的时间。因此需要一种能优化供给的算法设计来实现物料的良性供给循环，及时的、高效的分配给各设备完成多工单多种类的物料供给策略，对物料的稳定供给具有重要意义。

1、存在问题及现状

在制丝生产过程中，由于高架立库同时肩负着成品物料供给和掺配物料供给等多通道同时间供给的需求，因而在同步工作时极易因为多工单同时需求，程序先后响应的问题导致物料的延迟供给，致使旱涝不均，有的通道缓存充足而有的则近乎中断供给。问题发生时物料查找困难，无法及时追踪处理，难以保证产品生产的持续稳定。

设备序号	某日任务数	月任务数	分散占比	离散程度
1	185	2607	26.63%	825.27
2	10	477	4.87%
3	48	885	9.04%
4	178	2558	26.13%
5	65	1192	12.18%
6	121	2071	21.15%

表1-1生产分布情况表

设备序号	某日任务数	任务总时长	平均时长
1	185	1560	8.43
2	10	71	7.10
3	48	344	7.17
4	178	1465	8.23
5	65	470	7.23
6	121	951	7.86

表1-2生产任务平均时长表

2、设计改进

为解决这类问题，需要首先分析问题本质，抽象实际问题演变到程序算法解决。高架立库由于水平空间缩小将存储空间压缩至垂直空间，因此在高效出库过程中单一巷道具有最优出库路径是一个优化条件。其次多个巷道的繁忙程度是在单一巷道外的最优选道的另一个优化条件。

2.1路径分析

在单一巷道最优路径分析中，优先设定设备位为o，位表示为（X，Y），X为设备位的列数，Y为设备位的层数，A、B、C…为此类物料位,p为放货位，则水平和垂直动量为算法路径权，记为（ΔX，ΔY），因为供给流程仅有设备位、货位、放货位三点，所以路径仅三点有意义，分析如下：

已知：

位号	o	A	B	C	p
位标	（1，1）	（1，5）	（11，5）	（23，4）	(32，1)

表2.1-1 位标表

初始权表：

起点o	o	A	B	C	p
o	(0,0)	(0,4)	(10,4)	(22,3)	(31,0)
A	(0,4)				(31,4)
B	(10,4)				(21,4)
C	(22,3)				(9,3)
p	(31,0)	(31,4)	(21,4)	(9,3)

表2.1-2 位标初始权表

由上述表可以得出各路径权和，经权和便能得出设备下一任务的最优路径，为进一步优化权和的便于分析，需要讨论ΔX与ΔY的关系，这一部分可以由设备的行走参数和升降参数进一步得出，设行走参数为Vx，升降参数为Vy，则当ΔX/Vx=ΔY/Vy时，即ΔY/ΔX=Vy/Vx，则权变系数i=Vy/Vx，所以得出当ΔY/i>ΔX时，权由（ΔX，ΔY）优化为ΔY，反之则优化为ΔX。由此设行走参数与升降参数一致时，即i=1时，得到权和表如下：

	o	p	权和
A	4	31	35
B	10	21	31
C	22	9	31

表2.1-3 位标权和表

由此得出第一个算法优先标识——权和（记为S），但权和会有相同的情况出现，所以必须引入一个新的且唯一的值作为后续的辅助标识，参考ΔY受权变系数i的影响，在水平距离一定，同侧货位当iΔY>ΔX时权和往往超过iΔY<ΔX时的权和，因此当放货完成后所有货位处于同侧货位，则优先出货位Y值较大货位时后续出库可节省路径，记为PY；同理相对远离放货位p，即X值越大优先出货后续出库节省路径，记为PX，其次每道有两排，因为采用默认左排（1排）优先，记为Z，由此得到具有唯一性的辅助标识PY*1000+PX*10+Z（此处Z默认一位，PX默认两位，所以PX升一位， PY升三位组成辅助标识）。

由此得到一个巷道最优路径判断标识串由权和和辅助标识组成，即标识串flag=S*10000+PY*1000+PX*10+Z（此处均为适应模拟参数升位表示）。

2.2选道分析

选道是为了确定空闲巷道，充分利用未使用巷道，以避免多任务积压在某一巷道，现有设备可能出现多任务积压在同一巷道执行，若其它巷道无此货尚可理解，但若其他巷道有货则极易导致出货迟缓，甚至阻塞。

为解决单一积压问题，进一步改进选道策略，改变同工单单一巷道下发任务数，引入巷道号N作为选道标识，当巷道号N为当前任务时后续任务若其他巷道有货则必不下发至此通道，引入标识E来标志此道有货及存货数量，标识E同时可以用来均衡空闲巷道的任务下发优先权，以保证单一巷道有货时提升为最高权限，用（N，E）分析如下：

已知：

巷道号	1	2	3	4	5	6
工单A标识	10	20	15	18	2	3
工单B标识	1	20	30	50	0	0
工单C标识	0	20	0	0	0	0

表2.2-1 巷道各工单标识表

满负荷持续出库任务示例:

同步响应 任务模拟	响应时间由左向右，队存储模式
	工单A	工单B	工单C
任务1	(2,20)	(4,50)	wait
任务2	(3,15)	(1，1)	(2，20)
任务3	(4，18)	(3，30)	(2，19)
任务4	(6，3)	(4，49)	(2，18)
任务5	(3，14)	wait	(2，17)
任务6	(4，17)	(3，29)	(2，16)

表2.2-2 满负荷任务示例表

根据上表示例可以得出，标识E是一个6元素的一位数组，它在工单下发时同步生成对每道存量起计数作用，而巷道号N则同步剔除避免繁忙单一巷道，在非高强度生产时由于响应间隙长，可以有效均衡各道任务量，上图示例为极限状态下的任务模拟情况，但仍需排除特殊复杂情况，如同量无空闲情况。需要引入一个最终判断量避免增长程序等待时间，其中库外缓冲量是具有实际参考意义的一个值，在此先引入一个缓存余量D作为特殊情况优化量，由于任务提交是遵从先进先出的队存储结构，无需担心时延冲突。

2.3设计算法逻辑参数表

汇总以上两项分析增设算法逻辑参数表：

ID	单号	int
N	本次巷道号	int
E1	1号巷道余量	int
E2	2号巷道余量	int
E3	3号巷道余量	int
E4	4号巷道余量	int
E5	5号巷道余量	int
E6	6号巷道余量	int
D	缓存余量	int
flag	最优标识串	int

表2.3 逻辑参数表

3.设计效果

优化算法完成后，可大幅度降低任务分配不均情况，其次设备供给效率也得到了提升，由于优化后选道考虑空闲优先，因此像前期个别巷道设备闲置的情况得到缓解。根据设备空闲分布的离散程度可以判断出任务分配均匀程度有明显提高，任务阻塞情况有明显缓解。