《智能物联制造系统与决策》教学课件—第6章智能物料精准配送方法.ppt

1、智能制造系统与决策智能制造系统与决策智能物料配送简介智能物料配送简介以搬运载体为核心的以搬运载体为核心的主动配送模型主动配送模型基于物联网的智能搬运载体基于物联网的智能搬运载体原型系统设计与实现原型系统设计与实现智能决策方法在智能物料智能决策方法在智能物料配送中的应用配送中的应用n 物料任务动态配送的需求分析物料任务动态配送的需求分析物料配送任务的分配模式配送资源的实时状态信息配送任务的组合优化车间物料车间物料配送配送推动式物料配送拉动式物料配送工业无线网络、射频识别等先进技术的迅猛发展；研制过程由“黑箱”模式向“透明泛在感知”的模式发展；对生产过程的实时监控和动态优化提出了更高要求n 物料配

2、送过程中的物料配送过程中的“资源资源-任务任务”描述描述物料、配送资源、配送任务三者之间的关系物料、配送资源、配送任务三者之间的关系n 物料配送过程中的物料配送过程中的“资源资源-任务任务”描述描述（1 1）配送资源）配送资源搬运载体的静态属性搬运载体的动态属性搬运载体ID：搬运载体的编号，用于标识搬运载体搬运载体的种类：解释是什么类型的搬运载体，如搬运小车、叉车等所属车间：用于识别搬运载体所处的生产车间额定容量：表明搬运载体可以承载物料任务的最大容量服务状态：用于说明搬运载体所处的工作状态，有空闲、正常工作、故障三种状态使用人员ID：识别使用该搬运载体的搬运工人编号配送任务序列：该搬运载体所

3、承担的配送任务 配送资源是物料配送任务的执行者，车间物料配送过程中的配送资源主要包括搬运载体（如搬运小车、叉车等）和搬运工人。n 物料配送过程中的物料配送过程中的“资源资源-任务任务”描述描述（1 1）配送资源）配送资源 配送资源是物料配送任务的执行者，车间物料配送过程中的配送资源主要包括搬运载体（如搬运小车、叉车等）和搬运工人。搬运工人的静态属性搬运工人的动态属性搬运工人的ID：搬运工人的编号，用于标识搬运工人搬运工人的姓名：搬运工人的名字搬运工人的所属车间：用于表示搬运工人所处的生产车间服务状态：用于说明搬运工人所处的工作状态，有空闲、正常工作、事假三种状态相关搬运载体ID：用于说明该搬运

4、工人使用的搬运载体的ID配送任务序列：该搬运工人所承担的配送任务n 物料配送过程中的物料配送过程中的“资源资源-任务任务”描述描述（2 2）物料）物料 车间物料主要由两部分组成，一部分是车间的仓储物料，另一部分是车间的在制品。与车间物料有关的参数有1）物料的编号：物料的标识，用于识别物料信息2）物料的名称：用于说明该物料属于哪一种物料3）物料的所在位置：用于指示物料的存储地点4）物料的数量：表示该物料的当前存储量5）单位物料所占的体积：用于计算相关配送的体积n 物料配送过程中的物料配送过程中的“资源资源-任务任务”描述描述（3 3）配送任务）配送任务 配送任务表示的是车间生产过程中的物料需求，

5、是配送资源获取物料、执行物料配送操作的标准。n 配送策略配送策略 以物料配送系统为中心以物料配送系统为中心 采用集中式优化方式分配物料任务，采用集中式优化方式分配物料任务，搬运载体被动接受来自上层的任务搬运载体被动接受来自上层的任务物料配送系统物料任务物料任务物料任务物料任务物料任务集中式优化被动式接受搬运载体搬运载体搬运载体搬运载体传统的物料任务分配策略n 配送策略配送策略物料任务物料任务物料任务物料任务搬运载体搬运载体搬运载体搬运载体基于过程感知的物料任务分配策略配送过程中的实时信息搬运载体主动获取任务配送任务的动态优化分配 以搬运载体为中心进行的任务分配以搬运载体为中心进行的任务分配 搬

6、运载体处于空闲状态时，会根据其实时状态信息，搬运载体处于空闲状态时，会根据其实时状态信息，通过与信息服务器交互来获取配送任务来执行通过与信息服务器交互来获取配送任务来执行n 配送策略配送策略传统的物料任务分配策略传统的物料任务分配策略l 配送资源与配送系统缺乏交流，难以处理计划与执行的偏差；配送资源与配送系统缺乏交流，难以处理计划与执行的偏差；l 未考虑搬运载体的实时状态信息；未考虑搬运载体的实时状态信息；l 复杂度高，计算量大，优化时间长；复杂度高，计算量大，优化时间长；基于过程感知的物料任务分配策略基于过程感知的物料任务分配策略l 任何时间搬运载体能够根据其实时状态获取配送任务任何时间搬运

7、载体能够根据其实时状态获取配送任务l 每次只针对一个搬运载体分配任务，因此复杂度是稳定的每次只针对一个搬运载体分配任务，因此复杂度是稳定的l 因是实时信息驱动的，因此，计划与执行间的偏差大大减少因是实时信息驱动的，因此，计划与执行间的偏差大大减少两种配送策略的对比两种配送策略的对比n 解决方案解决方案基于过程感知的物料任务动态分配方法体系构架基于过程感知的物料任务动态分配方法体系构架n 解决方案解决方案 1.1.具有感知和交互能力的搬运载体构建方法具有感知和交互能力的搬运载体构建方法在传统搬运载体的基础上引入物联网技术，使得搬运载体具有感知获取配送过程实时信息的能力，完成搬运载体与配送实时状态

8、信息的采集，并设计搬运载体端的物料配送导航方法。2.2.搬运载体端的实时信息感知模型和信息传递机制搬运载体端的实时信息感知模型和信息传递机制 3.3.实时信息驱动的两段式物料任务动态分配方法实时信息驱动的两段式物料任务动态分配方法分别建立搬运载体与配送任务的实时状态信息模型，采用XML技术对其进行数字化描述，通过面向服务的体系架构和Web Service技术建立搬运载体端的实时信息交互机制。设计一种两段式的物料配送任务动态分配方法和算法流程，快速的从任务池中为有任务请求的搬运载体选取最匹配的配送任务，从而促进车间物料高效配送。n 数学模型数学模型（1 1）目标）目标 采用完成配送任务所需配送距

9、离、配送任务的优先级以及搬运载体的利用情况作为优化目标，其数学表示为min()max()max(X)sumLsumPsumVLFXPFXVF（2 2）约束）约束()LiFXL1()KPikkkFXrP1()KVikkkFXr Vm ax1Kikkikr VVm ax,0iikkVLVPn 物料配送任务的描述方法物料配送任务的描述方法物料配送任务的数字化描述物料配送任务的数字化描述XML代码（1）（2）（3）（4）JID003（5）（6）50（7）60（8）（9）（10）110（11）120（12）（13）50（14）50（15）003（16）2（17）5（18）1（已匹配）（19）n 智能搬运

10、载体构建框架智能搬运载体构建框架服务服务状态状态配送过配送过程信息程信息负荷负荷状态状态 正常工作正常工作 闲置中闲置中 维修中维修中任务队任务队列信息列信息 任务任务IDID 任务配送顺序任务配送顺序 计划完成时间计划完成时间 实时信息模型实时信息模型 任务配送进度任务配送进度 搬运员工信息搬运员工信息 零负荷零负荷 正常负荷正常负荷 超负荷超负荷n 搬运载体端的实时信息模型搬运载体端的实时信息模型搬运载体的实时信息模型搬运载体的实时信息模型Public class trolley_shopfloor private string trolleyID=null;private string

11、trolleyName=null;public string getRatedVolume();public string getStatusInfor();public string getTaskQueueInfor();public string getLocationInfor();public void optimizeQuene();封装n 实时多源信息的采集与封装实时多源信息的采集与封装 通过实时多源信息的获取机制将物联网装置获取的车间原始配送数通过实时多源信息的获取机制将物联网装置获取的车间原始配送数据转化成利于建立实时信息模型的有用信息，采用据转化成利于建立实时信息模型的有用

12、信息，采用Java或或C#等编程技术等编程技术实现信息封装，为建立实时信息模型提供标准输出实现信息封装，为建立实时信息模型提供标准输出实时信息获取机制实时信息获取机制实时信息封装方法实时信息封装方法n 实时配送信息的交互机制实时配送信息的交互机制编号编号服务状态服务状态额定容量额定容量实时位置实时位置.1空闲50(10,20).信息服务器智能搬运载体可操作的实时多源信息配送任务优化分配方法SOA+Web Services 技术 SOAPXMLUDDIWSDL实时多源信息配送操作信息n 搬运载体端实时信息模型的数字化描述与发布搬运载体端实时信息模型的数字化描述与发布 采用采用XML技术对实时信息

13、模型进行数字化描述，利用搬运载体的技术对实时信息模型进行数字化描述，利用搬运载体的实时信息交互机制传递信息服务器，最终完成其发布实时信息交互机制传递信息服务器，最终完成其发布n 搬运载体端的实时配送导航搬运载体端的实时配送导航 搬运载体端的实时配送导航为车间物料任务的配送搬运载体端的实时配送导航为车间物料任务的配送提供导航信息，使搬运载体不仅能够承载物料，还能起提供导航信息，使搬运载体不仅能够承载物料，还能起到配送导航的作用。到配送导航的作用。n 两段式的物料配送任务优化分配方法流程两段式的物料配送任务优化分配方法流程任务配任务配送状态送状态物料需物料需求信息求信息配送需配送需求信息求信息 未

14、执行配送未执行配送 正在配送中正在配送中 已完成配送已完成配送执行过执行过程信息程信息 搬运载体搬运载体 搬运工人搬运工人 已配送时间已配送时间 物料编号物料编号 所需物料数量所需物料数量 单位物料体积单位物料体积 任务的起始地任务的起始地 任务的目的地任务的目的地 任务的交货期任务的交货期n 物料配送任务的描述方法物料配送任务的描述方法物料配送任务的信息模型物料配送任务的信息模型n 实时配送需求驱动的配送任务预优化实时配送需求驱动的配送任务预优化1任务优先级确定:反映对物料需求的紧迫程度本文根据交货期确定2候选配送任务集:按照配送任务优先级由高到低顺序选取任务体积不得超过载体额定容量3可行配

15、送任务组合:配送任务构成配送任务组合任务组合体积不得超过载体额定容量n 基于层次分析法的配送任务组合优化基于层次分析法的配送任务组合优化（1）构建配送任务组合优化的目标函数）构建配送任务组合优化的目标函数000max(,)cccccLPUcLPUf L P UwwwLPU（2）根据建立的层次分析模型计算配送）根据建立的层次分析模型计算配送距离、配送任务组合的优先级以及搬运载距离、配送任务组合的优先级以及搬运载体的利用情况对于最优配送任务组合选取体的利用情况对于最优配送任务组合选取的权重：的权重：TLPUw,w,w（3）计算搬运载体完成配送任务组合所需的配送距离、优先级、搬运载）计算搬运载体完成

16、配送任务组合所需的配送距离、优先级、搬运载体利用情况：体利用情况：（4）计算配送距离、配送任务组合优）计算配送距离、配送任务组合优先级以及搬运载体利用情况的平均数：先级以及搬运载体利用情况的平均数：cL=完成任务组合的最短距离.()cc jjcPP.()()cc j kc j kjc k v jUQVol 011SccLLS011SccPPS011SccUUS（5）将各个参数值带入到目标函）将各个参数值带入到目标函数中，计算函数值；数中，计算函数值；（6）选出具有最大函数值的配送）选出具有最大函数值的配送任务组合，作为搬运载体要去执行任务组合，作为搬运载体要去执行的任务。的任务。n 基于层次分

17、析法的配送任务组合优化基于层次分析法的配送任务组合优化n 物料配送场景设置物料配送场景设置 该场景主要包括以下部分：该场景主要包括以下部分：生产区域生产区域、仓储区域仓储区域、智能搬运载智能搬运载体体、其他辅助设备其他辅助设备。n 物料配送场景设置物料配送场景设置四个搬运载体的实时状态信息四个搬运载体的实时状态信息搬运载体编号服务状态额定容量负荷状态实时位置1正常工作15正常负荷(10,35)2正常工作15正常负荷(70,45)3闲置中15零负荷(20,55)4维修15零负荷n 物料配送场景设置物料配送场景设置 十五个配送任务的信息（为了不失一般性，这里所列的配送十五个配送任务的信息（为了不失

18、一般性，这里所列的配送任务并未考虑车间生产时工作站之间的工序限制）任务并未考虑车间生产时工作站之间的工序限制）任务编号起始地目的地交货期索引编号占用体积优先级1110150IID11112514140IID2313209130IID3514225120IID41215713110IID5816411100IID64173890IID7102817780IID8629102870IID9921016460IID10721115750IID1153129240IID12731312630IID1310314132420IID144415141910IID1564普通普通重要重要紧急紧急非常非常紧急

19、紧急n 物料配送场景设置物料配送场景设置编号In-bufferOut-buffer编号In-bufferOut-buffer编号In-bufferOut-buffer1(25,15)(5,15)6(70,45)(55,45)11(105,75)(85,75)2(70,15)(40,15)7(105,35)(85,35)12(25,95)(5,95)3(105,15)(85,15)8(10,65)(10,75)13(70,95)(40,95)4(10,35)(10,45)9(40,65)(40,75)14(105,95)(85,95)5(40,35)(40,45)10(70,75)(55,75)

20、工作站区域位置编号代表的车间坐标值工作站区域位置编号代表的车间坐标值n 物料配送场景设置物料配送场景设置编号坐标编号坐标编号坐标编号坐标15(125,10)19(125,40)23(125,70)27(125,100)16(140,10)20(140,40)24(140,70)28(140,100)17(155,10)21(155,40)25(155,70)29(155,100)18(170,10)22(170,40)26(170,70)30(170,100)储区域位置编号代表的车间坐标值储区域位置编号代表的车间坐标值n 方法实施方法实施 在本文中，在本文中，3号搬运载体处于闲置状态，因此接下

21、来的方法实施是围绕号搬运载体处于闲置状态，因此接下来的方法实施是围绕3号搬运载体进行的。号搬运载体进行的。（1）按照优先级由高到低的顺序选取若干个配送任务形成候选配送任务集。）按照优先级由高到低的顺序选取若干个配送任务形成候选配送任务集。1112513141511157505312924073131263010314132420441514191064IIDIIDTIIDIIDIID 任务编号起始地目的地交货期索引编号占用体积优先级1115750IID1153129240IID12731312630IID1310314132420IID144415141910IID1564候选配送任务集中的任

22、务信息候选配送任务集中的任务信息候选配送任务信息矩阵候选配送任务信息矩阵T5n 方法实施方法实施 （2）根据上节所述的可行配送任务组合的构建方法，形成多个与）根据上节所述的可行配送任务组合的构建方法，形成多个与3号搬运载号搬运载体相关的可行配送任务组合：体相关的可行配送任务组合：（11），（），（12），（），（13），（），（14），（），（15），），（11,12），（），（11,13），（），（11,14），（），（11,15），（），（12,14），（），（12,15），），（13,14），（），（14,15），（），（11,14,15）。（3）基于层次分析法的配送任务组合优化方法，求

23、解得到各配送任务组合的）基于层次分析法的配送任务组合优化方法，求解得到各配送任务组合的目标函数值。目标函数值。参数P0L0U0wPwLwU值5.929243.92910.1430.3340.3330.333目标函数的各参数值目标函数的各参数值n 方法实施方法实施 各个可行配送任务组合的参数值及目标函数值各个可行配送任务组合的参数值及目标函数值载体编号配送任务组合PcLcUcf(Pc,Lc,Uc)311319550.750312313071.0243133170100.976314418540.796315420060.829311,126235121.078311,136305151.0973

24、11,14730590.956311,157275111.051312,147295111.031312,157280131.111313,147305141.120314,158230101.132311,14,1511305151.378 配送任务组合（配送任务组合（11,14,15）具有最大的目标函数值，因此）具有最大的目标函数值，因此3号搬运载号搬运载体将获取这三个配送任务去执行。信息服务器会将相应的配送操作信体将获取这三个配送任务去执行。信息服务器会将相应的配送操作信息传递给息传递给3号搬运载体，这就完成了配送任务的动态分配号搬运载体，这就完成了配送任务的动态分配。n 搬运载体端的物

25、料配送导航系统搬运载体端的物料配送导航系统 （1）实时信息驱动的搬运载体端物料配送导航系统开发环境实时信息驱动的搬运载体端物料配送导航系统开发环境项目项目属性操作系统Microsoft Windows 7开发平台Net Framework系统集成环境Visual Studio 2010后台开发语言C#数据库Microsoft SQL Server 2008服务器Apache Tomcatn 搬运载体端的物料配送导航系统搬运载体端的物料配送导航系统 （2）系统操作流程系统操作流程系统初始界面系统初始界面n 搬运载体端的物料配送导航系统搬运载体端的物料配送导航系统 （2）系统操作流程系统操作流程1、系统登录系统登录n 搬运载体端的物料配送导航系统搬运载体端的物料配送导航系统 （2）系统操作流程系统操作流程2、配送任务的获取配送任务的获取n 搬运载体端的物料配送导航系统搬运载体端的物料配送导航系统 （2）系统操作流程系统操作流程3、配送任务的执行过程配送任务的执行过程