基于任务行程时间预测的AGV系统任务调度方法

基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法
技术领域
1.本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种基于任务行程时间预测的系统任务调度方法。


背景技术：

2.自动导引车(automatic guided vehicle，agv)是一种车间常见的物料搬运设备，其按额定载量可分为单载量agv和多载量agv。单载量agv在一次搬运作业中只能进行一次装载和卸载，适合大件或半成品的运输；多载量agv可装卸多个拖车，在一次物料任务中，分别从多个发料点进行多个载荷的装载，或到多个送料点进行多个载荷的卸载，适合小件或辅料的运输。
3.在agv物料搬运系统中，为了保证物料的齐套性和配送的准时性，需要准确预测任务的行程时间，以任务行程时间为约束，使物料在任务截止时间之前送达。然而，任务行程时间富含动态性和不确定性而难以预测，而且，查阅agv物料搬运相关的现有文献，对调度系统的任务行程时间预测问题的研究较少，主要集中于agv调度策略优化问题，如公开号为cn111653098a的中国发明专利，而在agv任务行程时间预测方面，暂无相关研究文献。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法，通过预测自动导引车(automated guided vehicle，agv)的任务行程时间，解决了现有技术中存在的任务行程时间不能在线、连续获取更新的问题，提高了系统的效率和准时率。
5.本发明通过以下技术方案实现：
6.基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法，包括步骤：
7.步骤1：当agv系统满足任务分配触发条件时，判断agv系统中待分配任务集是否为空，若是，进入步骤1，若否，进入步骤2；
8.步骤2：根据任务调度方案制定规则，对待分配任务集制定任务调度方案，获取agv系统中的任务信息；
9.步骤3：依次判断待分配任务集中任务的类型是否为单载量agv任务，若是，进入步骤4，若否，则进入步骤5；
10.步骤4：根据单载量agv任务行程时间预测方法，确定单载量agv任务行程时间预测值，进入步骤6；
11.步骤5：根据多载量agv任务行程时间预测方法，确定多载量agv任务行程时间预测值；
12.步骤6：判断待分配任务集中的所有任务是否均确定任务行程时间预测值，若是，进入步骤7，若否，则进入步骤3；
13.步骤7：基于任务行程时间预测值，计算任务完成时间，获取延迟率；
14.步骤8：根据任务调度方案评价规则，判断任务调度方案是否最优，若是，进入步骤1，若否，进入步骤2。
15.进一步地，所述任务分配触发条件，包括周期性触发及事件触发。
16.进一步地，所述待分配任务集，为agv系统中所有已产生且未分配agv进行搬运的任务组成的集合。
17.进一步地，所述agv系统中的任务信息，包括已分配agv且未完成搬运的任务的类型、搬运起点、搬运终点、任务开始装载时间及任务截止时间。
18.进一步地，所述任务调度方案制定规则，包括任务分配规则、路径规划规则及方案调整规则。
19.进一步地，所述单载量agv任务行程时间预测方法，包括以下步骤：
20.步骤1.1：根据单载量agv任务自由行程时间计算方法，确定单载量agv任务自由行程时间预测值；
21.步骤1.2：根据交通延误时间计算方法，确定当前任务交通延误时间预测值；
22.步骤1.3：将单载量agv任务自由行程时间预测值与当前任务交通延误时间预测值累加，获得单载量agv任务行程时间预测值。
23.进一步地，所述单载量agv任务自由行程时间计算方法为：
[0024][0025]
式中，i、j、k分别为单载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的编号，i、j、k分别为单载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过路径段、直行路口以及转弯路口的数量，t
d1
、t
d2
分别为单载量agv的任务装载时间和任务卸载时间，ti、tj、tk分别为单载量agv通过第i条单路径段、第j个直行路口、第k个转弯路口的自由行程时间。
[0026]
进一步地，所述ti、tj、tk的计算方法分别为：
[0027][0028][0029][0030]
式中，si(i＝1，2...i)、sj(j＝1，2...j)、sk(k＝1，2...k)分别为第i条路径段、第j个直行路口、第k个转弯路口的长度，vi、vj、vk分别为agv在路径段、直行路口、转弯路口的速度标量，γ为单载量agv速度因子。
[0031]
进一步地，所述单载量agv速度因子γ的计算方法为：
[0032][0033]
式中，fs为单载量agv当前的负载量，f
es
为单载量agv额定负载量，α为单载量agv负
载系数。
[0034]
进一步地，α为小于1的正数。
[0035]
进一步地，所述多载量agv任务行程时间预测方法，包括以下步骤：
[0036]
步骤2.1：根据多载量agv任务自由行程时间计算方法，确定多载量agv任务自由行程时间预测值；
[0037]
步骤2.2：根据交通延误时间计算方法，确定当前任务交通延误时间预测值；
[0038]
步骤2.3：将多载量agv任务自由行程时间预测值与当前任务交通延误时间预测值累加，获得多载量agv任务行程时间预测值。
[0039]
进一步地，所述多载量agv任务自由行程时间的计算方法为：
[0040][0041]
式中，m、n、p分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的编号，m、n、p分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的数量，t
d1
、t
d2
分别为多载量agv的单个任务装载时间和单个任务卸载时间，μ1、μ2分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需装载任务数量及卸载任务数量，tm、tn、t
p
分别为多载量agv通过第m条路径段、第n个直行路口、第p个转弯路口的任务自由行程时间。
[0042]
进一步地，所述tm、tn、t
p
计算方法分别为：
[0043][0044][0045][0046]
式中，sm(m＝1，2...m)、sn(n＝1，2...n)、s
p
(p＝1，2...p)分别为第m条路径段、第n个直行路口、第p个转弯路口的长度，δ为多载量agv速度因子。
[0047]
进一步地，所述多载量agv速度因子δ计算方法为：
[0048][0049]
式中，t、q分别为多载量agv经过某路径段、直行路口或转弯路口时拖车的编号和数量，ε
t
为第t个拖车的速度因子。
[0050]
进一步地，所述第t个拖车的速度因子ε
t
的计算方法为：
[0051][0052]
式中，f
t
为第t个拖车当前的负载量，f
et
为第t个拖车额定负载量，η为多载量agv负载系数。
[0053]
进一步地，多载量agv负载系数μ为小于1的正数。
[0054]
进一步地，所述交通延误时间计算方法为：
[0055]
td＝t
ds
t
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0056]
式中，td为交通延误时间，t
ds
、t
dc
分别为任务的搬运agv在直行路口和转弯路口的累积延误时间，计算方法如下：
[0057][0058][0059]
式中，s和c分别为agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的直行路口、转弯路口的编号，s和c分别为agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的直行路口、转弯路口的数量，a、qs分别为agv到达路口时已在路口排队agv的编号和数量，la为已在路口排队的第a辆agv的长度，β为安全距离系数，τa为已在路口排队的第a辆agv的速度因子。
[0060]
进一步地，所述速度因子τa为：
[0061][0062]
进一步地，所述任务行程时间预测值，其计算方法如下：
[0063]
ty＝t
ff
tdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0064]
式中，ty为任务行程时间预测值，t
ff
为任务自由行程时间。
[0065]
进一步地，任务自由行程时间t
ff
为：
[0066][0067]
进一步地，所述任务完成时间，其计算方法如下：
[0068]
t
fe
＝se tyꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0069]
式中，t
fe
为任务完成时间，se为任务开始装载时间。
[0070]
进一步地，所述延迟率，其计算方法为：
[0071][0072]
式中，n为待分配任务集中任务总数，de为第e个任务的延迟值。
[0073]
进一步地，所述第e个任务的延迟值de的计算方法为：
[0074][0075]
式中，te为第e个任务的延迟时间，所述te的计算方法为：
[0076]
te＝t
fe-de，e＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0077]
式中，de为第e个任务的任务截止时间。
[0078]
进一步地，所述任务调度方案评价规则，为迭代次数上限规则、延迟率多次迭代无
优化规则及延迟率为零规则组成的混合规则。当满足混合规则中的某一规则时，当前任务调度方案为最优。
[0079]
与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：
[0080]
本发明提出了一种基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法，在进行任务调度时，考虑了任务行程时间的影响，解决了传统的简单的启发式调度规则可能造成多个任务延迟交付、路径不均衡等问题，能够实现任务行程时间在线、连续获取更新，提高了agv系统的效率和准时率。
附图说明
[0081]
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明：
[0082]
图1为本发明的基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法的流程图。
具体实施方式
[0083]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0084]
由于单载量与多载量自动导引车调度系统较为复杂，故对输送系统做如下假设：
[0085]
1、所有多载量agv在固定的地点集中装载，然后多载量agv按照规划好的卸载顺序进行匀速搬运输送；
[0086]
2、agv一旦开始搬运输送，不会自主更换路径、调整任务卸载顺序；
[0087]
3、空闲的多载量agv停留在特定的任务等待点等待下一个物料任务，且不影响其他多载量agv在路径网络中的通行；
[0088]
4、系统路径网络为单向单车道，不支持超车；
[0089]
5、多载量agv从前往后依次装载挂车，并以先进后出的方式卸载挂车。
[0090]
6、多载量agv卸载时间固定，如果有多个agv在同一个装卸点，则需要排队等待。
[0091]
7、在交通管控过程中不采用路径重规划的方法避免agv系统的运动冲突。
[0092]
图1为本发明所述的基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法的流程图，基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法具体包括如下步骤：
[0093]
步骤1：当agv系统满足任务分配触发条件时，判断agv系统中待分配任务集是否为空，若是，进入步骤1，若否，进入步骤2；
[0094]
当agv系统调用基于任务行程时间预测的agv系统任务调度方法时，将首先检查是否满足任务分配触发条件。当满足任务分配触发条件时，对agv系统中的待分配任务集是否为空进行判断。待分配任务集为agv系统中所有已产生且未分配agv进行搬运的任务组成的集合。若待分配任务集为空，此时无需分配agv的待搬运任务，因此无需进行任务调度，进入步骤1，等待下一次系统满足任务分配触发条件，若待分配任务集非空，则进入步骤2。
[0095]
本发明实施例中，任务分配触发条件包括周期性触发及事件触发，其中，周期性触发为固定时间间隔定期触发，事件触发为当设定事件发生时触发任务分配，本发明实施例中，设定事件包括待分配任务集中任务数达到一定数值。
[0096]
需要说明的是，任务分配触发条件也可仅选择周期性触发或事件触发，事件触发中的设定事件也可不为本发明实施例中的设定事件，如，设定事件也可为待分配任务集中出现多载量agv任务。
[0097]
步骤2：根据任务调度方案制定规则，对待分配任务集制定任务调度方案，获取agv系统中的任务信息；
[0098]
当agv系统满足任务分配触发条件且待分配任务集不为空时，根据任务调度方案制定规则，为待分配任务集中的任务制定任务调度方案，任务调度方案为给待分配任务集中所有任务分配agv及路径规划，即确定任务的搬运agv及搬运路径。在完成任务调度方案的制定后，获取agv系统中的任务信息，包括已分配agv且未完成搬运的任务的类型、搬运起点、搬运终点、任务开始装载时间及任务截止时间。
[0099]
其中，任务调度方案制定规则包括任务分配规则、路径规划规则及方案调整规则，其中，任务分配规则用于为待分配任务集中的所有任务分配agv，路径规划规则用于为待分配任务集中的任务规划路径，方案调整规则为对延迟任务重新分配agv或重新规划路径，实现延迟率的降低。
[0100]
步骤3：依次判断待分配任务集中任务的类型是否为单载量agv任务，若是，进入步骤4，若否，则进入步骤5；
[0101]
agv系统中的任务分为单载量agv任务和多载量agv任务，单载量agv任务由单载量agv负责输送，多载量agv任务由多载量agv负责输送，若当前判断的待分配任务集中的任务为单载量agv任务，进入步骤4，若否，则进入步骤5。
[0102]
步骤4：根据单载量agv任务行程时间预测方法，确定单载量agv任务行程时间预测值，进入步骤6；
[0103]
若当前判断的待分配任务集中的任务为单载量任务时，基于获取的agv系统中的任务信息，根据单载量agv任务行程时间预测方法计算得到单载量agv任务的任务行程时间预测值，在获得任务行程时间预测值后，进入步骤6。
[0104]
步骤5：根据多载量agv任务行程时间预测方法，确定多载量agv任务行程时间预测值；
[0105]
若当前判断的待分配任务集中的任务不为单载量任务时，基于获取的agv系统中的任务信息，根据多载量agv任务行程时间预测方法计算得到多载量agv任务的任务行程时间预测值，在获得任务行程时间预测值后，进入步骤6。
[0106]
步骤6：判断待分配任务集中的所有任务是否均确定任务行程时间预测值，若是，进入步骤7，若否，则进入步骤3；
[0107]
检查待分配任务集中的所有任务是否均计算获得了其任务行程时间预测值，若是，进入步骤7，若否，说明待分配任务集中还存在需计算任务行程时间预测值的任务，进入步骤3，对下一任务的类型进行判断。
[0108]
步骤7：基于任务行程时间预测值，计算任务完成时间，获取延迟率；
[0109]
在待分配任务集中的所有任务均确定任务行程时间预测值后，计算上述任务的任务完成时间，在获得上述任务的任务完成时间的基础上，计算获得当前任务调度方案的延迟率。若任务完成时间晚于任务截止时间，那么该任务为延迟任务。延迟率为按照任务调度方案，待分配任务集中延迟任务数占任务总数的比例，延迟率越低，任务调度方案越优。
[0110]
步骤8：根据任务调度方案评价规则，判断任务调度方案是否最优，若是，进入步骤1，若否，进入步骤2。
[0111]
在获得任务调度方案的延迟率后，根据任务调度方案评价规则，判断任务调度方案是否为最优方案：若是，则以该任务调度方案作为该待分配任务集的最终任务调度方案，进入步骤1，等待下一次系统满足任务分配触发条件：若否，进入步骤2，根据任务调度方案制定规则，对待分配任务集重新制定任务调度方案。
[0112]
本实施方案中，任务调度方案评价规则，为迭代次数上限规则、延迟率多次迭代无优化规则及延迟率为零规则组成的混合规则。当满足混合规则中的某一规则时，当前任务调度方案为最优。迭代次数上限规则为，累计为当前待分配任务集制定的任务调度方案总数达到某一值时，最后的任务调度方案为最优方案。延迟率多次迭代无优化规则为，当前待分配任务集连续一定次数的任务调度方案的延迟率保持不变，则最后的任务调度方案为最优方案。延迟率为零规则为，任务调度方案的延迟率为0，则该任务调度方案为最优方案。
[0113]
需要说明的是，任务调度方案评价规则，也可采用上述规则中的一种或多种，也可采用上述以外的规则。
[0114]
单载量agv任务行程时间预测方法，包括以下步骤：
[0115]
步骤1.1：根据单载量agv任务自由行程时间计算方法，确定单载量agv任务自由行程时间预测值；
[0116]
单载量agv任务自由行程时间受agv运动速度、运行路径、装卸载时间、agv运动学及动力学特性、运行路径段特征、承载状态等等多种因素的共同影响。在本发明实施例中，agv运动学及动力学特性包括agv直行速度、转弯速度、加减速特性等，运行路径段特征包括路径段、直行路口、转弯路口，承载状态包括空载、满载、带载等。单载量agv任务自由行程时间具体由单载量agv任务自由行程时间计算方法求得。
[0117]
单载量agv任务自由行程时间计算方法为：
[0118][0119]
式中，i、j、k分别为单载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的编号，i、j、k分别为单载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过路径段、直行路口以及转弯路口的数量，t
d1
、t
d2
分别为单载量agv的任务装载时间和任务卸载时间，ti、tj、tk分别为单载量agv通过第i条单路径段、第j个直行路口、第k个转弯路口的自由行程时间。ti、tj、tk的计算方法分别为：
[0120][0121][0122][0123]
式中，si(i＝1，2...i)、sj(j＝1，2...j)、sk(k＝1，2...k)分别为第i条路径段、第j个直行路口、第k个转弯路口的长度，vi、vj、vk分别为agv在路径段、直行路口、转弯路口的速
度标量，γ为单载量agv速度因子，其计算方法为：
[0124][0125]
式中，fs为单载量agv当前的负载量，f
es
为单载量agv额定负载量，α为单载量agv负载系数，α为小于1的正数。
[0126]
本发明实施例中，根据经验，α的取值范围为0.8-0.9。
[0127]
步骤1.2：根据交通延误时间计算方法，确定当前任务交通延误时间预测值；
[0128]
交通延误时间受agv自身的长度、agv之间的安全距离、单路径长度等因素影响，具体由交通延误时间计算方法求得。交通延误时间计算方法对单载量agv任务和多载量agv任务均适用，后续将对交通延误时间计算方法进一步说明。
[0129]
步骤1.3：根据任务行程时间预测值计算方法，确定任务行程时间预测值。
[0130]
任务行程时间预测值可由任务行程时间预测值计算方法获得，由任务的自由行程时间和交通延误时间共同决定。任务自由行程时间是指在没有其他agv干扰的情况下，agv在路径网络中的自由运行时间，是任务行程时间的基础。交通延误时间是指在系统中agv数量较多，发生堵塞时，agv在路口的等待时间，考虑任务自由行程时间与交通延误时间保证了任务行程时间预测的准确度。任务行程时间预测值计算方法对单载量agv任务和多载量agv任务均适用，后续将对任务行程时间预测值计算方法进一步说明。
[0131]
多载量agv任务行程时间预测方法，包括以下步骤：
[0132]
步骤2.1：根据多载量agv任务自由行程时间计算方法，确定多载量agv任务自由行程时间预测值；
[0133]
影响多载量agv任务的自由行程时间的因素与单载量相同，但在运行路径方面，单载量agv的运行路径取决于该任务的装卸载点，多载量agv的运行路径不仅取决于所有拖车的装卸载点，还与拖车的装卸顺序密切相关。
[0134]
本发明实施例中，多载量agv任务自由行程时间的计算方法为：
[0135][0136]
式中，m、n、p分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的编号，m、n、p分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的路径段、直行路口、转弯路口的数量，t
d1
、t
d2
分别为多载量agv的单个任务装载时间和单个任务卸载时间，μ1、μ2分别为多载量agv从当前任务装载到卸载期间所需装载任务数量及卸载任务数量，tm、tn、t
p
分别为多载量agv通过第m条路径段、第n个直行路口、第p个转弯路口的任务自由行程时间，tm、tn、t
p
计算方法分别为：
[0137][0138][0139]
[0140]
式中，sm(m＝1，2...m)、sn(n＝1，2...n)、s
p
(p＝1，2...p)分别为第m条路径段、第n个直行路口、第p个转弯路口的长度，δ为多载量agv速度因子，其计算方法为：
[0141][0142]
式中，t、q分别为多载量agv经过某路径段、直行路口或转弯路口时拖车的编号和数量，ε
t
为第t个拖车的速度因子，其计算方法为：
[0143][0144]
式中，f
t
为第t个拖车当前的负载量，f
et
为第t个拖车额定负载量，η为多载量agv负载系数，μ为小于1的正数。
[0145]
本发明实施例中，根据经验，μ的取值范围为0.8-0.9。
[0146]
步骤2.2：根据交通延误时间计算方法，确定当前任务交通延误时间预测值；
[0147]
交通延误时间计算方法为：
[0148]
td＝t
ds
t
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0149]
式中，td为交通延误时间，t
ds
、t
dc
分别为任务的搬运agv在直行路口和转弯路口的累积延误时间，计算方法如下：
[0150][0151][0152]
式中，s和c分别为agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的直行路口、转弯路口的编号，s、c分别为agv从当前任务装载到卸载期间所需经过的直行路口、转弯路口的数量，a、qs分别为agv到达路口时已在路口排队agv的编号和数量，la为已在路口排队的第a辆agv的长度，β为安全距离系数，τa为已在路口排队的第a辆agv的速度因子，其具体为：
[0153][0154]
步骤2.3：根据任务行程时间预测值计算方法，确定任务行程时间预测值。
[0155]
任务行程时间预测值计算方法为：
[0156]
ty＝t
ff
tdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0157]
式中，ty为任务行程时间预测值，t
ff
为任务自由行程时间。
[0158]
任务自由行程时间t
ff
为：
[0159][0160]
本发明实施例中，任务完成时间，其计算方法为：
[0161]
t
fe
＝se tyꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0162]
式中，t
fe
为任务完成时间，se为任务开始装载时间。
[0163]
需要说明的是，任务完成时间的计算方法对单载量agv任务与多载量agv任务均适用。
[0164]
本发明实施例中，延迟率，其计算方法为：
[0165][0166]
式中，n为待分配任务集中任务总数，de为第e个任务的延迟值，其计算方法为：
[0167][0168]
式中，te为第e个任务的延迟时间，其计算方法为：
[0169]
te＝t
fe-de，e＝1，
…
，n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0170]
式中，de为第e个任务的任务截止时间。
[0171]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。