巷道堆垛式自动化立体车库图1建模与调度研究

巷道堆垛式自动化立体车库图1建模与调度研究

0自动化立体车库的应用目前，中国汽车产量迅速增长，城市有限面积难以提供足够的停车位。因此，将停车场转移到三维空间已成为解决城市停车问题的重要手段。立体车库在一定程度上缓解了城市静态交通问题。近年来,随着科技的发展,巷道堆垛式立体车库技术日趋成熟,并且逐步成为一种全自动化高密度的立体车库。巷道堆垛式自动化立体车库,为电梯附加行走机械而成,容车数量一般在100辆以上。在高峰存取时刻(如上下班高峰期),巷道堆垛式立体车库受限于堆垛机数量以及轨道长度,最远车位一般一次取车需要2min,这使得社会总等候时间较大,依次取车到第20辆时约需30min以上。为解决高峰存取时效性的问题,本文拟将该“一轨双车”技术应用于该立体车库中。传统的接车往复运送调度模式,很难满足日益丰富的物流方案的需求,而“一轨双车”技术的出现,可以很大程度缓解特定时间段内存取调度的压力,在国内自动化立体仓库系统中已有成功的案例。本文将以“U型”轨道的立体车库(图1)为例进行研究,探讨“一轨双车”轨道模型、存取车过程,通过比较社会总等候时间来分析其可行性。1u型巷道堆垛式自动化立体车库u型轨道模型巷道堆垛式自动化立体车库的原理是通过立体车库内的堆垛机沿X、Y、Z方向的运动将汽车从地面入口处运送到指定的车位并与之泊接,或者利用堆垛机载车平台上的载车板横移装置将汽车连同载车板移送至该车位,或将已存入车位的汽车移送至堆垛机平台上,再由堆垛机运送至地面出入口处。图2是巷道堆垛式自动化立体车库U型轨道的简易模型。该种车库有2个出入口,分别为A和B,有一辆堆垛机车。堆垛机车可以在A、B出入口之间的轨道内任意驱动。取车时,堆垛机车根据存取位置的不同就近选择出入口A或B。这是现阶段U型巷道堆垛式自动化立体车库的工作过程。本文所要探讨的一轨双车式轨道模型是用两辆堆垛机车配合完成存取车的模型,如图3所示。这种立体车库也有2个出入口,与上述车库相同;不同之处是此车库有2辆堆垛机车,机车A和机车B,其中,机车A只能在A口处存取车辆,机车B只能在B口处存取车辆。根据需要调度车辆数量的多少,将工作模式分为2种:一般运作模式和高峰运作模式。一般运作模式是指存取车辆较少时的一种运作模式,只需要一辆堆垛机车即可,其工作过程与上述的现阶段U型立体车库工作过程相似;而当某一时刻车辆存取需求增大时,就需要A、B两辆堆垛机车同时运行以保证在最短的时间内调度完所有车辆。2最佳调度约束条件将该轨道分为3个区间,分别为a轨道区间、b轨道区间和ab轨道区间,其中a与b轨道区间相对称,而ab轨道区间是整个轨道区间中央的一小段。规定在高峰存取工作时,a轨道只允许A机车运行通过,b轨道只允许B机车运行通过,而两辆机车均可以在ab运行通过。如若a、b两轨道内车的个数相近(或相等),只需要调节ab轨道内的取车个数,使得A机车和B机车所取的车的数量大致相等即可使得整个系统处于最佳状态运行;如若a区间或者b区间某侧所需调度车数较多时,假设令Sa值较大,则当A机车在取车时,可以先将a轨道的车放到ab轨道中,然后再折返回去取送a轨道内的车。在高峰时期,所需要调度的车辆数量较为庞大。为了便于研究,在此认为a、b和ab轨道上的车辆均匀分布。上述3个轨道所需要调度的车辆数分别为Sb和Sab,当a、b轨道内的车辆数目不平衡时,A机车需要调度到ab轨道内车辆数为:选择在a轨道上的最靠近ab轨道的“2ΔS”区间内的车选作调度选取车,即此区间位于a轨道区间并且与ab轨道区间相邻,该区间内所需要调度的车辆数量为2ΔS。在这种情况下,则需要比较该一轨双车方案调度的总时间与单个机车调度到A口和B口的时间和值,即2TS与(TA0+TB0)的大小关系。图4是调度的车辆停车位置到出入口处的距离l与其所需要时间t的关系图,即:其中系数k与机车运行的速率有关,t0则代表机车加减速损耗的时间与存取车辆所需时间之和。令a轨道、b轨道和ab轨道的长度分别为:la、lb和lab,则该情况下情,A机车和B机车调度工作的时间分别为:用TB减去TA得在设计轨道长度时,我们考虑机车运行通过轨道和ab轨道的总时间不小于装载下放动作的时间,所以:也就是而该系统下的等候总时间是选取时间较大的那个量,即:由(2)式可知:最终得到TS的值为:其中,式(1)也是一轨双车立体车库模型轨道长度的设计约束条件。如若单独使用A机车或者B机车,令其调度所有车辆所需的时间分别为TA0和TB0,则:所以:而2TS为:可以很直观地看出,2TS与(TA0+TB0)算式相比,除第二项相等之外,第一、三两项均小于(TA0+TB0),所以有:由式(4)可知,2TS的值是小于(TA0+TB0)的,即如若两侧所需要调度的车辆在各自轨道区间内大致均匀分布并且存在比较大的偏差时,U型“一轨双车”式巷道堆垛自动化立体车库相比较于传统U型巷道堆垛式自动化立体车库,其将高峰时刻所需的时间缩短至少一半。3自动化立体车库需求增本文以时间为参数,通过比较两种模式下自动化立体车库调度所需的总时间,阐述了“一轨双车”技术应用于自动化立体车库的可行性。“一轨双车”技术可以在很大程度上缩短高峰时刻下立体车库车辆所需调度的时间,并且当遇到所需要调度车辆的数量偏差较大的情况时,该方法可以很好地进行平衡调节。然而在该种运行模式下,对机车的调度、加减速等控制参