《智能物联制造系统与决策》课件-第6章 智能物料精准配送方法

第六章智能物料精准配送方法2018年7月智能制造系统与决策提纲智能物料配送简介321以搬运载体为核心的主动配送模型45基于物联网的智能搬运载体原型系统设计与实现智能决策方法在智能物料配送中的应用物料任务动态配送的需求分析生产过程物料配送模式突破方向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配送1.智能物料配送简介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物料配送过程中的“资源-任务”描述1.智能物料配送简介物料、配送资源、配送任务三者之间的关系物料配送过程中的“资源-任务”描述1.智能物料配送简介（1）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。物料配送过程中的“资源-任务”描述1.智能物料配送简介（1）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物料配送过程中的“资源-任务”描述1.智能物料配送简介（2）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物料配送过程中的“资源-任务”描述1.智能物料配送简介（3）配送任务配送任务表示的是车间生产过程中的物料需求，是配送资源获取物料、执行物料配送操作的标准。配送策略2.以搬运载体为核心的主动配送模型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，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配送策略2.以搬运载体为核心的主动配送模型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配送策略2.以搬运载体为核心的主动配送模型传统的物料任务分配策略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；未考虑搬运载体的实时状态信息；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任何时间搬运载体能够根据其实时状态获取配送任务每次只针对一个搬运载体分配任务，因此复杂度是稳定的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解决方案2.以搬运载体为核心的主动配送模型基于过程感知的物料任务动态分配方法体系构架解决方案2.以搬运载体为核心的主动配送模型1.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信息的采集，并设计搬运载体端的物料配送导航方法。2.搬运载体端的实时信息感知模型和信息传递机制3.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WebService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。数学模型2.以搬运载体为核心的主动配送模型（1）目标采用完成配送任务所需配送距离、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（2）约束物料配送任务的描述方法物料配送任务的数字化描述XML代码（1）

<?xmlversion="1.0"encoding="UTF-8"?>（2）

<Job>（3）

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<JobID>JID003</JobID>（5）

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</JobInfor></Job>4.智能决策方法在智能物料配送中的应用智能搬运载体构建框架3.基于物联网的智能搬运载体服务状态配送过程信息负荷状态

正常工作闲置中维修中任务队列信息任务ID任务配送顺序……

计划完成时间实时信息模型任务配送进度

……搬运员工信息零负荷正常负荷超负荷搬运载体端的实时信息模型搬运载体的实时信息模型4.智能决策方法在智能物料配送中的应用Publicclasstrolley_shopfloor{privatestringtrolleyID=null;privatestringtrolleyName=null;……publicstringgetRatedVolume();publicstringgetStatusInfor();publicstringgetTaskQueueInfor();publicstringgetLocationInfor();publicvoidoptimizeQuene();……}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据转化成利于建立实时信息模型的有用信息，采用Java或C#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时信息获取机制实时信息封装方法3.基于物联网的智能搬运载体实时配送信息的交互机制3.基于物联网的智能搬运载体编号服务状态额定容量实时位置…….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+WebServices技术

SOAPXMLUDDIWSDL实时多源信息配送操作信息搬运载体端实时信息模型的数字化描述与发布

采用XML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4.智能决策方法在智能物料配送中的应用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。3.基于物联网的智能搬运载体两段式的物料配送任务优化分配方法流程4.智能决策方法在智能物料配送中的应用任务配送状态物料需求信息配送需求信息

未执行配送正在配送中已完成配送执行过程信息搬运载体搬运工人……

已配送时间物料编号所需物料数量

……单位物料体积任务的起始地任务的目的地任务的交货期物料配送任务的描述方法物料配送任务的信息模型4.智能决策方法在智能物料配送中的应用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4.智能决策方法在智能物料配送中的应用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（2）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体的利用情况对于最优配送任务组合选取的权重：4.智能决策方法在智能物料配送中的应用（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、搬运载体利用情况：（4）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：=完成任务组合的最短距离（5）将各个参数值带入到目标函数中，计算函数值；（6）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的任务。基于层次分析法的配送任务组合优化4.智能决策方法在智能物料配送中的应用物料配送场景设置5.原型系统设计与实现该场景主要包括以下部分：生产区域、仓储区域、智能搬运载体、其他辅助设备。物料配送场景设置5.原型系统设计与实现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——物料配送场景设置5.原型系统设计与实现十五个配送任务的信息（为了不失一般性，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普通重要紧急非常紧急物料配送场景设置5.原型系统设计与实现编号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)——————工作站区域位置编号代表的车间坐标值物料配送场景设置5.原型系统设计与实现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方法实施5.原型系统设计与实现在本文中，3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。（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。

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务信息候选配送任务信息矩阵T5方法实施5.原型系统设计与实现

（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3号搬运载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，求解得到各配送任务组合的目标函数值。参数P0L0U0wPwLwU值5.929243.92910.1430.3340.3330.333目标函数的各参数值方法实施5.原型系统设计与实现

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

)311319550.750312313071.0243133170100.97631441854