【《AGV调度问题发展研究的文献综述》6600字】

AGV调度问题发展研究的文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u30641AGV调度问题发展研究的文献综述 1135141.1AGV及其调度问题 1140771.1.1AGV的定义 116281.1.2AGV调度系统定义 1202351.1.3AGV调度问题 2262491.2研究意义 3188481.3发展现状 5269001.4AGV的应用 78255参考文献 91.1AGV及其调度问题1.1.1AGV的定义国家标准对AGV的定义是：AGV：装备有电磁或光学等自动导引装置，由计算机控制，主要移动方式为轮式移动，自带动力或动力转换装置，并且能够沿规定的导引路径自动行驶的运输工具，一般具有安全防护、移载等多种功能。用普通用户的视角来看，AGV可以理解为是一个可以完成装卸搬运货物的移动机器人，是仓储物流车间中的机器“搬运工”，把货物从A处运到B处，因此AGV的大部分研究也是包含在移动机器人领域内的。1.1.2AGV调度系统定义国家标准对AGV调度系统的定义是：调度系统：在上位控制系统中用于任务调度、车辆管理及交通管理的控制软件。对于单独一个AGV来说，其工作流程和工作原理其实并没有多么复杂。比如说机床要加工零件时，上位机电脑控制系统给AGV的调度控制中心发出请求命令，调度系统派出一台AGV车辆（机器人）前去把材料从仓库运送到机床。这个过程我们可以称之为一个“任务”，所以AGV的任务就是在货物存放区和目的地之间来回移动。在这个例子中，机床（用户）只是提出了需求（我在什么时间，什么地点，需要什么材料），至于选择哪一辆AGV运送零件原料，AGV该沿哪条路线运动，这些都是调度系统的工作。调度系统一旦为AGV指定好路径后，AGV上的车载控制器会根据指令完成具体的运动控制任务，例如速度保持在多少，遇到路口转向时轮子怎么转动等等。所以在一个完整的大系统中，AGV调度系统位于上层控制系统和底层控制系统的中间，其到管家的作用。但是对于多个AGV，调度问题的难度直接上升了一个量级，系统中AGV的数量越多，处理难度越大。因此，调度控制的算法设计便是AGV控制系统中最关键的技术。所以，即便目前市场上的主营AGV技术的公司有非常多家，但是能有自主研发调度技术的企业并没有多少，而能够真正把调度系统优化好、能够最高效率地利用AGV系统的企业更是凤毛麟角。实际应用中的AGV调度系统，其的功能通常包括：任务管理，车辆状态实时监控，路径规划，地图编辑，数据库查询等。1.1.3AGV调度问题在外行人眼中对于AGV调度系统这个概念，可能未必了解其中的工作原理，但对此光从字面上看也会产生一些感性的认识。如果此时你正在火车站或者飞机场里使用电脑浏览本文，那么你同时正在经历两种调度过程：大量的火车和飞机需要调度，与此同时你电脑里的操作系统也在对大量的任务进行调度。当很多事件同时发生，而且存在竞争时就需要调度了。如果只有一个事件发生，那么所有资源都由这个事件支配（火车可以在任何一条铁轨上跑），我们不需要调度；如果多个事件同时发生，但是没有竞争关系（美国的一列火车和中国的一列火车），我们也不需要调度，因为它们不会发生冲突。首先，我们应该能分辨一个问题是不是调度问题。假设工厂中只有一台AGV在工作，此时调度问题就退化成单纯的路径规划问题了。不需要考虑该将任务分配给哪台AGV，也不需要考虑在路口相遇时，谁先谁后。所以调度问题的前提是多个AGV共享路径网络，换言之是AGV之间存在资源（空间）争夺。就像马路上的车辆一样，都是赶时间前往各自的目的地，如果每个司机都只考虑自己而不考虑对方，那么后果大概就是大家都拥堵在一起，谁都别想走。所以，调度系统是非常有存在的必要的。多数情况下，调度系统需要统筹所有AGV的行为，它追求的不是某几个AGV的最适解决方案，而是要使整体的效率达到最高。我们可以设想一下，能不能做一款调度软件来调度一个城市里所有的车辆，让整体解是最优的。这个最优解一定存在，但是实际不可能有这种完美的解决方案的，有两个难点：首先，调度系统需要输入和存储非常巨量的信息，第二个问题是，调度问题的复杂程度随着其系统内控制的机器数量呈指数形式增加。若只有少数的几十辆车，还可以以现在计算机硬件以及设计合适的算法勉强解决，如果数量增加到成千上万辆车，那以现在的普通工程用计算机的CPU的算力，基本没有实现的可能。所以综合对以上问题的考量，我们在设计和解决AGV调度问题时需要根据实际情况做出取舍，合理利用工作环境中所能提供的条件，以达到一个尽量合理的解决方案。1.2研究意义在人口老龄化的大环境下，我国国内的人力成本不断增高，产业结构的进一步升级带来了非常大的压力，此外，还有一些行业因为技术水平的限制、工作环境恶劣等因素造成了严重的“招工难”现象。还有就是现今制造业的发展，随着科技水平不断地提高，现代工厂对生产力、鲁棒性的要求与以往不同日语，如今的社会对生产力的提高的有了迫切的需求。2015年二月，根据IFR发布的《2014年世界机器人统计数据报告》，预测到2017年，在中国的制造行业在加工制造以及装配车间等场所所使用的工业机器人的数量将由现有的16.2万台增加到42.8万台。由此可以推测出，到了2017年，工业机器人在中国的使用量将攀升到世界第一，制造企业自动化程度也会达到世界领先水平。然而，据学者统计，我国制造业的整体水平还是与发达国家存在着一定的差距，在车间仓储物流过程中运输效率比较低、运输成较高等。由此AGV技术应运而生。作为作为现代制造产业的一个新成员，AGV车辆可以根据工厂不同的生产需要、工艺流程、仓储要求等情况随时对工作做出调整，降低了车间里对工人的需求、组成了智能化物流系统、提高了鲁棒性、消除了传统物流的局限性。这样的系统自动化程度高、安全可靠、维修方便、与传统的输送带和传送线相比运行过程中无噪音无污染运行成本低廉等优点，AGV车辆自动运输系统在我国的烟草、汽车组装、制造业等方面有广大的发展前景。美国运输与物流协会（AST&L）对AGV的定义是这样的：AGV（AutomaticGuidedVehicle）是一种使用电力驱动的，以工控机（IPC—IndustrialPersonalComputer）作为逻辑核心，具备一台以上动力设备以及定位、寻径功能，能在预设的路径轨道中完成运输任务的物资输送装置。它的研究与发展涉及到计算机、自动化、信息传输、机械结构设计和软件编程等多个学科领域的知识，集机电一体化、光电子学、通信技术、自动化技术及计算机技术于一身的现代化仓储物流运输技术。在大型车间里如何正确进行对于AGV车辆（机器人）的系统调度这一重要相关技术研究课题，当前国外技术研究及其发展重点方向大多指的是将AGV车辆（机器人）在其行驶的运动过程中所可能存在的技术问题，对调度问题的关注并不多；国内针对AGV车辆或类似的相关技术课题研究大都集中在以机械臂为关注点的车间调度，而机械臂的工作方式仅仅是在工作台或者仓库这种工作环境中对物料的上下料操作，与AGV车辆（机器人）系统调度的关系不大。使用AGV车辆（机器人）智能物流系统可以非常高效地提高企业制造生产或仓储物流的工作效率以及仓储车间的自动化水平，而对AGV车辆（机器人）的调度则是整个运输系统中核心，起着协调系统中每一辆AGV车辆（机器人）之间的工作的作用。因为生产车间内工件以及物料的运输任务是由AGV车辆（机器人）执行，因此AGV车辆（机器人）的调度方案制定的合理可行性将会直接影响整个生产设备车间的实际工作效率,所以AGV车辆（机器人）的调度解决方案对于整个AGV车辆（机器人）的系统都有着十分重要的意义。本文是针对AGV车辆（机器人）调度存在的问题,结合实际的情况增加假设的条件对于车间生产制造控制系统的AGV调度方法进行了优化,对于车间制造工作效率的改善具有一定价值。AGV技术应用的意义有以下这些方面：（1）先进性：AGV技术的研究与发展涉及到计算机、自动化、信息传输、机械结构设计和软件编程等多个学科领域的知识，集机电一体化，光电子学，通信技术，自动化技术及计算机技术于一身。定位精准，自动化程度较高。（2）灵活性：AGV系统设备可以很便捷地与各类大型生产线、设备以及装配线、运输线等机械设备、仓储、工作台和多个RS/AS/出入口等多个大型作业管理平台设备进行相互配合。按照在企业实际操作过程中的各种应用情况和不同需求对其进行功能组合,以不同应用形式的设计方法对其进行功能组合,达到所需要设定的企业预期工作目标基本功能。以最大限度缩短物流周转周期、减低能源消耗、实现物料与加工物料与生产等的柔性对接，最大程度地提高生产效率。（3）可靠性：每时每刻AGV车辆（机器人）与主系统之间进行着信息数据的交换发生在AGV车辆（机器人）系统工作运行过程中，依附于后台设置好的数据库系统，调度系统能为AGV车辆（机器人）实际工作中遇到的各种突发情况快速有效的做出分析和判断，并迅速做出合理的调整，在消除人为因素干扰的情况下，充分保障了AGV车辆（机器人）作业过程中的可靠性，完成任务的及时性，数据信息的准确性。（4）独立性：在一些极端条件下，比如说没有其他系统或装置的支持，单独的AGV车辆（机器人）也可以以自身作为一个独立的系统，作为一个独立单元完成一些任务。（5）兼容性：相对于单个设备独立工作，AGV系统更善长于与其它系统如：调度系统、生产管理系统、监督管理系统等将这些功能紧密地结合在一起进行操作，这就说明AGV系统在设计上具有良好的兼容性和高度的适应能力。（6）安全性：作为无人驾驶的智能物流运输车辆。AGV车辆能够在一些不太适合于人类生活和工作的恶劣条件下，例如在高温、低辐射的场合里进行正常的运转。另外AGV车辆还具备了智能化的信息采集和分辨判别处理的自动控制功能和交通管理、应急刹车、安全防范、故障预警、多层次的警示等技术手段。1.3发展现状若一个系统中，仅仅包含一辆AGV，那么他的工作原理和控制流程并不复杂，但对于包含有多个AGV的调度系统，我们所需要考虑的问题就会变得非常复杂，AGV数量越多，难度越大。目前在国内市场上，在调度系统方面，市场上一些有核心技术的AGV企业会采用自己研发的调度系统，而对于另一部分没有核心技术的企业则会选择采购有调度系统开发成品的厂家合作，购买相关系统软件。对于自主研发的AGV调度系统，一方面是由于市场竞争的必要性，出色的软件及硬件实力的应用领域更能赢得别人的好感，也可以提升企业在市场上的竞争力，另一方面也可以减少在这方面用来采购的费用，内部技术升级和重复工作可以完成得更好。按照市场需求，目前在世界仓储机器人领域，已经有了实现上千数量级的调度系统。2018年菜鸟公司在无锡机器人仓中上线的AGV仓储物流系统中，已经实现了700多台AGV协同工作。与仓储AGV机器人不同的是，叉车AGV或者其他激光导航的重载AGV产品，因为应用情况相对复杂，且同一场景实际应用数量并不太多，多机协同作业技术难度大，一般的调度系统能调度的数量大概在几十台左右，上百台的并不多。目前规模最大的应该是科尔摩根NDC在英国某乳品企业中同时调度110多台激光叉车AGV，据了解，在叉车领域，科尔摩根NDC8经典AGV调度系统单个系统可以最大项目达到120台，目前其国内合作伙伴在轮胎行行业实际单个系统实施到50台左右。除了数量和规模需要进一步增加的问题之外，调度系统目前的应用还存在兼容性的问题，同一品牌的AGV车辆（机器人）用一个调度系统，但两家不同品牌的AGV要想在一个系统里兼容目前还很难实现，因此，需要推动相关接口规范与统一。中国移动机器人（AGV）产业联盟正在着手制定的《工业应用移动机器人数据通信接口规范》团体标准，就是在推动相关产品通信协议与接口规范化，据悉，该标准将在年内推出，未来将有助于调度系统的进一步优化。综合各方面因素，虽然自研调度系统有一定的好处，但因为技术门槛高、需要的投入也大，对于有些中小公司来说并不经济划算，因此它们会选择与专门的调度系统厂家合作。最开始，市场上大多是使用国外的调度系统，科尔摩根NDC占据了大部分的市场，不过伴随着国内AGV产业的不断发展，国产软件商也在不断精进技术，满足市场需要。表1-1：国内部分专业调度系统厂商及其产品公司名称发展现状上海宾通2017年成立，以机器人算法为核心，提供柔性制造与智慧物流系统软件和解决方案，其多机调度系统已经有了成熟的市场应用。深圳格局2016年成立，以技术为中心的创新型高科技公司。专注于移动机器人行业，为机器人行业集成商、设备商和终端客户提供专业性的软件解决方案、核心零部件和定制化服务。悦飞科技2013年成立，主要产品有AGV控制系统、AGV调度系统、WMS系统。凯钒科技2017年成立，产品包括AGV控制系统、WMS、WCS、MES、ERP等。中极智能2018年成立，专注于企业内部物流工业车辆的无人驾驶控制器、多智能体调度系统等。从上表可以看出，目前国内一些专门的调度系统厂商成立时间都并不久，一方面主要是因为此前国内整体的AGV产业都并不发达，专门的软件公司市场不大，另一方面则在于技术限制，与国外的差距过大，市场基本上处于被外企垄断阶段。但伴随着仓储机器人引爆国内市场，AGV的规模化应用对系统的大规模集群调度有了更高的要求，AGV厂商开始在调度系统方面下功夫，同时，市场的扩大也催生了一波专业的优质国产调度系统厂商。1.4AGV的应用AGV智能物流系统在我国的制造行业中，已经有了非常广泛的应用，主要用于仓储、加工制造、产品装配、物料分发等方面。（1）仓储业仓储行业是最早采用了AGV智能物流系统的行业。现如今，全世界大约有两千多座仓库使用了AGV车辆（机器人）系统进行仓储运输，在这些系统中大约使用了两万多台AGV车辆（机器人）。据一家研究开发机构透露，2000年海尔集团在投资建设智能型立体仓库时，使用了柔性AGV车辆（机器人）装卸系统。多辆AGV车辆（机器人）每天可以完成超过2万次的仓储和运输任务。其原因主要有两点：第一，货物运输需求在行业发展中的增长速度是非常快的，而人力运输方式一般货损率高，效率低。第二，传统的人工运输运营降低了仓库企业的自动化、信息化、智能化程度，难以对大量的仓储任务进行管理和信息反馈。（2）制造业AGV系统广泛应用于制造业生产线中。灵活的AGV系统由多辆AGV车辆（机器人）组成，可根据不同突发情况随时调整AGV车辆（机器人）运输路径、实际订单需求、生产流程、紧急程度等，增加系统的“鲁棒性”。随着企业的发展，技术企业的附加值和企业竞争中包含着决定性因素，技术越先进企业的利润越高，保有新技术的企业的利润越多，走上这条路的企业越多。某汽车企业研发中心的权威人士指出汽车制造业的未来发展蓝图是智能化、信息化、活性化、灵活化。AGV车辆（机器人）的出现将对未来制造商的发展起到很好的促进作用。（3）汽车装配美国通用汽车公司（GeneralMotorsCompany，GM）的汽车生产线中使用的AGV数量占整个公司所有的部件生产线的90%，欧洲各国将57%的AGV车辆（机器人）用于汽车组装线。要求对各加工环节之间的FMS物流效率高，AGV车辆（机器人）灵活的物流运输系统具有较好的鲁棒性可以供应的方案,根据对实际生产需求,AGV车辆（机器人）的轨道路径,通过编程系统途径改变分配执行运输任务的整个运输系统能够更好地达到预期目标。目前，国内部分汽车零部件组装流水线和发动机安装流水线专门适应AGV车辆（机器人）系统，汽车总装以及发动机、变速器等重要零部件的组装，取代了传统的流水线或流水带。AGV系统还可以通过调度方式，改变AGV车辆（机器人）路径轨道等，实现汽车组装过程中的混流作业以及定制生产等。AGV车辆（机器人）系统在其他领域也有广泛的应用。在军事领域，以AGV车辆（机器人）的自动驾驶为基础进行进一步改造，使其能够执行设置高放射性物质、拆除爆炸物等高风险任务。在胶片的生产过程中，AGV能在黑暗环境中正常地运送材料。AGV车辆（机器人）系统将从接收区接收的邮件运送到处理区，再由处理区运送到投递区。如图1-1即为AGV在不同行业中的应用。图1-1AGV车辆在各种工业环境中的应用参考文献[1]唐恒博，陈卫东，王景川，等．高精度高鲁棒性的轨道机器人全局定位方法[J]．机器人，2013(05)：623-629．[2]李鑫瑶.基于文化算法的柔性作业车间调度问题研究[D].福州大学，2017.[3]陆远,冯睽睽,胡莹.单个AGV车辆（机器人）多个搬运请求的调度算法研究[J].