《智能物聯(lián)制造系統(tǒng)與決策》教學(xué)課件-第6章智能物料精準(zhǔn)配送方法

1、第六章 智能物料精準(zhǔn)配送方法智能制造系統(tǒng)與決策第六章 智能物料精準(zhǔn)配送方法智能制造系統(tǒng)與決策提 綱智能物料配送簡(jiǎn)介321以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型45基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用提 綱智能物料配送簡(jiǎn)介321以搬運(yùn)載體為核心的45基于物聯(lián)網(wǎng)物料任務(wù)動(dòng)態(tài)配送的需求分析生產(chǎn)過程物料配送模式突破方向物料配送任務(wù)的分配模式配送資源的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息配送任務(wù)的組合優(yōu)化車間物料配送1.智能物料配送簡(jiǎn)介推動(dòng)式物料配送拉動(dòng)式物料配送工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展；研制過程由“黑箱”模式向“透明泛在感知”的模式發(fā)展；對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)優(yōu)化提出了更

2、高要求物料任務(wù)動(dòng)態(tài)配送的需求分析生產(chǎn)物料配送模式突破物料配送任務(wù)的物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介物料、配送資源、配送任務(wù)三者之間的關(guān)系物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介物料、物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（1）配送資源搬運(yùn)載體的靜態(tài)屬性搬運(yùn)載體的動(dòng)態(tài)屬性搬運(yùn)載體ID：搬運(yùn)載體的編號(hào)，用于標(biāo)識(shí)搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體的種類：解釋是什么類型的搬運(yùn)載體，如搬運(yùn)小車、叉車等所屬車間：用于識(shí)別搬運(yùn)載體所處的生產(chǎn)車間額定容量：表明搬運(yùn)載體可以承載物料任務(wù)的最大容量服務(wù)狀態(tài)：用于說明搬運(yùn)載體所處的工作狀態(tài)，有空閑、正常工作、故障三種狀態(tài)使用人員ID

3、：識(shí)別使用該搬運(yùn)載體的搬運(yùn)工人編號(hào)配送任務(wù)序列：該搬運(yùn)載體所承擔(dān)的配送任務(wù) 配送資源是物料配送任務(wù)的執(zhí)行者，車間物料配送過程中的配送資源主要包括搬運(yùn)載體（如搬運(yùn)小車、叉車等）和搬運(yùn)工人。物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（1）物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（1）配送資源 配送資源是物料配送任務(wù)的執(zhí)行者，車間物料配送過程中的配送資源主要包括搬運(yùn)載體（如搬運(yùn)小車、叉車等）和搬運(yùn)工人。搬運(yùn)工人的靜態(tài)屬性搬運(yùn)工人的動(dòng)態(tài)屬性搬運(yùn)工人的ID：搬運(yùn)工人的編號(hào)，用于標(biāo)識(shí)搬運(yùn)工人搬運(yùn)工人的姓名：搬運(yùn)工人的名字搬運(yùn)工人的所屬車間：用于表示搬運(yùn)工人所處的生產(chǎn)車間服務(wù)狀態(tài)：

4、用于說明搬運(yùn)工人所處的工作狀態(tài)，有空閑、正常工作、事假三種狀態(tài)相關(guān)搬運(yùn)載體ID：用于說明該搬運(yùn)工人使用的搬運(yùn)載體的ID配送任務(wù)序列：該搬運(yùn)工人所承擔(dān)的配送任務(wù)物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（1）物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（2）物料 車間物料主要由兩部分組成，一部分是車間的倉(cāng)儲(chǔ)物料，另一部分是車間的在制品。與車間物料有關(guān)的參數(shù)有1）物料的編號(hào)：物料的標(biāo)識(shí)，用于識(shí)別物料信息2）物料的名稱：用于說明該物料屬于哪一種物料3）物料的所在位置：用于指示物料的存儲(chǔ)地點(diǎn)4）物料的數(shù)量：表示該物料的當(dāng)前存儲(chǔ)量5）單位物料所占的體積：用于計(jì)算相關(guān)配送的體積物料配

5、送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（2）物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（3）配送任務(wù) 配送任務(wù)表示的是車間生產(chǎn)過程中的物料需求，是配送資源獲取物料、執(zhí)行物料配送操作的標(biāo)準(zhǔn)。物料配送過程中的“資源-任務(wù)”描述1.智能物料配送簡(jiǎn)介（3）配送策略2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型以物料配送系統(tǒng)為中心采用集中式優(yōu)化方式分配物料任務(wù)，搬運(yùn)載體被動(dòng)接受來自上層的任務(wù)物料配送系統(tǒng)物料任務(wù)物料任務(wù)物料任務(wù)物料任務(wù)物料任務(wù)集中式優(yōu)化被動(dòng)式接受搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體傳統(tǒng)的物料任務(wù)分配策略配送策略2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型以物料配送系統(tǒng)為中配送策略2.以搬運(yùn)載

6、體為核心的主動(dòng)配送模型物料任務(wù)物料任務(wù)物料任務(wù)物料任務(wù)搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體基于過程感知的物料任務(wù)分配策略配送過程中的實(shí)時(shí)信息搬運(yùn)載體主動(dòng)獲取任務(wù)配送任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配以搬運(yùn)載體為中心進(jìn)行的任務(wù)分配搬運(yùn)載體處于空閑狀態(tài)時(shí)，會(huì)根據(jù)其實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過與信息服務(wù)器交互來獲取配送任務(wù)來執(zhí)行配送策略2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型物料任務(wù)物料任務(wù)物配送策略2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型傳統(tǒng)的物料任務(wù)分配策略配送資源與配送系統(tǒng)缺乏交流，難以處理計(jì)劃與執(zhí)行的偏差；未考慮搬運(yùn)載體的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；復(fù)雜度高，計(jì)算量大，優(yōu)化時(shí)間長(zhǎng)；基于過程感知的物料任務(wù)分配策略任何時(shí)間搬運(yùn)載體能夠根據(jù)其實(shí)時(shí)狀態(tài)獲

7、取配送任務(wù)每次只針對(duì)一個(gè)搬運(yùn)載體分配任務(wù)，因此復(fù)雜度是穩(wěn)定的因是實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的，因此，計(jì)劃與執(zhí)行間的偏差大大減少兩種配送策略的對(duì)比配送策略2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型傳統(tǒng)的物料任務(wù)分配解決方案2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型基于過程感知的物料任務(wù)動(dòng)態(tài)分配方法體系構(gòu)架解決方案2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型基于過程感知的物料解決方案2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型 1.具有感知和交互能力的搬運(yùn)載體構(gòu)建方法在傳統(tǒng)搬運(yùn)載體的基礎(chǔ)上引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得搬運(yùn)載體具有感知獲取配送過程實(shí)時(shí)信息的能力，完成搬運(yùn)載體與配送實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的采集，并設(shè)計(jì)搬運(yùn)載體端的物料配送導(dǎo)航方法。 2.搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)

8、信息感知模型和信息傳遞機(jī)制 3.實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的兩段式物料任務(wù)動(dòng)態(tài)分配方法分別建立搬運(yùn)載體與配送任務(wù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息模型，采用XML技術(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化描述，通過面向服務(wù)的體系架構(gòu)和Web Service技術(shù)建立搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)信息交互機(jī)制。設(shè)計(jì)一種兩段式的物料配送任務(wù)動(dòng)態(tài)分配方法和算法流程，快速的從任務(wù)池中為有任務(wù)請(qǐng)求的搬運(yùn)載體選取最匹配的配送任務(wù)，從而促進(jìn)車間物料高效配送。解決方案2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型 1.具有感知和數(shù)學(xué)模型2.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型（1）目標(biāo) 采用完成配送任務(wù)所需配送距離、配送任務(wù)的優(yōu)先級(jí)以及搬運(yùn)載體的利用情況作為優(yōu)化目標(biāo)，其數(shù)學(xué)表示為（2）約束數(shù)學(xué)模型2

9、.以搬運(yùn)載體為核心的主動(dòng)配送模型（1）目標(biāo) 采用物料配送任務(wù)的描述方法物料配送任務(wù)的數(shù)字化描述XML代碼（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） 4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用物料配送任務(wù)的描述方法物料配送任務(wù)的數(shù)字化描述XML代碼（1智能搬運(yùn)載體構(gòu)建框架3.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體智能搬運(yùn)載體構(gòu)建框架3.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體服務(wù)狀態(tài)配送過程信息負(fù)荷狀態(tài) 正常工作 閑置中 維修中任務(wù)隊(duì)列信息

10、任務(wù)ID 任務(wù)配送順序 計(jì)劃完成時(shí)間 實(shí)時(shí)信息模型 任務(wù)配送進(jìn)度 搬運(yùn)員工信息 零負(fù)荷 正常負(fù)荷 超負(fù)荷搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)信息模型搬運(yùn)載體的實(shí)時(shí)信息模型4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用服務(wù)狀態(tài)配送過程信息負(fù)荷狀態(tài) 正常工作任務(wù)隊(duì)列信息 任務(wù)IDPublic class trolley_shopfloor private string trolleyID=null; private string trolleyName=null; public string getRatedVolume (); public string getStatusInfor (); public string g

11、etTaskQueueInfor (); public string getLocationInfor (); public void optimizeQuene (); 封裝實(shí)時(shí)多源信息的采集與封裝 通過實(shí)時(shí)多源信息的獲取機(jī)制將物聯(lián)網(wǎng)裝置獲取的車間原始配送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成利于建立實(shí)時(shí)信息模型的有用信息，采用Java或C#等編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息封裝，為建立實(shí)時(shí)信息模型提供標(biāo)準(zhǔn)輸出實(shí)時(shí)信息獲取機(jī)制實(shí)時(shí)信息封裝方法3.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體Public class trolley_shopfloor實(shí)時(shí)配送信息的交互機(jī)制3.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體編號(hào)服務(wù)狀態(tài)額定容量實(shí)時(shí)位置.1空閑50(10,20).信

12、息服務(wù)器智能搬運(yùn)載體可操作的實(shí)時(shí)多源信息配送任務(wù)優(yōu)化分配方法SOA + Web Services 技術(shù) SOAPXMLUDDIWSDL實(shí)時(shí)多源信息配送操作信息實(shí)時(shí)配送信息的交互機(jī)制3.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能搬運(yùn)載體編號(hào)服務(wù)狀搬運(yùn)載體端實(shí)時(shí)信息模型的數(shù)字化描述與發(fā)布 采用XML技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)信息模型進(jìn)行數(shù)字化描述，利用搬運(yùn)載體的實(shí)時(shí)信息交互機(jī)制傳遞信息服務(wù)器，最終完成其發(fā)布4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用搬運(yùn)載體端實(shí)時(shí)信息模型的數(shù)字化描述與發(fā)布 采用X搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)配送導(dǎo)航 搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)配送導(dǎo)航為車間物料任務(wù)的配送提供導(dǎo)航信息，使搬運(yùn)載體不僅能夠承載物料，還能起到配送導(dǎo)航的作用。3.基于物聯(lián)網(wǎng)

13、的智能搬運(yùn)載體搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)配送導(dǎo)航 搬運(yùn)載體端的實(shí)時(shí)配送導(dǎo)兩段式的物料配送任務(wù)優(yōu)化分配方法流程4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用兩段式的物料配送任務(wù)優(yōu)化分配方法流程4.智能決策方法在智能物任務(wù)配送狀態(tài)物料需求信息配送需求信息 未執(zhí)行配送 正在配送中 已完成配送執(zhí)行過程信息 搬運(yùn)載體 搬運(yùn)工人 已配送時(shí)間 物料編號(hào) 所需物料數(shù)量 單位物料體積 任務(wù)的起始地 任務(wù)的目的地 任務(wù)的交貨期物料配送任務(wù)的描述方法物料配送任務(wù)的信息模型4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用任務(wù)配送狀態(tài)物料需求信息配送需求信息 未執(zhí)行配送執(zhí)行過程信息實(shí)時(shí)配送需求驅(qū)動(dòng)的配送任務(wù)預(yù)優(yōu)化1任務(wù)優(yōu)先級(jí)確定:反映對(duì)物料需求的

14、緊迫程度本文根據(jù)交貨期確定2候選配送任務(wù)集:按照配送任務(wù)優(yōu)先級(jí)由高到低順序選取任務(wù)體積不得超過載體額定容量3可行配送任務(wù)組合:配送任務(wù)構(gòu)成配送任務(wù)組合任務(wù)組合體積不得超過載體額定容量4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用實(shí)時(shí)配送需求驅(qū)動(dòng)的配送任務(wù)預(yù)優(yōu)化1任務(wù)優(yōu)先級(jí)確定:2候選配送基于層次分析法的配送任務(wù)組合優(yōu)化（1）構(gòu)建配送任務(wù)組合優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)（2）根據(jù)建立的層次分析模型計(jì)算配送距離、配送任務(wù)組合的優(yōu)先級(jí)以及搬運(yùn)載體的利用情況對(duì)于最優(yōu)配送任務(wù)組合選取的權(quán)重：4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用基于層次分析法的配送任務(wù)組合優(yōu)化（1）構(gòu)建配送任務(wù)組合優(yōu)化的（3）計(jì)算搬運(yùn)載體完成配送任務(wù)組合所需

15、的配送距離、優(yōu)先級(jí)、搬運(yùn)載體利用情況：（4）計(jì)算配送距離、配送任務(wù)組合優(yōu)先級(jí)以及搬運(yùn)載體利用情況的平均數(shù)：=完成任務(wù)組合的最短距離（5）將各個(gè)參數(shù)值帶入到目標(biāo)函數(shù)中，計(jì)算函數(shù)值；（6）選出具有最大函數(shù)值的配送任務(wù)組合，作為搬運(yùn)載體要去執(zhí)行的任務(wù)?；趯哟畏治龇ǖ呐渌腿蝿?wù)組合優(yōu)化4.智能決策方法在智能物料配送中的應(yīng)用（3）計(jì)算搬運(yùn)載體完成配送任務(wù)組合所需的配送距離、優(yōu)先級(jí)、搬物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 該場(chǎng)景主要包括以下部分：生產(chǎn)區(qū)域、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域、智能搬運(yùn)載體、其他輔助設(shè)備。物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 該場(chǎng)景主要包括物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四個(gè)搬運(yùn)載體的實(shí)時(shí)狀

16、態(tài)信息搬運(yùn)載體編號(hào)服務(wù)狀態(tài)額定容量負(fù)荷狀態(tài)實(shí)時(shí)位置1正常工作15正常負(fù)荷(10,35)2正常工作15正常負(fù)荷(70,45)3閑置中15零負(fù)荷(20,55)4維修15零負(fù)荷物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四個(gè)搬運(yùn)載體的實(shí)時(shí)狀態(tài)物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 十五個(gè)配送任務(wù)的信息（為了不失一般性，這里所列的配送任務(wù)并未考慮車間生產(chǎn)時(shí)工作站之間的工序限制）任務(wù)編號(hào)起始地目的地交貨期索引編號(hào)占用體積優(yōu)先級(jí)1110150IID11112514140IID2313209130IID3514225120IID41215713110IID5816411100IID64173890IID71028

17、17780IID8629102870IID9921016460IID10721115750IID1153129240IID12731312630IID1310314132420IID144415141910IID1564普通重要緊急非常緊急物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 十五個(gè)配物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編號(hào)In-bufferOut-buffer編號(hào)In-bufferOut-buffer編號(hào)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,

18、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)工作站區(qū)域位置編號(hào)代表的車間坐標(biāo)值物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編號(hào)In-buffer物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編號(hào)坐標(biāo)編號(hào)坐標(biāo)編號(hào)坐標(biāo)編號(hào)坐標(biāo)15(125,10)19(125,40)23(125,70)27(125,100)16(140,10)20(140,40)24(140,70)28(1

19、40,100)17(155,10)21(155,40)25(155,70)29(155,100)18(170,10)22(170,40)26(170,70)30(170,100)儲(chǔ)區(qū)域位置編號(hào)代表的車間坐標(biāo)值物料配送場(chǎng)景設(shè)置5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)編號(hào)坐標(biāo)編號(hào)坐標(biāo)編號(hào)坐方法實(shí)施5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在本文中，3號(hào)搬運(yùn)載體處于閑置狀態(tài)，因此接下來的方法實(shí)施是圍繞3號(hào)搬運(yùn)載體進(jìn)行的。（1）按照優(yōu)先級(jí)由高到低的順序選取若干個(gè)配送任務(wù)形成候選配送任務(wù)集。 任務(wù)編號(hào)起始地目的地交貨期索引編號(hào)占用體積優(yōu)先級(jí)1115750IID1153129240IID12731312630IID1310314132420

20、IID144415141910IID1564候選配送任務(wù)集中的任務(wù)信息候選配送任務(wù)信息矩陣T5方法實(shí)施5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在本文中，3號(hào)搬方法實(shí)施5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （2）根據(jù)上節(jié)所述的可行配送任務(wù)組合的構(gòu)建方法，形成多個(gè)與3號(hào)搬運(yùn)載體相關(guān)的可行配送任務(wù)組合：（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）基于層次分析法的配送任務(wù)組合優(yōu)化方法，求解得到各配送任務(wù)組合的目標(biāo)函數(shù)值。參數(shù)P0L0U0wPwLwU值5.929243.92910.1430.3340.3330.333目標(biāo)函數(shù)的各參數(shù)值方法實(shí)施5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （2）根據(jù)上節(jié)所述的可行方法實(shí)施5.原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 各個(gè)可行配送任務(wù)組合的參數(shù)值及目標(biāo)函數(shù)值載體編號(hào)配送任務(wù)組合PcLcUcf ( Pc, Lc, Uc )311319550.750312313071.0243133170100.976314418540.796315420060.829311,126235121.078311,136305151.097311,14730590.956311,157275111.051312,147295111.