[发明专利]自动化集装箱码头装卸设备的重调度方法

权利要求书

1.一种自动化集装箱码头装卸设备的重调度方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：建立三阶段设备的模型；

步骤2：确定三阶段中各设备的调度状态；

步骤3：确定三阶段中各设备的重调度；

首先，通过集装箱码头的状态监测控制器提供优化所述三阶段中各设备的调度方案；然后经过一个时间周期，所述状态监测控制器测量所述三阶段中各设备的实际位置和实际速度；根据所述实际位置和实际速度的状态测量值更新即将进行的一个任务所需最小完工时间；之后根据所述即将进行的一个任务所需最小完工时间使所述状态监测控制器监测更新的一个任务时间；最后所述状态监测控制器为相互作用的所述三阶段中的各设备确定新的调度方案；

所述步骤1进一步包含：三种类型设备，即依次位于运输岸侧的船与堆区间的堆点之间的一个岸桥、多个自动引导车与场桥；所述三种类型的设备运输操作建立模拟成一个三阶段混合流水车间模型，即

定义为集装箱i在船上的位置；定义为集装箱i从岸桥转移到自动引导车转移点；定义为集装箱i从自动引导车转移到场桥转移点；被定义为集装箱i在堆区的存储位置；

第一阶段有两个操作和表示岸桥从到表示岸桥载着集装箱i从到

第二阶段有两个操作和表示自动引导车载着集装箱i从到表示卸载集装箱i后自动引导车从返回到

第三阶段有两个操作和其中表示场桥运输集装箱i从到表示卸载集装箱i后场桥从到所述一个任务定义为将一个集装箱i从船上到堆区的堆点位置的完整的运输过程；根据所述三阶段混合流水车间模型建立相应的数学模型，即

假设有n个集装箱需从船上运输至堆区的一个任务；定义Φ是所述任务的集合满足|Φ|＝n的条件；引进两个虚拟作业任务0和n+1，定义Φ₁＝Φ∪{0}和Φ₂＝Φ∪{n+1}；

任意一台设备在所述三阶段中任意一阶段所完成的一个任务，对于此任务的前续任务和后续任务满足时间约束条件：即

对于和

α_ij＝1表示在第一阶段任务i在任务j之前加工，否则，α_ij＝0；

β_ij＝1表示在第二阶段任务i在任务j之前加工，否则，β_ij＝0；

γ_ij＝1表示在第三阶段任务i在任务j之前加工，否则，γ_ij＝0；

是加工时间，是加工时间，h1∈{1，2，3}，h2∈{1，2}；

a_i是任务i第一阶段的完成时间，a_j是任务j第一阶段的完成时间；

b_i是任务i第二阶段的完成时间，b_j是任务j第二阶段的完成时间；

c_i是任务i第三阶段的完成时间，c_j是任务j第三阶段的完成时间；

M是一个正数；每个阶段中的设备必须是正好有一个前续任务和一个后续任务；根据此假设条件对离散决策变量α_ij、β_ij和γ_ij附加等式约束；其约束条件为，对于第一个即将加工的任务j(j∈Φ)，α_ij、β_ij和γij(i，j∈Φ，i≠j)必须是0，对于最后一个任务i，α_ij、β_ij和γij也必须是0；所述集合Φ₁和Φ₂是用来满足包含第一个任务和最后一个任务的额外的限制条件；这些约束条件如下：

∑_i∈Φα_0i＝m₁，

∑_i∈Φ2α_i(n+1)＝1，

∑_i∈Φβ_0i＝m₂，

∑_j∈Φγ_0j＝m₃；

式中i∈Φ；m₁代表岸桥数量，m₂代表自动引导车数量，m₃代表场桥数量；所述步骤2进一步包含：对所述三阶段中各设备的时效调度和能效调度状态的确定；

对于时效调度，此调度目的是最小化最大完工时间，即最小化n个任务完成时间的最大值；所述最大完工时间定义成所有任务在第三阶段完工时间的最大值，即满足max d＝{c₁，c₂，...c_n}，也就是||d||_∞条件；

时效调度的目标是受限于离散事件动态的条件下最小化最大完工时间；假设在这个调度问题中设备加工一个任务的时间是固定的，通过此假设条件定义时效调度问题，即

其中，

a＝[a₁，a₂，…，α_n]^T，

b＝[b₁，b₂，…，b_n]^T，

c＝[c₁，c₂，…，c_n]^T，

α＝{α_ij}，i∈Φ₁，j∈Φ₂，i≠j，

β＝{β_ij}，i∈Φ₁，j∈Φ₂，i≠j，

γ＝{γ_ij}，i∈Φ₁，j∈Φ₂，i≠j；

所述能效调度的目标是在最小化最大完工时间条件下，最大化所有任务的加工时间总和进而达到能耗最小化的目标，即定义：

能效调度的公式为

其限制条件为在满足所述步骤1中包含的限制条件的前提下，满足的限制条件如下列公式所示：

其中，是的下界，h1∈{1，2，3}，h2∈{1，2}；

所述步骤3进一步包含：当所述三阶段中任意一个阶段中的任意设备需要重

调度时，需要通过各个设备测量值来计算将进行的任务所需的最小完工时间；

对于最小完工时间计算，由当前可用设备的动态模型和状态决定；

对于上述三种类型的设备，设备岸桥和场桥的最小完工时间是自动引导车的一个特殊情况，所以计算自动引导车的最小完工时间即可；

所述各个设备自动引导车都采用点质量模型来估计二维空间的动态行为，即

在最小完工时间计算问题当中，设备自动引导车p的位置需要尽可能快的从当前状态r_p，0达到目标状态r_p，f；即假设所述自动引导车的位移为S(k)，操作时间为t(k)，最大速度限制为Vmax；

所述自动引导车的运行轨迹满足曲线方程为V＝a*t^2+b*t，将曲线上的点(t(k)，0)和(0.5*t(k)，Vmax)代入方程得a＝-4*Vmax/(t(k)^2)，b＝4*Vmax/t(k)，则根据定积分公式：算得所述自动引导车的工作时间t(k)＝1.5*S(k)/Vmax；

引入一个二进制变量b_p(k)，满足当自动引导车的位置从当前状态达到目标状态时b_p(k)＝1，否则b_p(k)＝0；

当b_p(k)＝1时，t(k)*b_p(k)代表所述自动引导车的工作时间；因此，运输集装箱i的最小完工时间通过最小化工作时间的总和来获得，即

式中u与b是优化问题的连续型二进制控制变量，T_p为计算设备自动引导车p最小完工时间的输入初始值；对于所述重调度的优化更新，在最小完工时间的计算的基础上，更新不同类型的设备加工任务i所需的最短时间，即

式中是即将进行的操作更新后的最小完工时间，是操作最小完工时间，是即将进行的操作更新前后的时间差；h1∈{1，2，3}，h2∈{1，2}；根据更新最小完工时间的信息以及相应算式求解调度问题更新各个阶段各个设备即将进行任务的任务次序α_ij、β_ij和γ_ij。