王明凱

（通力電梯有限公司，江蘇　昆山　215300）

自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)存取車(chē)優(yōu)化策略的研究

王明凱

（通力電梯有限公司，江蘇昆山215300）

對(duì)立體車(chē)庫(kù)而言，針對(duì)傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)化技術(shù)，其只是利用相關(guān)技術(shù)將車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)的存取操作，但是沒(méi)有考慮到實(shí)際使用中的耗時(shí)、耗能等指標(biāo)，也沒(méi)有考慮車(chē)輛存取的合理化、智能化、科學(xué)化。針對(duì)車(chē)庫(kù)整體效率低、車(chē)輛存取時(shí)間不合理的問(wèn)題，以提高立體車(chē)庫(kù)的存取車(chē)輛作業(yè)效率和降低能耗為目標(biāo)，提出三種調(diào)度原則。以排隊(duì)論為基礎(chǔ)，總存取時(shí)間為目標(biāo)，建立三種調(diào)度策略的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分析比較在不同策略下存取車(chē)時(shí)間的長(zhǎng)短，得出最優(yōu)的調(diào)度策略。進(jìn)而將不同調(diào)度策略靈活組合起來(lái)，針對(duì)不同時(shí)間段采用不同的調(diào)度策略，可以有效地減少存取車(chē)時(shí)間。

立體車(chē)庫(kù)；調(diào)度策略；排隊(duì)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，我國(guó)城市汽車(chē)的保有量迅速增長(zhǎng)，而與之配套的停車(chē)設(shè)施發(fā)展卻相對(duì)滯后，難以滿足停車(chē)需求。城市泊車(chē)壓力越來(lái)越大，嚴(yán)重影響廣大市民的日常生活，在寸土寸金的城市里不可能大量建造停車(chē)場(chǎng)來(lái)緩解停車(chē)難的問(wèn)題，因此，建設(shè)具有占地面積小、方便安全、庫(kù)容量大的立體車(chē)庫(kù)既能緩解城市道路空間狹小的矛盾，又能適應(yīng)城市高節(jié)奏快速發(fā)展的需要，為城市向更大規(guī)模發(fā)展提供了有利的條件。

對(duì)立體車(chē)庫(kù)而言，傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)化只是利用相關(guān)技術(shù)將車(chē)輛自動(dòng)進(jìn)行存取操作，沒(méi)有考慮到實(shí)際使用中的耗時(shí)、耗能等指標(biāo)，車(chē)輛的存取還沒(méi)有達(dá)到合理化、智能化、科學(xué)化［1］。所以如何提高車(chē)庫(kù)整體效率，減少車(chē)輛存取時(shí)間是立體車(chē)庫(kù)當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。本論述以排隊(duì)論為基礎(chǔ)，對(duì)巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)采用不同的存取車(chē)策略分別建模，并對(duì)車(chē)輛存取時(shí)間進(jìn)行仿真對(duì)比，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最優(yōu)調(diào)度策略，為車(chē)庫(kù)的前期設(shè)計(jì)提供參考。

1　模型建立

1.1巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)概述

巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)是20世紀(jì)60年代歐洲根據(jù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)原理設(shè)計(jì)的一種專(zhuān)門(mén)用于停放小型汽車(chē)的立體停車(chē)設(shè)備，其原理是依靠巷道堆垛機(jī)或橋式起重機(jī)將進(jìn)到搬運(yùn)器的車(chē)輛水平且垂直移動(dòng)到存車(chē)位，并用存取機(jī)構(gòu)存取車(chē)輛的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。該類(lèi)型的車(chē)庫(kù)是集機(jī)、光、電、自動(dòng)控制為一體的全自動(dòng)化立體停車(chē)設(shè)備，技術(shù)含量和智能化程度較高，可以靈活設(shè)置在室外、室內(nèi)、地下等場(chǎng)地，市場(chǎng)占有率較高。

1.2車(chē)庫(kù)模型建立

圖1　巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)模型

圖1是巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)模型，對(duì)于多層多巷道的立體車(chē)庫(kù)的存取操作，每個(gè)巷道內(nèi)存取車(chē)過(guò)程是相同的，因此只需選取單個(gè)巷道來(lái)考慮。在單個(gè)巷道內(nèi)進(jìn)行一次存取車(chē)操作可分為三個(gè)基本動(dòng)作，即三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)——沿巷道方向上的水平運(yùn)動(dòng)X，用來(lái)選擇所要存取的車(chē)在X方向所處的車(chē)位；垂直升降運(yùn)動(dòng)Z，用來(lái)選擇車(chē)位所處的層數(shù)；橫向存取運(yùn)動(dòng) Y，實(shí)現(xiàn)存取操作。對(duì)于不同的車(chē)位，Y向存取操作相同，因此可將模型簡(jiǎn)化為單巷道內(nèi)（X，Z）的二維運(yùn)動(dòng)，圖2為車(chē)位坐標(biāo)編號(hào)。

圖2　巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)坐標(biāo)編號(hào)

2　立體車(chē)庫(kù)存取策略

最大限度提高巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)的存取車(chē)效率，減少用戶等待時(shí)間是立體車(chē)庫(kù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是在存取車(chē)的高峰期，效率低下可能會(huì)導(dǎo)致車(chē)主的長(zhǎng)時(shí)間等待，造成車(chē)庫(kù)外交通擁堵，降低用戶的使用體驗(yàn)，因此如何減少立體車(chē)庫(kù)工作時(shí)耗尤為重要，也是立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)之初最先考慮的問(wèn)題。

2.1車(chē)庫(kù)調(diào)度原則

立體車(chē)庫(kù)存在以下幾種調(diào)度策略［2］：

（1）存車(chē)優(yōu)先策略：當(dāng)堆垛機(jī)完成存取操作后回到出入口待命，當(dāng)有下一輛車(chē)來(lái)到時(shí)可以直接存入，不需要等待，這種模式適合早晚時(shí)段的存車(chē)高峰期。

（2）原地待命策略：堆垛機(jī)在執(zhí)行完上一次存取任務(wù)后原地不動(dòng)，等待下一次的操作。

（3）交叉存取策略：當(dāng)同時(shí)有幾輛車(chē)需要存取時(shí)，按照存車(chē)和取車(chē)進(jìn)行分組，對(duì)分組后的存取任務(wù)進(jìn)行交叉操作。

對(duì)立體車(chē)庫(kù)而言，存取車(chē)服務(wù)的時(shí)間和車(chē)位的分配有關(guān)，離出入口近的存取車(chē)時(shí)間短，離出入口遠(yuǎn)的存取車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，因此我們按照由近及遠(yuǎn)，由低層到高層的方案就近存取車(chē)輛。

2.2模型參數(shù)設(shè)定

為定量進(jìn)行分析，本論述對(duì)立體車(chē)庫(kù)作如下假設(shè)：

（1）立體車(chē)庫(kù)的輸入輸出過(guò)程符合排隊(duì)規(guī)則，按照車(chē)輛到達(dá)時(shí)間間隔服從泊松分布；車(chē)輛在庫(kù)內(nèi)存放時(shí)間服從正態(tài)分布；車(chē)輛到達(dá)時(shí)若沒(méi)有車(chē)位則離去；顧客接受服務(wù)遵循先到先服務(wù)原則。

（2）如果車(chē)位位于i列j行，則標(biāo)記為（i，j）點(diǎn)，車(chē)庫(kù)出入口位于O點(diǎn)，假設(shè)車(chē)位長(zhǎng)度為l，高度為h，堆垛機(jī)的運(yùn)行速度為v，橫移機(jī)構(gòu)存取車(chē)輛的時(shí)間為t。

2.3不同調(diào)度策略下的數(shù)學(xué)模型

（1）存車(chē)優(yōu)先的數(shù)學(xué)模型

按照該策略向（a，b）車(chē)位存入車(chē)輛，則運(yùn)行時(shí)間為：

存取k次的總時(shí)間∑T為：

（2）原地待命的數(shù)學(xué)模型

前一次從（a，b）車(chē)位取車(chē)，后一次向（c，d）車(chē)位存車(chē)，所需的時(shí)間T1為：

前一次從（a，b）取車(chē)，后一次從（c，d）車(chē)位取車(chē)，所需時(shí)間T2為：

前一次向（a，b）車(chē)位存車(chē)，后一次向（c，d）車(chē)位存車(chē)，所需時(shí)間T3為：

前一次向（a，b）車(chē)位存車(chē)，后一次從（c，d）車(chē)位取車(chē)，所需時(shí)間T4為：

（3）交叉存取策略的數(shù)學(xué)模型

當(dāng)車(chē)庫(kù)中同時(shí)有幾輛車(chē)需要存取作業(yè)時(shí)，可以用交叉存取的方式，在有車(chē)輛需要存入后緊接著執(zhí)行取車(chē)操作，當(dāng)有取車(chē)操作后直接執(zhí)行存車(chē)操作。該策略是對(duì)存取車(chē)序列進(jìn)行了優(yōu)化，使存車(chē)和取車(chē)任務(wù)進(jìn)行組合，以達(dá)到最少的存取車(chē)時(shí)間，執(zhí)行一次存取車(chē)的復(fù)合作業(yè)分別是T1和T4的過(guò)程。

3　仿真及結(jié)果分析

以排隊(duì)論為基礎(chǔ)建立參數(shù)為λ的泊松分布，車(chē)輛在庫(kù)內(nèi)停放時(shí)間符合參數(shù)為（μ，σ）的正態(tài)分布，取λ=1，μ=90，σ=30，模擬車(chē)庫(kù)高峰時(shí)段一個(gè)小時(shí)內(nèi)的存取車(chē)情況，得到存車(chē)任務(wù)的時(shí)間序列和取車(chē)任務(wù)的時(shí)間序列，根據(jù)此時(shí)間序列和立體車(chē)庫(kù)模型以及存取策略進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

（1）存車(chē)優(yōu)先花費(fèi)時(shí)間較多，堆垛機(jī)每次完成作業(yè)后都需要返回到出入口，如果前一次存車(chē)后一次取車(chē)就需要多運(yùn)行一個(gè)來(lái)回，要比原地待命的策略更加耗時(shí)，但存車(chē)優(yōu)先策略適用于辦公場(chǎng)所、居住區(qū)等場(chǎng)所的早晚存車(chē)的高峰時(shí)段，在早晚固定時(shí)段采用存車(chē)優(yōu)先的策略會(huì)顯著減少車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)間。

（2）交叉存取策略耗時(shí)最少，其優(yōu)越性表現(xiàn)在對(duì)車(chē)輛的存取序列進(jìn)行了一定的優(yōu)化，大大減少了堆垛機(jī)的空載行程，尤其是商業(yè)中心區(qū)存取車(chē)任務(wù)繁重，存取時(shí)間較隨機(jī)，通過(guò)對(duì)存取序列的重新組合，可以提高車(chē)庫(kù)運(yùn)行效率，較少顧客等待時(shí)間。

（3）原地待命策略耗時(shí)介于存車(chē)優(yōu)先和交叉存取之間。原地待命的策略不需要進(jìn)行前期準(zhǔn)備，無(wú)形中減少了個(gè)別不必要的往返運(yùn)行。

綜合考慮實(shí)際情況，立體車(chē)庫(kù)可以在原地待命的基礎(chǔ)上，在出入庫(kù)頻繁的高峰期采用交叉存取策略，在車(chē)流量不大且連續(xù)存車(chē)居多的情況下使用存車(chē)優(yōu)先策略，通過(guò)不同時(shí)段存取車(chē)特點(diǎn)選擇合適的調(diào)度策略可以有效減少存取車(chē)時(shí)間與顧客的等待時(shí)間。

圖3　三種策略下存取車(chē)時(shí)間比較

4　結(jié)束語(yǔ)

（1）隨著城市的快速發(fā)展，城市停車(chē)場(chǎng)已經(jīng)成為稀缺資源，越來(lái)越難以滿足人們的停車(chē)需求，而自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)能有效地節(jié)約土地資源和充分利用空間，為停車(chē)難問(wèn)題提供了一個(gè)有效的解決途徑，具有良好的市場(chǎng)推廣前景。

（2）立體車(chē)庫(kù)包含了當(dāng)前機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的成熟技術(shù)，已成為技術(shù)密集型產(chǎn)品的代表。如何實(shí)現(xiàn)存取車(chē)調(diào)度策略的優(yōu)化從而使其高效運(yùn)行成為了立體車(chē)庫(kù)研究的重要內(nèi)容，也吸引了越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究。

（3）對(duì)立體車(chē)庫(kù)存取車(chē)調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化，可以減少用戶的存取車(chē)等待時(shí)間，提高用戶的使用體驗(yàn)，而對(duì)于商家而言，可以減少車(chē)庫(kù)能耗，提高車(chē)庫(kù)競(jìng)爭(zhēng)力。綜合分析可以看出，如果將三種調(diào)度策略靈活組合起來(lái)，針對(duì)不同時(shí)間段采用不同的調(diào)度策略，可以有效地減少存取車(chē)時(shí)間。

［1］ 周雪松，田密，馬幼捷.智能化立體車(chē)庫(kù)存取車(chē)優(yōu)化控制策略的研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30（10）：29-34.

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TP273+.1

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.010

2016-3-21

王明凱（1972-），男，漢族，江蘇連云港人，碩士，主要從事電梯和自動(dòng)扶梯等垂直運(yùn)輸設(shè)備的研發(fā)工作。