论文阅读|《作业车间制造系统中单台多载自动导引车实时无死锁控制策略》

Posted 2021-09-27 码丽莲梦露

《Real-time deadlock-free control strategy for single multi-load antomated guided vehicle on a job shop Manufacturing system》

Internatioal Journal of Production Research/2010

1 摘要

        本文研究的是一种无人值守的自动化车间制造系统，该系统由一辆多载自动导引车绕着一条单回路导轨而行。这种类型的车间设计通常被用作一些复杂的AGV布局的独立部分，例如串列、分段双向单环和分割组合。在运输需求较高时，多载型AGV可以替代更多的单载行AGV，是一种更好的选择。对于无人值守的自动化制造系统，管理有限的系统资源对于避免系统死锁和机器阻塞起着至关重要的作用，例如有限缓冲区（input/output queuing space）和运输载体。提出的单车多载控制策略利用全局车间实时信息，在满足系统运输要求的同时，避免因作业移动不当而导致的车间死锁。通过计算机仿真验证了所提出的车辆控制策略和其他两种扩展策略在不同参数设计下的有效性。

2 介绍

        物料搬运系统(Material handling systems,MHS)对自动化制造系统(AMSS)的资源利用率、存储需求和整体生产性能具有重要意义。在现代MHS中，自动导引车系统(AGVS)以其响应速度快、作业运输路线灵活性大等优点在近十年来得到了广泛的研究。这些特点使得AGV成为作业车间系统的一种可行的替代方案，该系统是制造小批量/高种类作业类型的典型环境。

        与传统车间不同，这篇文章研究的是无人自动化车间，在这种车间中，系统运行期间没有人作为额外的问题解决者。因此，除非采取自动补救措施，否则死锁的发生会逐渐阻碍作业。

       什么是死锁？死锁发生的四个必要条件是什么？如何避免和预防死锁产生？

3 车间系统布局描述

        下图为作业车间环境的假设示例布局，如粗线所示，只有一辆车可以在单环导轨上双向运行，最多可承载两个作业。

4 多载AGV单环控制策略研究

         多载AGV与有限输入/输出缓冲区的无人车间在AGV分配不小心时，可能发生两种循环等待事件：

        （1）如下图（a）所示（缓冲区容量为3，AGV容量为2），机器1被工件1占用，且无法移动到其已满的输出缓冲区，满载的AGV由于输入缓冲区已满，无法卸下。同时发生车辆和机器堵塞无法进一步分配，除非采取纠正措施，这种情况就是死锁。

        （2）如下图（b）所示，机器1、2及其对应的缓冲区已满，但是机器1的输出缓冲区中的工件2将于机器2加工，于是，资源请求为将机器1输出缓冲区的工件2移动到机器2的输入缓冲区，同理工件3由机器2到机器1，这样也形成了死锁。

解决策略：

        在AGV上剩一个点容量作为车间地临时缓冲区，于是解决（b）中的情况，可以：

 同样，如果在车辆到达中心之前，车上两个位置中的一个保持可用，则可以恢复（a）的正常运转。车辆装载空间分配规划可以通过决定应该挑选哪个作业以及暂时推迟哪个作业来避免这种死锁。

        在上述简单讨论的基础上，总结了研究中使用的一些车辆控制概念：

        （1）如果在此期间某个中心已满，则该中心的运输请求将被赋予更高的优先级。

        （2）只有在装载作业不会造成车辆堵塞的情况下，车辆才能执行一项作业。

        （3）为确保系统资源得到有效利用，已完成所有必要操作并等待移至出口中心的作业将被视为接收运输服务，以释放其持有的系统资源。

5 MLAGV控制策略

5.1 满载AGV的调度规则（Dispatching full vehicle）

        对于具有单个满载AGV的AMS，可以事先查看AGV目的地的输入缓冲区情况。例如，AGV车上各工件到其目的地的距离、AGV上各工件目的地输入缓冲区的当前等待长度、以及每个相关机器上的当前处理状态。利用这一思想，可以预计和减少AGV在卸载工件时的等待时间。对应文中规则：FVD，具体可见论文。

5.2 未满载AGV的调度规则(Dispatching partially loaded vehicle)

        当AGV完成交付/提货并在其所在位置X“部分装载”时，车辆将被分配一项新任务—交付/提货。如果X是输出队列，并且有一个运输请求在此位置，如果AGV确保装载此工件不会导致车间死锁，则车辆将装载工件。相反，如果X是一个输入队列，并且该输入队列有资格从车辆接收一个作业，则它执行卸载活动。否则，根据(PLVD)规则决定车辆决定其下一个任务。这个规则将考虑以下两个强求：

        (1)阻塞请求：从拥挤的中心发出的请求；

        (2)已完成的请求：该请求已完成所有规定的操作，并在一个满的输出队列中等待移动到退出中心。

5.3 空载AGV的调度规则（Dispatching empty vehicle）

        可见规则EVD

 6 实验