顾 涛

（南京音飞储存设备（集团）股份有限公司，江苏 南京 211100）

1 引言

随着市场对密集仓储的需求增加，很多物流设备生产企业和集成公司加入到密集仓储研发和生产工作中，其中智能四向穿梭车（简称四向车）作为托盘类解决方案的先进技术，得到众多企业的亲赖。四向车调度策略不仅仅是WCS设备调度层级的功能模块，更是与上位WMS 和下位ECS 整体考虑相互优化的产物。本文主要介绍和分析四向车的调度策略及相关技术的应用。

2 系统布局

四向车调度策略的实现首先依赖整体物流规划，需要从使用层面综合考虑物料的品类、批次、储量、周转期及入出库频率等。进行四向车项目规划时，首先需要进行以上信息的数据分析和处理，针对不同的业务需求，提供不同的解决方案。数据分析的结果也是四向车货架子通道及母通道的配置理论依据。图1、图2展现不同的布置方式，同时也代表着两种不同的使用需求。

3 调度策略

3.1 任务规划

四向车系统作业任务应采用多任务模式，作业任务采用任务池的形式。采用任务池的模式相比于传统任务列表的执行方式，能够充分发挥系统作业任务综合优化的能力，也为四向车集群的全局效率提升提供了更多的可能性。

图1 平面布置方案一

图2 平面布置方案二

四向车需要具备作业完成时间指示，即需要对后续任务进行作业量的评估，能够将作业时间及作业完成时间进行计算，系统对四向车集群内各车进行综合利用率评分，最终以满足四向车集群的全局效率作为首要考核指标。

对已下发任务因四向车异常导致的任务未执行，系统应及时将任务挂起，并调整当前任务优先级后进入任务池进行优化计算，原则上该任务以最高优先级执行；

3.2 路径规划

四向车调度策略中的路径规划，目前主流的方式为分时复用模式和单行线模式。

分时复用模式是比较传统并且调度逻辑较为简单的一种运行方式，同一母通道内同时只允许一台或两台四向车运行，降低了主通道的利用率或通过率，由于运行路径最短化，因此一定程度上提高单机效率，适用于高储量低周转率的仓库应用环境。图3为分时复用模式，图3中四向车B在母通道由右侧向左侧运行，此时四向车A需要由母通道向右侧运行，A车需等待B车运行离开当前母通道后方可运行。

单行线模式采用母通道单向运行方式，同一母通道内可以实现多车的跟随运行，提高母通道四向车通行率，从而提高系统运行总体效率。单行线模式一定程度上降低了单台四向车的运行效率，更适用于多车同层调度模式。图4为单行线模式，图4中四向车A和B可同时在母通道内同方向运行。

作业路径规划采用最近路径、最少换向、空载下穿模式，最终以时间作为整体评估标准。以下均以单行线模式运行方式进行介绍。

图3 分时复用模式

图4 单行线模式

3.3 路径占用及避让规则

通过子通道和母通道交叉路口时，子通道四向车不得直接进入母通道，系统需要进行预判，提前一个作业动作进行母通道内四向车运行计划检查。检查后母通道内没有四向车运行或当前运行路径已经解锁，此时子通道四向车可正常减速后直接进入母通道运行。

若当前任务状态下多个子通道四向车需要进入母通道时，按母通道运行方向的前方子通道内四向车优先通行的原则进行作业。四向车在运行过程中，按系统需求与上位系统进行信息交互，系统锁定前一次交互点与下一次交互点之间的运行路径，系统解锁前一次交互点之前该四向车的所有运行的路径段。四向车在系统强制交互点需要与上位系统进行信息交互，如四向车未按时完成交互，系统指示当前任务异常并以异常状态锁定当前任务段路径。另外四向车在运行过程中，触发下一路径段任务时，如遇通过路径异常锁定的情况，系统重新计算路径，如当前为运行锁定状态，系统将等待时间和更新后路径运行时间对比，综合判断确认。

3.4 路径划分颗粒度

四向车调度系统中，关于路径规划及避让通过固定的算法和逻辑即可实现，最终决定调度系统同层四向车数量及同层最大作业效率的则是路径划分的颗粒度，以下对三种颗粒度划分方式进行介绍说明。

方式一为整体路径规划的方式，如图5 所示，分为整体路径整体解锁及整体路径分段解锁两种方式。整体路径整体解锁方式为四向车根据前文所述方式完成路径规划后，运行路径信息一次下发给四向车，四向车按照给定路径完成整个作业任务，仅在任务接收和任务完成两个节点进行系统交互，过程中可不进行信息交互，过程中路径不可更改。整体路径分段解锁方式为四向车完成路径规划后，运行路径信息一次下发，作业过程中路径不可更改，但是在运行过程中设定多个位置交互点，每经过一个交互点，系统解锁该交互点之前的所有路径。

图5 整体路径规划的方式示意图

图6 分段路径分段解锁方式示意图

方式二为分段路径分段解锁方式，如图6 所示。分段路径分段解锁为目前比较常用的路径规划方式。运行路径上每个子通道和母通道的交叉点作为路径分段点，每两个相邻交叉点之间作为一个路径分段，作业过程中可对未执行的路径进行更改，及时调整为新的运行路径。一般情况下项目至少要保证母通道及母通道相邻子通道第一深位信号覆盖满足四向车通讯要求。

方式三为分段路径实时解锁方式，如图7 所示。分段路径实时解锁方式为目前技术研究的主要方向。该路径分段与方式二大致相同，但过程中增加若干四向车可控分段点，解锁方式则根据四向车在运行过程中的实时位置信息交互，当前运行位置之前的路径均处于解锁状态。此方式需要现场网络趋于全面覆盖，四向车需要连续读取及反馈位置信息，电控系统能够修改当前运行的目标位置用以满足调度系统对当前运行目标位置的修改。

图7 分段路径实时解锁方式示意图

以上三种方式中调度方式对网络覆盖、四向车功能及各自优缺点均不相同，见表1。

表1 路径分段方式对比表

4 设备硬件支持

4.1 单机功能支持

四向车具有当前位置实时反馈功能、路径列表写入和修改功能、运行记录及异常记录保持功能。四向车作业时系统按照当前运行任务进行路径下发，在各关键节点进行下一步路径执行申请，确认可执行的下一路径段并反馈上一节点任务完成，用于系统清空已作业路径，便于后续设备通行。为提高系统整体运行效率，子通道和母通道内多台四向车同时运行时后车采用跟随模式运行。

四向车需要设置前后左右四个方向距离检测传感器用于硬件避障，防止巷道内异物进入，同时，距离检测传感器可用于控制子/母通道内两车跟随运行，并且避免四向车对向运行或跟随运行状态下异常发生。

根据托盘货物高度、物料滑动摩擦系数以及四向车行走轮滚动摩擦系数等因素，各物流设备生产企业设计的四向车最大运行速度一般不大于2m/s，加速度一般不大于1m/s2，在此基础上，上述的距离检测传感器检测行程一般不小于5m。由于四向车在货架内运行时受到货架和货物的影响，检测距离需要根据当前运行状态和运行位置进行动态调整。

4.2 网络支持

目前四向车信息无线传输方式主要是WiFi，其他如Zigbee、蓝牙等传输方式经过部分实景测试后效果并不理想。

网络连接的稳定性和实时性极大地影响到四向车系统的整体运行效率，四向车的信息交互一般设置在网络连接较好的位置或区域。一般来说，路径划分越细，调度过程中的系统运行效率就越高，需要传输的数据量及数据的实时性要求也越高。同时目前个别先进的设备生产企业和集成商还在积极寻求四向车集群中设备间的通讯互联，这项技术的研究与实现，将彻底改变现有的核心调度理念，可能成为未来四向车集群调度解决方案的新方向。

5 相关技术应用

在四向车调度策略的应用过程中，系统规划理念及仿真技术的应用可以最大程度的将项目的实施结果前移，通过数字化手段实现对结果的精确把控。传感和控制技术的发展，使四向车在运行过程中获得更多的外部信息，充分感知周围的状态变化情况，指导设备做出准确的判断和精确的动作。随着5G技术的正式商用，基于5G 技术的智能物流研究也在逐步开展，新的通讯技术将会对行业带来一次较大的创新。

6 总结

本文所述调度系统及相关技术的研究和探讨还将在行业内继续深入研究，行业内相关研究人员也一直致力于将更稳定、更适合的物流装备和系统应用于各行业中去。随着社会经济的发展，智能物流的研究将会持续走在发展的道路上，行业内的技术沟通和交流也将会有更广阔的空间。