根据搬运地址组合各设备软件模块的WCS研究

黄葆文; 姚民; 张云龙 2019-07-23 版权声明 举报文章

摘要:当今的立体仓储系统有多种类型的硬件设备可供方案选择,为了能让软件自适应多种组合方案,本文介绍了一种基于三维地址命名的软件模块设计和搬运指令分配算法。该软件系统由三维地址命名结构、搬运指令、负责对应地址的设备和负责分配指令的分发器4部分组成。针对不同的硬件选型方案,软件只需要修改配置文件,就能将不同的设备软件模块挂接到分发器中。各个设备模块完成搬运后,通过修改指令中“当前地址”的方式,接力完成整个搬运工作。该软件系统能保证设备软件模块之间绝对独立,对降低立体仓储软件的维护、扩展成本有一定的参考价值。

关键词:自动化立体仓库、软件模块、三维地址命名、指令分发器

自动化立体仓库一般采用巷道堆垛机,每个或多个巷道中只使用一台堆垛机(如图1);现在出现了穿梭车(如图2)、穿梭板(如图3)等设备,每个巷道(每列每层)可使用多台设备。此时,若仍以巷道堆垛机PLC节点变化做出对应处理的控制软件,已经不适合穿梭车等设备的控制方式,出现问题不易于维护和故障处理。因此,本文将提出一种更易扩展和维护的处理方案。

一、设计方案

为自动化立体仓库(以下简称“立库”)提供一种通用的搬运地址命名结构,并根据该地址名字,组合各个搬运设备的控制系统软件模块。最终实现物理设备更换时,软件不需要修改代码,只需要修改相应的配置文件,软件能自动更换对应设备的软件模块。相对于传统的根据每个地址PLC节点变化执行该位置的业务代码的做法,此软件实现方案具有不依赖地址节点前后设备的特点,具有更强的可复用性和可维护性的好处。

软件实现方案包括四部分:1.三维地址命名结构;2.搬运指令;3.负责对应地址的设备;4.将指令分配给对应设备的分发器。四者结合后,构成完整的指令分配和执行的接力搬运系统。

1.三维地址命名结构

在整个软件系统中,所有的搬运起始地址和目的地址都采用如下的字符串表达:

“地址类型:排号一层号一列号”

其中排号、层号和列号形成一个三维坐标,可以定位出仓库中任意一类地址的唯一位置。(例如:第2排第3层第4列的仓位可以用“Cell:2_3_4”表示)

如果某一维度对该类型地址无意义,则对应位置可以留空。(例如:第2楼层第5个的出口地址用“Exit:5_2_”或“Exit:5_2”表示)

2.搬运指令

搬运指令指为了将货物搬运到“目的地址”,在外围系统、分发器和搬运设备之间传递数据结构的指令。

指令主要包含如下信息:

(1)货物所在的“当前地址”(采用第l节中的地址命名结构)。

(2)货物要去的最终“目的地址”(采用第1节中的地址命名结构)。

(3)是出库指令还是入库指令的标识(用于判定是使用“当前地址”上下游两个设备中的哪一个)。

3.负责对应地址的设备

在立库系统中,每一个搬运设备都有自己负责的搬运起始地址、当前地址和该设备需搬运到的下一步地址。

在本软件系统中,每个设备在接收到分发器发给自己的指令之后(分发原则会在下文“分发器”中描述),会计算自己需要搬运的下一步地址,并通过各种通信手段,控制设备将货物从指令中的“当前地址”搬运到计算出来的“下一步地址”。

搬运完成之后,将“下一步地址”覆盖指令中的“当前地址”,形成新指令,并将新指令丢回给分发器,让分发器重新分发给下一个接力的设备。

指令在各设备中传递过程,如图4所示。

4.将指令分配给对应设备的分发器

在软件系统启动时,系统会根据配置文件将该系统中的设备模块对象注册到指令分发器模块中。注册时,各设备根据配置文件将自己负责的“当前地址”告知分发器。

分发器在分发指令时,根据指令的“当前地址”找到负责该地址的设备对象,并将指令分发给该对象。

二、运用效果与结论

综合前文所述,该软件实现后,各个搬运设备的软件模块相互之间绝对独立。可以任意组合各软件模块,来匹配新的物理设备的组合方案。

当某个设备故障时(例如一辆穿梭车损坏),软件只需要从分发器中解消该设备,完全不影响其他设备的使用。

当增加同一类型设备的数量时,软件只需要明确新设备的对象,并注册挂接到分发器中。当有指令分发给新设备后,再监控该设备的PLC节点。并不需要随时监控新增设备的PLC节点,能有效缩短系统内所有设备的响应时间。

当某类型设备需要替换成另一类型设备时(例如巷道内用堆垛机替换穿梭车方案),软件只需要组建新的设备类,并通过配置文件注册挂接到系统中。不需要改变以前设备类的代码,也不影响前一种设备类在其他方案中使用。

如此一来,可以大大节约软件开发人员的工作量,减少软件BUG产生的机会。

以下是该软件方案实现前后,对机器响应时间、开发人员工作量和代码质量的统计数据的比较。

1.添加一个设备

测试穿梭车增加数量对响应时间影响的实验方案如下:

所有传送车从货架站台搬运到最近的仓位,再搬回,并将该动作无间隙重复30次,得到平均每次搬运的时间消耗,如表1。

由此看出,在原有软件方案实现的情况下,随着设备数量的增加,软件效率明显下降。而在本软件方案实现的情况下,软件导致的设备延迟几乎不可察觉。

2.使用一类新设备

根据科陆电子公司项目管理的统计数据记录,当增加一种没有使用过的设备时,平均每个新设备开发的工作量和代码质量如表2。

可以看出,在使用本软件方案后,开发速度大幅度提高,代码BUG也相应减少。

进一步分析记录的BUG引入来源,发现原有软件比本软件多出的9.8个BUG中,有7.9个记录的引入来源是“修改引入”。由此可以看出,本软件实现方案可不修改原代码,只增加新的设备类并挂接到系统中的方式来实现,从而大大避免了修改代码带来的BUG风险。

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