問題B    智慧RGV的動態排程策略

圖1是一個智慧加工系統的示意圖，由8臺計算機數控機床（Computer Number Controller，CNC）、1輛軌道式自動引導車（Rail Guide Vehicle，RGV）、1條RGV直線軌道、1條上料傳送帶、1條下料傳送帶等附屬裝置組成。RGV是一種無人駕駛、能在固定軌道上自由執行的智慧車。它根據指令能自動控制移動方向和距離，並自帶一個機械手臂、兩隻機械手爪和物料清洗槽，能夠完成上下料及清洗物料等作業任務（參見附件1）。

圖1：智慧加工系統示意圖

針對下面的三種具體情況：

（1）一道工序的物料加工作業情況，每臺CNC安裝同樣的刀具，物料可以在任一臺CNC上加工完成；

（2）兩道工序的物料加工作業情況，每個物料的第一和第二道工序分別由兩臺不同的CNC依次加工完成；

（3）CNC在加工過程中可能發生故障（據統計：故障的發生概率約為1%）的情況，每次故障排除（人工處理，未完成的物料報廢）時間介於10~20分鐘之間，故障排除後即刻加入作業序列。要求分別考慮一道工序和兩道工序的物料加工作業情況。

請你們團隊完成下列兩項任務：

任務1：對一般問題進行研究，給出RGV動態排程模型和相應的求解演算法；

任務2：利用表1中系統作業引數的3組資料分別檢驗模型的實用性和演算法的有效性，給出RGV的排程策略和系統的作業效率，並將具體的結果分別填入附件2的EXCEL表中。

　　表1：智慧加工系統作業引數的3組資料表                                　　　　　　　　　　　時間單位：秒

注：每班次連續作業8小時。

附件1：智慧加工系統的組成與作業流程

1．系統的場景及實物圖說明

在附圖1中，中間裝置是自帶清洗槽和機械手的軌道式自動引導車RGV，清洗槽每次只能清洗1個物料，機械手臂前端有2個手爪，通過旋轉可以先後各抓取1個物料，完成上下料作業。兩邊排列的是CNC，每臺CNC前方各安裝有一段物料傳送帶。右側為上料傳送帶，負責為CNC輸送生料（未加工的物料）；左邊為下料傳送帶，負責將成料（加工並清洗完成的物料）送出系統。其他為保證系統正常執行的輔助裝置。

 附圖一                                                                                                                                  附圖二

           附圖三                                                                                                                    附圖四

在附圖3左圖中，機械臂前端上方手爪抓有1個生料A，CNC加工臺上有1個熟料B。RGV機械臂移動到CNC加工臺上方，機械臂下方空置的手爪準備抓取熟料B，在抓取了熟料B後即完成下料作業。

在附圖3右圖中，RGV機械臂下方手爪已抓取了CNC加工臺上的熟料B擡高手臂，並旋轉手爪，將生料A對準加工位置，安放到CNC加工臺上，即完成上料作業。

2．系統的構成及說明

智慧加工系統由8臺CNC、1臺帶機械手和清洗槽的RGV、1條RGV直線軌道、1條上料傳送帶和1條下料傳送帶等附屬裝置構成。

（1）CNC：在上料傳送帶和下料傳送帶的兩側各安裝4臺CNC，等距排列，每臺CNC同一時間只能安裝1種刀具加工1個物料。

如果物料的加工過程需要兩道工序，則需要有不同的CNC安裝不同的刀具分別加工完成，在加工過程中不能更換刀具。第一和第二道工序需要在不同的CNC上依次加工完成，完成時間也不同，每臺CNC只能完成其中的一道工序。

（2）RGV：RGV帶有智慧控制功能，能夠接收和傳送指令訊號。根據指令能在直線軌道上移動和停止等待，可連續移動1個單位（兩臺相鄰CNC間的距離）、2個單位（三臺相鄰CNC間的距離）和3個單位（四臺相鄰CNC間的距離）。RGV同一時間只能執行移動、停止等待、上下料和清洗作業中的一項。

（3）上料傳送帶：上料傳送帶由4段組成，在奇數編號CNC1#、3#、5#、7#前各有1段。由系統感測器控制，只能向一個方向傳動，既能連動，也能獨立運動。

（4）下料傳送帶：下料傳送帶由4段組成，在偶數編號CNC2#、4#、6#、8#前各有1段。由感測器控制，只能向同一個方向傳動，既能連動，也能獨立運動。

3. 系統的作業流程

（1）智慧加工系統通電啟動後，RGV在CNC1#和CNC2#正中間的初始位置，所有CNC都處於空閒狀態。

（2）在工作正常情況下，如果某CNC處於空閒狀態，則向RGV發出上料需求訊號；否則，CNC處於加工作業狀態，在加工作業完成即刻向RGV發出需求訊號。

（3）RGV在收到某CNC的需求訊號後，它會自行確定該CNC的上下料作業次序，並依次按順序為其上下料作業。根據需求指令，RGV執行至需要作業的某CNC處，同時上料傳送帶將生料送到該CNC正前方，供RGV上料作業。

RGV為偶數編號CNC一次上下料所需時間要大於為奇數編號CNC一次上下料所需時間。

（4）在RGV為某CNC完成一次上下料作業後，就會轉動機械臂，將一隻機械手上的熟料移動到清洗槽上方，進行清洗作業（只清洗加工完成的熟料）。

具體過程：首先用另一隻機械手抓取出清洗槽中的成料、轉動手爪、放入熟料到清洗槽中，然後轉動機械臂，將成料放到下料傳送帶上送出系統。這個作業過程所需要的時間稱為RGV清洗作業時間，並且在這個過程中RGV不能移動。

熟料在清洗槽中的實際清洗時間是很短的，遠小於機械手將成料放到下料傳送帶上的時間。

（5）RGV在完成一項作業任務後，立即判別執行下一個作業指令。此時，如果沒有接到其他的作業指令，則RGV就在原地等待直到下一個作業指令。

某CNC完成一個物料的加工作業任務後，即刻向RGV發出需求訊號。如果RGV沒能即刻到達為其上下料，該CNC就會出現等待。

（6）系統周而復始地重複（3）至（5），直到系統停止作業，RGV回到初始位置。

相關演算法：

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