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摘要：由于近年来物流行业发展迅猛加上人力资源成本的不断提高，作为物流转运中心的仓库规模也开始逐渐扩大，随之而来的是数据信息更加繁杂，操作更加复杂以及商品的拣选任务愈加繁重，这些都让传统的物流行业面临着巨大的挑战.是以利用AGV的自动化智能仓库成为了新的研究热门。本文主要研究了一种智能仓库调度系统，以某工厂的仓库为蓝本，从实际出发，分析使用AGV的智能仓库系统的运转方法，从建模，路径规划，虚拟仿真三个方面来进行研究设计。
关键词：AGV 调度系统 智能仓库 仿真模拟
中图分类号：TP278; TH39 文献标识码：A
0 前言
随着物流行业的快速发展，土地资源的短缺和劳动力成本的增加，作为物流转运中心的仓库正在面临着巨大的挑战，由于仓库的的规模越来越大，操作频率越来越高，信息的更加复杂，商品的拣选任务更加繁重。为了追求低错误率和低人力成本，同时提高存储系统的整体效率，促进企业向智能自动化产生转变，已经成为了仓储物流行业发展的主要目标。本文中重点研究这种基于AGV的智能仓库物流系统，此系统用以自动导航车即AGV为载体，与外部信息接口对接获取订单，通过智能仓库的规划系统和算法对AGV行驶路径进行规划，使AGV可以自动完成包括入库，搬运，出库，装卸等一系列操作，提高物流系统整体的运转效率和准确度，降低运营成本。
1 系统分析
智能仓库系统的核心是管理和规划调度，本文中所介绍的系统是一种分层结构，数据从输入端到货箱到AGV层层递进.根据智能仓库系统的主要功能和对存储业务的分析，我们可以把系统划分为仓库管理，站点管理，车辆管理，订单管理，用户管理的等主要功能模块。
（1） 仓库管理
仓库管理的主要功能是对仓库管理区域的地图建模，仓库信息的查看和更改.本文中把给定的仓库划定了20排和12列，分为上中下三层，每个箱子都有一个固定的编号.地图中还包含了厂房的墙体和门，两个暂存台和一个充电桩.在仓库中，货物的信息是按照货箱的位置进行存储的，当需要寻找某个货物的信息，要在系统中找到该货物所在的货箱，货物的信息储存在货箱所属的数据库中.每个货箱都有固定的独有的编号，方便管理。
（2） 站点管理
在地图中，几个关键点的点被特别标注出来作为主要的目标点，仓库入口处，每一排货架的入口处，每列货架对应的货位点，充电点，装货点，卸货点，停靠点等都会提前设置好作为AGV运动的起始点或者是目标点
（3） 路径管理
站点相连即为路径，AGV沿着规划好的路径行驶，路径按方向可以分为单向路径和双向路径，按形状可分为直线和弯道。
（4） 货架管理
货架只能摆放在仓库中的货位点上，货架管理是对仓库中所有货架进行统一管理，关系到AGV搬运货架的操作.AGV搬运货架时可以从装货点，卸货点或者货位点搬运，最后放置货框也智能放在装货点或卸货点或货位点上.货架有四种状态，分为为，初始状态，等待取出状态，AGV运送过程状态和被AGV送回状态。
（5） 车辆管理
由于是一个相对简易的仓库所以系统中只存在单一的AGV，所以每次只能存或者取一个货箱，AGV状态可以分为待机状态，充电状态，任务执行状态三种.待机状态即AGV
停留在仓库入口处并且电量支持其完成任务，充电状态即AGV电量不足所以移动到充电桩附近进行充电时的状态，任务执行状态是AGV正在进行搬运货箱时的状态。
（6） 充电管理
AGV在电量不足时会发起自动的充电任务，智能仓库管理系统根据AGV运行状态，在收到AGV发出的充电请求后会调用充电路径规划赋给AGV，并锁定充电桩.此时AGV处于充电状态并且无法在这段时间内给AGV分配任何任务直到AGV充电量达到规定值。
（7） 异常管理
在任务的执行过程中，AGV可能会出现一些异常，比如不按规划好的路径行驶，电量不足时却未发出充电请求，脱离轨道不受控制等.因此要对AGV发生的异常进行统计并且以列表的形式记录下来，还可以设定AGV异常次数报警阈值，当AGV发生异常次数超过阈值时就会报警，这时应该把AGV送去檢修。
（8） 任务管理
当一个新任务被添加时，会根据实现设定好的路径规划算法来安排AGV的行驶路径.当任务启动时，后台会根据算法指派AGV执行任务并且把实现规划好的完整路径信息发给AGV.从任务被创建起，这些任务相关信息都可以查看，还可以进行取消，暂停，修改等操作.本系统将任务分为三种类型，即出库、入库、移库。
（9） 用户管理
用户管理是指对于系统中的用户信息和用户权限进行管理，系统在设计时需要规划好各个部分的使用权限，不同权限的用户可以在系统中操作的范围不同.在本系统中用户被分为四个等级，即访客，操作员，管理员和超级管理员。
2 系统设计概述
2.1系统设计原则
可视性：用户通过操作界面进行数据访问并可以进行数据管理，设计中优化界面操作，考虑用户实际需要进行人性化设计.注重美观使用和简介。
实时性：要求仓库的地图可以实时反应当前系统的状态，包括AGV的位置，运动状态以及货架状态和信息，因此应该尽可能避免产生系统延迟，保证AGV和系统控制中心通信状态无误，确保信息交流的正确率和成功率。
稳定性：系统的设计要求在数据量增大时仍然可以维持系统的稳定性，在长时间运行后也可以维持稳定，防止系统运行时崩溃
可扩展性：系统的功能在日后仍旧会不断地扩展和完善，因此最好可以把系统分成各个模块，并吧各个扩展功能接口与对应模块安装在一起，方便日后开发的模块与系统当前模块来连接并进行数据传输。 2.2 系统框架设计
智能仓库系统在功能上主要可以分为智能运输执行层，服务层和应用层等。
服务层位于应用层和执行层的中间，是连接这两个模块的桥梁，按照控制层模块可以分为中心管理系统和访问系统，负责和智能运输执行层进行沟通，收集AGV状态和信心，还可以提供接口调用，，应用层可以通过它提供的接口来实现对于AGV的任务下发和关于AGV的控制操作。
应用层位于系统的最上层，直接面对用户操作的一层直接面向用户操作，也就是用户可以直接通过操作界面来对系统进行操作，在Unity3D中可以直接制作這种界面.用户通过界面与系统进行交互，通过发送请求获得想要查看的数据信息或者是对系统的数据库操作，请求发送之后的逻辑处理会交给系统业务逻辑层完成，操作界面只显示处理结果返回后的数据。
2.3 数据库设计
本智能物流管理系统所涉及到的业务主要有车辆管理，订单管理，仓库管理，用户管理等，主要数据包含了用户，车辆，任务，仓库，地图，站点，路径等设置，系统的主要数据描述如下：
（1）用户信息数据 包括用户的基本信息和用户权限
（2）车辆信息数据 车辆信息除了AGV小车的基本状态信息还有充放电信息和小车异常等信息
（3）任务数据信息，包括系统所有任务的基本信息和任务执行信息
（4）仓库信息数据 包括仓库 区域 货架 站点 充电桩 等基本信息，这些信息构建了完整的仓库交通地图
以上就是系统的核心数据尸体，用户与任务有创建关系，任务和AGV有执行关系，AGV与仓库有运输关系，用户和仓库有管理关系.
2.4 系统详细设计和实现
2.4.1 基础框架实现
在unity3D中创立一个新项目，向其中导入做好的部分模型，然后依靠模型还原仓库实景，基本的逻辑指令和关系在unity3D中都有内置设定，程序编写依靠C语言。
用户登录：
用户登录时关键环节之一，用户需要完成身份校验并获得系统角色的权限才可以进入系统操纵，登陆过程业务流程如图1：
仓库管理实现：
仓库管理是智能仓库管理系统的核心，对于仓库整体的建模.通过仓库管理应该可以查看并且编辑仓库内的所有货箱，区域，车辆和货架分布等各种情况.地图还应该包含路径列表和站点列表.车辆管理包括车辆异常管理和车辆充电管理，结构如图2：
2.4.2 地图设计模式方法确定
在机器人学中地图环境模型的设计模式一般分为四种：量度地图、直接表征法，栅格地图和拓扑地图等
量度地图将现实空间按照一定的比例进行二维或三维重建，直接表征法直接使用从传感器接收的数据来构造环境空间和AGV，不再需要栅格化或拓扑结构化。栅格地图的生成方便，将现实空间系统离散化为规则排列并且大小相同的区域块，并可将栅格转化为拓扑图。拓扑图是空间环境用圈结构表示，类似于特征地图，将地图环境中的关键位置用点表示。
地图坐标系分为两种：布局坐标系和模型坐标系一般二者是相互独立的，也可以相关联。本文研究的是三维仓库，因此点对应（x，y，z）三维坐标。布局坐标系指的是对于虚拟仿真平台窗口的位置，而模型坐标系是和现实场景相对应的实际坐标（x，y，z）。我们在生成绘图时，软件自动定位生成布局坐标系，因此需要补充关于模型坐标系的位置字段，以便于模拟实际场景真实运转情况。
点的类型和允许的操作：点对应地图上AGV的位置信息也就是说三维坐标初始值x，y，z为0，默许是普通点。每个不同类型的点代表该位置所许可使用的操作都不相同。点分为普通点，装卸货点，出入口点，货位点，充电点等。需要注意，普通点不允许放置货架和使AGV长久停留。
2.4.3 路径规划优化
在仓库中的货架上每一个货箱都有一个独有的固定编号，格式是xx-xx-x即排列层，比如05053就表示第五排第五列第三层的那个箱子，在每个箱子中都存放着四个点，第一个点是进入仓库区域的点，如图3：
第二个点是每个货架通道的入口点，如图4
第三个点是货位点 如图5
第四个点是初始点如图6
在每一次任务中AGV的行驶路径都是经由1-2-3-2-1-4这六个点，这完成了一次取货或者送货的过程。
3 结束语
随着近些年来智能物流业的快速发展，更多物联网技术的应用可以实现仓库从“手工机械化”向“货到人”的自动化生产管理和运营模式的转变。操作员可以实时准确的知道仓库的材料储备情况，实现扫描的精度和动态存储和仓库的扫描，大大提高存储系统的高效的经营管理，从而避免资源的浪费和劳动力，充分满足用户的需求。然而，随着智能系统规模的不断扩大和机器数量的快速增长，如何有效地分配任务和控制AGV仓库的研究面临着诸多挑战。本文从物流仓库的实际情况出发，将仓库管理的概念从传统意义上的库存管理——入库和出库记录的管理转移到仓库的实际操作场所，实现了基于AGV的智能仓库调度控制系统。本系统采用现代全自动生产技术，实现了进出站任务的自动化操作，真正实现了企业从自动化向智能化方向的转变。
参考文献（References）：
[1]田国会，刘长有，徐心和，白动化仓库输送过程调度问题研究，计算机集成制造系统，1998， 4（2），51-54页.
[2]戴定一 仓储管理与WMS[J].物流技术与应用，2005，2：59-61.
[3] 邱歌基于多AGV的智能仓储调度系统研发，浙江大学博士论文2017-01-01.
[4』姜超峰.我国仓储业的现状、问题及发展趋势[J].中国流通经济，2010（3）：11一13.
[5]GrefenstetteJ. J，Traveling Salesman Problem，Algorithms（ICGA），1985， pp，Gopal R， Rosmaita B. J， etc. Genetic Algorithms for the
Proceedings of the 1st international Conference on Genetic，160-168.
[6]汪达开.AGV控制系统【M].机械工业自动化，1997，19（3 ）： 3 6-3 8.
关键词：AGV 调度系统 智能仓库 仿真模拟
中图分类号：TP278; TH39 文献标识码：A
0 前言
随着物流行业的快速发展，土地资源的短缺和劳动力成本的增加，作为物流转运中心的仓库正在面临着巨大的挑战，由于仓库的的规模越来越大，操作频率越来越高，信息的更加复杂，商品的拣选任务更加繁重。为了追求低错误率和低人力成本，同时提高存储系统的整体效率，促进企业向智能自动化产生转变，已经成为了仓储物流行业发展的主要目标。本文中重点研究这种基于AGV的智能仓库物流系统，此系统用以自动导航车即AGV为载体，与外部信息接口对接获取订单，通过智能仓库的规划系统和算法对AGV行驶路径进行规划，使AGV可以自动完成包括入库，搬运，出库，装卸等一系列操作，提高物流系统整体的运转效率和准确度，降低运营成本。
1 系统分析
智能仓库系统的核心是管理和规划调度，本文中所介绍的系统是一种分层结构，数据从输入端到货箱到AGV层层递进.根据智能仓库系统的主要功能和对存储业务的分析，我们可以把系统划分为仓库管理，站点管理，车辆管理，订单管理，用户管理的等主要功能模块。
（1） 仓库管理
仓库管理的主要功能是对仓库管理区域的地图建模，仓库信息的查看和更改.本文中把给定的仓库划定了20排和12列，分为上中下三层，每个箱子都有一个固定的编号.地图中还包含了厂房的墙体和门，两个暂存台和一个充电桩.在仓库中，货物的信息是按照货箱的位置进行存储的，当需要寻找某个货物的信息，要在系统中找到该货物所在的货箱，货物的信息储存在货箱所属的数据库中.每个货箱都有固定的独有的编号，方便管理。
（2） 站点管理
在地图中，几个关键点的点被特别标注出来作为主要的目标点，仓库入口处，每一排货架的入口处，每列货架对应的货位点，充电点，装货点，卸货点，停靠点等都会提前设置好作为AGV运动的起始点或者是目标点
（3） 路径管理
站点相连即为路径，AGV沿着规划好的路径行驶，路径按方向可以分为单向路径和双向路径，按形状可分为直线和弯道。
（4） 货架管理
货架只能摆放在仓库中的货位点上，货架管理是对仓库中所有货架进行统一管理，关系到AGV搬运货架的操作.AGV搬运货架时可以从装货点，卸货点或者货位点搬运，最后放置货框也智能放在装货点或卸货点或货位点上.货架有四种状态，分为为，初始状态，等待取出状态，AGV运送过程状态和被AGV送回状态。
（5） 车辆管理
由于是一个相对简易的仓库所以系统中只存在单一的AGV，所以每次只能存或者取一个货箱，AGV状态可以分为待机状态，充电状态，任务执行状态三种.待机状态即AGV
停留在仓库入口处并且电量支持其完成任务，充电状态即AGV电量不足所以移动到充电桩附近进行充电时的状态，任务执行状态是AGV正在进行搬运货箱时的状态。
（6） 充电管理
AGV在电量不足时会发起自动的充电任务，智能仓库管理系统根据AGV运行状态，在收到AGV发出的充电请求后会调用充电路径规划赋给AGV，并锁定充电桩.此时AGV处于充电状态并且无法在这段时间内给AGV分配任何任务直到AGV充电量达到规定值。
（7） 异常管理
在任务的执行过程中，AGV可能会出现一些异常，比如不按规划好的路径行驶，电量不足时却未发出充电请求，脱离轨道不受控制等.因此要对AGV发生的异常进行统计并且以列表的形式记录下来，还可以设定AGV异常次数报警阈值，当AGV发生异常次数超过阈值时就会报警，这时应该把AGV送去檢修。
（8） 任务管理
当一个新任务被添加时，会根据实现设定好的路径规划算法来安排AGV的行驶路径.当任务启动时，后台会根据算法指派AGV执行任务并且把实现规划好的完整路径信息发给AGV.从任务被创建起，这些任务相关信息都可以查看，还可以进行取消，暂停，修改等操作.本系统将任务分为三种类型，即出库、入库、移库。
（9） 用户管理
用户管理是指对于系统中的用户信息和用户权限进行管理，系统在设计时需要规划好各个部分的使用权限，不同权限的用户可以在系统中操作的范围不同.在本系统中用户被分为四个等级，即访客，操作员，管理员和超级管理员。
2 系统设计概述
2.1系统设计原则
可视性：用户通过操作界面进行数据访问并可以进行数据管理，设计中优化界面操作，考虑用户实际需要进行人性化设计.注重美观使用和简介。
实时性：要求仓库的地图可以实时反应当前系统的状态，包括AGV的位置，运动状态以及货架状态和信息，因此应该尽可能避免产生系统延迟，保证AGV和系统控制中心通信状态无误，确保信息交流的正确率和成功率。
稳定性：系统的设计要求在数据量增大时仍然可以维持系统的稳定性，在长时间运行后也可以维持稳定，防止系统运行时崩溃
可扩展性：系统的功能在日后仍旧会不断地扩展和完善，因此最好可以把系统分成各个模块，并吧各个扩展功能接口与对应模块安装在一起，方便日后开发的模块与系统当前模块来连接并进行数据传输。 2.2 系统框架设计
智能仓库系统在功能上主要可以分为智能运输执行层，服务层和应用层等。
服务层位于应用层和执行层的中间，是连接这两个模块的桥梁，按照控制层模块可以分为中心管理系统和访问系统，负责和智能运输执行层进行沟通，收集AGV状态和信心，还可以提供接口调用，，应用层可以通过它提供的接口来实现对于AGV的任务下发和关于AGV的控制操作。
应用层位于系统的最上层，直接面对用户操作的一层直接面向用户操作，也就是用户可以直接通过操作界面来对系统进行操作，在Unity3D中可以直接制作這种界面.用户通过界面与系统进行交互，通过发送请求获得想要查看的数据信息或者是对系统的数据库操作，请求发送之后的逻辑处理会交给系统业务逻辑层完成，操作界面只显示处理结果返回后的数据。
2.3 数据库设计
本智能物流管理系统所涉及到的业务主要有车辆管理，订单管理，仓库管理，用户管理等，主要数据包含了用户，车辆，任务，仓库，地图，站点，路径等设置，系统的主要数据描述如下：
（1）用户信息数据 包括用户的基本信息和用户权限
（2）车辆信息数据 车辆信息除了AGV小车的基本状态信息还有充放电信息和小车异常等信息
（3）任务数据信息，包括系统所有任务的基本信息和任务执行信息
（4）仓库信息数据 包括仓库 区域 货架 站点 充电桩 等基本信息，这些信息构建了完整的仓库交通地图
以上就是系统的核心数据尸体，用户与任务有创建关系，任务和AGV有执行关系，AGV与仓库有运输关系，用户和仓库有管理关系.
2.4 系统详细设计和实现
2.4.1 基础框架实现
在unity3D中创立一个新项目，向其中导入做好的部分模型，然后依靠模型还原仓库实景，基本的逻辑指令和关系在unity3D中都有内置设定，程序编写依靠C语言。
用户登录：
用户登录时关键环节之一，用户需要完成身份校验并获得系统角色的权限才可以进入系统操纵，登陆过程业务流程如图1：
仓库管理实现：
仓库管理是智能仓库管理系统的核心，对于仓库整体的建模.通过仓库管理应该可以查看并且编辑仓库内的所有货箱，区域，车辆和货架分布等各种情况.地图还应该包含路径列表和站点列表.车辆管理包括车辆异常管理和车辆充电管理，结构如图2：
2.4.2 地图设计模式方法确定
在机器人学中地图环境模型的设计模式一般分为四种：量度地图、直接表征法，栅格地图和拓扑地图等
量度地图将现实空间按照一定的比例进行二维或三维重建，直接表征法直接使用从传感器接收的数据来构造环境空间和AGV，不再需要栅格化或拓扑结构化。栅格地图的生成方便，将现实空间系统离散化为规则排列并且大小相同的区域块，并可将栅格转化为拓扑图。拓扑图是空间环境用圈结构表示，类似于特征地图，将地图环境中的关键位置用点表示。
地图坐标系分为两种：布局坐标系和模型坐标系一般二者是相互独立的，也可以相关联。本文研究的是三维仓库，因此点对应（x，y，z）三维坐标。布局坐标系指的是对于虚拟仿真平台窗口的位置，而模型坐标系是和现实场景相对应的实际坐标（x，y，z）。我们在生成绘图时，软件自动定位生成布局坐标系，因此需要补充关于模型坐标系的位置字段，以便于模拟实际场景真实运转情况。
点的类型和允许的操作：点对应地图上AGV的位置信息也就是说三维坐标初始值x，y，z为0，默许是普通点。每个不同类型的点代表该位置所许可使用的操作都不相同。点分为普通点，装卸货点，出入口点，货位点，充电点等。需要注意，普通点不允许放置货架和使AGV长久停留。
2.4.3 路径规划优化
在仓库中的货架上每一个货箱都有一个独有的固定编号，格式是xx-xx-x即排列层，比如05053就表示第五排第五列第三层的那个箱子，在每个箱子中都存放着四个点，第一个点是进入仓库区域的点，如图3：
第二个点是每个货架通道的入口点，如图4
第三个点是货位点 如图5
第四个点是初始点如图6
在每一次任务中AGV的行驶路径都是经由1-2-3-2-1-4这六个点，这完成了一次取货或者送货的过程。
3 结束语
随着近些年来智能物流业的快速发展，更多物联网技术的应用可以实现仓库从“手工机械化”向“货到人”的自动化生产管理和运营模式的转变。操作员可以实时准确的知道仓库的材料储备情况，实现扫描的精度和动态存储和仓库的扫描，大大提高存储系统的高效的经营管理，从而避免资源的浪费和劳动力，充分满足用户的需求。然而，随着智能系统规模的不断扩大和机器数量的快速增长，如何有效地分配任务和控制AGV仓库的研究面临着诸多挑战。本文从物流仓库的实际情况出发，将仓库管理的概念从传统意义上的库存管理——入库和出库记录的管理转移到仓库的实际操作场所，实现了基于AGV的智能仓库调度控制系统。本系统采用现代全自动生产技术，实现了进出站任务的自动化操作，真正实现了企业从自动化向智能化方向的转变。
参考文献（References）：
[1]田国会，刘长有，徐心和，白动化仓库输送过程调度问题研究，计算机集成制造系统，1998， 4（2），51-54页.
[2]戴定一 仓储管理与WMS[J].物流技术与应用，2005，2：59-61.
[3] 邱歌基于多AGV的智能仓储调度系统研发，浙江大学博士论文2017-01-01.
[4』姜超峰.我国仓储业的现状、问题及发展趋势[J].中国流通经济，2010（3）：11一13.
[5]GrefenstetteJ. J，Traveling Salesman Problem，Algorithms（ICGA），1985， pp，Gopal R， Rosmaita B. J， etc. Genetic Algorithms for the
Proceedings of the 1st international Conference on Genetic，160-168.
[6]汪达开.AGV控制系统【M].机械工业自动化，1997，19（3 ）： 3 6-3 8.