摘 要：针对机场货运站双ETV任务调度涉及到任务优先级、出入库作业比例、任务均匀分配、ETV相互避让、双板作业等复杂问题，提出了一种基于专家系统的机场货运站双ETV任务调度方法。该方法归纳总结了机场货运站双ETV任务调度原则，建立了专家系统的知识库，分析了知识库的特征和机场货运站双ETV任务调度的特点，建立了相应的推理机制。算例仿真结果表明，基于专家系统的机场货运站双ETV任务调度方法，能够较好地提高货运站的作业效率。
关键词：专家系统;机场货运站;ETV;任务调度
中图分类号：F253 文献标识码：A
Abstract： In order to solve the complex issues of Two-ETV task scheduling of airport cargo terminal， such as the task priority， the proportion of warehousing operations， uniform distribution of tasks， ETV mutual avoidance， double-plate operations， A methods of Two-ETV task scheduling of airport cargo terminal based expert system is proposed. In this method， the principles of Two-ETV task scheduling of airport cargo terminal are summarize， expert system knowledge base is established， the features of the knowledge base and the characteristics of Two-ETV task scheduling of airport cargo terminal are analyzed， and appropriate reasoning mechanisms are established. The examples simulation result shows that methods of Two-ETV task scheduling of airport cargo terminal based expert system can better improve the operating efficiency of the freight station.
Key words： expert system; airport cargo terminal; elevating transfer vehicle; task scheduling
近年来，随着航空货运需求的快速发展，国内大型机场都相继建设了自动化的货运站。大型自动化立体仓储系统是机场货运站的主要设施，用于航空货运集装设备（Unit Load Device， ULD）的存放和输送。升降式转运车（Elevating Transfer Vehicle， ETV）是输送和存储ULD的主要设备，作用和自动化立体仓库中堆垛机类似。由于机场货运站作业要求高效、低故障的要求，一般大型的机场货运站自动化立体仓储系统都配备两台或两台以上的ETV。机场货运站双ETV任务调度具有一般自动化立体仓库任务优化调度的共性特征，同时具有其自身的特点。所谓“双ETV”是指在同一个巷道内，有两台ETV共同完成货物堆垛输送任务。两台ETV互为备份，相互配合。近年来，自动化立体仓库作业优化调度问题得到了广泛深入的研究，所采用的方法包括模拟退火、遗传算法、神经网络、Petri网等[1-3]。文献[4]、[5]运用专家系统，对常见的自动化立体仓库作业调度和货位分配原则进行了分析研究。文献[6]、[7]对机场货运站的任务调度进行了分析研究。对于机场货运站双ETV任务调度的研究，很少有文献涉及。专家系统是一种在相关领域中具有专家水平解题能力的智能程序系统，它能应用专家多年积累的经验与专门知识，模拟人类专家的思维过程，求解需要专家才能解决的困难问题。本文运用基于规则的专家系统的方法，对机场货运站双ETV任务调度进行了分析归纳，建立了专家系统的知识库和推理机制，通过算例，验证了专家系统能够较好地提高机场货运站双ETV任务执行的效率。
1 机场货运站的主要设备及任务
机场货运站的主要设备包括输送系统、ETV、货架等部分，一般布局平面图如图1所示。其中输送系统负责将ULD输送至ETV与输送系统交接台，输送系统包括机场货运站陆侧输送系统和空侧输送系统。
机场货运站的任务包括入库、出库、直通、倒库和盘库等。入库是将待出发的或到达的ULD暂时存储到货架上的作业。出库是将货架上的ULD下架后，输送到空侧准备发运，或输送到陆侧拆解。直通是将ULD直接由陆侧输送到空侧发运或直接由空侧输送到陆侧拆解。倒库是在ETV没有出入库、直通和盘库任务时，将ULD尽量搬运到离出口近的位置存放，或将一个航空公司的ULD集中存放。
2 双ETV任务调度专家系统的建立
2.1 双ETV任务调度专家系统基本构成
一般的专家系统有6个组成部分：输入部分、知识库、推理子系统、综合数据库、解释子系统和知识获取系统。如图2所示。
知识库存储从专家那里得到的关于机场货运站双ETV任务调度的专门知识;推理子系统具有依据一定调度策略进行推理的能力，即能够依据知识库推导出结论而不是简单地去搜索现成的答案;综合数据库用于存放系统运行过程中所需要和产生的所有信息，包括问题的描述、中间结果、解题过程的记录等信息;解释子系统负责回答用户提出的各种问题;知识获取子系统负责管理知识库中的知识，包括根据需要修改、删去或添加知识及由此引起的一切必要的改动，维持知识库的一致性、完整性等。 2.2 双ETV任务调度专家系统知识库的建立
机场货运站双ETV任务调度主要是作业任务调度，即将众多待执行的任务进行排序。重点解决两台ETV协调工作，达到效率最高。知识库就是在作业调度原则的基础上建立的。
2.2.1 作业调度原则
（1）先到先服务原则：这是作业调度的基本原则之一，不考虑任务类型和优先级等因素，先到的任务申请先处理。这种原理适用于同类任务或优先权对系统影响很小的系统。
（2）优先权原则：将任务赋予优先权，在处理任务时，按优先级的高低排序，优先响应优先权最高的任务。
（3）联合作业原则：在有多项出库和入库任务时，适当把出库任务和入库任务进行优化组合，满足条件的出库任务和入库任务组合成联合作业，可缩短存取周期，提高存取效率。
（4）双板作业原则：ETV能够同时输送两个5英尺的集装箱，在执行双板作业时，要保证两个作业不能冲突，而且要求不能增加ETV作业时间。
（5）两台ETV避让原则：如果ETV在执行任务时，另一台ETV停在本台ETV执行任务的路径上，就需要另一台ETV先执行避让移动操作。在两台ETV任务分配时，尽量减少执行避让操作时间。
（6）出入库作业按比例分配原则：对于ETV任务同时有入库和出库作业时，可以按比例分配任务，保证出入库作业按需求动态调整。
（7）倒库原则：ETV没有出入库、盘库、直通等作业时，可以执行倒库操作，倒库的原则是将货物尽量移到离ETV与输送系统交接台比较近的位置。
2.2.2 作业调度说明
本文设计的机场货运站双ETV任务调度方法将整个巷道划分为两个区域，每台ETV主要负责处理一个区域的任务。当作业任务集中在一个区域内或一台ETV不在全自动模式时，自动调整ETV的工作区域。对于5英尺的小箱，ETV一次可以取两个（即双板作业），在任务调度过程中，本方法能够实现双板作业。两台ETV工作过程中，可能会出现作业路径冲突，本方法能够实现ETV自动避让。
2.2.3 知识库的建立
知识库的建立好坏，直接影响推理机制的速度及效率。本专家系统知识库的建立采用产生式规则表示法（又称规则表示法）。产生式规则的基本形式是：P-Q或者IF P THEN Q，其含义是：如果前提P满足，则可推出结论Q或执行Q所规定的操作。
根据以上形式和原则，建立机场货运站双ETV任务调度专家系统的知识库。
……
2.3 推理机制的选择
2.4 任务的执行
一批任务的执行程序示意图如图4所示。首先根据ETV的工作状态，确定ETV执行什么动作，包括取货、取双板、放货等;然后根据任务分布情况和另一台ETV工作模式，确定任务分配范围和作业类型，任务范围包括主工作区域和增援工作区域，作业类型包括出入库或其它;再根据优先级和任务执行条件，确定执行哪条任务。在整个过程中，任务调度分配通过专家系统中推理机制来确定。
3 算 例
4 结 论
本文运用基于规则的专家系统的方法，分析了机场货运站双ETV任务调度问题，建立了专家系统的知识库和推理机制，编制了算法程序，实现了基于专家系统的机场货运站双ETV任务调度。通过算例结果分析对比，表明基于专家系统的机场货运站双ETV任务调度方法能够较好地解决复杂的任务调度，较好地提高系统的作业效率。
参考文献：
[3] 柳赛男，柯映林，李江雄，等. 基于调度策略的自动化仓库系统优化问题研究[J]. 计算机集成制造系统，2006，12（9）：1438
-1443.
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[6] 张云霞. 机场货运站监控系统多任务调度策略的研究与仿真[D]. 兰州：兰州交通大学（硕士学位论文），2011.