WIA SOOM симуляторлары

Робот паркін басқару Тірі модель

Сіз қойма алаңын басқарасыз: онда шамамен 24 автономды мобильді робот (AMR) контейнерлерді сақтау өтпелерінен буып-түюге арналған төрт кобот ұяшығына тасиды. Әр тапсырыс — 240 m жол (200 m тек роботтарға арналған өтпелер арқылы, 40 m адамдар жұмыс істейтін ортақ аймақ арқылы) және ұяшықтағы іріктеу. Модель жарияланған стандарттар мен оқулық формулалары негізінде кезектерді, кептелісті, тұйықталуларды, тоқтау қашықтығын, батарея энергиясы мен зарядтағыш қуатын және бағдарлама нұсқаларының тоқтауларға әсерін минут сайын есептейді. Бұл жұмыс принциптерінің моделі: ол робот бағдарламасын іске қоспайды, ал сандар жалпы, ешбір өнімдікі емес. Тек оқу симуляциясы — нақты нысандар өздерінің тәуекел бағалауын басшылыққа алады.

Нені үйренесіз

Симулятор

Уақыт 0 мин
Жұмыстағы роботтар 24 · Буып-түйілген контейнерлер 360/h · Тапсырысты орындау уақыты 0,0 min · Қолжетімді роботтар 100% · A аймағы (тек роботтар) 1,5 m/s · Ортақ аймақ 1,0 m/s (Δ 0,27 m) · Еркін (жергілікті айналып өту), Тұйықталуда тұрған роботтар 0 · Кобот ұяшықтары 0%, Кобот ұяшығында адам 0 · Зарядтағыштар 0/6 (Зарядтағыш істен шыққан 0), Зарядтағыш күткен роботтар 0 · Батареяның орташа заряды 67% · v1 24, v2.0 0, v2.1 0 · Робот-сағатқа тоқтаулар, ең жаңа құрастырма 0,0/h, Робот-сағатқа тоқтаулар, парктің қалғаны 0,0/h⁨24⁩ · ⁨360/h⁩ · ⁨Роботтар⁩························⁨✓ 1,5 m/s⁩⁨A аймағы (тек роботтар)⁩⁨адам жоқ⁩⁨⚠ 1,0 m/s⁩ · ⁨Δ 0,27 m⁩⁨Ортақ аймақ⁩⁨⛔ 0⁩⁨Еркін (жергілікті…⁨0%⁩ · ⁨Кобот ұяшықтары⁩⚙⚙⚙⚙⁨⚡ 0/6⁩ · ⁨⌛ 0⁩ · ⁨Зарядтағыштар⁩······⁨Бағдарлама: v1 · v2.0 · v2.1⁩⁨v1 24⁩ · ⁨v2.0 0⁩ · ⁨v2.1 0⁩⁨0,0/h ең жаңа⁩ · ⁨0,0/h қалғаны⁩
  • Тапсырмамен жүріп келеді
  • Кобот ұяшығында
  • Ұяшық күтуде
  • Бос тұр
  • Зарядталуда
  • Зарядтағыш күтуде
  • Бағдарлама жаңартылуда
  • Тоқтады (байланыс не локализация)
  • Тұйықталуда тұр
  • Заряды таусылды, сүйретілді
  • Адамсыз аймақ
  • Аймақта адамдар, жылдамдық өріс ішінде
  • Адамдар бар жерде өріс үшін тым жылдам
  • Кобот ұяшығында адам
  • Зарядтағыш істен шыққан

Басқару элементтері

Қосалқы роботтар деподан оянады; тұраққа қойылған роботтар қуат тұтынбайды. Жұмыстағы әр робот сағат сайын бір робот-сағатқа түседі.

A аймағы адамдар үшін жабық, сондықтан роботтар жылдам жүре алады. Егер адамдар кірсе, жылдамдық қайтадан адамды анықтау өрісіне сәйкес келуі тиіс.

Мұнда әрдайым адамдар жұмыс істейді. Осы жылдамдықтағы тоқтау қашықтығы 1,3 m адамды анықтау өрісінің ішіне сыюы тиіс.

Еркін: роботтар бір-бірін тек жергілікті түрде айналып өтеді — жылдам, бірақ екі немесе одан көп робот бір-бірін біржола бөгеп қалуы мүмкін. Аймақты брондау: робот қиылысқа алдындағы аймақтар оған брондалғанда ғана кіреді — тұйықталу жоқ, әр өтуде қысқа күту.

Тұйықталуда тұрған барлық роботты дәл қазір босатады. Босатылған әр роботқа 2 оператор-минут жұмсалады; жаңа тұйықталулардың пайда болуын тоқтатпайды.

Тапсырманы осындай немесе одан аз зарядпен аяқтаған робот зарядтағыш кезегіне тұрады. Төменірек мән батареяны көбірек пайдаланады, бірақ тым ұзақ күткен роботтың заряды толық таусылуы мүмкін.

Зарядтағыштар шамамен 70 %-ға дейін толық қуат береді; одан жоғары ток біртіндеп азаяды. Ертерек тоқтату зарядтағышты тезірек босатады.

Тапсырмасы жоқ роботтар бос күтудің орнына кез келген бос зарядтағышқа барады және тапсырыстар күтіп тұрған кезде әрі зарядқа жіберу деңгейінен 20 % жоғары заряды болғанда қайтадан жұмысқа кетеді.

Ұяшықта ешкім болмағандағы құралдың жылдамдығы. 10 тауары бар контейнерге 1 m/s жылдамдықта 25 s кетеді.

Қуат пен күш шегі: контейнерге қысылған қол 140 N-нан артық күш сезбеуі тиіс (квазистатикалық шек, сақтықпен қолданылады), бұл мұнда ең көбі 0,67 m/s жылдамдыққа рұқсат береді.

Жүгірткіні жылжытқанда ең соңғы жарияланған құрастырма парктің сол үлесіне енгізіледі (реті бойынша алғашқы роботтарға); қалғандары v1-де жұмыс істейді. Кейінірек жарияланған құрастырма жүгірткіні қайта жылжытқанда ғана орнатылады. Нұсқасын ауыстыратын әр робот 4 минутқа жұмыстан шығады.

Көрсеткіштер

Буып-түйілген контейнерлер
360/h
қалыпты
Тапсырысты орындау уақыты
0,0min
қалыпты
Қолжетімді роботтар
100%
қалыпты
Адамдар бар жердегі тоқтау қоры
0,27m
қалыпты
Күтудегі тапсырыстар0
Кобот жылдамдығының қоры (қуат пен күш шегі)0,17 m/s
Батареяның орташа заряды67 %
Батареяның ең төмен заряды42 %
Зарядтағыш күткен роботтар0
Зарядталып жатқан роботтар0
Заряды таусылған роботтар (сүйретілді)0
Тұйықталуда тұрған роботтар0
Пайда болған тұйықталулар0
Навигациялық тоқтаулар (байланыс не локализация)0
Робот-сағатқа тоқтаулар, ең жаңа құрастырма0,0 /h
Робот-сағатқа тоқтаулар, парктің қалғаны0,0 /h
Ең жаңа құрастырмадағы парк0 %
v2.0-дегі парк0 %
Жаңартылып жатқан роботтар0
A аймағының жылдамдық баптауы1,5 m/s
Роботтарға жұмсалған оператор уақыты0 min
Жұмсалған робот-сағаттар0 h
Жұмыстағы роботтар24
Жүріп келе жатқан роботтар0
A аймағындағы нақты жылдамдық1,50 m/s
Қиылыстан бір өтудегі күту0,0 s
Парктің тұтынатын қуаты0,00 kW
Зарядтағыштар берген қуат0,00 kW
Бос емес кобот ұяшықтары0 %

Тренд

Буып-түйілген контейнерлер: — /h6000

Дағдарыс сценарийлері

1-деңгей · Тапсырыстар шыңы алдында зарядтағыштардың жартысы істен шығады

Таңғы ауысым, 24 робот жұмыста, минутына шамамен 3,7 тапсырыс. Қарбалас түннен кейін парк ауысымды орта есеппен 60 % зарядпен бастайды. 15-минутта электр ақауы алты зарядтағыштың төртеуін ауысымның соңына дейін істен шығарады. 90-минутта тапсырыстар шыңы басталады (екі сағатқа +25 %). Тапсырыстар ағынын сақтаңыз, шыңға зарядталған паркпен кіріңіз, ешбір роботтың заряды таусылмасын және ауысымның робот бюджетінен аспаңыз.

  • Шың кезінде және одан кейін орташа орындау уақыты ≤ 3,5 min
  • Шың басталғанда парктің орташа заряды кемінде 49 %
  • Ешбір роботтың заряды таусылмайды
  • Ауысымға ең көбі 97 робот-сағат
  • Адамдар бар жерде тоқтау қашықтығы әрдайым өріс ішінде
  • Ішінде адам болғанда кобот ешқашан қуат пен күш шегінен жылдам емес

2-деңгей · Өтпе жабылады, роботтар тұйыққа тіреледі, ал бригада A аймағына кіреді

Минутына шамамен 4,2 тапсырыс, 24 робот, қозғалысты басқару еркін жүріске қойылған. 10-минутта бір өтпе сөрелерді қайта орнату үшін жабылады: қиылыстар азаяды, бетпе-бет кездесулер көбейеді және айналма жол жоқ. 60-минутта техникалық қызмет бригадасы тек роботтарға арналған A аймағына 40 минутқа кіреді. Оператор уақытын аз жұмсап, тапсырыстарды қозғалыста ұстаңыз, адамдар бар жерде әр тоқтау қашықтығын қауіпсіздік өрісі ішінде ұстаңыз және A аймағы босағанда оны қайтадан толық жылдамдыққа қойыңыз.

  • Орташа орындау уақыты ≤ 6 min
  • Бригада кеткеннен кейін A аймағы қайтадан орташа ≥ 1,4 m/s
  • Ең көбі 1 тұйықталу пайда болады
  • Роботтарға ең көбі 20 оператор-минут
  • Адамдар бар жерде тоқтау қашықтығы әрдайым өріс ішінде
  • Ішінде адам болғанда кобот ешқашан қуат пен күш шегінен жылдам емес

3-деңгей · Жаңа навигациялық бағдарламаның canary енгізуі

Кеше түнде өтпелердегі сөрелер қайта орнатылды, ал ағымдағы бағдарламадағы (v1) роботтар ол жерде өз орнын жиірек жоғалтады; әр жоғалтуға оператор керек. v2.0 шығарылымы мұны түзетеді және парктің 10 %-ында canary ретінде жұмыс істеп тұр. Canary-ді бағалауға жеткілікті уақыт беріңіз, оны парктің қалғанымен салыстырыңыз, кеңейту не кері қайтаруды шешіңіз және паркті жақсы құрастырмаға көшіріңіз — кезең-кезеңімен, бір мезетте тым көп роботты жұмыстан шығармай.

  • Canary алғашқы 12 минут бойы жұмыс істеп тұрды (парктің ≥ 5 %-ы v2.0-де)
  • 30-минуттан 49-минутқа дейін ақаулы v2.0-ден бас тарту (орташа парктің ≤ 1 %-ы онда)
  • Hotfix алғашқы 10 минутында парктің ең көбі 20 %-ында
  • Hotfix жедел енгізілді: жарияланғаннан кейін орта есеппен парктің ≥ 55 %-ы соған көшкен
  • Соңында парктің кемінде 90 %-ы ең жаңа құрастырмада
  • Кез келген уақытта роботтардың кемінде 60 %-ы қолжетімді
  • Адамдар бар жерде тоқтау қашықтығы әрдайым өріс ішінде
  • Ішінде адам болғанда кобот ешқашан қуат пен күш шегінен жылдам емес

Негіз — сандар артындағы модель

Симулятор қолданатын әрбір қатынас өз дереккөзімен. Жорамал деп белгіленген тұрақтылар — көрнекі калибрлеулер.

Литтл заңы: әлі буып-түйілмеген барлық тапсырыстарды — күтудегі немесе роботта келе жатқан — контейнерлердің нақты буып-түйілу қарқынына бөлгенде орындау уақыты шығады.
lead time W = L / X, L = orders waiting + orders on a robot, X = totes packed per minute (smoothed, τ = 10 min)[5]
Өтпелерді көбірек робот бөліскен сайын жылдамдық төмендейді (Гриншилдстің жылдамдық пен тығыздықтың сызықтық байланысы).
v_eff = v · max(0.1, 1 − n_moving / N_jam), N_jam = 120 robots (80 with an aisle closed)[7][9]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Брондаусыз екі робот әрқайсысы екіншісі алып тұрған орынды күтуі мүмкін — циклдік күту. Кездесулер жүріп келе жатқан роботтар санының квадратына қарай өседі.
free traffic: P(new deadlock in a minute) = 1 − e^(−κ·n_moving²/n_I), κ = 0.00001 (× 300 with an aisle closed, n_I = 6 → 4); a robot behind joins with p = 0.5 (≤ 8); the fleet manager re-plans with p = 0.2/min (0.03/min with no detour)[8][10]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Аймақты брондау: робот алдындағы аймақтар оған брондалғанда ғана кіреді (бәрі бірден, тұрақты ретпен), бұл циклдік күтуді жояды; сонда әр қиылыс өту уақыты тұрақты, бір қызмет көрсетушісі бар кезек сияқты әрекет етеді.
zone reservation: a robot enters only when the zones ahead are granted to it → no circular wait; each crossing W = ρτ / (2(1 − ρ)), ρ = λ_I·τ, τ = 2 s, 6 crossings per task[8][6][9]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Адамдар болуы мүмкін жерде тоқтау қашықтығы — реакция кезіндегі жол мен тежеу — адамды анықтау өрісінің ішіне сыюы тиіс.
d_stop = v·t_r + v²/(2a) + C ≤ F (t_r = 0.3 s, a = 0.8 m/s², C = 0.1 m, F = 1.3 m ⇒ v ≤ 1.17 m/s where people can be)[1][2]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Қуат пен күш шегі: қолмен жанасу рұқсат етілген күштен төмен қалатын ең жоғары жылдамдық; ол қол мен роботтың келтірілген массасынан және қолдың қатаңдығынан есептеледі. Квазистатикалық шек қысқа жанасу үшін де қолданылады — бұл сақтықпен жасалған бағалау.
v ≤ F / √(μ·k), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L; hand: F = 140 N (quasi-static limit, used conservatively), k = 75 N/mm, m_H = 0.6 kg; M = 24 kg, m_L = 3 kg ⇒ v ≤ 0.67 m/s[3][4]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Тауарлар салынған контейнерге ұстау уақыты мен әр тауарға екі созылу қимылы кетеді; ішінде адам болса, кобот бірлескен жұмыс жылдамдығымен істейді. Роботтарға ұяшықтарға жеткен ретімен қызмет көрсетіледі, әр минут ішінде секунд сайын.
tote time = 10 items × (1.5 s + 2 × 0.5 m / v_cobot); v_cobot = collaborative speed while a person is in the cell; 4 cells, served in order of arrival within the minute[3]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Жүру қуаты: электрониканың тұрақты жүктемесі, домалау кедергісі және әр тоқтап-жүрген сайын жоғалатын тежеу энергиясы.
P = 60 W + C_rr·m·g·v/η + 0.03/m · v · ½mv²·(1 − r)/η (C_rr = 0.012, m = 500 kg, η = 0.75, r = 0.5)[12]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Зарядтағыштар шамамен 70 % зарядқа дейін толық қуат береді, содан кейін ток біртіндеп азаяды (тұрақты ток, содан кейін тұрақты кернеу).
P_charge = 0.8 kW up to 70 % SoC, then × (1 − 0.9·(SoC − 70)/30); battery 0.8 kWh; stranded at 1 %[11][10]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Парк менеджерімен байланыс оның watchdog уақытынан ұзақ үнсіз қалса, робот тоқтайды; қысқарақ watchdog Wi-Fi-дың қысқа үзілістерін әлдеқайда көп ұстайды.
P(link silent > W in a robot-minute) = 0.224·e^(−W/0.1 s); watchdog W: v1 0.5 s, v2.0 0.15 s, v2.1 0.5 s; stop 2 min[13]Түсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.
Canary салыстыруы: ең жаңа құрастырмадағы роботтардың робот-сағатқа шаққандағы тоқтаулары парктің қалған бөлігімен салыстырылады.
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
Осы модельдің басқа тұрақтылары
task 200 m in zone A + 40 m in the shared area · 6 intersections · 4 cobot cells, a person inside 25 % of minutes · 6 chargers · shift-start charge stratified over mean ± 27.5 % · v1 mislocalises 0.6 % per driving minute in re-racked aisles (others 0.04 %), 6-min stop + 3 operator-min · clearing a deadlock 2 operator-min per robot · tow 15 operator-minТүсіндірме мәндер, нақты нысанның немесе өнімнің мәндері емес. Нақты нысандар өрістерді, жылдамдықтар мен шектеулерді өздерінің тәуекелді бағалауы мен өндіруші деректері бойынша белгілейді.

Кездейсоқтық: seed бар mulberry32 генераторы; қолданылатын үлестірімдер — біркелкі, экспоненциалды (кері CDF), қалыпты (Box–Muller), Пуассон (Knuth). Seed көрсетіледі және оны бөлісуге болады.

Дереккөздер

  1. ISO 3691-4:2023 Industrial trucks — Safety requirements and verification — Part 4: Driverless industrial trucks and their systems (personnel detection, zones, speed) — ISO/TC 110/SC 2, 2023
  2. ISO 13855:2024 Safety of machinery — Positioning of safeguards with respect to the approach of the human body (minimum distance S = K·T + C; replaces the 2010 edition) — ISO/TC 199, 2024
  3. ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices — Collaborative robots (Annex A: body-region limits; transient contact speed v = F/√(μk), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L) — ISO/TC 299, 2016
  4. ISO 10218-2:2025 Robotics — Safety requirements — Part 2: Industrial robot applications and robot cells (collaborative applications; takes over the ISO/TS 15066 body-region data) — ISO/TC 299, 2025
  5. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula: L = λW — Operations Research 9(3):383–387, 1961
  6. M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
  7. B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935
  8. E. G. Coffman, M. Elphick, A. Shoshani — System Deadlocks (the four necessary conditions; prevention by ordered resource allocation) — ACM Computing Surveys 3(2):67–78, 1971
  9. I. F. A. Vis — Survey of research in the design and control of automated guided vehicle systems (fleet sizing, zone control, deadlocks, battery management) — European Journal of Operational Research 170(3):677–709, 2006
  10. M. De Ryck, M. Versteyhe, F. Debrouwere — Automated guided vehicle systems, state-of-the-art control algorithms and techniques (traffic, deadlock avoidance, battery charging strategies) — Journal of Manufacturing Systems 54:152–173, 2020
  11. BU-409: Charging Lithium-ion (constant current to about 70 % state of charge, then constant voltage while the current tapers) — Battery University
  12. T. D. Gillespie — Fundamentals of Vehicle Dynamics (rolling resistance F = C_rr·m·g; kinetic energy lost in braking) — SAE International, 1992
  13. The Site Reliability Workbook — Ch. 16 Canarying Releases (canary vs control, multi-stage rollout, rollback) — Beyer, Murphy, Rensin, Kawahara, Thorne (eds.), O'Reilly, 2018

Мұнымен кәсіби түрде кімдер айналысады

Оқу моделі — операциялық шешімдер үшін емес. Нақты нысандар әр тұрақтыны өз жабдығы мен деректеріне калибрлейді.