你負責管理一座倉庫的現場:約 24 台自主移動機器人(AMR)把周轉箱從儲存走道運到四個協作機器人包裝工作站。每筆訂單是一趟 240 m 的行程——200 m 走機器人專用走道,40 m 穿過人員工作的共用區——再加上在工作站的一次揀取。本模型依據已公開的標準與教科書公式,逐分鐘計算排隊、壅塞、死結、停止距離、電池能量與充電器功率,以及軟體版本對停止次數的影響。這是運作原理的模型:它不執行機器人軟體,數值皆為通用值,並非任何產品的數值。僅供教育用途的模擬——實際場域須依其自身的風險評估執行。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
在可能有人的地方,停止距離(反應期間行駛距離加上煞車距離)必須落在人員偵測區範圍內。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
行駛功率:固定的電子設備負載、滾動阻力,以及每次走走停停損失的煞車能量。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
充電器在電量約 70 % 以前以全功率充電,之後電流逐漸遞減(先定電流,再定電壓)。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
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]數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
金絲雀比較:使用最新版本的機器人每機器人小時的停止次數,與車隊其餘機器人相比。
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
本模型的其他常數
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-min數值僅供說明,並非任何實際場域或產品的數值。實際場域依據自身的風險評估與製造商資料設定偵測區、速度與限值。
M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935