第 1 章 文献综述
1.1 国内外研究现状
在智能无人天车系统的研发上国外已经起步，而国内刚刚进入探索阶段。
国内目前大部分的天车都存在一个共同的问题，那就是天车司机需要在危险环境下长时间的进行高强度作业[1]；天车使用率不高，动作平稳程度不高，设备状态不可控；钢铁企业生产销售物流的管理所产生的单据种类繁多；生产厂与物流部门之间的信息交互方式因厂而异，工作效率低且不易管理。
1.1.1 钢卷库库房管理系统的现状
自动控制系统的依据以及自动控制流程的基础，是对钢卷库库房管理。库房管理的与天车的自动控制相互影响，相互制约。此前已经有很多的国内外学者对钢铁企业的库房管理方式和信息化程度进行了研究。
库房管理是否合理直接影响着整个供应链的运行效率[2]。越来越多的钢铁企业开始重视企业内部的信息化改造[3]，将仓储物流信息通过数字化技术高效的管理起来，通过成熟的自动控制技术完善企业内部设备的可操作性，以及安全性[4]。库区自动化的实现，通过现代化的网络技术[5]，将仓储信息实时准确的记录在库房管理系统中，以达到仓储物流信息统一的目的[6]。钢卷库库存信息的管理理论，目前国内外已经多次论证，但是对于钢卷库去的设备如何自动控制，还没有完整成熟的模型可供参考[7]。
1.1.2 天车无人驾驶系统的现状
在亚洲的其他国家，已经出现了钢卷库的无人天车驾驶技术。并且该项技术已经在国内的宝钢和唐钢成功实施。宝钢采用的无人天车驾驶技术完全靠国外，唐钢则采用的是部分引进，部分自主的战略。
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1.2 研究内容
本课题的研究内容主要包括如下四个部分： 首先，以钢铁企业在无人天车、库房管理、生产调度等方面的现状为基础，为系统的需求分析提供了理论依据，并对自动控制系统开发有关的知识以及数据库技术等理论和技术进行研究。
其次，鉴于对钢铁企业库存管理的研究现状，设计了适用于钢铁企业无人天车自动控制系统，并对该系统的。
第三，根据现场的实际情况调研，分析系统所需模块，设计了无人天车自动控制系统的整体框架以及各个功能模块。
最后，对无人天车自动控制系统中的各模块进行开发实现，同时，保证该系统的稳定运行。
本章节主要是在理论的角度上论述了钢铁企业无人天车自动控制系统的研究背景、目的和意义，说明了无人天车自动控制系统法人发展以及国内外的研究现状，最后，概括列出了本课题的主要研究内容和论文的章节结构及其内容。
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第 2 章 系统分析2.1 应用环境分析
库房管理过程中，钢铁企业对天车的依赖性程度最高，是最主要的起重设备。无人天车和时下最流行的无人驾驶汽车一样，成为了钢铁企业甚至是其他工业的宠儿，国外在无人天车领域已经领跑整个行业，国内也有企业开始探索这一领域。
2.1.1 钢卷
钢卷作为钢铁企业的主要产品之一，是自动控制系统控制天车吊装的吊装对象[21]。冷轧钢是根据客户需求，通过冷轧等工艺后生产的指定厚度的钢板 [22]。与热轧钢板相比，冷轧钢板在加工性能方便表现尤为突出，另外在厚度和表面平整度上来说，冷轧板较热轧板精度更高，产品优越性更明显[23]。在冷轧板交付用户之前，往往都需要经过退火、酸洗、平整分卷等工艺处理。因为冷轧板的原卷生产成卷后，质地比较脆和硬，不适于再加工，影响二次加工成品[24]。对于冷轧板的处理工艺国内企业大体相同。
钢卷作为自动控制系统的重要一环，在无人天车吊装过程中需要重点关注钢卷的起吊位和放吊位的物理坐标，钢卷的重量、规格、钢种、内外径等。在对库区进行数字化管理的同时，需要对于每一个钢卷都要进行编码，每一个编码对应唯一钢卷，即此钢卷的唯一识别码。
第 3 章 系统设计 .................................... 14
2.1.2 钢卷库
钢卷库是企业的仓储库房，主要存放原料钢卷或成品钢卷。库区中由两根轨道梁组成的天车行进轨道区，称之为一“跨”，一个库区一般由一个或者多个跨组成。将一个跨区划分成若干区，每个区一中等距放置由两片梯形槽组成的鞍座位，每个相邻的鞍座位之间均为等距码放，钢卷就放置于这些鞍座位上。由若干整齐码放的鞍座组成一垛，若干垛组成一区，若干区组成一跨。整个库区从跨到区，从区到垛，从垛到行和列都要进行编码处理，按照“垮-区-垛-列-行-层”的规则，将每一个鞍座进行编码，使其编码唯一，使库管人员的管理更加便捷和高效[25]。
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2.2 功能需求分析
对系统的需求进行分析是整个开发环节中极为重要的一个步，明确系统的需求直接决定了程序员能否开发出符合用户实际需求的功能完善的系统。如果缺少对系统明确、合理、完整的需求分析，往往会导致系统开发的失败。
需求分析是指对待开发软件的完整分析，确定实施系统的各种功能模块，以及将现实世界中的事务转换成计算机世界中的对象，从而建立起相符合的模型。一般情况下，需求分为非功能性需求以及功能性需求，非功能需求一般是系统性能需求、UI 设计等，而功能性需求则是为满足用户需求，系统需要提供的功能。
通过现场实际调研与管理人员管理思路相结合，无人天车自动控制系统需要具备以下功能。
2.2.1 无人天车自动控制系统
为了跟上工业 2.0 时代的步伐，实现钢铁企业现代化、信息化建设，研发无人天车自动控制系统，简称 CMCS。CMCS 可以实现对天车实时数据监控与控制。承接上游系统下达的工单并分解成天车可以识别的代码字符串。对与多部天车实现根据工单判断优先级，对步进梁、过跨车等地面设备系统协同控制等功能。CMCS是实现天车无人化的中转站，是管理者与天车之间对话的信息翻译者，也是天车工单任务的具体分配者。每一部天车都对应一个专属的 CMCS 系统，系统对天车的控制互相独立，互不干涉，以减少程序在控制中的冲突。
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钢卷库是企业的仓储库房，主要存放原料钢卷或成品钢卷。库区中由两根轨道梁组成的天车行进轨道区，称之为一“跨”，一个库区一般由一个或者多个跨组成。将一个跨区划分成若干区，每个区一中等距放置由两片梯形槽组成的鞍座位，每个相邻的鞍座位之间均为等距码放，钢卷就放置于这些鞍座位上。由若干整齐码放的鞍座组成一垛，若干垛组成一区，若干区组成一跨。整个库区从跨到区，从区到垛，从垛到行和列都要进行编码处理，按照“垮-区-垛-列-行-层”的规则，将每一个鞍座进行编码，使其编码唯一，使库管人员的管理更加便捷和高效[25]。
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2.2 功能需求分析
对系统的需求进行分析是整个开发环节中极为重要的一个步，明确系统的需求直接决定了程序员能否开发出符合用户实际需求的功能完善的系统。如果缺少对系统明确、合理、完整的需求分析，往往会导致系统开发的失败。
需求分析是指对待开发软件的完整分析，确定实施系统的各种功能模块，以及将现实世界中的事务转换成计算机世界中的对象，从而建立起相符合的模型。一般情况下，需求分为非功能性需求以及功能性需求，非功能需求一般是系统性能需求、UI 设计等，而功能性需求则是为满足用户需求，系统需要提供的功能。
通过现场实际调研与管理人员管理思路相结合，无人天车自动控制系统需要具备以下功能。
2.2.1 无人天车自动控制系统
为了跟上工业 2.0 时代的步伐，实现钢铁企业现代化、信息化建设，研发无人天车自动控制系统，简称 CMCS。CMCS 可以实现对天车实时数据监控与控制。承接上游系统下达的工单并分解成天车可以识别的代码字符串。对与多部天车实现根据工单判断优先级，对步进梁、过跨车等地面设备系统协同控制等功能。CMCS是实现天车无人化的中转站，是管理者与天车之间对话的信息翻译者，也是天车工单任务的具体分配者。每一部天车都对应一个专属的 CMCS 系统，系统对天车的控制互相独立，互不干涉，以减少程序在控制中的冲突。
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3.1 数据结构 .............................. 14
3.1.1 需求 ....................... 14
3.1.2 数据库配置 .............................. 14
第 4 章 系统实现 ..................................... 22
4.1 库区数字化 ..................................... 24
4.1.1 库数字化 ........................... 24
4.1.2 钢卷信息数字化 ................................ 25
第 4 章 系统实现
4.1 库区数字化
为了方便库区管理，对一些有特殊需求的处理的钢卷进行不同的执行策略，将整个库区的不用区域独立化，也便于差别管理。
4.1.1 库数字化
首先，根据库区的实际情况和钢卷鞍座位的分布排列，将库区内的鞍座多位以及主要设备的屋里坐标转换后存入数据库。设置偏差值等参数，使库区内的主要参考点与 CMCS 系统经转化处理后一一对应，以便于实时反应库区内的实际情况，
为了方便库区管理，对一些有特殊需求的处理的钢卷进行不同的执行策略，将整个库区的不用区域独立化，也便于差别管理。
4.1.1 库数字化
首先，根据库区的实际情况和钢卷鞍座位的分布排列，将库区内的鞍座多位以及主要设备的屋里坐标转换后存入数据库。设置偏差值等参数，使库区内的主要参考点与 CMCS 系统经转化处理后一一对应，以便于实时反应库区内的实际情况，
便于库管人员观察。
对库区的管理如图 6 所示。
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结论
无人天车若要实现自动驾驶，除了自动控制系统外，还需要自主调度系统的配合。只有自动控制系统与自主调度系统同时配合，才能将管理者的意图转换成天车指令下达给设备，从而实现管理意图与实际工作内容高度统一，使得对库区的管理更加便捷。主要体现在以下几个方面：
1）天车操作控制的优化，正常自动控制下的天车，其工作负荷可以平均化。
2）库区库存管理的优化，通过与各设备及各系统之间的信息交互，库区内的物料与信息得以同步。同时，实时的对库房的进行监控，将库房内的垛位纳入分区管理，为库区管理提供参考数据，提高管理效率。
3）各设备间的数据交互，有利于帮助管理者分析找出各辅助设备之间协调运行的瓶颈，从而不断地优化管理策略，直至消除瓶颈，提高作业率。
通过自动控制系统的设计与实现，天车的粗犷操作弊端得以改善，天车作业执行效率得以提升，库区库存信息更加准确，库区管理更加科学。实施后，物流所涉环节速度得到的明显的提高、各辅助设备的控制更加精确。控制步进梁生产线出入口的节奏，规范钢卷的码放策略，优化天车动作及行走路径，大幅度减少天车作业时所需的运输距离，提高天车工作效率。
综上所述，钢卷库无人天车自动控制系统符合 2025“中国智造”的发展要求，也是将管理深层化的重要举措，随着库房信息化的发展，天车无人驾驶的投入，将极大的改善钢铁企业库房管理的现状，是工业发展的前进方向。通过更加系统的理论研究与实际验证，为钢卷库的天车自动控制系统提供解决方案，促进工厂无人化、智能化的发展。#p#分页标题#e#
参考文献(略)
对库区的管理如图 6 所示。
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结论
无人天车若要实现自动驾驶，除了自动控制系统外，还需要自主调度系统的配合。只有自动控制系统与自主调度系统同时配合，才能将管理者的意图转换成天车指令下达给设备，从而实现管理意图与实际工作内容高度统一，使得对库区的管理更加便捷。主要体现在以下几个方面：
1）天车操作控制的优化，正常自动控制下的天车，其工作负荷可以平均化。
2）库区库存管理的优化，通过与各设备及各系统之间的信息交互，库区内的物料与信息得以同步。同时，实时的对库房的进行监控，将库房内的垛位纳入分区管理，为库区管理提供参考数据，提高管理效率。
3）各设备间的数据交互，有利于帮助管理者分析找出各辅助设备之间协调运行的瓶颈，从而不断地优化管理策略，直至消除瓶颈，提高作业率。
通过自动控制系统的设计与实现，天车的粗犷操作弊端得以改善，天车作业执行效率得以提升，库区库存信息更加准确，库区管理更加科学。实施后，物流所涉环节速度得到的明显的提高、各辅助设备的控制更加精确。控制步进梁生产线出入口的节奏，规范钢卷的码放策略，优化天车动作及行走路径，大幅度减少天车作业时所需的运输距离，提高天车工作效率。
综上所述，钢卷库无人天车自动控制系统符合 2025“中国智造”的发展要求，也是将管理深层化的重要举措，随着库房信息化的发展，天车无人驾驶的投入，将极大的改善钢铁企业库房管理的现状，是工业发展的前进方向。通过更加系统的理论研究与实际验证，为钢卷库的天车自动控制系统提供解决方案，促进工厂无人化、智能化的发展。#p#分页标题#e#
参考文献(略)
