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Dokumentenidentifikation DE69636282T2 24.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000821652
Titel VERFAHREN ZUR ZUTEILUNG DER STOCKWERKRUFE BEI EINER AUFZUGSGRUPPE
Anmelder Kone Corp., Helsinki, FI
Erfinder TYNI, Tapio, FIN-05800 Hyvinkää, FI;
YLINEN, Jari, FIN-05800 Hyvinkää, FI
Vertreter Zipse Habersack Kritzenberger, 80639 München
DE-Aktenzeichen 69636282
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.04.1996
EP-Aktenzeichen 969109842
WO-Anmeldetag 19.04.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/FI96/00216
WO-Veröffentlichungsnummer 1996033123
WO-Veröffentlichungsdatum 24.10.1996
EP-Offenlegungsdatum 04.02.1998
EP date of grant 21.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse B66B 1/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuweisung von Rufen, die über Stockwerkrufeinrichtungen abgegeben werden, so dass alle Rufe bedient werden.

Wenn ein Passagier in einem Aufzug fahren möchte, dann ruft er einen Aufzug, indem er einen Stockwerkrufknopf drückt, der an dem fraglichen Flur angeordnet ist. Das Aufzugsteuerungssystem empfängt den Ruf und versucht herauszufinden, welcher der Aufzüge in der Gruppe am besten geeignet ist, den Ruf zu bedienen. Die damit verbundene Aktivität wird als Rufzuweisung bezeichnet. Das Problem, das durch die Rufzuweisung gelöst werden soll, besteht darin, herauszufinden, welcher der Aufzüge eine spezifizierte Kostenfunktion minimiert. Die Rufzuweisung kann die Minimierung der Wartezeiten der Passagiere oder der Fahrzeit der Passagiere, die Anzahl der Stopps der Aufzüge oder die Kombination mehrerer Kostenfaktoren, die auf unterschiedliche Weise gewichtet sind, beinhalten.

Üblicherweise werden, um herauszufinden, welcher der Aufzüge geeignet ist, einen Ruf zu bedienen, individuelle Beweggründe für jeden Fall unter Verwendung komplexer Bedingungsstrukturen herangezogen. Das nächste Ziel bei diesen Beweggründen besteht ebenfalls darin, einen Kostenfaktor zu minimieren, der die Tätigkeit der Aufzuggruppe beschreibt, typischerweise z.B. die durchschnittliche Wartezeit für die Passagiere. Weil die Aufzuggruppe eine komplexe Vielfalt möglicher Zustände hat, sind die Bedingungsstrukturen ebenfalls komplex und lassen oft Lücken. Dies führt zu Situationen, bei denen die Steuerung nicht auf die bestmögliche Weise arbeitet. Ein typisches Beispiel hierfür ist die konventionelle kollektive Steuerung bei der jeder Stockwerkruf dem Aufzug zugewiesen wird, der sich gerade am nächsten an dem Rufstockwerk befindet und sich in Richtung auf dieses Stockwerk bewegt. Jedoch führt dieses einfache Optimierungsprinzip zu einer Aggregation von Aufzügen, mit dem Resultat, dass die Aufzüge in einer Front in die gleiche Richtung fahren, wobei die Performance der Aufzuggruppe insgesamt verschlechtert wird.

Wenn man versucht die Kostenfaktoren aller möglichen alternativen Routen zu bestimmen, kann die hierfür benötigte Rechenleistung leicht die Kapazität des Prozessors überschreiten. Wenn die Anzahl der zu bedienenden Rufe C beträgt und das Gebäude L Stockwerke hat, dann beträgt die Anzahl der unterschiedlichen Routenlösungen N = LC. Weil die Anzahl der alternativen Routen exponentiell mit der Anzahl der Rufe ansteigt, ist es selbst in kleinen Aufzugsgruppen unmöglich, systematisch alle Alternativen zu analysieren. Dies hat die Anwendung der Wegeoptimierung in der Praxis beschränkt.

L. Shihong, S. Markon & Y. Nishikawa: "The Genetic Algorithm as applied to the Optimal Call Allocation for Elevator Group Control", präsentiert am 34. United Lecture Meeting of Automatic Control, Japan, 20 November 1991, Seiten 347–350 (& JP-A 53/19707) zeigen einen genetischen Algorithmus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung ein neues Lösungskonzept für die Zuweisung von Stockwerkrufen auf die Aufzüge einer Aufzuggruppe zu schaffen, das eine relativ geringe Rechenkapazität benötigt, wohingegen bessere Resultate erzielt werden, als in den bislang bekannten Lösungen und gleichzeitig unterschiedliche Alternativen ausreichend berücksichtigt werden. Das Verfahren der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind charakterisiert durch die Merkmale aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert substantiell das Erfordernis an Rechenkapazität verglichen mit dem Errechnen aller möglichen Wegealternativen. Das Lösungskonzept basiert auf einem genetischen Algorithmus und ist anwendbar in einer dezentralisierten Umgebung, wenn Rechenschritte simultan ausgeführt werden, wobei mehrere Aufzugsteuerungscomputer verwendet werden können, um parallel einen Teil der Rechnungen mit einem Gruppensteuerungscomputer durchzuführen.

Die Aufzugsgruppe wird als eine Einheit behandelt, wobei die Kostenfunktion auf dem Level der Aufzugsgruppe als Ganzes optimiert wird. Das Problem der Zuweisung von Stockwerksrufen in der Aufzugsgruppe wird auf einen Abstraktionslevel gebracht, bei welchem die Fitnessfunktion dann relativ unabhängig von denjenigen physikalischen Parametern optimiert werden kann, die tatsächlich involviert sind. Der Optimierungsprozess muss sich nicht mit individuellen Situationen und mit Wegen zu deren Berücksichtigung befassen. Die gewünschte Tätigkeit wird erzielt, indem die Fitnesskostenfunktion modifiziert wird. Es ist möglich z.B. die Passagierwartezeit, Rufezeit, Anzahl der Starts, Fahrzeit, Energieverbrauch, Seilabnutzung als auch die Tätigkeit eines einzelnen Aufzugs zu optimieren, wenn die Verwendung eines bestimmten Aufzugs teuer ist, gleichförmiger Verbrauch der Aufzüge etc. oder eine Kombination dieser Parameter. Die zu optimierenden Größen hängen ab von der Implementierung des Systemdesigns und seiner Exaktheit. Gleichzeitig werden systematisch Variablen verwendet. Verkehrsvorhersagen, die für das Gebäude auf der Basis z.B. von täglichen oder wöchentlichen Abweichungen produziert worden sind, können effektiv verwendet werden, um die Kostenfunktion entsprechend zu ändern.

Die Fitnessfunktionen, die bei der Realisierung verwendet werden, bilden eine gute Basis für das Steuerungssystem unter Verwendung neutraler Netzwerke und Fuzzy-Logik.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Zuhilfenahme eines ihrer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, bei welcher die Bildung der Chromosomen gemäß den 15 nicht durch die Ansprüche abgedeckt ist.

1 zeigt die Bildung eines Aufzugchromosoms,

2 zeigt eine Rufpopulation, wie sie in einem genetischen Algorithmus verwendet wird,

3 zeigt ein Blockdiagramm einer genetischen Rufzuweisungsroutine,

4 zeigt die Aufzugsruf- und Steuerungsausrüstung,

5a und 5b zeigen die Kreuzung von Aufzugchromosomen,

6 zeigt ein Rufchromosom,

7 zeigt einen Rufring und

8 zeigt das Verfahren der Bildung einer Zuweisungsentscheidung.

1 zeigt eine Schemazeichnung der Stockwerke in einem Gebäude, welche Stockwerke mit den Nummern 1, 2, 3,... 16 nummeriert sind. Die Aufzugsgruppe besteht aus drei Aufzügen LIFT0, LIFT1 und LIFT2, welche in den Schächten 2, 4 und 6 fahren und deren Aufzugkabinen jeweils mit dem Bezugszeichen 8, 10 und 12 bezeichnet sind. Die Aufzugkabinen sind an den Stockwerken 3, 9 und 4 angeordnet und ihre Fahrrichtung wird angezeigt durch die Pfeilsymbole 14 am oberen Ende des Schachts, welche zeigen, dass die Aufzugkabinen 8 und 12 sich in Aufwärtsrichtung bewegen, wohingegen die Kabine 10 sich in Abwärtsrichtung bewegt. Zwei Spalten 16 und 18 sind benachbart zu den Schächten vorgesehen und zeigen die Stockwerkrufe, die gerade für die Auf- und Abwärtsrichtungen aktiv sind. Die Stockwerkrufe werden angezeigt durch Pfeilsymbole 20. Der Stern 22 stellt einen Kabinenruf zum Stockwerk 1 dar, der von der Aufzugkabine 10 abgegeben wurde. Die Pfeilsymbole 24 zeigen Stockwerke, von denen bereits zugewiesene Stockwerkrufe abgegeben worden sind. Demgemäß ist ein Stockwerkruf vom Stockwerk 11 an den Aufzug LIFT0 abgegeben worden, ein Stockwerkruf vom Stockwerk 7 an den Aufzug LIFT1 und ein Stockwerkruf vom Stockwerk 14 an den Aufzug LIFT2.

Die Spalten 26 und 27 zeigen die Bildung einer Zuweisungsoption, die in der Erfindung verwendet wird, wenn ein Aufzugchromosom verwendet wird, welches ein Gen für jeden Stockwerkruf enthält. Die Spalte 26 zeigt die gerade aktiven Stockwerkrufe in ihrer Abfolge mit der höchsten Stockwerknummer ganz oben und der geringsten Stockwerknummer ganz unten in dem Beispiel der 1. Spalte 27 enthält das Aufzugchromosom selbst, welches aus fünf Genen 30 besteht, wobei die Anzahl der Gene der Anzahl der Stockwerkrufe entspricht. Jedes Gen 30 enthält Daten, die die Aufzugkabine identifizieren, welche den Ruf bedient, wobei jeder Stockwerkruf einem Gen entspricht. Der Code der Aufzugkabine wird vorzugsweise in den Genen in Form einer binären Nummer gespeichert, so bedeutet LIFT0 = 00, LIFT1 = 01 und LIFT2 = 10. Die Pfeile 32 stellen die Bildung eines Gens dar. Wie es durch das Aufzugchromosom 27 und das Gen 102 gezeigt ist, wird der Aufzug LIFT0 den Ruf vom Stockwerk 11 bedienen. Wie es durch die Gene 100 und 101 angezeigt ist, wird der Aufzug LIFT1 die Rufe von den Stockwerken 4 und 7 bedienen und in gleicher Weise, wie es durch die Gene 103 und 104 gezeigt ist, wird LIFT2 die Rufe von den Stockwerken 13 und 14 bedienen. Wenn das Aufzugchromosom gebildet wird, werden die bestehenden Stockwerkrufe in Auf- und Abwärtsrichtung so codiert, dass die Position des Gens in dem Aufzugchromosom Informationen über einen Stockwerkruf enthält. Nachdem die Zuweisung durchgeführt wurde, wird die Information in dem Aufzugchromosom für die entsprechenden Stockwerkrufe decodiert.

Im Falle des Ausführungsbeispiels in 1 wird das Aufzugchromosom gemäß dem Codierungsprinzip eines genetischen Algorithmus derart gebildet, dass das Aufzugchromosom so viel Gene hat, wie momentan Stockwerkrufe aktiv sind. Die Anzahl der Gene Nchr = Ndown + Nup, wobei Ndown die Anzahl der Auwärtsrufe und Nup die Anzahl der Aufwärtsrufe darstellt. In dem Ausführungsbeispiel in 1 sind nur Abwärtsrufe an den Stockwerken 4, 7, 11, 13 und 14 aktiv. Daher beträgt die Länge des Aufzugchromosom im Fall dieses Beispiels fünf Gene, wie es durch das Chromosom 27 repräsentiert wird. In diesem Fall ist die Anzahl der Wegalternativen gemäß der obigen Beschreibung N = 35 = 243.

Die Länge des Chromosoms variiert dynamisch in Abhängigkeit von der Anzahl der momentan aktiven Rufe, wobei jedes Gen einem aktiven Stockwerkruf entspricht. Jedes Gen enthält Daten, die die Aufzugnummer anzeigt, mit anderen Worten, das angewandte Zuweisungsprinzip besteht darin, einen Aufzug für jeden Stockwerkruf zuzuweisen. Die Anzahl der Bits Ng, die in einem Gen benötigt wird, kann errechnet werden aus der Formel Ng = gerundet (log2(NL) + 0,5), wobei NL = der Anzahl der Aufzüge entspricht.

Somit kann z.B. eine Gruppe von acht Aufzügen repräsentiert werden durch ein Drei-Bit-Gen, wenn man übereinkommt, dass die Nummer 0 (Binärnummer 000) dem Aufzug 1 entspricht und die Nummer 7 (Binärnummer 111) dem Aufzug 8.

Die Anzahl der Bits in einem Gen variiert ebenfalls dynamisch, weil in einer realen Aufzuggruppe einige der Aufzüge von der Gruppe entfernt werden könnten oder ein Aufzug gerade einer Wartung unterworfen sein kann. Z.B. wenn in einer Aufzuggruppe von sechs Aufzügen zwei Aufzüge außer Betrieb sind, können die verbleibenden vier Aufzüge durch ein Zwei-Bit-Gen repräsentiert werden, in welchem Fall 0 (Binärcode 00) den Aufzug 1 darstellt und 3 (Binärcode 11) den Aufzug 4 der in Betrieb befindlichen Aufzüge.

2 zeigt das Prinzip der genetischen Zuweisung nach der Bildung eines Chromosoms. Die Chromosomen werden als eine Population 34 angeordnet, die eine ausgewählte Anzahl NP von Aufzugchromosomen enthält. Die Chromosomen 1-NP, welche mögliche Zuweisungsalternativen für bestehende Rufe sind, entsprechen der Situation in 1, mit anderen Worten, es liegen fünf Abwärtsrufe von den Stockwerken 4, 7, 11, 13 und 14 vor, die bedient werden müssen. Zuerst werden die Gene den Chromosomen in der Population 34 als willkürliche Aufzugnummern zugewiesen oder andernfalls wird eine eventuell verfügbare Vorinformation verwendet, wie z.B. die Steuerung, die während der vorhergehenden Zuweisung oder kollektiver Steuerung gewählt wurde. Gemäß dem ersten Aufzugchromosom 36 müssen die Abwärtsrufe von den Stockwerken 4 und 7 (Gene 100 und 101) von dem Aufzug LIFT1 bedient werden, der Abwärtsruf vom Stockwerk 11 (Gen 102) durch den Aufzug LIFT0 und die Abwärtsrufe von den Stockwerken 13 und 14 (Gene 103 und 104) von dem Aufzug LIFT2. In entsprechender Weise werden gemäß dem zweiten Aufzugchromosom 38 die Abwärtsrufe von den Stockwerken 4, 7, 11 und 13 (Gene 100, 101, 102 und 103) von dem Aufzug LIFT1 und der Abwärtsruf vom Stockwerk 14 (Gen 104) von dem Aufzug LIFT2 bedient. In einer noch auszuführenden Weise wird eine Anzahl von Aufzugchromosomen generiert, um eine Population zu bilden. Um die Qualität der durch das Aufzugchromosom repräsentierten Zuweisung zu evaluieren, wird der Wert 28 einer Fitnessfunktion F für jedes Aufzugchromosom errechnet. Die Funktion hat die generelle Form F = F(S0, LC, CC, T), wobei

S0
= anfänglicher Status der Aufzuggruppe, d.h. die Positionen und der Bewegungszustand der Aufzüge,
LC
= die an die Aufzüge abgegebenen Stockwerkrufe,
CC
= die aktiven Kabinenrufe, d.h. Kabinenrufe, die bedient werden müssen und
T
= Verkehrsinformation, z.B. Lastensituation, Vorhersagen darstellen.

Der Wert der Fitnessfunktion F (S0, LC, CC, T) für jedes Chromosom sind die Kosten, die daraus resultieren, dass die Aufzüge in dem Chromosom all die Rufe bedienen, die ihnen zugewiesen werden, d.h. die Kabinenrufe der Aufzüge als auch die ihnen zugewiesenen Stockwerkrufe. Die Fitnessfunktion F kann auf viele unterschiedliche Weise gebildet werden durch Auswahl unterschiedlicher Kostenfaktoren, die zu berücksichtigen sind oder indem die Faktoren der Funktion, die aus mehreren Kostenfaktoren auf unterschiedliche Weise gebildet werden, gewichtet werden. Wie oben ausgeführt, können die zu berücksichtigenden Kostenfaktoren, z.B. die Passagierwartezeit, Passagierfahrzeit und die Anzahl der Stopps der Aufzüge umfassen. Für die Anwendung der Erfindung ist es wichtig, dass das gewählte Modell das Verhalten oder das Aufzugsystem so akkurat wie möglich beschreibt. Je akkurater das Modell ist, desto zuverlässiger sind die Fitnesswerte und weiterhin umso besser sind die Zuweisungsentscheidungen, die durch das Verfahren erzielbar sind.

Eine neue Generation der Population 34 wird erzeugt, wenn die Gene der Aufzugchromosomen in der Population modifiziert werden durch Verwendung der Operatoren des genetischen Algorithmus: Selektion, Kreuzung und Mutation. Eine Selektion kann aus einer oder mehreren früheren Populationen aufgrund unterschiedlicher Kriterien durchgeführt werden. Die Alternativen, die die besten Fitnessfunktionen ergeben, werden ausgewählt oder einer der wesentlichen Faktoren, die bei der Bildung der Fitnessfunktion verwendet werden, wird bei der Auswahl gewichtet. Die Kreuzung umfasst die Bildung eines neuen Chromosoms aus zwei Chromosomen einer früheren Population, wie es in dem Beispiel in 5 dargestellt ist, wobei jedes Element des neuen Chromosoms aus Elementen besteht, die in einem der Elternchromosomen vorlagen.

5a zeigt einen Fall einer Einzelpunktkreuzung, bei welchen die Elemente 1...i von dem ersten Chromosom kommen und die Elemente i + 1...n von dem zweiten Chromosom, so dass ein Wechsel der Elternchromosomen an dem Punkt zwischen den Elementen i und i + 1 erfolgt. In dem Fall einer Zweipunktkreuzung, wie sie in 5b gezeigt wird, erfolgt ein Wechsel des Elternchromosoms an zwei Punkten. Bei der kontinuierlichen Kreuzung wird das Bit des Elements von beiden Eltern mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,5 ausgewählt. Bei der Mutation werden die Bits der Elemente der Elternchromosomen mit einer gegebenen Wahrscheinlichkeit auf ihre entgegengesetzten Werte geändert, wobei solche Elemente geändert werden, in welchen eine Änderung des Bits erfolgt. Bei der Bildung jeder neuen Generation können all die Operatoren des genetischen Algorithmus verwendet werden.

Das Blockdiagramm in 3 zeigt die Schritte einer genetischen Rufzuweisungsroutine. Das Aufzugsteuerungssystem aktiviert den Rufzuweisungsprozess (Startblock 50), wenn wenigstens ein Stockwerkruf einem Aufzug zugewiesen werden muss. Das Aufzugsteuerungssystem gibt für die Optimierung die Anfangsdaten (Block 51) in den Computer ein. Zu dieser Zeit bestimmen jeweils u.a. die Anzahl der gerade aktiven Stockwerkrufe und die Anzahl der verfügbaren Aufzüge die Länge des Aufzugchromosoms und dessen Elemente. Im Block 51 wird basierend auf den Anfangsdaten eine erste Generation von Aufzugchromosomen gebildet. Es ist vorteilhaft, die erste Generation auf der Basis eines früheren Zuweisungsresultats zu erzeugen oder durch Verwendung direkter kollektiver Steuerung als Startpunkt. In Block 55 wird ein sogenannter Fitnesswert für jedes der Chromosomen der Population bestimmt, was bedeutet, dass für jedes Chromosom der Wert einer ausgewählten Kostenfunktion errechnet wird. Weiterhin werden, basierend auf den Fitnessfunktionen, die Chromosomen im Block 55 evaluiert, um das beste oder die besten Chromosomen zu bestimmen oder andernfalls werden brauchbare oder interessante Chromosomen ausgewählt, um zumindest für die Lebenszeit der nächsten Generation aufbewahrt zu werden. Im Block 57 wird der Fitnesswert FB des besten Chromosoms bewertet gegen das Resultat F (min), das in vorhergehenden Generationen erhalten wurde und es wird überprüft, ob die spezifizierte Anzahl an Generationen berücksichtigt worden ist. Es ist nicht während jeder Generation notwendig, dass eine Evolution stattfindet, was der Grund dafür ist, dass der Algorithmus generell fortgesetzt werden sollte, auch wenn keine Entwicklung zu besseren Lösungen in jeder Generation erfolgen sollte. Ein Kriterium für die Beendigung des Algorithmus besteht darin, dass die Generation eine spezifizierte Anzahl von identischen besten Lösungen hat, was oft anzeigt, dass die optimale Lösung erreicht worden ist. Es ist ebenfalls möglich im Vorhinein ein optimales Resultat zu definieren, welches den Algorithmus beendet, wenn es erreicht worden ist.

Sobald das Abbruchkriterium erfüllt ist, schaltet das Verfahren zu Block 60 und die Rufe werden entsprechend dem ausgewählten Chromosom zugewiesen und über den Endblock 61 wird die Steuerung wieder an das Aufzugsteuerungssystem zurückgegeben. Wenn das Optimierungsverfahren fortgesetzt werden soll, kehrt das Verfahren zu Block 52 zurück und die Schritte des genetischen Algorithmus werden durchgeführt, wie sie in den Blöcken 5254 ausgeführt sind. Im Block 52 werden geeignete Chromosomen für die weitere Optimierung gewählt, in Block 53 werden Chromosomen der Generation gekreuzt, um eine neue Generation zu bilden und in Block 54 werden Mutationen durchgeführt. Bei der Kreuzung wird ein neues Chromosom aus zwei früheren Chromosomen gebildet, indem einige der Gene beider Chromosomen ausgewählt werden. Bei der Mutation werden die Gene eines früheren Chromosoms in irgendeiner Weise abgeändert. Z.B. wird ein Bit in dem Gen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit von 0 auf 1 und von 1 auf 0 geändert. Nach den genetischen Schritten werden die Werte der Fitnessfunktionen für die neue Generation in Block 55 errechnet.

Die Optimierung wird durchgeführt durch die Gruppensteuerung und Aufzugsteuerungseinheiten. 4 zeigt wesentliche Teile eines Systems, bei welchem die Funktionen der Handhabung von Aufzugrufen implementiert ist. Die Figur zeigt eine Aufzuggruppe bestehend aus drei Aufzügen und sie zeigt ebenfalls einige Aufzugkomponenten, die mit der Routine verknüpft sind. Aufzugpassagiere geben Kabinenrufe mittels Kabinenrufknöpfen 42, die in den Aufzugkabinen 40 angeordnet sind. Die Kabinenrufe werden über einen Bus 46 der Aufzugsteuerungseinheit 48 des betreffenden Aufzugs zugeleitet. Jedes Stockwerk ist mit einer Stockwerkausrüstung versehen, die Stockwerkrufknöpfe 44 umfasst, durch welche Passagiere Stockwerkrufe abgeben können, um einen Aufzug zu dem Stockwerk zu rufen. Die Stockwerkrufknöpfe sind in gleicher Weise mit der Aufzugsteuerungseinheit 48 über den Bus 46 verbunden. In Anwendungen, die keine separaten Stockwerkrufknöpfe für jeden Aufzug haben, werden die Rufe einer der Aufzugsteuerungseinheiten oder der Gruppensteuerungseinheit zugeleitet. In dem Ausführungsbeispiel der Figur hat jeder Aufzug seine eigene Steuerungseinheit und diese sind über einen Bus 72 mit der Gruppensteuerungseinheit verbunden.

In der Gruppensteuerungseinheit 70 ist ein Computer 74 vorgesehen, z.B. ein PC, der regelmäßig überprüft, ob irgendwelche Stockwerkrufe von Stockwerkrufeinrichtungen vorliegen, die noch nicht bedient worden sind. Der Gruppensteuerungscomputer startet das Zuweisungsverfahren und liest von einem Speicher 76 die notwendigen Anfangsdaten und bildet die erste Generation von Aufzugchromosomen unter Verwendung der aktiven Stockwerkrufdaten der in Betrieb befindlichen Aufzüge und z.B. historischer Daten. Für die Errechnung der Fitnessfunktion muss eine Anzahl geeignet gruppierter Aufzugchromosomen zu den Computern 78 in unterschiedlichen Aufzugsteuerungseinheiten übermittelt werden. Die Computer 78 senden die Rechenergebnisse zurück zur Gruppensteuerungseinheit, welche die Entscheidungen über die Zuweisung trifft oder den Algorithmus fortführt.

Die Aufzugsteuerungseinheiten führen auch Tätigkeiten des genetischen Algorithmus an der ausgewählten Population durch, und die Ergebnisse dieser Tätigkeiten werden der Gruppensteuerungseinheit für die abschließende Selektion und Entscheidungsfindung übersandt.

Im Falle kleinerer Probleme, d.h. wenn die Chromosomenlänge vergleichsweise gering ist, wird eine Lösung in der Regel während der ersten 20 Generationen gefunden. Wenn eine Generation 50 Chromosomen hat, erfordert dies 1000 Fitnessfunktionsrechnungen. In der Praxis muss eine Rufzuweisung wenigstens zweimal pro Sekunde durchgeführt werden, was 0,5 Millisekunden für einen Rechenvorgang übrig lässt. Auf der anderen Seite ist der genetische Algorithmus paralleler Natur, d.h. die Fitnessfunktionswerte können durch parallele Schritte errechnet werden, auch alle auf einmal, wenn das System eine ausreichende Anzahl an Rechenkomponenten aufweist. In einem dezentralisierten Aufzugsystem errechnen die Computer von unterschiedlichen Aufzügen die Fitnessfunktionswerte unterschiedlicher Chromosomen einer Population gleichzeitig. Der Gruppensteuerungscomputer übernimmt die Verteilung der Rechenarbeiten innerhalb der Grenzen seiner Rechenkapazität und Datenübertragungsverbindungen und er führt die Bewertung in einer zentralisierten Weise durch.

Weil die Länge der Chromosomen mit der Rufanzahl und der Anzahl an Aufzügen ansteigt, steigt die Größe der benötigten Populationen in entsprechender Weise an. Weil der Bereich der zu überprüfenden Alternativen gleichzeitig expandiert, wird die Anzahl an Generationen, die benötigt wird, um eine optimale Lösung zu finden, ebenfalls größer. Dies bedeutet einen entsprechenden Anstieg in der benötigten Rechenkapazität.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Zuweisungsoptionen so gebildet, dass das Chromosom ein Gen enthält, das jedem Aufzug entspricht. In diesem Fall enthält das Gen Daten, die den Stockwerkruf definieren, entweder als Binär- oder Integerzahl oder in anderer Weise. Nachfolgend wird eine so gebildete Zuweisungsoption als Rufchromosom bezeichnet. Eine Realisierung dieser Ausführung wird unten detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel wird das Wissen genutzt, wie sich die Aufzuggruppe bei dem Wegoptimierungsprozess in der bestmöglichen Weise verhält. Ein experimentelles optimales Ergebnis einer Wegoptimierung für die Aufzuggruppe besteht darin, dass das Gebäude in Zonen unterteilt wird, und dass innerhalb der Zonen jeder einzelne Aufzug durch eine kollektive Steuerung betrieben wird. Die maximale Anzahl an Zonen ist die gleiche wie die Größe der Aufzuggruppe.

Das Prinzip dieses Verfahrens besteht darin, dass ein genetischer Algorithmus verwendet wird, um die Startstockwerke der Zonen für jeden Aufzug zu bestimmen, und die Aufzüge werden durch kollektive Steuerung bis zu dem Stockwerk betrieben, wo eine neue Zone beginnt oder nicht mehr zu bedienende Stockwerkrufe vorliegen. Mit anderen Worten besteht das Problem darin, für jeden Aufzug das erste zu bedienende Stockwerk zu finden, zu welchem der Aufzug fahren soll. Daher sieht jeder Aufzug lediglich ein Stockwerk, zu welchem er sich bewegen muss. Der Aufzug muss nicht notwendigerweise einen einzelnen Stockwerkruf bedienen, wenn z.B. die Anzahl an Stockwerkrufen geringer ist, als die Größe der Aufzuggruppe. In diesem Fall wird dem Aufzug ein Leerruf gegeben. Die von den Aufzügen gesehenen Stockwerke agieren als Zuweisungsoptionen.

Die Aufzugsgruppe bedient jeden aktiven Stockwerkruf. Für den Service in dem Gebäude errechnet das Verfahren einen aus der Zuweisungsoption resultierenden Kostenwert, welcher zu minimieren ist. Es gibt mehrere Zuweisungsoptionen, die zusammen eine Population in dem genetischen Algorithmus bilden. Ein Kostenwert wird errechnet für jede Zuweisungsoption in der Population, woraufhin die Beste/Besten davon gewählt wird/werden, und diese werden verwendet, um neue Zuweisungsoptionen gemäß den Prinzipien des genetischen Algorithmus über ihre Kombination, Kreuzung und/oder Mutation einer oder mehrerer Zuweisungsoptionen zu bilden, die als Eltern dienen. Die neuen Zuweisungsoptionen bilden eine neue Generation und ein Kostenwert wird für jede dieser in der Generation vorliegenden Zuweisungsoptionen errechnet. Die neue Generation kann ebenfalls eine oder mehrere Zuweisungsoptionen enthalten, die in einer vorherigen Generation oder vorherigen Generationen enthalten waren. Nachdem die Kosten der Zuweisungsoption der Generation errechnet worden sind, wird eine Überprüfung durchgeführt, um zusehen, ob der aus der besten Zuweisungsoption resultierende Kostenwert gering genug ist oder ob die Anzahl an Generationen, die durch die Rechnungen abgedeckt sind, der spezifizierten Anzahl entspricht. Die Anzahl der abzudeckenden Generationen kann ein fester Wert sein oder variieren z.B. entsprechend der Anzahl an zu bedienenden Stockwerkrufen. Wenn das Kriterium zur Beendigung der Suche nach der besten Zuweisungsoption erfüllt ist, wird die Gruppensteuerungseinheit der Aufzuggruppe über das Endresultat informiert oder die Suche wird fortgesetzt, wie oben beschrieben.

Jeder Aufzug sieht nur ein Stockwerk, an welchem ein aktiver Stockwerkruf vorliegt. Daher wird die Zuweisungsoption auf dem Prinzip des genetischen Algorithmus als Rufchromosom codiert, bei welchem die Gesamtzahl der Gene gleich der Größe der Aufzuggruppe ist, die die Stockwerkrufe bedient. Wenn die Größe der Stockwerkgruppe L ist, beträgt die Anzahl der Gene N = L.

Die Position jedes Gens in dem Rufchromosom (6) enthält Daten, die einen Aufzug in der Gruppe betreffen. Wenn die Gruppe aus drei Aufzügen besteht und man übereinkommt, dass ihre Nummerierung bei Null startet und bei Zwei endet, dann repräsentiert das erste Gen in dem Chromosom den Aufzug Nummer 0 und das dritte Gen den Aufzug Nummer 2. Der Wert der Gene ist ein Bezug entweder zu einem Leerruf oder einem Ruf, der bedient werden muss. Der maximale Wert des Bezugs ist die Anzahl C an Rufen, die zu bedienen sind, wenn ein Leerruf als Null definiert wird, so dass die Anzahl der alternativen Bezüge C + 1 beträgt. In 6 werden die Rufe dargestellt durch ganze Zahlen, die sich auf das Stockwerk beziehen, von welchem aus der Ruf abgegeben worden ist.

Die Stockwerkrufe und der Leerruf bilden einen Rufvektor, der Daten enthält, die alle aktiven Stockwerkrufe repräsentieren. Wenn der Rufvektor C Rufe enthält, die zu bedienen sind, gibt es C + 1-Positionen für die Stockwerke. Der Wert einer Position in dem Rufvektor ist die Stockwerknummer eines Rufs, der in dem Gebäude zu bedienen ist.

Eine logische Struktur des Rufvektors ist ein Ring 71 (7), bei welchem der Leerruf an der Kante des Rings lokalisiert ist. Die Werte der Gene in einer individuellen Zuweisungsoption beziehen sich auf den Ring oder den Leerruf. Wenn der Wert des Gens sich auf den Ring bezieht, dann besteht der Weg des dem Gen entsprechenden Aufzugs aus dem Rufstockwerk das den Bezug enthält und den Stockwerken, die in dem Ring im Uhrzeigersinn folgen, bis ein Bezug eines anderen Gens in dem Rufvektor erreicht wird oder dieses bestimmte Gen zu dem Ring. Das Stockwerk eines Aufzugs, das zuerst zu bedienen ist, ist das Stockwerk, auf welchem sich der Wert des Gens entsprechend dem Aufzug in dem Ring bezieht. Wenn das Gen sich auf den Leerruf bezieht, bedient der Aufzug keine Stockwerkrufe in dem Gebäude und für ihn wird keine Fahrroute erzeugt, sie kann nicht in den Ring eintreten.

7 zeigt einen Ring von zehn Rufen die zu bedienen sind. Die ersten drei dieser Rufe (Position 1–3, wie es durch die Figuren an der äußeren Kante des Rings gezeigt ist) sind Aufwärtsrufe, während die anderen Sieben (Position 4–10) Abwärtsrufe sind. Der Ring 71 und der Weg, wie er gehandhabt wird, enthalten ein Modell kollektiver Steuerung. Gehen wir aus von der Annahme, dass das Gen des Aufzugs 0 sich auf die Position 2 in dem Ring bezieht und das Gen des Aufzugs 1 auf die Position 8 und das Gen des Aufzugs 2 auf die Position 5. Somit wird beim Vorgehen in dem Ring im Uhrzeigersinn der Aufzug 0 die Stockwerke 7, 12 und 15 bedienen, welche seinen Weg bilden. Dieser Aufzug wird nicht das Stockwerk 10 bedienen, weil dieser dem Aufzug 2 zugewiesen worden ist. Daher fährt der Aufzug 0 zuerst über die kollektive Steuerung nach oben und bedient dann den Abwärtsruf vom Stockwerk 15. Der Weg des Aufzugs 1 wiederum ist vom Stockwerk 10 herab zum Stockwerk 7, d.h. der Weg besteht aus den Stockwerken 10, 8 und 7. Der Aufzug wird durch kollektive Steuerung betätigt. Die Zone des Aufzugs 2 besteht aus den Stockwerken 5, 3, 2 und 4, wo ein Aufwärtsruf aktiv ist. Aufzug 2 wird ebenfalls durch kollektive Steuerung betätigt.

Somit enthält der Ring die Resultate der Wegoptimierung, welche basierend auf Experimenten in einem Arrangement zu enden scheint, bei welchem das Gebäude in Zonen eingeteilt ist und die Aufzuggruppe durch eine kollektive Steuerung betrieben wird. Um die effektive Implementierung der Strategie zu ermöglichen, müssen die Aufwärtsrufe, die zu bedienen sind, in einer aufsteigenden Sequenz angeordnet werden und die Abwärtsrufe in einer absteigenden Sequenz. Die aktuellen Startpositionen für die Auf- und Abwärtsrufe in dem Ring sind keine essentiellen Fragen; es ist nur notwendig, dass die Aufwärtsrufe sukzessiv angeordnet werden und die Abwärtsrufe in gleicher Weise. In dem Beispiel starten die aufeinanderfolgenden Aufwärtsrufe von Position 1 und die Abwärtsrufe von Position 4.

Jedoch ist eine Strategie, die auf Zonen und kollektivem Betrieb basiert, nicht das einzig Brauchbare bei diesem Ring. Nun nehmen die Aufzüge die Aufwärtsrufe in Uhrzeigerrichtung wahr, bis die nächste Bezugsposition erreicht wird. Es ist möglich, die Rufe in dem Ring in einer gewünschten Weise anzuordnen und Tests durchzuführen, um zu sehen, was für einen Effekt dies z.B. auf die durchschnittliche Wartezeit der Passagiere hat. Eine Möglichkeit besteht darin, die Stockwerke, von denen aus Rufe in die gleiche Richtung abgehen, entsprechend den Rufzeiten in einer Abfolge anzuordnen, und dann die Zuweisungslösungen zu finden.

Die Codierung einer Zuweisungsoption oder eines Chromosoms zur Bildung einer Zuweisungsentscheidung wird wie folgt durchgeführt (8). Es wird ein Check durchgeführt, um zu sehen, auf welche Position in dem Ring 71, in vereinfachter Weise in 8 dargestellt, sich die individuellen Gene der Zuweisungsoption in dem Rufchromosom 79 beziehen. Hiernach wird der Stockwerkruf, der der Bezugsposition entspricht, dem betroffenen Aufzug zugewiesen.

Die Erfindung wurde oben unter Zuhilfenahme einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Beschreibung ist indes nicht als begrenzend zu verstehen, sondern die Erfindung kann variieren innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche.


Anspruch[de]
Verfahren zur Handhabung von Rufen (20), die durch Stockwerkrufeinrichtungen (44) registriert wurden, durch Zuweisung zu Aufzügen innerhalb einer Aufzuggruppe, basierend auf genetischer Rufzuweisung, umfassend folgende Schritte:

– Bilden – im Vergleich mit der Vielfalt aller möglichen alternativen Zuweisungen – lediglich einer begrenzten Anzahl von Zuweisungsoptionen (36, 38), die jeweils für jeden Stockwerkruf (20) ein Rufdatenwort und ein Aufzugdatenwort enthalten, welche Datenwörter zusammen den Aufzug (2, 4, 6) anzeigen, dem derzeit die Bedienung jedes Rufs zugewiesen ist;

– Errechnen der Werte der korrespondierenden Kostenfunktionen für die so generierten Zuweisungsoptionen;

– wiederholtes Ändern einer oder mehrerer der aktuellen Zuweisungsoptionen (36, 38) mit Bezug auf wenigstens eines der Datenwörter;

– Errechnen eines Werts der Kostenfunktion, der mit jeder der neuen Zuweisungsoptionen verknüpft ist;

– Auswählen der besten Zuweisungsoptionen entsprechend dem Wert ihrer Kostenfunktion; und

– Zuweisen der anhängigen Stockwerkrufe auf die Aufzüge der Aufzuggruppe wie es in der besten Zuweisungsoption angezeigt ist;

dadurch gekennzeichnet, dass jede Zuweisungsoption als ein Rufchromosom strukturiert ist, das eine Abfolge von Rufgenen umfasst, eine für jeden Aufzug; und dass jedes Rufgen eines dieser Rufdatenwörter enthält, das einen gegebenen der anhängigen Stockwerkrufe enthält, wobei der Aufzug, der dem so identifizierten Stockwerkruf zugewiesen wird, durch die relative Anordnung des entsprechenden Rufgens innerhalb der Gensequenzen in dem Chromosom repräsentiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rufchromosomen eine Population bildet, deren Gene mittels eines genetischen Algorithmus geändert werden, wobei wenigstens ein Servicedatenwort über Selektion, Kreuzung oder Mutation geändert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rufchromosomen geändert werden, bis ein spezifizierter Wert der Kostenfunktion erreicht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rufchromosomen eine bestimmte Anzahl oft geändert werden, woraufhin das Chromosom mit dem geringsten Kostenfunktionswert ausgewählt wird.






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