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電梯配置最佳化與智慧型電梯管理系統之芻議

 

電梯配置最佳化與智慧型電梯管理系統之芻議

管理學院 林張群教授

一、前言:

由於系所特性的差異,管理學院不像醫學院或工學院般擁有大量的耗能設備,使得節能成為刻不容緩的議題。管理學院耗能最多的電器設備當屬照明與電腦設備。由於電腦設備的使用有其必要性,因此節能的空間有限。而照明方面已依學校規劃減少公共空間不必要之燈具,及設置自動斷電開關。在私人空間方面亦要求教師與學生於離開實驗室或研究室時必須關閉照明及冷氣。未來若能於電路及開關的配置進行全面性的改善,可望進一步提升節能的效果。

事實上,相對於其他設備,管院最耗能的設備應是一般人比較容易忽略的電梯。如同汽車,電梯的能量耗損主要都用於將電梯從靜止加速至運轉速度。當尖峰時段每層樓都有搭乘需求而電梯已滿載時,電梯依然每層樓都會停。如此不但耗損大量電能於加速減速,亦會延遲搭乘者到達目的樓層的時間。但目前管院大樓的四部電梯並無任何的樓層配置措施,如能有效加以管理,應能節省可觀的電費。

二、電梯靜態配置最佳化:

電梯管理最佳化是一持續的研究議題,文獻中亦存在大量的研究論文與方法,可見在世界各國,電梯的節能省碳都是一不容忽視的議題。各電梯製造商及設備商亦試圖藉由提供更先進的智慧型管理系統以獲取商業競爭優勢。電梯的管理可分為靜態配置與動態管理二方面。靜態配置是指將一群電梯分別配置給不同的樓層,以減少等候與運輸的時間;動態管理是指在有搭乘需求時,立即進行動態排程,指派最適當的電梯以節省能源及等候與運輸時間。

靜態配置無論是管理成本或技術層面都比較簡單易行。首先必須取得長時間的搭乘需求統計資料,再根據來往於不同樓層間的搭乘需求,決定管院四部電梯的最佳樓層配置。欲決定電梯與樓層間的指派只是一個簡單的組合最佳化問題,但問題是,這顯然是一個複雜的多目標最佳化問題。

此一多目標最佳化問題必須考慮的決策目標包括:整體等候時間的極小化、整體運輸時間的極小化,及停留次數的極小化。其中停留次數的極小化等同於耗能的極小化,但多目標決策問題的目標之間往往是互相矛盾的。要減少等候時間最好的方法似乎是每層樓都停,但這卻會延長其他樓層的等候時間以及整體的運輸時間。反之,要縮短運輸時間最好的方法是減少停留的樓層,但卻會延長未搭乘者的等候時間。多目標最佳化問題的解決重點,在於如何在多個決策目標之間取得妥協。

三、智慧型電梯動態管理系統:

目前電梯管理系統的發展已由靜態管理進階至智慧型的動態管理系統。簡言之,動態管理便是根據當時的需求動態配置電梯以達成提高服務水準與節能的目標。為達此一目標,電梯動態管理系統必須具備某些特殊的功能。

首先,車廂內必須有感測裝置以蒐集搭乘的數據。但是僅根據乘員的按鍵資料無法取得精確的資訊,因為可能有多人同時搭乘卻只有一個人按鍵。因此監控系統必須具備人工視覺,亦即影像處理的能力,以記錄每位乘員進入的樓層以及到達的樓層。此外,此監控系統亦可知道車廂內的人數。除了車廂內的監控系統,電梯也必須具備車廂外等候人數的監控功能,以適時安排車廂前往接運。同樣的,此系統亦是以電腦視覺為基礎。

電梯車廂的動態派遣可以依據預先建立的經驗法則決定,也可使用程式即時運算來求解最佳的派遣。經驗法則的建立必須以平日蒐集的搭乘資料為基礎,利用機器學習方法歸納出一系列的決策法則。系統必須在一段時間的使用後,檢討法則的效能,並適時重新學習以更新法則。更先進的系統甚至可以預測即將發生的需求,並預先安排車廂的位置。

此外,此智慧型的電梯動態管理系統也應具備更多的資訊顯示功能,以告知等候人員目前電梯車廂內的人數、預計停留的樓層、以及到達本樓層的時間等。顯然,智慧型電梯動態管理系統必須依賴複雜的人工智慧科技、機電整合技術與即時的運算能力,目前為止仍是極具挑戰性的研究議題。

四、結語:

動態管理顯然是比較有效的電梯管理方式,也最能節省能源。雖然技術層次頗高,如能整合管理學院的決策科學知識與工學院的機電整合技術與軟體設計能力,不失為一極具發展潛力的整合型研究議題,其成果將具有高度的技術轉移價值。但就現狀而言,電梯靜態配置的最佳化是立即可行的。因為不牽涉到機電整合與軟體的發展,成本也較低,管院的師資中也已具備相關的專長可以有效處理此一問題。

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