摘要：數(shù)字孿生技術(shù)是實現(xiàn)物理與信息融合的有效途徑。它是實現(xiàn)工業(yè)4.0、中國制造2025、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和先進生產(chǎn)伙伴計劃等先進生產(chǎn)方式和戰(zhàn)略的重要工具之一。為了實現(xiàn)物流配送過程的操作和遠程維護，實現(xiàn)物流配送的實時透明化，提出了一種基于數(shù)字孿生的物流配送系統(tǒng)（DT）?；跀?shù)字孿生的基本概念，構(gòu)建了數(shù)字孿生物流配送系統(tǒng)的總體框架，可有效解決配送過程中車輛或車輛的影響道路擾動，實現(xiàn)更好地物流配送。

關(guān)鍵詞：智能物流配送? 數(shù)字孿生? 車輛調(diào)度? 最優(yōu)路徑

中圖分類號： TP20? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Thinking about the Application of Intelligent Logistics Distribution System in Digital Twin Workshop

XU Qingbing

（Gansu Construction Vocational and Technical College， Lanzhou， Gansu? Province， 730050 China）

Abstract： Digital twin technology is an effective way to realize the fusion of physics and information. It is one of the important tools to realize advanced production methods and strategies such as Industry 4.0， Made in China 2025， Internet industry and Advanced Production Partnership program. In order to realize the operation and remote maintenance of logistics distribution process and realize the real-time transparency of logistics distribution， a logistics distribution system （DT） based on digital twin was proposed. Based on the basic concept of digital twin， the overall framework of digital twin logistics distribution system is constructed. It can effectively solve the disturbance of vehicles or vehicles affecting the road in the process of distribution and achieve better logistics distribution.

Key Words： Intelligent logistics distribution; Digital twinning; Vehicle scheduling; The optimal path

在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的推動下，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中的生存趨勢，物流業(yè)也從傳統(tǒng)物流向智能物流發(fā)展。物流配送服務(wù)作為物流行業(yè)的核心業(yè)務(wù)，是物流企業(yè)客戶服務(wù)的最終環(huán)節(jié)，具有非常重要的地位。物流配送成本占據(jù)了整個物流系統(tǒng)的很大一部分，物流配送中的車輛規(guī)劃和道路優(yōu)化將直接影響物流配送成本的高低。配送過程中的各種不確定性導(dǎo)致配送復(fù)雜性和額外的配送成本。因此，越來越多的研究人員開始關(guān)注如何實現(xiàn)配送過程的透明化，提出基于物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)等技術(shù)的物流配送智能模型。數(shù)字孿生概念為智能物流配送系統(tǒng)提供了新的解決方案。近年來，數(shù)字孿生技術(shù)作為一種新興的智能技術(shù)，在制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國內(nèi)外研究人員的研究，提出了一種智能物流配送系統(tǒng)[1]。工廠計劃以數(shù)字孿生技術(shù)為導(dǎo)向，基于數(shù)字孿生產(chǎn)品生命周期預(yù)測方法、總裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生技術(shù)、數(shù)字孿生建筑信息模型、基于數(shù)字孿生的航班保障預(yù)警系統(tǒng)等，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)物理的融合。

在此基礎(chǔ)上，引入數(shù)字孿生技術(shù)對配送流程進行高效管理，將配送流程從“黑箱”模式轉(zhuǎn)變?yōu)榕渌蛙囕v狀態(tài)、配送人員狀態(tài)、配送路線等透明實時狀態(tài)，以達到物料配送的準確性。

1 基于數(shù)字孿生的智能物流配送規(guī)劃總體框架

數(shù)字孿生的原理和性能基于物理實體和過程的數(shù)字化，通過集成數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動的物理信息顯示，利用仿真軟件模擬當前運行過程中物理實體的情況，從而提出孿生框架，數(shù)字化物流配送規(guī)劃系統(tǒng)。它主要由物理層、服務(wù)層和虛擬層三部分組成[2]。

（1）物理層。物理層要求物理實體即配送車輛具有決策和溝通能力，能夠采集物流配送的位置信息、車輛狀況、駕駛行為、設(shè)備路況等信息和數(shù)據(jù)。實時。利用GPS系統(tǒng)采集車輛位置信息和實時運輸軌跡，利用基于SAEJ1939/CAN總線協(xié)議的卡車OBDII接口采集車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時對故障車輛進行維修。提交過程的實時數(shù)據(jù)將通過5G技術(shù)上傳到服務(wù)層。

（2）服務(wù)層。服務(wù)層的主要任務(wù)是為基于數(shù)字孿生的物流調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，并整合和分析物理層和決策數(shù)據(jù)孿生輸出層提供的實時參數(shù)信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)物理與雙層交互反應(yīng)為整個系統(tǒng)的執(zhí)行、精確控制和可靠運行提供智能。

（3）虛擬層。虛擬層分布是數(shù)字驅(qū)動雙層驅(qū)動系統(tǒng)最關(guān)鍵的框架之一。它基于來自底層物理層的實時數(shù)據(jù)，內(nèi)核算法用于實時動態(tài)調(diào)整和迭代優(yōu)化，以完成車輛重新編程和道路優(yōu)化。 最后，優(yōu)化后的方案通過5G無線網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到車載終端，為實時調(diào)度決策提供支持。

2 智能物流配送系統(tǒng)原理

智能物流配送系統(tǒng)包括通用智能轉(zhuǎn)運車平臺、總控配送系統(tǒng)、自主導(dǎo)航系統(tǒng)、安全防撞系統(tǒng)等[3]。

（1）智能全能車輛轉(zhuǎn)運平臺，包括車體及車架、控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)。

（2）主控調(diào)度系統(tǒng)可以補充多車換乘調(diào)度功能和在線監(jiān)控。

（3）自主導(dǎo)航系統(tǒng)通過視覺傳感器實時測量桿的角度和位移，并返回給車身控制器。

（4）自動對接系統(tǒng)完成車體與站軌的精準連接，零部件及產(chǎn)品順利通過。

（5）碰撞安全系統(tǒng)，可測量障礙物距離減速或停止。

全輪驅(qū)動智能配送車綜合平臺原理，全輪驅(qū)動智能配送車可實現(xiàn)前后運動、左右運動和原地旋轉(zhuǎn)。既可以完成小車和車間狹窄部位的運輸，又可以完成物料的導(dǎo)航和獨立配送。要實現(xiàn)車身的全幅運動，必須進行四個機械輪的聯(lián)合運動。動力系統(tǒng)通過48V200AH電池為舵輪提供220V逆變器。

3 自主導(dǎo)航系統(tǒng)

全輪驅(qū)動智能配送車自主導(dǎo)航系統(tǒng)可實現(xiàn)從倉庫到車站的自動運輸。導(dǎo)航系統(tǒng)采用視覺導(dǎo)航原理。板載控制器上傳實時體位信息，根據(jù)姿勢調(diào)整實時體位[4]。

視覺導(dǎo)航傳感器安裝在車身中央O2位置。通過實時掃描下色帶，計算車身中心位置與色帶中心的相對偏差值D和偏差角α。導(dǎo)航傳感器每 40 ms將偏轉(zhuǎn)和角度返回給控制器。

現(xiàn)場測試后，必須保證車身的穩(wěn)定性和準確性。控制精度越高，調(diào)節(jié)頻率越高，車體易出現(xiàn)抖動不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此在控制算法中加入了死區(qū)PID控制。

4 自動對接系統(tǒng)

導(dǎo)航控制站的傳輸載體，上站的零件和產(chǎn)品必須自動停在導(dǎo)軌上，將車輛和站轉(zhuǎn)移到下站，使零件和產(chǎn)品通過上站導(dǎo)軌。由于軌道連接的精度必須在±0.5 mm以內(nèi)，因此視覺導(dǎo)航系統(tǒng)必須在1 mm左右[5]。因此，需要一個輔助傳感器系統(tǒng)來完成自動終端連接功能。

框架前部安裝了三個激光位移傳感器，測量范圍為（100±35）mm，測量精度為70 μm。圖1為自動連接示意圖，其中D1為測得的傳感器1到框架前緣到工位的距離，D2為測得的傳感器2到框架前緣到工位的距離，D3為站側(cè)傳感器3測得的距框架的位移距離，可得：

D=D1-D2 （1）

D'=D3-100 （2）

其中D為車頭角度補償誤差值，D'為車架與工位的左右補償誤差值。根據(jù)測得的角度和左右補償誤差值，調(diào)整車身旋轉(zhuǎn)和橫向運動，完成自動連接。

5 主控調(diào)度系統(tǒng)

主控調(diào)度員不僅可以為每輛中轉(zhuǎn)車輛設(shè)定路線，還可以實時監(jiān)控車輛的到達位置和下一站。路線設(shè)置界面會顯示當前路線圖，紅燈表示當前車站。單擊要設(shè)置為目的地的車站編號，激活導(dǎo)航按鈕，車輛開始向各個方向移動。

6 碰撞安全系統(tǒng)

在運輸過程中，多用途智能運輸車的前后必須安裝防撞安全系統(tǒng)。使用北陽PBS-03JN紅外光電紅外避讓傳感器。掃描角度180°，寬度2 m，長度0.2～3 m可調(diào)。

（1）避障傳感器設(shè)置兩個信號輸出間隔：1.5×2 m為報警減速區(qū)，0.7×2 m為停止區(qū)。

（2）導(dǎo)航過程中，如果前后邊緣有傳感器到達減速區(qū)，則車身開始減速，避開障礙物后繼續(xù)以導(dǎo)航速度行駛。

（3）當在停車區(qū)遇到障礙物時，車身立即停止報警，直到障礙物出來繼續(xù)導(dǎo)航。

7 交通監(jiān)控與服務(wù)系統(tǒng)

目前，該系統(tǒng)對溫度、路線（位置）和交貨狀態(tài)進行可視化控制，并可配置溫度傳感器的數(shù)量（具體位置和裝載貨物數(shù)量應(yīng)根據(jù)貨物監(jiān)控的特點和要求確定）[6]。當當前物流通過RFID反饋完成每個客戶的交付時，每個客戶的任何雙模式的商品都會以任何雙模式配送。

監(jiān)控交付狀態(tài)、行程和樣機應(yīng)用服務(wù)。車輛運輸路線為0→13→18→20→0。顧客13對應(yīng)的商品顏色為用黃色表示，顧客18對應(yīng)的商品顏色用藍色表示，購物車內(nèi)放置6個溫度監(jiān)測器，顧客20對應(yīng)的商品顏色用白色表示。配送狀態(tài) 1 表示卡車剛剛啟動，車輛溫度監(jiān)控器中只有一個傳感器顯示為紅色。配送狀態(tài)2表示貨物已經(jīng)運到特定地點，兩個溫度傳感器表示溫度上升，狀態(tài)為紅色。發(fā)貨狀態(tài) 3 表示只需要發(fā)貨一件商品。

同時，交互控制窗口可用于在3D可視化模型中搜索客戶的貨物，并在可視化模型中顯示突出顯示的結(jié)果，指導(dǎo)運輸人員快速準確地獲取貨物的數(shù)量和位置。避免漏送和出錯，提高交貨效率和質(zhì)量[7]。當車輛內(nèi)的貨物全部消失時，表示車輛已經(jīng)完成了貨物的運送。

上述特點表明，與傳統(tǒng)的配送管理相比，基于數(shù)字孿生的配送管理系統(tǒng)可以基于模型的直接視覺交互進行調(diào)整，實時保證貨物配送、監(jiān)控和視覺服務(wù)的運輸安全和質(zhì)量[8]。提高配送的便捷性和效率，為未來智能裝備直營和無人配送奠定基礎(chǔ)。

8結(jié)語

數(shù)字孿生技術(shù)的本質(zhì)仍然是仿真，它可以大大提高服務(wù)能力和應(yīng)用范圍水平，是未來發(fā)展的趨勢，但在物流領(lǐng)域應(yīng)用較少。該文結(jié)合數(shù)字孿生的優(yōu)勢和進一步優(yōu)化分布的需要，研究了基于數(shù)字孿生的分布式管理系統(tǒng)，擴大了數(shù)字孿生的應(yīng)用范圍?；跀?shù)字孿生的配送管理，實現(xiàn)當前配送流程的數(shù)字化地圖，豐富了現(xiàn)有配送管理系統(tǒng)的功能，為配送，尤其是關(guān)鍵包裝優(yōu)化提供了全新的直觀、可視化的管理和操作。不僅在于數(shù)學(xué)模型還可以以更直觀的方式進行調(diào)整和放置，并且可以提高穩(wěn)定性和安全性，進一步提高包裝和交付過程的便利性、交付效率和服務(wù)水平，降低成本并提供智能化交付，為全面實施的進展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

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作者簡介：許慶兵（1978—），男，本科，副教授，研究方向為學(xué)生管理、思想政治教育。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2111-5042-6767