CN109376484B - 一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法和系统。所述方法包括：根据物流设备站点模型参数和货物模型参数定义，生成仓储物流场景；根据仓储设备站点的状态信息，驱动仓储站点设备的仿真运动；根据设备的仿真动画过程，驱动货物的仿真运动；本发明创新之处在于，具体如下：1、使用通用模式自动化生成仓储物流场景；2、使用实际设备特性准确刻画所有站点设备的运转流程并进行仿真；3、使用编号与状态标识方式更加准确地表达仿真货物在站点设备上的运动。

Description

一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法和系统

技术领域

本发明面向计算机仿真领域，特别是涉及一种参数以及状态驱动 动画的与场景无关的通用模式描述和表达动画的方法和系统。

背景技术

仓储物流系统的三维运行仿真一直是在物流仓储系统当中难以 解决的问题，其目的是能够真实模拟出实际仓储物流系统的运转流 程；目前在仓储物流三维组态这一方案领域中未发现相关专利，但存 在一些针对非物流领域的组态专利方案，具体分析内容如下：

专利1：起重机三维组态仿真控制系统，发明，申请号： 201020604339.X；根据专利1所述起重机三维仿真系统，针对的是 起重机这一单一设备，仅能完成单设备的仿真实现，且不能自动化完 成仿真；

专利2:电动汽车充换电站监控系统三维组态画面的自动生成方 法及系统，发明公布，申请号：201210084055.6；根据专利2所述 电动汽车换电站监控系统三维组态的生成方法与系统，针 对的是电动汽车领域，与本领域无关；

专利3：一种基于三维组态技术的立体车库演示系统，发明公布， 申请号：201510848826.8；根据专利3所述基于三维组态技术的立 体车库演示系统，针对的是立体车库，与本领域无关且方案效率低 下；

综上三点，针对仓储物流领域未发现相关专利内容，使用自动化 方案的专利在三维组态领域极少，状态驱动方案未发现。

目前在仓储物流仿真系统的文献领域，存在一些相关性文献，具 体分析内容如下：

文献1：赵景波.(2005).基于数据库和组态软件的自动化仓库管 理与监控.(Doctoral dissertation,西南交通大学)；根据文献1所述 基于数据库和组态软件的自动化仓库管理与监控，该方案针对的是具 体的库存系统，未能涵盖仓储系统中的所有部件，且未使用自动化仓 库场景生成，使用数据库方案驱动设备，响应速度相对于状态驱动慢，容易收到网络波动影响；

文献2：杨泽青,&孟建军.(2007).基于组态的机场散货物流仿 真系统设计与实现.计算机工程与应用,43(23),222-225；根据文献 2所述基于组态的机场散货物流仿真系统设计与实现，该系统针对 的是机场仓储系统，提供一种仓库仓位自动化选择的优化算法，与本 领域无相关性；

文献3：王秀梅.(2003).仓储物流管理监控仿真系统的设计.(Doctoraldissertation,机械科学研究院)。根据文献3所述仓储物流管 理监控仿真系统的设计，该文献讲述的内容与文献2类似，也是一 个仓库仓位自动化选择的优化算法，且在仓库的运行方案中使用任 务驱动，需要与中央主机进行交互，易受到网络波动影响；

综上三点，在目前的文献领域，未发现自动化生成场景，状态表 与脚本驱动货物的任何方案，且目前该类文献针对的都是单独的仓库 系统与其仓位优化算法，与本领域无关。

目前在可实现仓储物流系统仿真的软件中，有一国外软件名为 Demo3D，它虽然能够完成仓储物流系统仿真，但缺乏自动化实现 的过程，只能针对已有设备进行组态，且无法使用状态表驱动方试 进行仓储系统的运转，另外由于是一款外国软件，软件内部不存在某些国产设备。

综上背景调研，提出以下三项相关问题：

1、如何高效率自动化生成仓储物流场景；

2、如何准确刻画所有站点设备的运转流程并进行仿真；

3、如何使用一种方式更加准确地表达仿真货物在站点设备上的 运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方 法，能够用一种通用模式实现对仓储物流系统的仿真模拟。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：

(1)、根据仓储物流系统中的设备站点的物理特征与仿真特征， 分析得到所有设备站点的物理与仿真信息；

(2)、根据获得的物理信息与仿真信息，将其按照规定格式写入 参数文件，并根据参数文件组建仓储物流场景；

(3)、根据参数文件按照给定规则生成状态表，状态表中使用状 态值表示不同设备站点的不同状态，状态表中根据设备站点的类型和 功能，将所有设备站点分为黑盒设备和通用设备两类，黑盒设备与通 用设备，两者使用不同的状态值表示方法、脚本生成方法与仿真执行 方法；

(4)、根据参数文件中的物理信息，单独生成黑盒设备的设备模 型和仿真动画脚本，并将黑盒设备载入仓储物流场景；

(5)、根据参数文件中的物理信息和仿真信息，生成通用设备的 设备模型和仿真动画脚本，并将通用设备载入仓储物流场景；

(6)、根据状态表中对应设备状态值，黑盒设备和通用设备使用 不同仿真动画脚本与状态驱动方法在仓储物流场景中进行动画运作；

(7)、根据实际货物在物流系统中的运转流程，对货物添加运动 序列，并将运动序列放入仓储物流场景初始位置。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：步骤(1)中，根据设备站点的的物理特征，分析得到模型尺寸 相关的物理信息；根据设备站点的仿真特征，分析得到动画运动相关 的仿真信息。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：所述物理信息包括设备站点的长宽高以及该设备站点独有的与设 备站点构建相关的物理参数；

所述仿真信息包括设备站点的起始与终点货物位置信息，以及该 设备站点独有的与设备站点仿真模拟相关的动画参数。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：步骤(3)中，状态表为二维表，其中状态表的键为设备站点的 唯一标识数字，状态表的值为设备站点的当前状态数字。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：步骤(4)中，黑盒设备为自成系统的设备，其动画脚本与模型 单独生成，对应的状态值仅表示运行状态；

通用设备为具有相同结构的设备，其动画脚本根据参数文件的仿 真数据生成，动画严格参照设备状态值，并检查货物的位置，若满足 约束则修改状态值。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：包括两类通用设备的仿真方法，具体包括双向传输机的FN双向 运作机制、顶升移载机的四入口一升降运作机制。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：步骤(7)中，驱动货物时使用的两种方法包括货物路径描述方 法、货物控制方法。

所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在 于：货物路径描述方法中，使用设备站点的序号与规定符号的组合进 行表示；

货物控制方法中，使用货物的路径号与运动序列进行货物在站点 内部的运转，具体如下：根据货物的设备号与运转序列号，设备使用 指定的运动序列将货物运送到指定出口，进行货物交付。

一种面向仓储物流系统的三维运行仿真系统，其特征在于：包括：

参数文件信息读取单元，读取出参数文件当中的所有信息；

通用设备模型生成铺展单元，使用读取出来的参数文件信息生 成通用设备站点模型并铺展在场景中；

通用设备仿真动画生成单元，使用读取出来的参数文件信息生成 通用设备的仿真动画，并与模型绑定；

黑盒设备系统生成单元，该单元完成对指定的黑盒系统模型的 生成与仿真动画生成；

黑盒设备系统铺展单元，由参数文件中的黑盒设备信息，完成对 黑盒设备的铺展与连接；

状态表生成维护单元，使用参数文件中的信息，生成对应大小的 状态表并提供修改或读取操作

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明提供一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法和系统， 将仓储物流系统当中现有的设备进行特征分析，得到物理信息与仿 真信息并按照规定格式写入参数文件，根据参数文件中的参数信息， 自动化生成场景并完成仿真动画的生成绑定，根据参数文件信息生成 并维护一张场景状态表，设备读取该表完成仿真过程，根据设备的不 同类型，将所有设备分为黑盒设备和通用设备，并采用不同的模型生 成与动画脚本生成，场景所有动画中货物处于被动状态，由设备进行 独立驱动，并使用运动序列来表示货物路径，进行货物控制。

附图说明

图1为本发明实施例面向仓储物流系统的三维运行仿真方法流 程图；

图2为本发明实施例面向仓储物流系统的三维运行仿真系统结 构图；

图3为本发明实施例面向仓储物流系统的三维运行仿真系统的 实际场景例图。

图4为本发明实施例中双向传输机表示图。

图5为本发明实施例中"四入口一升降"方案原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方 法和系统，能够真实仿真模拟出实际仓储物流系统的运转过程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，所述三维运行仿真 方法包括：

步骤101：根据仓储物流场景中的设备站点的物理特征与仿真特 征，分析得到所有设备站点的物理与仿真信息；

具体的，针对仓储物流系统中存在的设备的物理层面进行全面分 析，黑盒设备得到生成该系统所必备的参数，位置信息，通用设备得 到该站点的长宽高，PLC名称，场景命名，位置信息以及对应类型的 特殊参数；针对仓储物流系统中的设备的仿真层面进行分析，黑盒设 备得到与场景交互的中间连接件信息，系统出入口位置信息，通用设 备得到该站点的中间连接件信息，出入口位置信息，连接接口配置信 息以及对应类型的特殊参数。

步骤102：根据获得的物理信息与仿真信息，将其按照规定格式 写入参数文件；

对于参数文件格式，参数文件使用XML文件结构，文件尾缀 为.mspiml，参数文件由三部分构成，场景总体信息块，物理参数块， 仿真参数块；其中，场景总体信息块为场景总体信息描述块，全文件 仅允许存在一个；物理参数块表述设备站点的物理参数信息，单个块 仅表示一个设备站点信息，黑盒设备不具有此块，仅为通用设备独有； 仿真参数块表述设备站点的仿真参数信息，单个块仅表示一个设备站 点信息，黑盒设备与通用设备都必须具有此块；

对于参数文件书写规范，使用XML标签形式表示，使用“块类 型-设备主类型-设备亚类型”的父子标签顺序进行书写。

步骤103：根据黑盒设备的物理参数，单独生成黑盒设备的设备 模型和仿真动画脚本；

具体的，根据黑盒系统的类型，选定对应的黑盒系统设备生成单 元，输入必要的参数后，生成黑盒设备模型和仿真动画脚本，并放置 在黑盒设备的指定存放文件夹中。

步骤104：根据参数文件中的物理信息和仿真信息，生成通用设 备模型和仿真动画脚本，并将黑盒设备和通用设备载入场景；

具体的，读取参数文件中通用设备的物理信息和仿真信息，生成 对应的通用设备模型和仿真脚本，再将通用设备和黑盒设备统一按照 指定位置载入场景。

步骤105：根据参数文件中记录的的仿真设备数量，按照给定规 则生成状态表，并进行初始化；

具体的，读取参数文件中的场景总体信息块，获得场景中具有动 画的设备站点总数，将状态表的规模设置为总数加一；其中状态表为 二维表，使用为设备站点分配的唯一标识非负整数作为键，该键对应 的值为该设备站点的状态值；其中，0号状态值被预留为InitPosition 初始位置的标识值，状态表最大键的值被预留为EndingPosition终点 位置的标识值，具体表示如下：

表1标识表示表

设备标识数字(键)	设备状态值(值)
		0	(0,1,2…)
1	(0,1,2…)
		2	(0,1,2…)
…	(0,1,2…)
		(最大值)	(0,1,2…)

步骤106：根据当前帧对应设备状态值，黑盒设备和通用设备使用不同脚本与状态驱动方法进行动画运作；

对于所有设备之间的货物运输交互，使用出入口交接方案，当上 一设备将货物驱动至与下一设备的交互位置，也就是当前设备的终点 时，会被自动交付给下一设备，货物由下一设备接管，被下一设备驱 动，与当前设备断开所有联系；

对于黑盒设备，由于其自身的设备模型与仿真动画皆单独生成， 因此仿真动画独立运作，状态表仅仅显示其是否在运行状态，黑盒设 备由入口获取到货物后，遵循自身仿真动画原则运动，由系统内部具 体的设备结构，例如堆垛机，传送带等，驱动货物前进，按照预定路 径运行；

对于通用设备，在帧动画当前帧开始的时候，检查设备对应的状 态表中的键值，若状态值为0，则本帧停止运动，若为其他值，则进 入相应的运动步骤，当前帧的运动完成之后，检查此时被驱动货物的 位置是否满足已经设置好的约束，若是，则根据约束改变设备状态值；

步骤107：根据实际货物在物流系统中的运转流程，对货物添加 运动序列，并将其放入场景初始位置；

具体的，本阶段说明根据附图3的场景，给定货物一个实际运作 序列，对货物的序列表示以及货物在设备间的运作进行一个详细说 明；

场景的入口为1,2和3三个双向传输机，出口为11和16两个双 向传输机，以及高架库黑盒系统；

货物名称使用“Good”作为开头，后面加上该货物的运动序列， 若货物从1号设备放入系统，终点为高架库，则经过的设备序号为： 1,4,5,6,7,8,9,10,12,13,14,15,16；序列格式被规定为，设备号之间必须 用“_”或“$”隔开，设备的运转序列使用“$”进行单独表示，无 单独序列的设备之间使用“_”隔开；本货物的运动序列最终书写为： 1_4$112$5_6$113$7_8$113$9_10$2$12_13_14$113$15_16$1_4_3_A$；

双向传输机不使用单独运转序列，使用FN运作方式，将传送带 一端命名为F方向，另一端设置为N方向，具体如图4所示。

其中，用1表示F至N运行这一运动状态，-1表示N到F运行 状态，每一帧货物在双向传输机上向对应运动方向移动一小段距离， 直到货物抵达终点，即FN中的一点；双向传输机不使用运转序列， 它自身运转方向取决于最开始货物抵达时被设定的状态值；顶升移载机使用运转序列，使用“四入口一升降”方案，四入口即为UF、DF、 UN与DN，升降则为中央升降盘，具体如图5所示：

其中，本图所示横向传输机高度低于纵向，故而设置为Down线 路，两个口命名则为DF(Down-Forward，入口2)与DN(Down-Next， 入口4)，纵向传输机为Up线路，两个口设置为UF(Up-Forward， 入口1)与UN(Up-Next，入口3)；顶升移载在接收到货物时，会 检索货物的该顶升移载运转序列，得到运输该货物时的入口位置，顶 升移载的升降盘的高低状态以及货物的终点位置，即设备号后面的三 位数字，例如4$112$中的112，货物从1号口进入，位于顶升移载机 中央时，需要升起托盘，最后从2号口离开；

货物离开站点设备时，会由约束条件进行位置判定，若货物满足 了约束，则会将货物中最开始的设备号及其运转序列删除，并将下一 位设备提至最前方，改变下一设备的状态值并交付货物；例如当货物 运行到12号设备时，此时货物的运动序列为： 12_13_14$113$15_16$1_4_3_A$，当货物抵达12号终点时，即将交 付给13号时会变为13_14$113$15_16$1_4_3_A$；当货物抵达黑盒设 备时，序列会变为16$1_4_3_A$，此时货物会自动被高架库接收，内 部的1_4_3_A为该黑盒设备的运转序列，此时不再有固定规则。

如图2所示，本发明还提供了如下方案：

一种面向仓储物流系统的三维运行仿真系统，所述三维运行仿真 系统包括：

参数文件信息读取单元201，用于读取参数文件中所有的的场景 信息，物理信息和仿真信息；

通用设备模型生成铺展单元202，用于使用单元201提取到的通 用设备的物理信息，生成通用设备并按照对应位置显示在场景当中；

通用设备仿真动画生成单元203，用于使用单元201提取到的通 用设备的仿真信息，先将场景中对应的，已经铺展在场景中的通用设 备绑上对应类别的动画脚本，再替换掉该设备的必要参数；

黑盒设备系统生成单元204，此单元包含数个子模块，分别对应 不同的黑盒设备系统，由于黑盒设备涵盖的范围非常广泛，涉及到仓 储区，运输区等，他们之间的结构相似度非常低，因此针对不同的黑 盒设备系统使用不同的生成子模块；

黑盒设备系统铺展单元205，用于将生成好的黑盒系统铺展并连 接到场景中，同时完成中间连接件的生成与配置；

状态表生成维护单元206，用于提供生成，初始化，更改，获取 状态表的接口。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说 明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互 相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同 时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方 式及应用范围上均会有改变之处。

综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：

（1）、根据仓储物流系统中的设备站点的物理特征与仿真特征，分析得到所有设备站点的物理与仿真信息；

（2）、根据获得的物理信息与仿真信息，将其按照规定格式写入参数文件，并根据参数文件组建仓储物流场景；

（3）、根据参数文件按照给定规则生成状态表，状态表中使用状态值表示不同设备站点的不同状态，状态表中根据设备站点的类型和功能，将所有设备站点分为黑盒设备和通用设备两类，黑盒设备与通用设备，两者使用不同的状态值表示方法、脚本生成方法与仿真执行方法；

（4）、根据参数文件中的物理信息，单独生成黑盒设备的设备模型和仿真动画脚本，并将黑盒设备载入仓储物流场景；

（5）、根据参数文件中的物理信息和仿真信息，生成通用设备的设备模型和仿真动画脚本，并将通用设备载入仓储物流场景；

（6）、根据状态表中对应设备状态值，黑盒设备和通用设备使用不同仿真动画脚本与状态驱动方法在仓储物流场景中进行动画运作；

（7）、根据实际货物在物流系统中的运转流程，对货物添加运动序列，并将运动序列放入仓储物流场景初始位置。

2.根据权利要求1所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：步骤（1）中，根据设备站点的的物理特征，分析得到模型尺寸相关的物理信息；根据设备站点的仿真特征，分析得到动画运动相关的仿真信息。

3.根据权利要求2所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：所述物理信息包括设备站点的长宽高以及该设备站点独有的与设备站点构建相关的物理参数；

所述仿真信息包括设备站点的起始与终点货物位置信息，以及该设备站点独有的与设备站点仿真模拟相关的动画参数。

4.根据权利要求1所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：步骤（3）中，状态表为二维表，其中状态表的键为设备站点的唯一标识数字，状态表的值为设备站点的当前状态数字。

5.根据权利要求1所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：步骤（4）中，黑盒设备为自成系统的设备，其动画脚本与模型单独生成，对应的状态值仅表示运行状态；

通用设备为具有相同结构的设备，其动画脚本根据参数文件的仿真数据生成，动画严格参照设备状态值，并检查货物的位置，若满足约束则修改状态值。

6.根据权利要求5所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：包括两类通用设备的仿真方法，具体包括双向传输机的FN双向运作方法与顶升移载机的四入口一升降运作方法。

7.根据权利要求1所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：步骤（7）中，驱动货物时使用的两种方法包括货物路径描述方法、货物控制方法。

8.根据权利要求7所述的一种面向仓储物流系统的三维运行仿真方法，其特征在于：货物路径描述方法中，使用设备站点的序号与规定符号的组合进行表示；

货物控制方法中，使用货物的路径号与运动序列进行货物在站点内部的运转，具体如下：根据货物的设备号与运转序列号，设备使用指定的运动序列将货物运送到指定出口，进行货物交付。

9.一种面向仓储物流系统的三维运行仿真系统，其特征在于：包括：

参数文件信息读取单元，读取出参数文件当中的所有信息；

通用设备模型生成铺展单元， 使用读取出来的参数文件信息生成通用设备 站点模型并铺展在场景中；

通用设备仿真动画生成单元，使用读取出来的参数文件信息生成通用设备 的仿真动画，并与模型绑定；

黑盒设备系统生成单元， 该单元完成对指定的黑盒系统模型的生成与仿真 动画生成；

黑盒设备系统铺展单元，由参数文件中的黑盒设备信息，完成对黑盒设备的铺展与连接；

状态表生成维护单元，使用参数文件中的信息，生成对应大小的状态表并提 供修改或读取操作。

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