CN117371737A - 一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统，涉及数字孪生与物流管理技术领域，包括以下内容，A1、订单预处理模块：订单处理模块用于接收客户的配送订单，并生成待配送货物的配送计划；A2、物流资源库模块：物流资源库模块用于存储物流管理平台的物理实体的实时数据，其中包括物流运输车辆、仓库的货物；A3、数字模型库模块；A4、数字仿真模块；A5、调度监控模块。本发明利用数字孪生技术为物流运输车辆和待装载货物在虚拟空间中建立数字模型，并对货物装载过程进行数字仿真，优化传统的装载方案，提升物流运输车辆车厢的空间利用率，也在一定程度提升了货物的装载和卸载效率。

Description

一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统
技术领域
本发明涉及数字孪生与物流管理技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统。
背景技术
随着网络技术的不断发展，5G信息时代也慢慢融入到我们的生活中，与此同时物流行业也面临着革新，在以前信息技术并不是很发达的时候，物流信息不能实时更新，货物的装卸也是随意为之，往往会导致车厢的空间利用率不高。由于物流行业的需求越来越大，物流中存在的问题也在慢慢显露出来，为了减少物流车辆在运输过程中车厢空间的浪费，因此货物的合理装载也是值得考虑的问题。从实际情况出发，客户订单中的货物往往是尺寸不一、重量不一以及货物的复杂性，货物装载的方式方法值得思考，调查发现关于货物装载的方式方法有很多，但大多数研究方法均仅适用于某个特定环境下，因此关于货物的三维装载问题仍值得继续探讨，本发明针对这一问题提供一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统。针对现有技术存在以下问题：
1、现有的基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统,解决方法是针对货物的类型对车厢进行区域划分，不同区域放置不同的货物，但这样的方法很少有人采用，如何提高货物配送车辆的装载率，提高货物的运输效率等问题仍需解决。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种包括以下内容，
A1、订单预处理模块：订单处理模块用于接收客户的配送订单，并生成待配送货物的配送计划；
A2、物流资源库模块：物流资源库模块用于存储物流管理平台的物理实体的实时数据，其中包括物流运输车辆、仓库的货物；
A3、数字模型库模块：数字模型库模块用于生成并存储物理实体的数字模型，在虚拟空间中建立物理实体的数字模型，把物理实体库中的运输车辆以及需要运输的货物的信息发送到数字模型库，利用信息获取设备对运输车辆的车厢空间尺寸以及各个待装箱货物的尺寸大小进行测量，得到的数据同步到数字模型模块中的各个物理实体的数字模型中；
A4、数字仿真模块：数字仿真模块用于生成货物的装载方案，根据配送计划，数字仿真模块从数字模型库中获取待配送货物、物流运输车辆对应的数字模型，并在虚拟空间进行数字仿真，数字仿真模块根据仿真结果生成配送方案；
A5、调度监控模块：调度模块用于根据所述装载方案指导待配送货物的装载、卸载以及物流运输车辆的调动，监控模块用于对物流运输车辆的车辆状态及车厢中货物的信息进行实时监控，将实时监控得到的数据同步发送到数字仿真模块。
本发明技术方案的进一步改进在于：根据待装载货物和运输车辆的基本信息建立相应的数学模型，根据具体问题提出若干约束条件假设把K种数量有限的货物需要完全装入一种固定尺寸为LWH的车厢A中，车厢A的最大载重重量和容积分别为M、V，装载所述货物的运输车辆的车型分为N种，记为车型集合D＝，且所述车型集合D中的车型是按体积降序而得，其中，表示第n种车型，所述第n种车型的使用数量记为，第n种车型的属性还包括：长度、宽度、高度以及承载重量；为车厢的重心坐标，待装载货物的总数为N，nw为第w种货物的数量，w＝1,2....K，K为货物的种类数，而第i种货物的数量、三维尺寸和重量分别为ni、li×wi×hi和mi(1<i<n)，为货物g的重心坐标；出于对货物的外观尺寸考虑，货物在车厢中允许的摆放方向最多有6种，设Vg第g个货物允许的摆放方向数，显然Vg≤6，考虑货物在运输过程中的稳定性，对货物的最大堆码层数也有限制，也就是货物本身及其上身其他货物摆放的堆码层数的限制，osg为货物g的堆码层数，OSg为货物g的最大堆码层数。
本发明技术方案的进一步改进在于：为保证货物“先到先下”原则，先到的货物的优先级越低越后摆放，Pg设为货物g的优先级，不同货物叠放时，下方的货物的称重级别要大于上方货物，设Gg为货物g的承重级别。
本发明技术方案的进一步改进在于：定义装载方案为S并初始化为空集，令物品集合U，记物品总体积为VU，总重量为MU；并限制物品总体积不大于车厢的最大容积V，物品总重量不大于车厢的最大载重量M，确定该研究问题的目标函数为物流车辆车厢空间利用率最大化，提高车厢的载货率。
本发明技术方案的进一步改进在于：考虑构建多种约束的三维装载问题的混合整数规划模型，由提出的目标函数及约束条件建立数学模型，并提出启发式搜索算法求解，函数为 i＝1,2…N对应每个货物的长宽高。
一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，包括以下步骤，
S1、系统建立：系统包括订单预处理模块、物流资源库模块、数字模型库模块、数字仿真模块、调度模块以及监控模块；
S2、装载方案：装载方案直接确定了货物的卸载以及运输计划，在货物的时间窗限制，既要保证货物的准时到达还要使车厢装载率尽可能的大，装载方案生成的同时，货物的卸载方案也随着确定；
S3、过程展现：根据数字仿真模块生成货物的装载方案，在仿真平台上可以清晰、直观地看到货物装载过程的孪生体，通过三维立体的形式展现不同货物的装载过程，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置；
S4、实时监控：监控模块对货物和运输车辆的实时状态进行监控，得到的实时信息发送到数字仿真模块，保证现实空间与虚拟空间的数据同步性。
由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
1、本发明提供一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统，通过调度模块的作用下，调度模块包括AR装载及卸载单元，AR装载单元用于根据装载方案生成货物的AR装载图，并通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR卸载单元应用于货物的卸载，通过AR眼镜识别货物的识别码获取货物的信息，根据AR卸载图指引操作者进行货物的卸载，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置，利用AR眼镜指引操作者进行货物的卸载，提高货物的卸载效率。
2、本发明提供一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统，通过数字仿真模块和监控模块共同作用下，数字仿真模块通过监控模块采集的实时数据，通过数字孪生技术可以及时同步到数字仿真模块，始终保持虚拟空间与物理空间的动态同步性，动态数字仿真充分体现了数字孪生技术的先进性，利用数字孪生技术为物流运输车辆和待装载货物在虚拟空间中建立数字模型，并对货物装载过程进行数字仿真，优化传统的装载方案，提升物流运输车辆车厢的空间利用率，也在一定程度提升了货物的装载和卸载效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统的组成结构示意图；
图2为本发明的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法的流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
如图1-2所示，本发明提供了一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统,包括以下内容，
A1、订单预处理模块：订单处理模块用于接收客户的配送订单，并生成待配送货物的配送计划；
A2、物流资源库模块：物流资源库模块用于存储物流管理平台的物理实体的实时数据，其中包括物流运输车辆、仓库的货物；
A3、数字模型库模块：数字模型库模块用于生成并存储物理实体的数字模型，在虚拟空间中建立物理实体的数字模型，把物理实体库中的运输车辆以及需要运输的货物的信息发送到数字模型库，利用信息获取设备对运输车辆的车厢空间尺寸以及各个待装箱货物的尺寸大小进行测量，得到的数据同步到数字模型模块中的各个物理实体的数字模型中；
A4、数字仿真模块：数字仿真模块用于生成货物的装载方案，根据配送计划，数字仿真模块从数字模型库中获取待配送货物、物流运输车辆对应的数字模型，并在虚拟空间进行数字仿真，数字仿真模块根据仿真结果生成配送方案；
A5、调度监控模块：调度模块用于根据所述装载方案指导待配送货物的装载、卸载以及物流运输车辆的调动，监控模块用于对物流运输车辆的车辆状态及车厢中货物的信息进行实时监控，将实时监控得到的数据同步发送到数字仿真模块，调度模块包括AR装载及卸载单元，AR装载单元用于根据装载方案生成货物的AR装载图，并通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR卸载单元应用于货物的卸载，通过AR眼镜识别货物的识别码获取货物的信息，根据AR卸载图指引操作者进行货物的卸载，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置，利用AR眼镜指引操作者进行货物的卸载，提高货物的卸载效率，根据待装载货物和运输车辆的基本信息建立相应的数学模型，根据具体问题提出若干约束条件假设把K种数量有限的货物需要完全装入一种固定尺寸为LWH的车厢A中，车厢A的最大载重重量和容积分别为M、V，装载所述货物的运输车辆的车型分为N种，记为车型集合D＝，且所述车型集合D中的车型是按体积降序而得，其中，表示第n种车型，所述第n种车型的使用数量记为，第n种车型的属性还包括：长度、宽度、高度以及承载重量；为车厢的重心坐标，待装载货物的总数为N，nw为第w种货物的数量，w＝1,2....K，K为货物的种类数，而第i种货物的数量、三维尺寸和重量分别为ni、li×wi×hi和mi(1<i<n)，为货物g的重心坐标；出于对货物的外观尺寸考虑，货物在车厢中允许的摆放方向最多有6种，设Vg第g个货物允许的摆放方向数，显然Vg≤6，考虑货物在运输过程中的稳定性，对货物的最大堆码层数也有限制，也就是货物本身及其上身其他货物摆放的堆码层数的限制，osg为货物g的堆码层数，OSg为货物g的最大堆码层数，为保证货物“先到先下”原则，先到的货物的优先级越低越后摆放，Pg设为货物g的优先级，不同货物叠放时，下方的货物的称重级别要大于上方货物，设Gg为货物g的承重级别，定义装载方案为S并初始化为空集，令物品集合U，记物品总体积为VU，总重量为MU；并限制物品总体积不大于车厢的最大容积V，物品总重量不大于车厢的最大载重量M，确定该研究问题的目标函数为物流车辆车厢空间利用率最大化，提高车厢的载货率，考虑构建多种约束的三维装载问题的混合整数规划模型，由提出的目标函数及约束条件建立数学模型，并提出启发式搜索算法求解，函数为/> i＝1,2…N对应每个货物的长宽高。
在本实施案例中，调度模块包括AR装载及卸载单元，AR装载单元用于根据装载方案生成货物的AR装载图，并通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR卸载单元应用于货物的卸载，通过AR眼镜识别货物的识别码获取货物的信息，根据AR卸载图指引操作者进行货物的卸载，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置，利用AR眼镜指引操作者进行货物的卸载，提高货物的卸载效率。
实施例2
如图1-2所示，本发明提供了一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法，包括以下步骤，
S1、系统建立：系统包括订单预处理模块、物流资源库模块、数字模型库模块、数字仿真模块、调度模块以及监控模块；
S2、装载方案：装载方案直接确定了货物的卸载以及运输计划，在货物的时间窗限制，既要保证货物的准时到达还要使车厢装载率尽可能的大，装载方案生成的同时，货物的卸载方案也随着确定；
S3、过程展现：根据数字仿真模块生成货物的装载方案，在仿真平台上可以清晰、直观地看到货物装载过程的孪生体，通过三维立体的形式展现不同货物的装载过程，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置；
S4、实时监控：监控模块对货物和运输车辆的实时状态进行监控，得到的实时信息发送到数字仿真模块，保证现实空间与虚拟空间的数据同步性。
在本实施例中，数字仿真模块通过监控模块采集的实时数据，通过数字孪生技术可以及时同步到数字仿真模块，始终保持虚拟空间与物理空间的动态同步性，动态数字仿真充分体现了数字孪生技术的先进性，利用数字孪生技术为物流运输车辆和待装载货物在虚拟空间中建立数字模型，并对货物装载过程进行数字仿真，优化传统的装载方案，提升物流运输车辆车厢的空间利用率，也在一定程度提升了货物的装载和卸载效率。
下面具体说一下该一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载方法及系统的工作原理。
如图1-2所示，数字仿真模块通过监控模块采集的实时数据，通过数字孪生技术可以及时同步到数字仿真模块，始终保持虚拟空间与物理空间的动态同步性，动态数字仿真充分体现了数字孪生技术的先进性，利用数字孪生技术为物流运输车辆和待装载货物在虚拟空间中建立数字模型，并对货物装载过程进行数字仿真，优化传统的装载方案，提升物流运输车辆车厢的空间利用率，也在一定程度提升了货物的装载和卸载效率，装载方案直接确定了货物的卸载以及运输计划，在货物的时间窗限制，既要保证货物的准时到达还要使车厢装载率尽可能的大，装载方案生成的同时，货物的卸载方案也随着确定，根据数字仿真模块生成货物的装载方案，在仿真平台上可以清晰、直观地看到货物装载过程的孪生体，通过三维立体的形式展现不同货物的装载过程，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置，通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR卸载单元应用于货物的卸载，通过AR眼镜识别货物的识别码获取货物的信息，根据AR卸载图指引操作者进行货物的卸载，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置，利用AR眼镜指引操作者进行货物的卸载，提高货物的卸载效率，监控模块对货物和运输车辆的实时状态进行监控，得到的实时信息发送到数字仿真模块，保证现实空间与虚拟空间的数据同步性。
上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，包括以下内容，其特征在于：
A1、订单预处理模块：订单处理模块用于接收客户的配送订单，并生成待配送货物的配送计划；
A2、物流资源库模块：物流资源库模块用于存储物流管理平台的物理实体的实时数据，其中包括物流运输车辆、仓库的货物；
A3、数字模型库模块：数字模型库模块用于生成并存储物理实体的数字模型，在虚拟空间中建立物理实体的数字模型，把物理实体库中的运输车辆以及需要运输的货物的信息发送到数字模型库，利用信息获取设备对运输车辆的车厢空间尺寸以及各个待装箱货物的尺寸大小进行测量，得到的数据同步到数字模型模块中的各个物理实体的数字模型中；
A4、数字仿真模块：数字仿真模块用于生成货物的装载方案，根据配送计划，数字仿真模块从数字模型库中获取待配送货物、物流运输车辆对应的数字模型，并在虚拟空间进行数字仿真，数字仿真模块根据仿真结果生成配送方案；
A5、调度监控模块：调度模块用于根据所述装载方案指导待配送货物的装载、卸载以及物流运输车辆的调动，监控模块用于对物流运输车辆的车辆状态及车厢中货物的信息进行实时监控，将实时监控得到的数据同步发送到数字仿真模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，其特征在于：根据待装载货物和运输车辆的基本信息建立相应的数学模型，根据具体问题提出若干约束条件假设把K种数量有限的货物需要完全装入一种固定尺寸为LWH的车厢A中，车厢A的最大载重重量和容积分别为M、V，装载所述货物的运输车辆的车型分为N种，记为车型集合D＝，且所述车型集合D中的车型是按体积降序而得，其中，表示第n种车型，所述第n种车型的使用数量记为，第n种车型的属性还包括：长度、宽度、高度以及承载重量；为车厢的重心坐标，待装载货物的总数为N，nw为第w种货物的数量，w＝1,2....K，K为货物的种类数，而第i种货物的数量、三维尺寸和重量分别为ni、li×wi×hi和mi(1<i<n)，为货物g的重心坐标；出于对货物的外观尺寸考虑，货物在车厢中允许的摆放方向最多有6种，设Vg第g个货物允许的摆放方向数，显然Vg≤6，考虑货物在运输过程中的稳定性，对货物的最大堆码层数也有限制，也就是货物本身及其上身其他货物摆放的堆码层数的限制，osg为货物g的堆码层数，OSg为货物g的最大堆码层数。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，其特征在于：为保证货物“先到先下”原则，先到的货物的优先级越低越后摆放，Pg设为货物g的优先级，不同货物叠放时，下方的货物的称重级别要大于上方货物，设Gg为货物g的承重级别。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，其特征在于：定义装载方案为S并初始化为空集，令物品集合U，记物品总体积为VU，总重量为MU；并限制物品总体积不大于车厢的最大容积V，物品总重量不大于车厢的最大载重量M，确定该研究问题的目标函数为物流车辆车厢空间利用率最大化，提高车厢的载货率。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，其特征在于：考虑构建多种约束的三维装载问题的混合整数规划模型，由提出的目标函数及约束条件建立数学模型，并提出启发式搜索算法求解，函数为 对应每个货物的长宽高。
6.一种基于数字孪生的物流配送车辆三维装载系统，包括以下步骤，其特征在于：
S1、系统建立：系统包括订单预处理模块、物流资源库模块、数字模型库模块、数字仿真模块、调度模块以及监控模块；
S2、装载方案：装载方案直接确定了货物的卸载以及运输计划，在货物的时间窗限制，既要保证货物的准时到达还要使车厢装载率尽可能的大，装载方案生成的同时，货物的卸载方案也随着确定；
S3、过程展现：根据数字仿真模块生成货物的装载方案，在仿真平台上可以清晰、直观地看到货物装载过程的孪生体，通过三维立体的形式展现不同货物的装载过程，操作人员通过AR眼镜或者移动终端指引进行货物的装载，AR眼镜扫描货物的同时获得货物的基本信息，确定货物的装载顺序和位置；
S4、实时监控：监控模块对货物和运输车辆的实时状态进行监控，得到的实时信息发送到数字仿真模块，保证现实空间与虚拟空间的数据同步性。
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