文｜鲁晓 ¹、陈星浩 ²、陈哲涵 ¹
1.北京科技大学机械工程学院
2.北京中物汇智科技有限公司
物流及其所毗连的各方，无不面对多样化、个性化、定造化的需求冲击，无论消费造造仍是商贸畅通，都要面临近年来诸多不确定性的挑战。为了应对挑战，涌现出了浩瀚新手艺与治理元素，横贯物流主动扮装备、物流机器人、AI决策等新兴手艺，纵连物流仓储、配送全环节，而数字孪生手艺的开展，进一步促使物流治理伶俐化与物流系统智能化，基于物流系统关键要素的有机合成实现数字物流革命。
一、数字物流的开展动力
工业4.0的关键，是柔性的物流系统，在饱和、多变且个性化的市场需求下，现代工业要求其物流收集更具柔性、更低成本的运转。粗放的增长即将完毕，面向效率的整合即将起头，在那个布景下，从物流治理系统到物流配备，若何提拔伶俐性和柔性，提拔物流伶俐化与智能化程度成为将来开展的趋向。
1.物流财产要素欠缺协同载体
物时髦业的产学研，全生态赐与链协做，已经成为行业开展大势。假设将物流财产，根据系统集成方、利用运营方、研发利用方、教导培训方停止划分，我们能够分析目前行业存在的问题，如图1所示。
图1 物流财产各协同问题
系统集成方与利用运营方之间，是最传统的甲乙方关系，通过胜利案例与行业体味等“老中医”形式停止营销，看“天分”对计划停止抉择。但因其成本过高，无法在个性多变情况下，将提赐与运营方的计划停止价值闪现与仿实展示，招致系统集成方在规划设想之前，欠缺价值协同的载体。
研发利用方（配备商与征询商）在研发新产物、对现有伶俐物流配备停止优化的过程中，欠缺新手艺验证的有效情况，以至利用运营方提出相关征询需求时，两边都无法得出系统革新与设备革新的关键验证数据。
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教导培训方在停止物流人才培育提拔与企业培训时，极度欠缺常识的展示前提。专业功效优良，面试“一问三不知”；利用过时的教学配备和手艺，只能“看热闹”；价值和办法的闪现，好像看不见的“天书”。那些问题极大地提拔了企业人力成本。
总结来说，在伶俐化的海潮中，新东西、新办法、新业态、新人力等多要素关于最末成本与效率的影响形式越来越复杂，目前行业的各方，欠缺一个低成本的、快速有效的、协同的价值闪现，以及可以实现可视化治理运营、仿实验证、常识传递的平台。
2.物流系统系统化的通途是人机共智
物流系统要素，从上文中的几个主体，能够总结为参与治理和消费的人，以及参与物流治理的主动化与智能化系统配备，好比物流信息系统、多穿、立体库、AMR等构成，其配合感化构成了一体化的伶俐物流系统。通过人、伶俐系统统、智能系统等全面合成，协同功课，配合构建同一目标的利益配合体，将物流成本与物流效率停止完美连系，是数字物流革命的末极目标。若何实现人机两边的协同、联动、共智，路子就是打通人机认知与决策系统，包罗以下两个方面：
（1）物流治理伶俐化
物流治理伶俐化，是在物流治理傍边，针对人员、配备、货物、时间、成本等元素，将停止方案、调控的有效体味模子数字化，从而将人和系统的常识体味协同。那里包罗了两个层面的治理伶俐数字化：第一个是明白机造的智能目标库，将行业中的通用目标，好比周转率、人效、坪效等目标公式停止抽取，构成物流治理智能目标库；第二个是不明白机造的伶俐评判库，也就是通过对治理人员体味的总结或对汗青数据的发掘、行业公认的、影响物流整体或部分系统目标的关键因素总结。两者一路奠基了物流治理伶俐数字化的根底。明白的预警线、不明白体味都将通过系统可以理解的体例停止数字化表达。
（2）物流系统智能化
物流系统智能化，在传统物流智能施行配备与系统的根底上，愈加强调从数字伶俐化和伶俐交互可视化两个维度理解。数字伶俐化是以系统的物联网化与数字化为根底，通过可视化仿实体承载多维度数据，在近实情况下，与多个仿实体或营业系统、人员停止闪现或推演；通过数据整合、清洗、发掘、再生成的体例，供给将来差别情状的关键数据；并通过价值发掘的体例，发掘出影响目标的更多未知要素，好比快递上货输送系统效率与积放关键参数之间的关系等。与此同时，物流系统伶俐交互可视化，则是将系统实时形态与将来差别前提的可能形态，以人最能理解的体例，停止可视化、交互化以及时间空间多维度分层化的体例停止快速闪现到治理者脑中，从而到达人机共智的最末目标。
3.数字孪生利用手艺快速开展
2020年11月，工信部从国度层面定义了数字孪生的根本概念，其源自近年来，数字孪生得到越来越普遍的传布。同时，得益于物联网、5G、大数据、云计算、人工智能等新一代信息手艺的开展，数字孪生的施行已逐步成为可能。从2020年起头，物时髦业也起头了本身的数字孪生之路，特殊是针对物流场站与配备，展开了大量的测验考试，从仓储三维可视化项目，到配送中心三维管控SCADA项目，以及传统仿实生成的exe，都穿上了数字孪生的“马甲”。
针对物时髦业链条长、环节多、链接范畴广等特征，假设要构建完全的物流数字孪生系统，需要包罗以下必备点，简称3MF，如图2所示。
图2 3MF物流数字孪生必备点
Mod细颗粒度低成本建模才能： 物流系统的数字化，需要比现有传统仿实软件更低成本，包罗包罗虚拟传感器与施行器、带有施行逻辑的配备与人员系统，通过更多非传统仿实手艺人员参与，通过参数化建模，才气完全更细维度的数字孪生模子构建；
Mass大规模系统仿实才能： 借助云计算与最新的仿实手艺以及图形图像手艺，构建称心上万平方米仓库、上千货物信息点与浩瀚人员智能体停止混合仿实的才能。 那都得益于近5年在3A游戏范畴的手艺朝上进步，让大规模流程、数据交互、人机智能体仿实成为可能；
Mixed多维度的营业与IoT数据混合对接才能： 通过5G手艺供给的通信通路，以及数据总线手艺，成立数据高速原则系统，合成包罗物联网、WMS、ERP、WCS、多维仿实体数据，AVR人员交互与数据，构建数字建模的实在可信度数据根底；
Feedback大数据发掘与反应进修手艺： 通过汗青数据与多变量调剂的仿实数据，具备双工通信才能，产生虚实交互进修的体例，供给人机共智的根底机造。
二、数字孪生手艺将全面推进数字物流开展
1.系统数字化——物流系统数字建模
物流数字系统躯体构建，简单来说就是构建三维物流配备与系统的数字化、可视化模子。不单单包罗狭义上的输送机、立体库、人员，也需要包罗近几年新兴的各类物联网配备等。传统仿实的重要成本，往往就是仿实建模部门，目前有三种可行的处理办法，第一通过外部3d MAX等建模软件建模停止导进；第二是通过软件自己的类似或接近的模子停止取代或简单变形；最初一种则为基于工业小颗粒组件，停止全新设备与系统的拼接构建，在更细颗粒维度的软件内建模，目前行业愈加推崇最初一种即建即用的建模功用，极大地降低构建成本与周期，如图3所示。
图3 物流系统基于组件的即建即用数字建模
2.价值互动——价值可视交互传递
提拔孪生仿实体利用价值的钥匙是可信度，若何达成物流系统“所见即所得”是价值互动的关键。价值互动在于为物流数字系统供给神经系统与传感系统，让其具备可以模仿系统逻辑、实现系统目标的才能。差别于传统仿实，物流数字孪生需要具备强大的数据总线，来交互物联网与营业数据，以及交互仿实体的虚拟物联网与系统数据。其整体目标为：构建尽可能传神的复原关键配备系统的物理交互与掌握逻辑，例如堆垛机的二段加减速与电控延迟时间，大幅提拔仿实的传神度；构建合成IoT数据与营业数据，具备信息通路与整合才能的信息传递收集，类似脊椎动物的降生，只要高速、准确的信息传递，才气进化出足够高级和伶俐的生命体；构建虚拟物联网传感系统，检测好比输送流速、拥挤度等一系列数据，恰是因为虚拟IoT系统的引进，才使得我们可以以愈加全面的角度，掌握领会。
通过三方面的构建，最末构成可人机互动，快速理解，集成仿实展示一体化功用的系统，从而停止投标展现，鼓吹展现，实训教学内容的低成本、高可信度的展现，提拔多方的价值传递效率。
3.问题先知——物流系统智能化
物流系统智能化类比为掌管逻辑的左脑，也能够理解为利用伶俐治理的过程，将明白机造的检测与主动掌握的目标和算法融进系统的智能揣度，停止实时检测或仿实的手艺。通过以明白的目标库为根底，构建仿实情况停止仿实的过程。以运营角度为起点，在凡是的数值计算和工程算法之外，加进体味公式与计算法式。在工程理论中，构成一套实时数据驱动的人机交互界面，以及通过类LOD的体例，降低仿实资本消耗，提拔仿实的实时性仿实系统。如许治理者既能够看到触发既定例则的问题，又能够通过快速的仿实得到明白发作的将来问题信息，好比分拣系统的拥堵信息、PHM信息等都通过数字化体例，固化到智能系统流程中，降低治理者精神消耗，并通过可视化体例停止快速的人机闪现，如图4所示。
图4 典型的多穿目标库
物流系统智能化，是数字物流革命当前的最重要步调，若何将运营主体体味、物时髦业典型体味停止数字化，最末构成的目标库和体味库，是决定能否实现物流系统揣测先知性的根底前提。
4.要素先觉——物流系统治理伶俐化
物流治理伶俐化类似掌管曲觉的右脑，是产生伶俐的过程，是数字孪生的重要目标，实现预判、揣测和阐发功用，来提拔现实系统的效率。要想精准的、全面的、物理的可信仿实，产生多维度、跨传统营业层的未知大数据，是物流系统治理伶俐化的关键，有助于建构进修收集的隐含层。
5.伶俐体协同——赐与收集伶俐化
当物流收集中的细胞、组织、构造、器官被逐级深进构建，那么构成特定赐与链数字孪生就不远了。当伶俐体通过数据总线停止信息传递与彼此影响，从下到上的物流系统到赐与链的构建过程中，需要通过对赐与链的可视化、互动协同共智、揣测化、推演化，可以整合需求主体，造造、仓储、人力、信息、治理、运力等诸多信息，将降低物流资本婚配成本，提拔运营主体以至全社会的赐与收集柔性与办事才能。
三、面向数字孪生的物流平台关键手艺
若何让数字孪生手艺，助力实现数字物流革命，需要打破数个关键问题：
1.构建手艺（Build）
打破低成本物流三维仿实构建与设想手艺。面临仿实与数字孪生利用瓶颈点，将聚焦物时髦业，停止三维仿实展示，包罗通用物流办事资本工程组件库开发，仓储移运类、分拣类、展现反应类、先辈造造配备类、空港物流类、冷链生鲜物流类、危化物流类、货物类、建筑园区类等物流办事资本的建模开发，可视化零代码逻辑编程系统开发，如图5所示，最末实现笼盖支流物流办事资本，打破建模成本高、手艺要求高、时间破费高的无法落地的“三高”关键难题。
图5 快速仿实展示一体化设想东西Builder系统
2.孪生仿实手艺（Simulation）
（1）处理物流资本收集/系统孪生智能体仿实与组网推演阐发问题，打破细颗粒度零件级物流资本孪生仿实手艺。
（2）处理行业数字孪生利用适配问题。
面向从物流教导、先辈造造业到电子商务物流、冷链物流等多个行业，展开企业利用验证，降低资本的适配成本，提拔整体物流收集的柔性与办事才能。打破VR/PC 3D混合仿实形式，既可以实现人因与物流其他要素的适配测试，又可以实现跨时空低成本的3D物流仿实适配测试，扩展研究行业关于物流办事资本的适用面，供给更多的数据停止精准适配阐发支持。
在物流教导方面，北京科技大学与北京中物汇智科技有限公司协做，通过产学研联盟，利用VR/3D混合人机交互手艺、低难度低成本建模手艺等新兴手艺，开发了“基于虚拟现实的仓储配送综合实训课程”等（如图6所示）可支持教学、实训、科研、立异、竞赛的综合性教学仿实模仿平台，并进选“校企协做 双百方案”典型案例，扩展了系统对专业课的适用面，提拔了物流人才的培育提拔效率。
图6 实训课程与“校企协做 双百方案”典型案例获奖照片
3.数据总线手艺（Information）
处理基于数据总线的物流办事资本虚实毗连与组网系统研究。物流办事资本中，存在大量的数据与信息异构性，物流办事资本收集的CPS系统复杂，合成多个行业的硬件、物联网系统、主动扮装备等，研发物流InforBus数字孪生总线，研发InforBus总线掌握系统、收集平安机造。最末实现物流办事资本虚实、软硬、人拆、信息与营业的大数据合成与组网，从而供给精准适配的数据通路与结合测试仿实通路。
4.数据阐发与价值发掘手艺（Mine）
通过数字孪生的数据阐发与发掘手艺打破，针对IoT数据、营业数据、人员数据、情况数据，合成模糊阐发、神经收集算法等阐发与发掘手艺，架设行业目标库、算法库、评判库、体味库为根底，以系统智能化与治理伶俐化为目标，最末实现整系统统柔性化。
我们能够总结上述内容为：Build—Simulation—Information—Mine，BSIM的数字孪生关键手艺框架。
四、结语
数字孪生做为智力协同的新基建，将会有效处理教导培训、集成与设想、运营主体与配备研发各方的矛盾。有效地让企业运营个别，更好地应对多样化、个性化、定造化的需求冲击，通过物流治理伶俐化与物流系统智能化两个标的目的，打通人机共智，伶俐体协同共智，最末降低物流收集与赐与链的资本适配成本。同时也从需求端，加速5G/AI/云计算等手艺的实正价值落地。
相信行业将不竭树立数字孪生连系物流系统的利用灯塔和研发基地，供给低成本物流系统设想与再造平台，构建物流数字孪生仿实资产，展设数据高速公路，搀扶帮助物流财产各方降低协同成本，一同驱逐数字物流革命。
END
鼓吹妥帖