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摘要： 本文以某公司自主設計研發的中物視軟件平臺為背景，介紹了當前自動化倉儲物流規劃方案設計的全生命周期過程。針對自動化倉儲物流設備能力仿真，描述了中物視平臺的解決方案與案例應用。目前，該平臺已經在行業內若干頭部企業運用，能有效支撐方案的設計與優化，同時最大化地兼顧了項目建設的敏捷設計、經濟性、智能化與可擴展性。

關鍵詞：三維規劃方案；物流能力仿真；虛擬現實；平臺軟件產品

作者：楊智 李羿 張興 成偉

云南策藍科技有限公司

一

引言

方案規劃是自動化倉儲物流項目建設中非常關鍵的環節，其結果既是項目需求、用戶決策的輸出，也是工程實施、項目落地的輸入。規劃方案的合理性、準確性、健壯性是項目成功的堅實基礎。規劃方案如果在項目安裝調試階段才進行驗證，則為時已晚。所以方案驗證、方案優化等工作，必須有一套未雨綢繆的解決措施，且在前期規劃設計階段完成。在前期規劃設計階段，基于仿真系統軟件輸入規劃方案，輸出物流動畫和仿真結果，可以完成方案驗證、支撐方案優化、輔助方案決策。

隨著自動化物流行業的蓬勃發展，我國對自動化物流行業高效發展以及核心技術自主可控的需求，也變得愈發迫切。物流行業的轉型升級階段，傳統依靠經驗和簡單模型的規劃方式已經難以滿足日益復雜的物流系統設計與優化要求。而擁有自主研發的工業仿真軟件，不僅能夠助力國內企業更精準地規劃、設計和優化自動化物流系統方案，還能擺脫對國外同類軟件的依賴，保障我國物流行業關鍵技術的自主性與安全性。

在此背景下，一款名為中物視的工業仿真軟件應運而生。該軟件在食品零售行業的自動化倉儲規劃應用如圖1所示。

圖1 中物視食品行業項目案例

二

需求分析

智慧物流集成項目規劃方案通常涵蓋物流設備選型、設備布局規劃、物料運輸路線規劃、業務流程規劃等，同時規劃方案能動態展示。物流設備主要包括堆垛機、輸送機、AGV、提升機、機械手、直行/環形穿梭車、托盤/料箱四向車、件箱分合流等。各個廠家的出廠設備外形尺寸、作業速度等參數不同，需要根據實際業務需求完成設備選型；物流設備布局規劃、物料運輸路線規劃等受到廠房庫房空間尺寸影響；不同物流業務流程的節拍不同，規劃方案需要考慮流程之間的依賴和制約關系；為了用戶更容易理解和評估方案，需要以動畫形式動態展示規劃方案的細節，比如業務流程和設備作業等。

基于智慧物流集成項目規劃方案的實際需求，仿真平臺軟件需要具備如下功能：

（1）平臺能夠提供當下各類物流設備的模型和組件，以覆蓋絕大多數項目的設備選型；

（2）平臺能夠參數化配置各類設備的長寬高尺寸、運行速度/加速度/減速度等；

（3）結合規劃方案，平臺能夠定義和配置各個物流搬運業務的物流路線，包括起始點、目標點、過程途徑點等；

（4）平臺能夠輸出真三維的規劃方案和仿真動畫；

（5）平臺能夠輸出仿真報告，包括入庫量、出庫量、庫存吞吐量、設備利用率、物料搬運耗時、系統每天/每小時的物流能力等，以驗證設計能力能否達到項目建設要求；

（6）簡單易學，無需編程功底，高效快捷的完成三維可視化方案設計和物流仿真。

三

解決方案

1.軟件開發工具

中物視產品所使用的軟件開發工具包括3DMax、Visual Studio.Net和Unity3D。其中，3DMax完成廠房庫房、立體倉庫、物流設備、產線機臺等實體的三維建模；Visual Studio.Net針對參數化配置、工業調度算法、物流路徑與工作流、仿真報告等功能模塊，完成其內核邏輯與程序設計的具體實現；Unity3D主要完成三維動畫設計、業務流程可視化、虛擬現實、仿真視頻的制作。

2.功能實現說明

（1）3DMax

使用3DMax完成三維建模，建模對象包括廠房庫房、立庫貨架、物流設備、生產線及生產機臺等實體的三維建模。建模完畢后，生成max、fbx、obj、dfx等格式的文件。

將文件導入到中物視平臺后，即構建了平臺的物流裝備組件包和工具包。該方式保證了三維物流模型的復用性，后續制作工業仿真時，不需要再度進行三維建模，直接從工具包中選擇相應的物流裝備，并拖拽至項目背景圖中，即可完成靜態三維方案的場景搭建。

（2）Visual Studio.Net

基于Visual Studio.Net開發工具和C#編程語言完成中物視平臺所內置的工業調度算法、物流路徑與工作流的解析和實現等。

不同的規劃方案，物流路徑各不相同，其工作流的節拍、頻率也各不相同。中物視仿真動畫中的內核邏輯是以路徑和工作流作為輸入；AGV車輛在行走過程中，涉及到車輛間的避讓和等待、關鍵點的占用與釋放等控制邏輯，需要構建路徑導航、交通管理等功能模塊。以上都屬于工業調度算法，通過Visual Studio.Net開發工具和C#編程語言即可有效完成。將單體設備和業務流程的運行數據，以流程、設備、時間作為維度，加工計算后，則可輸出仿真報告。

（3）Unity3D

結合智慧物流項目的規劃方案，在中物視平臺中Unity3D主要用于模擬物流系統的整體運行。通過引入堆垛機、四向車、輸送機、AGV、生產機臺等設備模型，在Unity3D中設定每臺設備的作業動畫和運行邏輯，則能夠以仿真動畫的效果，輸出自單體設備至完整流程的全過程展示。對于堆垛機、AGV等搬運型設備，能夠模擬其走行、升降、取卸貨的作業流程；對于機械手等操作型設備，能夠模擬其抓取、拆卸的工作流程和作業節拍；從整體來看，能夠真實模擬物料的自動化入庫存儲流程和智能化出庫上料投產流程等。

四

中物視平臺在某食品行業成品立體庫規劃中的應用

1.項目概述

某食品行業成品立體庫的物理樓層為2層，其中2樓完成入庫業務，1樓完成出庫業務。主要設備包括巷道堆垛機共5臺，立庫貨位數4000個，入庫碼垛機械手4臺，出庫拆垛機械手4臺，成品件箱入庫分合流線1條，成品件箱出庫分合流線1條，輸送機369臺，AGV小車共8臺，成品發貨月臺5個。該成品立體庫的三維規劃方案如圖2所示。

圖2 成品立體庫項目案例三維規劃方案圖

產成品入庫流程。成品件箱自生產線下料后，AGV將成品搬運至件箱輸送線，分合流輸送線按照件箱條形碼進行分流，機械手碼垛件箱至單空托盤，成品實托盤經輸送機、堆垛機搬運入立體庫存儲，形成庫存。

成品發貨出庫流程。堆垛機自立體庫內將成品實托盤取出，并卸貨至輸送機站臺上。輸送機將成品實托盤運輸至機械手拆垛站臺，機械手將成品件箱抓取至分合流輸送線，分合流輸送線按照件箱條形碼進行分流。成品件箱經件箱輸送線、伸縮皮帶機運輸至月臺，人工裝車發貨。

2.規劃方案開展流程

方案規劃的具體流程以及中物視軟件平臺在方案規劃各階段所承擔的功能和作用，如圖3所示。方案規劃涉及到項目需求調研、方案設計、方案評審、物流能力仿真、方案匯報、項目投標、方案述標、方案細化、方案凍結等主要環節。其中，方案設計至方案匯報的階段性工作，可能是多輪迭代的。

圖3 方案規劃與中物視軟件協同作業

3.中物視軟件平臺的操作流程

中物視軟件平臺提供了直觀的三維模型組件，用戶可以依照布局方案、業務流程、搬運路線、設備參數和物流場景，便捷地搭建出三維方案和仿真動畫，使用操作流程如圖4所示。

圖4 中物視操作流程

（1）真三維規劃方案場景搭建

啟動中物視軟件平臺，新建中物視項目。結合規劃方案，將廠房建筑、物流設備、物料載體、生產機臺等各種三維模型組件拖拽到背景圖中。按照相對位置，調整模型組件的X/Y/Z坐標值；按照設備的尺寸，調整模型組件的長寬高參數。以全局鳥瞰圖的視野，調整方案布局，使三維方案的整體展示與規劃方案圖保持一致。依據設備供應商所提供的能力參數，完成各種物流設備的速度、加速度、減速度等參數配置。至此，靜態的真三維規劃方案制作完畢。

（2）配置物流路徑與工作流

結合規劃方案，根據搬運業務的起始點、目標點、途經點，可以定義出物流路徑。按照物流業務的節拍、依賴和關聯關系，配置出工作流；工作流由起始節點、節拍器/延時器、單項/復合業務流、分流/合流等模塊組成。當設備運行參數、物流路徑和工作流配置完畢后，如圖5所示，平臺內置的WCS智能調度算法即可在仿真模式下快速生成并時時渲染流程演示動畫。

圖5 物流路徑與工作流

4.物流設備能力仿真

物流設備能力仿真的輸出結果，主要依賴于規劃方案和設備選型。規劃方案不同、設備選型不同、搬運路線不同、業務節拍不同，其仿真結果也各不相同。在本項目案例中，系統有序運行一小時后，堆垛機仿真報告如表1所示、AGV仿真報告如表2所示。

表1 堆垛機能力仿真

表2 AGV車輛能力仿真

堆垛機是庫區內的取卸貨設備，輸入參數由設備供應商提供，包括水平方向和垂直方向的加/減速度、取卸貨周期、對位時間等。根據中物視的仿真運行結果，提取出運行/空閑時長、出入庫搬運托盤數、水平運行距離等，并計算出設備利用率，即為輸出參數。通過能力仿真，能夠檢驗出堆垛機的實際出入庫能力能否達到規劃方案的要求，以評估是否需要更換堆垛機的選型。

本項目中AGV的選型為?？低暆摲紸GV，以車輛號、搬運托盤數、空閑泊車時間、交通管制時間、充電時間、空載/滿載移動時間、裝卸載時間、移動距離、設備利用率等作為統計維度，輸出能力仿真結果。該仿真結果，可以有效檢驗地面空間是否滿足AGV的運行條件、AGV車輛行駛路徑規劃的合理性。最終能夠有效評估出，是否需要增加或減少車輛數量、是否需要調整AGV系統的布局方案和預留空間等。

5.案例應用效果

該項目中，規劃人員使用中物視軟件僅用3天就完成了真三維規劃方案制作，有效輸出了物流動畫和仿真報告。仿真動畫可以導出為Mp4文件，仿真報告為Excel文件。在集成商內部評審階段，該仿真方案順利拉通了銷售部、規劃部和軟件部的相關項目組成員，以10倍的速度運行仿真動畫，可保證業務流程活動歷時有效降低至實際情況的十分之一，最終降低溝通的時間成本；通過對物流動畫和仿真報告進行討論分析，挖掘出了規劃方案的能力瓶頸和問題點，如規劃方案布局、物流設備選型、業務流程之間的依賴關系等，為方案的調整和優化提供了可信賴支撐；在項目匯報階段，以真三維方案向用戶提供業務流程動畫演示，將項目落成后的場景清晰直觀的輸出給了用戶；在項目述標階段，向評標委員會講解了仿真報告，證明了方案的合理性與可行性，最終順利中標。

五

發展趨勢

目前，物流系統規劃方案設計均采用AutoCad軟件輸出規劃方案設備布局圖和建筑結構圖。在方案規劃過程中，堆垛機、貨架、輸送機、四向穿梭車、AGV、機械手、提升機等設備，不同的方案規劃人員采用的控件也各不相同。未來需要全面統一物流市場做方案規劃時所采用的模型和控件，確保各個公司、各個項目在方案輸出時，同種細分設備均采用完全一致的元素。

一旦CAD規劃方案采用標準的設備模型元素，將規劃方案CAD文件導入到中物視軟件平臺后，平臺即可生成中物視CVD文件。這樣可以免去規劃人員通過AutoCad完成方案設計后，還需要在中物視平臺上再度搭建三維方案的步驟。換言之，規劃人員在通過AutoCad完成平面方案規劃時，也同步完成了真三維規劃和仿真方案的制作。

六

總結

倉儲物流項目具有不受客戶行業領域限制的特征，各種規?；纳a制造、采購銷售型企業，都有智能倉庫的建設需求。中物視平臺可以有效保證項目建設單位、承建單位在一次設計中同步完成規劃方案、流程動畫、系統仿真、設備明細等產出物，徹底改變了物流方案需要由總體規劃人員、三維建模人員、系統仿真人員等全方位協同作業完成的現狀，節約人力物力，為項目建設的甲乙雙方大幅降低前期成本。平面視圖與三維視圖的兼容互補、流程動畫與系統仿真的有效結合，為方案評審、項目匯報、技術述標等環節提供強有力的支撐保障與競爭優勢。

———— 物流技術與應用 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自，有刪改。

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