摘要：將數字孿生技術應用於貨物動態裝載過程，將數字孿生技術與貨物裝載優化的實時資料進行通訊，實現資料與業務流程的融合。 在分析裝載的動態約束和數字孿生應用價值的基礎上，通過考慮裝載作業和貨物裝配過程中的動態約束，建立了動態貨物裝載涉及的孿生模型。 初始載入方案生成後，這些模型可以驗證載入的合理性，評估載入的平衡性和平滑度，實現基於數字孿生的載入計畫的調整和優化。
關鍵詞：貨物裝載; 負載優化; 動態約束; 數字孿生技術。
介紹。 貨物裝載通常是指貨物在車廂、貨櫃、托盤等二維或三維空間中的布局，即在滿足相關約束條件的條件下確定每件貨物的坐標位置，從而充分利用空間或裝載能力1。 由於作業的動態性質，貨物的裝載需要滿足相應的動態約束2。 裝貨產生的布局方案指導實際裝箱或裝車作業，結果往往是靜態的，實際裝車作業的執行過程較為複雜，因此隨著物流配送流程的推進，裝貨布置方案面臨著不斷調整和優化的要求。 在傳統的負載優化工作中，貨物裝載的動態操作性質仍然很少受到關注。 Verma等3總結了機械人裝載中的約束**，物品不能放在現有物品下方，也不能重新裝載，應避免機械臂接觸裝載的物品，機械人只能沿垂直Z軸旋轉和放置物品，機械人只能以1厘公尺左右的精度進行操作。 Ramos等4提出了一種“左下角”啟發式構造方法，在給定的貨櫃裝載模式下生成物理包裝序列，該方法可以滿足實際填充過程中的非干擾約束，但其穩定性仍是靜態的。
數字孿生技術與物流業務活動相結合，可以搭建物流解決方案優化與實際運營之間的橋梁，達到提高解決方案可行性和物流活動效率的目的。 目前，數字孿生技術主要應用於產品設計、工程和製造，很少用於貨運領域。 Eugene等5基於虛擬和真實數字孿生技術相結合的優化特徵，實現了航空貨艙布局方案和實際裝載操作的優化。 鄧建新等6將數字孿生技術應用於貨物配送過程。 本文基於數字孿生技術的虛擬視覺化、可追溯性和調整性特點，將其應用於動態貨物裝載過程，並利用數字孿生技術與貨物裝載布局計畫和操作過程進行實時資料互動和反饋，從而實現資料與業務全流程的融合應用， 解決實際裝運過程中對貨物裝車作業動態等因素考慮不足的問題，達到提高裝車質量和效率的目的。
1 貨物動態裝載約束。
貨物動態裝載約束包括以下場景。
1）對載入操作執行過程的約束。在所有貨物裝載中，中小型貨物在運輸中佔比較大，在實際操作中一般由手工完成包裝或碼垛。 由於操作人員的身高和臂長等生理因素，以及裝載的貨物在裝載過程中可能阻擋視線的問題，操作人員很難或不可能按照生成的靜態布局方案包裝箱子。 此外，入口和內部通道的大小可能會限制某些貨物的處理。
2）動態穩定性約束。貨物裝載穩定性包括靜態穩定性和動態穩定性兩大類。 靜態穩定性類別是指貨物的底部由下部貨物或車廂底部支撐，因此不會出現垂直下降或滑動; 動態穩定性的範疇是指車輛在行駛過程中由於路面顛簸或車輛的加速度和制動而導致的橫向移動和下落，貨物在沒有穩定的側支撐的情況下受到慣性，甚至造成整個煙囪的倒塌。 靜態穩定性容易被底面支護面積比例等數學方法描述和限制，而動態穩定性是由複雜的路況或解除安裝等可變因素引起的，難以用數學方法跟蹤和確定。
3）動態平衡約束。貨物裝載平衡約束是指貨物裝載布局的重心應位於車輛中心附近，使貨物的重心位於車輛縱向和橫向的設定範圍內，從而保證行駛和裝卸作業的安全。 一些卡車負載還需要考慮軸載約束，即每個車輛軸承的重量限制，這也與負載7的重心位置有關。 重心位置的要求屬於靜態平衡條件的範疇，由於中間有貨物裝卸作業，原有的平衡布局狀態會被打破，所以有恢復平衡狀態的要求。
2 數字孿生技術在貨物運輸中的應用價值。
1）裝載方案的合理性檢查。在貨物裝載方案的生成中，需要根據貨物材料、形狀、重量、配送順序等因素，針對不同的產品制定不同的裝配方案。 在裝卸和搬運過程中，包裝方式的差異會引起產品質量的變化，導致產品在運輸過程中的穩定性會受到影響。 因此，為了提前驗證包裝方案的合理性，有必要支援基於模擬**技術的物流技術。
2）裝載操作的視覺化。數字孿生技術具有虛擬與真實共生的特點，並將這一特徵應用於貨物的裝配過程，通過數字孿生技術在數字空間構建貨物模型，使現實世界中的貨物與數字空間中的數字實現雙向對映， 孿生體的資料連線和資料狀態互動，從而達到裝車車視覺化的目的 8.
3）實時控制貨物狀態。數字孿生技術可以通過物聯網等實時感測技術獲取物理實體多狀態資料，數字空間的孿生可以全面準確地反映貨艙配送狀態的變化，配送人員可以清楚地了解車廂的貨物配送情況和外觀， 通過系統介面對運輸貨物的狀態和位置進行調整，從而智慧型動態地調整裝載計畫。
4）出貨全過程的控制和優化。貨物裝配計畫和配送路線計畫生成後，輸入貨物的外觀、體積、重量、屬性等實物資料，並設定運輸的目標和約束，數字孿生技術通過資料採集和融合分析能力輸出裝配方案4。 同時，在貨物運輸過程中，可以沿著路徑軌跡跟蹤貨物狀態的變化和趨勢，通過最佳分析揭示物理環境對裝載的影響因素，優化配送行程和裝配計畫。
*萬方資料，作者朱翔，如有侵權請聯絡刪除。
關注智慧型製造趨勢，回覆0206獲取全文。