基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台及仿真优化方法与流程

本技术涉及一种基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台及仿真优化方法，属于仿真模拟。

背景技术：

1、系统仿真软件是核心工业软件的重要组成部分,在产品研制中占据核心地位，是工业数字化转型的关键，生产系统作为一个开放系统，容易存在设计周期长、生产过程效能难以预测、无法验证生产系统制造能力等问题，而生产系统仿真优化技术则可以很好地分析生产系统的动态特性，检查制造系统及决策是否高效运行，促进生产物流、仓储物流的智能化升级与数字化转型。

2、此外，利用数字孪生技术可以满足企业数字化转型的需求，对制造资源进行数字化建模管理，通过数字化管理手段增强生产系统的柔性，利用生产数据对生产过程进行智能化调节，实现关键生产环节全程可追溯。

3、不过，现有方案中，不能很好地将数字孪生技术应用到仿真优化系统中。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提供一种基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台及仿真优化方法。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台，其包括：

4、基础支撑层、公共接口层、资源配置层和终端显示层；

5、所述基础支撑层包括模型库、数据库、算法库、公式库以及虚拟plc；所述模型库中存储有生产物流和仓储物流所对应的设备虚拟模型，所述数据库存储有仿真相关数据，所述算法库存储有仿真相关算法，所述公式库存储有仿真相关计算公式，所述虚拟plc为可进行梯形图导入、编辑以及结果输出的softplc；

6、所述公共接口层包括驱动算法接口、数据交互接口以及虚拟plc与仿真平台接口；

7、所述资源配置层用于方案布局、运行配置和算法选择；所述方案布局用于生成方案场景，所述运行配置用于对方案场景的运行参数进行配置，所述算法选择用于对方案场景配置相应的调度算法与优化算法；

8、所述终端显示层用于展示仿真优化的过程和结果，包括装备运行过程展示、配置参数展示、计算过程展示、计算结果展示以及控制程序逻辑和功能验证。

9、基于以上的仓储物流仿真优化平台，可选地，包括以下功能模块：模型配置模块、参数配置模块、数据存储模块、仿真优化模块、人机交互模块、结果输出模块和虚拟调试模块；

10、所述模型配置模块用于完成场景模块搭建；

11、所述参数配置模块用于对运行参数进行输入，包括设备参数、仿真参数和约束参数的输入；

12、所述数据存储模块用于知识数据和结果数据的存储，以及对现场设备数据进行实时采集和存储；

13、所述仿真优化模块用于运行过程仿真以及工艺优化；

14、所述人机交互模块用于与用户的交互和展示，包括三维漫游展示、仿真结果展示、设计参数展示和计算过程展示；

15、所述结果输出模块用于输出仿真结果以及影响生产效率的瓶颈装备、瓶颈环节；

16、所述虚拟调试模块用于完成plc控制程序的虚拟运行与调试。

17、基于以上的仓储物流仿真优化平台，可选地，采用浏览器/服务器架构实现，即通过服务器配置相关功能，用户通过浏览器登录并使用相关功能。

18、基于以上的仓储物流仿真优化平台，可选地，在前端浏览器中实现对平台各个功能模块的显示以及实现对三维场景的可视化，包括账号登录、场景可视化、分析与设计优化、参数配置以及接口调试；后端服务器配置用户管理以及数据/业务服务管理功能，并集成数据库和模型库。

19、基于以上的仓储物流仿真优化平台，可选地，该平台的构建过程包括模型库搭建、可配置模型开发、可配置参数设计、算法库开发、公式库开发和虚实运行与验证；

20、所述模型库搭建包括：通过分析模型需求，采用3dsmax与substance paiter软件构建生产物流装备和仓储物流装备的虚拟模型，并使虚拟模型在虚拟灯光和环境下具有相应的质感；其中，针对每个虚拟模型都构建其低模和高模，所述低模应用于场景布局搭建与仿真，所述高模用于设备精细化展示；

21、所述可配置模型开发包括：利用threejs、css、javascript与sql server数据库，开发可配置的模型库；

22、所述可配置参数设计包括：基于threejs、css和javascript实现平台的数字孪生表达与刻画、虚实交互配置和生产任务及扰动参数配置；

23、所述算法库开发包括：基于javascript和python开发设备调度与优化算法；

24、所述公式库开发包括：利用javascript、python与sql server数据库实现对公式库的开发，包含对生产能力与瓶颈分析的公式、对生产单元在不同序列驱动下的作业效率、生产效率、峰值产量、设备作业/空闲时长、设备利用率、设备空闲比、生产能力冗余度进行分析的公式；

25、所述虚实运行与验证包括：在配置完模型、设备性能参数以及相关的驱动算法之后，对所构建的应用场景进行产线方案虚拟运行并展示运行效果；以及，通过读取数据存储模块中实时采集到的设备数据，实现真实数据与虚拟数据的交互，对产线实际运行状态进行映射，将实时数据接入到平台中的数字孪生仿真模型，并将仿真优化结果作用于物理实体中，实现仿真系统与实际产线的联动与融合。

26、第二方面，本技术实施例还提供一种仓储物流仿真优化方法，其应用于如第一方面任意一项所述的基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台，该方法包括：

27、基于用户根据车间产线方案工程图进行的布局操作，进行虚拟场景布局，以复现产线包含的各个物理设备，得到孪生仓储物流产线模型；

28、若仓储物流产线未安装调试完成，则基于用户的输入操作确定仿真参数并完成参数的配置；

29、基于配置完成的仿真参数对所述孪生仓储物流产线模型进行仿真运行，得到仿真结果；

30、基于所述仿真结果进行仿真分析，并选择适合的优化算法模型，对虚拟场景进行布局优化与工艺优化。

31、基于以上的方法，可选地，所述基于用户根据车间产线方案工程图进行的布局操作，进行虚拟场景布局，以复现产线包含的各个物理设备，得到孪生仓储物流产线模型之后，还包括：

32、若仓储物流产线已运行，则对仓储物流产线上的设备进行数据采集，并将采集到的数据保存到后端数据库中；

33、基于后端数据库中存储的数据，在前端浏览器中，对产线实时运行状态进行复现，并基于数据库中的数据对产线各个评价指标进行计算，得到实际产线运行指标并可视化展示；

34、基于用户的操作改变产线布局，并基于预设的调度策略对重新布局后的产线进行仿真运行，得到优化后的结果及运行指标。

35、基于以上的方法，可选地，所述基于用户的操作改变产线布局，并基于预设的调度策略对重新布局后的产线进行仿真运行，得到优化后的结果及运行指标之后，还包括：

36、将优化后的指标与实际指标进行比对，判断优化仿真后的结果是否符合要求，若不符合要求则重新进行优化和仿真，直至优化仿真后的结果符合要求；若优化仿真后的结果符合要求，则根据优化后的仿真布局对现有产线进行规划整理，以使物理产线布局与虚拟产线布局相一致，并将对应的调度策略通过后端服务器经数据转化后上传到实际设备的控制系统中。

37、本技术提供的基于数字孪生的仓储物流仿真优化平台及仿真优化方法，可在产线未运行前，根据设计方案确定工艺仿真目标、工艺方案和工艺流程，然后基于基础支撑层的模型库所集成的单元级孪生模型，进行组装与融合，构建系统级和复杂系统级的数字孪生模型，完成对整个仓储物流产线搭建，然后通过资源配置层输入相关参数，并利用基础支撑层中的数据、算法和公式进行仿真，从而利用平台的数据统计和优化功能，预演车间未来的运行情况，并根据终端显示层展示的仿真优化结果调整和修改方案，提高方案规划准确性与方案效率。