虛擬技術(shù)配送中心設(shè)計范文

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1．引言

配送中心是對貨物進(jìn)行儲存、保管的重要場所，是構(gòu)成整條供應(yīng)鏈和物流網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代城市和企業(yè)物流體系中發(fā)揮著非常重要的作用。配送中心設(shè)計不合理，不僅會影響企業(yè)的物流效率，增加企業(yè)的運營成本，而且會加重社會的運行成本，導(dǎo)致資源利用效率的下降。因此，對配送中心進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計是增強企業(yè)競爭力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配送中心設(shè)計具體指通過對貨物種類、存儲量、周轉(zhuǎn)率以及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，確定配送中心的類型和面積、所需的作業(yè)區(qū)面積和相對位置、所需的人員人數(shù)和設(shè)備型號與數(shù)量。配送中心設(shè)計的最終目標(biāo)是有效利用空間、設(shè)備、人員和能源，最大限度地減少物料搬運和縮短作業(yè)流程，實現(xiàn)進(jìn)貨、儲存、揀貨、出貨四個主要功能協(xié)調(diào)配合，以提高運營效率，降低物流成本。

配送中心物流系統(tǒng)的設(shè)備及人員的配置、場地布局評價、工程計劃以及物流系統(tǒng)工藝的設(shè)計論證是一個空間、時間與隨機(jī)變量交錯的復(fù)雜課題，難以用方程式或簡單的表達(dá)式來解決。并且隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，物流系統(tǒng)越來越復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，管理者對生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策，都需謹(jǐn)慎考慮。決策不當(dāng)，往往需要付出高昂的代價。傳統(tǒng)的配送中心設(shè)計方法主要是基于二維的設(shè)計模式，設(shè)計者通常以繪制建筑的平、立、剖面圖作為設(shè)計過程中的主要手段，對于方案的思考、推敲也更多的是在二維平面內(nèi)進(jìn)行草圖的修改。直到以3DMAX為代表的三維建模軟件在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，標(biāo)志著建筑設(shè)計進(jìn)入了三維的時代。但是無論是二維建筑效果圖還是三維建筑效果圖，只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗，不具備實時的交互性，不能有效預(yù)知設(shè)計的不合理性。正是由于物流系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性，要想預(yù)測每一個決策給系統(tǒng)帶來的后果，已經(jīng)是人的火腦無法勝任的了。虛擬現(xiàn)實技術(shù)正是彌補了這一不足，不儀成為物流系統(tǒng)管理者的有用工具，而且成為配送中心設(shè)計人員的得力助手。

2．虛擬現(xiàn)實技術(shù)概況

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR)一詞是80年代初美國VPL公司的創(chuàng)建人之一JaronLanier提出來的，當(dāng)時主要應(yīng)用于美國宇航局和國防部。虛擬現(xiàn)實是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)，它是借助計算機(jī)技術(shù)及傳感裝置所創(chuàng)建的一種嶄新的模擬環(huán)境。虛擬環(huán)境是由計算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真。一個好的虛擬現(xiàn)實環(huán)境是由計算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、模式識別、多傳感器、語音處理、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成系統(tǒng)環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下特征：

(1)多感知性(Multi．Sensory)——所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

(2)浸沒感(Immersion)——又稱I臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣，典型的系統(tǒng)為虛擬現(xiàn)實大屏幕立體投影系統(tǒng)。

(3)交互性(Interactivity)——指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

(4)構(gòu)想性(Imagination)——強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，而且可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

根據(jù)用戶參與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的形式及沉浸的不同程度，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以分為四類：桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)或混合現(xiàn)實系統(tǒng)。

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用中，人們能夠在一個虛擬的三維環(huán)境，用動態(tài)交互的方式對未來的建筑物進(jìn)行身臨其境的全方位審視，可以從任意角度和距離觀察場景，可以選擇切換多種運動模式，如行走、駕駛、飛行等，并可以自由控制瀏覽路線，并且在漫游過程中，還可以實現(xiàn)多種設(shè)計方案、多種環(huán)境效果的實時切換比較，這是傳統(tǒng)的建筑效果圖與三維動畫所無法達(dá)到的。

3．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在配送中心設(shè)計上的實現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在配送中心設(shè)計上的實現(xiàn)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)實世界中配送中心的三維場景并通過一定的軟件環(huán)境驅(qū)動整個三維場景，響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)，并在三維環(huán)境中顯示出來。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術(shù)等。該技術(shù)的實現(xiàn)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

3．1虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)

簡單的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不需要太多復(fù)雜的設(shè)備，只要具有輸入、輸出功能的設(shè)備即可，簡單的計算機(jī)桌面互動系統(tǒng)就可以構(gòu)成一個簡單的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。如果要充分實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)帶來的多感知性、浸沒感、交互性和構(gòu)想性，就需要專業(yè)的信息輸入、輸出設(shè)備，信息輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、力反饋方向盤、手柄等，信息輸出設(shè)備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影儀、立體眼鏡、頭盔顯示器等。

3．2虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)

建立可視化三維模型從技術(shù)實現(xiàn)上可以分為三個步驟：第一步為幾何建模，主要建立所需三維場景的幾何構(gòu)型；第二步為形象建模(也稱物理建模)，主要對幾何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、顏色、光照等處理；第三部為行為建模，主要處理物體的運動和行為描述。目前，用于建立可視化三維模型的物流系統(tǒng)仿真軟件主要有AutoMod、Flexsim等仿真軟件，現(xiàn)主要介紹AutoMod仿真軟件。

AutoMod是由美國BrookAutomation公司開發(fā)的產(chǎn)品，它是目前市面上比較成熟的三維離散性事件仿真軟件，廣泛應(yīng)用于制造系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、物流處理、企業(yè)內(nèi)部物流、港口、車站、配送中心，以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評價和優(yōu)化設(shè)計等。AutoMod主要包括了四大模塊：AutoMod模塊、AutoStat模塊、AutoView模塊以及一些輔助模塊。

AutoMod模塊提供給用戶一系列的物流系統(tǒng)模塊來仿真現(xiàn)實世界中的物流自動化系統(tǒng)，該模塊主要包括輸送機(jī)模塊(輥道、鏈?zhǔn)?，自動化存取系統(tǒng)(立體倉庫、堆垛機(jī))，基于路徑的移動設(shè)備(AGV等)，起重機(jī)模塊等，用戶可以選擇適當(dāng)?shù)哪K組建自己的相應(yīng)模型。AutoStat模塊為仿真項目提供增強的統(tǒng)計分析工具，由用戶定義測量和實驗的標(biāo)準(zhǔn)，自動在AutoMod的模型上執(zhí)行統(tǒng)計分析。主要特點是：基于發(fā)展策略運算法則的最優(yōu)化分析，多CPU并行計算等。其仿真結(jié)果輸出形式有多種，如表格、餅圖、曲線和數(shù)據(jù)文件等。AutoView模塊可以允許用戶通過AutoMod模型定義場景和攝像機(jī)的移動，產(chǎn)生高質(zhì)量的AVI格式的動畫。用戶可以縮放或者平移視圖，或使攝像機(jī)跟蹤一個物體的移動，如叉車或托盤的運動。該模塊可以提供動態(tài)的場景描述和靈活的顯示方式。AutoMod輔助模塊包括模型間通訊模塊、三維圖形生成模塊等等，通過這些模塊運用可以實現(xiàn)一些特殊功能。例如，通過MCM模塊，AutoMod可以實現(xiàn)半實物仿真。

應(yīng)用AutoMod進(jìn)行建模，首先從系統(tǒng)層定義模型所包含的子模型，然后在每個子系統(tǒng)內(nèi)部定義或者聲明實體，再編輯實體的屬性，包括圖形等等，并對物理單元進(jìn)行布局設(shè)置，最后編寫資源文件，控制整個仿真模型的運行邏輯。應(yīng)用AutoMod進(jìn)行仿真分析，一般說來主要有以下幾個步驟

(1)建立模型文件夾，定義模型的名稱；

(2)建立模型的子系統(tǒng)，繪制子系統(tǒng)模型，例如對配送中心的仿真，要建立自動化立體倉庫、輸送系統(tǒng)(Conveyor)系統(tǒng)等等；

(3)創(chuàng)建process系統(tǒng)中的資源(resources)、載體(1oads)、隊列(queues)等單元，導(dǎo)入相應(yīng)的3D模型；

(4)定義prates：主系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的實體單元和邏輯單元以及屬性；

(5)編寫資源文件，即編寫系統(tǒng)控制程序；

(6)定義模型控制、輸出等事項；

(7)運行模型，確認(rèn)校正模型；

(8)分析、優(yōu)化模型。

4．結(jié)語

在配送中心設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不僅可以形成直觀立體的三維仿真動畫，避免了建立物理試驗?zāi)M系統(tǒng)的投資，減少了設(shè)計成本，而且可以通過計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行精確計算和驗證分析物流系統(tǒng)的生產(chǎn)量，確定瓶頸位置，報告資源利用率，從而校驗物流系統(tǒng)設(shè)計的合理性，提高系統(tǒng)方案的可行性和科學(xué)性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將在今后配送中心的設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用。