虛擬技術配送中心設計范文

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1．引言

配送中心是對貨物進行儲存、保管的重要場所，是構成整條供應鏈和物流網絡的重要環節，在現代城市和企業物流體系中發揮著非常重要的作用。配送中心設計不合理，不僅會影響企業的物流效率，增加企業的運營成本，而且會加重社會的運行成本，導致資源利用效率的下降。因此，對配送中心進行科學、合理的設計是增強企業競爭力的關鍵環節。配送中心設計具體指通過對貨物種類、存儲量、周轉率以及相關數據的分析，確定配送中心的類型和面積、所需的作業區面積和相對位置、所需的人員人數和設備型號與數量。配送中心設計的最終目標是有效利用空間、設備、人員和能源，最大限度地減少物料搬運和縮短作業流程，實現進貨、儲存、揀貨、出貨四個主要功能協調配合，以提高運營效率，降低物流成本。

配送中心物流系統的設備及人員的配置、場地布局評價、工程計劃以及物流系統工藝的設計論證是一個空間、時間與隨機變量交錯的復雜課題，難以用方程式或簡單的表達式來解決。并且隨著物流行業生產自動化水平的不斷提高，物流系統越來越復雜，生產節奏越來越快，管理者對生產改進的每一決策，都需謹慎考慮。決策不當，往往需要付出高昂的代價。傳統的配送中心設計方法主要是基于二維的設計模式，設計者通常以繪制建筑的平、立、剖面圖作為設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進行草圖的修改。直到以3DMAX為代表的三維建模軟件在建筑設計中的應用，標志著建筑設計進入了三維的時代。但是無論是二維建筑效果圖還是三維建筑效果圖，只能提供靜態局部的視覺體驗，不具備實時的交互性，不能有效預知設計的不合理性。正是由于物流系統的復雜性、快節奏和柔性，要想預測每一個決策給系統帶來的后果，已經是人的火腦無法勝任的了。虛擬現實技術正是彌補了這一不足，不儀成為物流系統管理者的有用工具，而且成為配送中心設計人員的得力助手。

2．虛擬現實技術概況

虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)一詞是80年代初美國VPL公司的創建人之一JaronLanier提出來的，當時主要應用于美國宇航局和國防部。虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，它是借助計算機技術及傳感裝置所創建的一種嶄新的模擬環境。虛擬環境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境感覺的交互式視景仿真。一個好的虛擬現實環境是由計算機圖形學、圖像處理、模式識別、多傳感器、語音處理、網絡等技術所構成的大型綜合集成系統環境。

虛擬現實技術具有以下特征：

(1)多感知性(Multi．Sensory)——所謂多感知是指除了一般計算機技術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。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前虛擬現實技術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境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環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，如同在現實世界中的感覺一樣，典型的系統為虛擬現實大屏幕立體投影系統。

(3)交互性(Interactivity)——指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環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)構想性(Imagination)——強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，而且可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。

根據用戶參與虛擬現實系統的形式及沉浸的不同程度，虛擬現實系統可以分為四類：桌面虛擬現實系統、沉浸虛擬現實系統、分布式虛擬現實系統、增強現實系統或混合現實系統。

在虛擬現實技術應用中，人們能夠在一個虛擬的三維環境，用動態交互的方式對未來的建筑物進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，還可以實現多種設計方案、多種環境效果的實時切換比較，這是傳統的建筑效果圖與三維動畫所無法達到的。

3．虛擬現實技術在配送中心設計上的實現方法

虛擬現實技術在配送中心設計上的實現就是利用三維建模技術，構建現實世界中配送中心的三維場景并通過一定的軟件環境驅動整個三維場景，響應用戶的輸入，根據用戶的不同動作做出相應的反應，并在三維環境中顯示出來。虛擬現實技術的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統開發工具、系統集成技術等。該技術的實現可分為硬件系統和軟件系統。

3．1虛擬現實硬件系統

簡單的虛擬現實系統不需要太多復雜的設備，只要具有輸入、輸出功能的設備即可，簡單的計算機桌面互動系統就可以構成一個簡單的桌面虛擬現實系統。如果要充分實現虛擬現實系統帶來的多感知性、浸沒感、交互性和構想性，就需要專業的信息輸入、輸出設備，信息輸入設備包括鍵盤、鼠標、數據手套、力反饋方向盤、手柄等，信息輸出設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虛擬現實軟件系統

建立可視化三維模型從技術實現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型；第二步為形象建模(也稱物理建模)，主要對幾何建模的結果進行材質、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仿真軟件主要有AutoMod、Flexsim等仿真軟件，現主要介紹AutoMod仿真軟件。

AutoMod是由美國BrookAutomation公司開發的產品，它是目前市面上比較成熟的三維離散性事件仿真軟件，廣泛應用于制造系統、倉儲系統、物流處理、企業內部物流、港口、車站、配送中心，以及控制系統等的仿真分析、評價和優化設計等。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模塊來仿真現實世界中的物流自動化系統，該模塊主要包括輸送機模塊(輥道、鏈式)，自動化存取系統(立體倉庫、堆垛機)，基于路徑的移動設備(AGV等)，起重機模塊等，用戶可以選擇適當的模塊組建自己的相應模型。AutoStat模塊為仿真項目提供增強的統計分析工具，由用戶定義測量和實驗的標準，自動在AutoMod的模型上執行統計分析。主要特點是：基于發展策略運算法則的最優化分析，多CPU并行計算等。其仿真結果輸出形式有多種，如表格、餅圖、曲線和數據文件等。AutoView模塊可以允許用戶通過AutoMod模型定義場景和攝像機的移動，產生高質量的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一些特殊功能。例如，通過MCM模塊，AutoMod可以實現半實物仿真。

應用AutoMod進行建模，首先從系統層定義模型所包含的子模型，然后在每個子系統內部定義或者聲明實體，再編輯實體的屬性，包括圖形等等，并對物理單元進行布局設置，最后編寫資源文件，控制整個仿真模型的運行邏輯。應用AutoMod進行仿真分析，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，繪制子系統模型，例如對配送中心的仿真，要建立自動化立體倉庫、輸送系統(Conveyor)系統等等；

(3)創建process系統中的資源(resources)、載體(1oads)、隊列(queues)等單元，導入相應的3D模型；

(4)定義prates：主系統和其他子系統的實體單元和邏輯單元以及屬性；

(5)編寫資源文件，即編寫系統控制程序；

(6)定義模型控制、輸出等事項；

(7)運行模型，確認校正模型；

(8)分析、優化模型。

4．結語

在配送中心設計中應用虛擬現實技術，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模擬系統的投資，減少了設計成本，而且可以通過計算機技術進行精確計算和驗證分析物流系統的生產量，確定瓶頸位置，報告資源利用率，從而校驗物流系統設計的合理性，提高系統方案的可行性和科學性。虛擬現實技術必將在今后配送中心的設計中發揮著越來越重要的作用。