仓储物流系统数字孪生3D可视化技术的研究

仓储物流系统数字孪生3D可视化技术的
研究
摘要：针对传统仓库管理模式存在效率低、信息滞后等问题，提出了
基于虚拟现实(VR)和三维建模软件(3DMax)的智能仓储物流系统设计方法。

首先
利用Unity3d搭建虚拟仿真实验室；其次通过对系统进行需求分析，建立功能模型，并在此基础上完成系统结构框架构建；最后采用3DMax实现三维场景渲染及
交互操作，从而达到提高工作效率、降低成本的目的。

以某大型综合型企业为例，应用该系统后，能有效地提升仓储物流作业效率、减少人工劳动强度、改善生产
流程，同时还可将各环节产生的数据实时传输至后台数据库，使得仓储过程更加
透明化。

实践证明，所提方法具有良好的可行性与可靠性，可以满足实际业务需要，有利于推动现代化仓储业发展进程。

关键词：仓储物流；数字孪生；3D可视化
引言
随着我国经济水平的提高以及社会对于物流行业的需求不断扩大，在仓储管理信息系统
中引入了数字化技术和虚拟现实技术。

仓储物流系统通过建立一个统一的平台，将各类仓储
资源与互联网连接起来，使得企业内部各个部门能够实时地进行数据交换、信息共享及业务
协作；同时也为企业之间提供了一个高效便捷的沟通渠道。

这种基于Internet环境下的协
同工作模式可以有效提升企业整体的工作效率并降低运营成本。

因此本文主要针对当前仓储
物流领域所面临的挑战展开论述分析，提出了一种基于WebGL技术的三维仿真模型库构建方法。

该方法利用VRML语言来描述仓储物流场景及其相关属性，采用Unity3D引擎开发出一
套具有交互功能的三维仿真模拟系统，以便于用户直观感受到仓储物流的真实运行情况。

一、仓储物流系统数字孪生3d可视化框架
1.1 系统需求分析
安徽中烟工业有限责任公司滁州卷烟厂整体搬迁技术改造项目——仓储物流设备及系统
采购项目位于安徽省滁州市经济技术开发区辖区内，东临苏滁大道，南临世纪大道，西临常
州路，北临义乌路，项目包括片烟配方物流系统、成品物流系统、辅料平衡物流系统、综合库物流系统、AGV输送系统、装封箱工段（件烟输送系统）等。

根据国家智能制造系统架构模型，智慧物流系统应由设备层、设备调度层、作业层、管理层、经营层5个层次构成。

通过每层对应的系统智慧化，自下而上的提升物流系统的智能化水平。

本文以仓储物流系统为对象，对其进行数字化设计和建设，实现仓储物流系统的数字孪生，并基于此提出了相应的解决方案。

该方案在原有基础上增加了三维立体建模功能模块，采用Unity3D软件开发引擎开发出仓储物流系统的虚拟现实平台，将三维建模与二维平面设计相结合来完成仓储物流各类设备的实时动态展示以及相关参数设置；同时利用GIS地理信息系统，结合仓储物流业务流程及流程图，建立起仓储物流系统中的数据管理体系，包括仓储物流资源数据库、仓储物流设施布局库及仓储物料库存库，使得整个仓储物流系统能够高效运转起来[1]。

1.2 系统总体架构
(1)数据采集层。

主要负责对仓储物流系统中产生和存储在各类数据库系统上的各种数据进行收集与处理，包括传感器信息、设备运行状态等数据。

通过这些数据能够更加直观清晰地了解到整个仓储物流过程中涉及到的各项业务内容及相关操作流程；同时也可以为后期的数据分析提供数据支持[2]。

(2)感知层。

该层主要是指利用计算机视觉技术来实现对仓储物流系统中所发生的所有物理实体以及其内部结构的全面展示，并且将其作为一个完整的虚拟现实环境来应用于仓储物流系统之中。

一方面来说，它需要建立相应的仓储物流仿真模型，以便于用户根据实际需求选择合适的仓储物流模拟软件；另一方面则是借助于计算机技术构建出具有真实感的仓储物流场景[3]。

(3)网络传输层。

该层次主要是针对仓储物流各个环节而言，具体包括数据传输、实时监控、安全防护、远程控制等功能模块组成部分。

在这一层当中，首先应该通过无线通信方式来完成与各类传感设备和RFID标签的连接，然后再结合相关的通信协议，就能够使得整个仓储物流过程都能够得到有效的监管，从而保证了整个仓储业的正常运行。

而其中最重要的就是要加强物联网技术在其中的运用，进而形成一个完善的智能管理系统。

(4)信息处理层。

这一层次主要是对仓储物流各个环节中所产生的各种信息进行处理，并将其转化成可以被用户理解的信息内容。

同时也需要利用计算机科学技术以及数据库技术来对仓储物流各个环节的实际情况进行详细分析，最终为仓储物流行业提供相应决策依据。

最后便是要根据用户需求来对仓储物流信息进行整合，以此来实现仓储物流资源的优化配置。

二、仓储物流系统数字孪生3d可视化关键技术
2.1 3d可视化技术
在对仓储物流系统中所涉及到的数据信息和空间信息等进行处理时，可以利
用计算机来实现三维立体建模，并且通过计算机软件来将这些三维空间数据转化
成相应的二维平面图或者是其他形式的图像。

而这一过程主要包括以下几种方法：第一，基于点云来构建三维空间模型；第二，根据实际情况来创建虚拟场景；第三，使用3dsmax软件制作动画。

2.2 物联网技术
在仓储物流中应用到的主要是传感设备和无线通信网络。

通过对传感设备进
行有效地利用，可以将其作为一个重要的基础设施，并且还能够为后续工作提供
便利条件；同时也要注意到，传感设备本身具有较强的敏感度，所以需要结合实
际情况来选择合适的传感设备，从而更好地完成数据采集过程，进而使得数据采
集结果更为准确。

2.3 云计算技术
在传统仓储管理中，主要是通过计算机来实现对库存和物资等相关数据的收集。

但是由于仓库内空间狭小，储存空间有限，导致了存储空间利用率低等一系
列问题。

而云计算则能够有效解决这一难题。

其可以将分散的大量数据集中到同
一个平台上来进行处理，从而提高整个仓库管理水平。

2.4 vr技术
VR技术是利用计算机图形学原理和相关设备对真实世界中不存在或难以实现
的场景通过建模、仿真模拟等手段构建出来的一种新型的计算机生成环境。

在这
里我们将其定义为三维立体显示器(也可以称为全息投影仪)。

它能够把现实世界
中无法用肉眼看到的东西以三维形式展现给用户观看，并且还具有交互性、沉浸
感以及逼真度高等特点，因此被广泛应用于各类产品的展示与销售当中。

三、仓储物流系统数字孪生3d可视化原型系统
3.1 系统总体设计
在对系统整体结构进行设计时，首先要将整个仓储物流系统中所有的数据都
收集到一个数据库当中去。

然后再利用计算机对这些数据进行处理分析。

通过计
算机软件来实现这种功能。

其次是要把每个仓库的具体位置以及相关信息都记录
下来。

最后还要对每个仓库里面的货物和人员等情况进行详细地了解与掌握，这
样就能够更好地完成对于仓储物流系统的管理工作。

3.2 系统详细设计
(1)建立仓库三维模型。

在此基础上，将仓库中的所有货物按照一定顺序排
列并对其进行编号；然后利用GIS软件对每个仓库的空间信息和属性数据等相关
内容进行采集与处理分析工作。

(2)构建虚拟仓库。

首先根据实际情况选择合适
的地理位置，并且要确保该地区具有较好的交通条件以及便利性。

同时还要考虑
到当地的气候环境因素，尽可能地减少外界因素带来影响。

3.3 系统实现
在对仓储物流系统中的各类数据信息进行采集时可以通过以下几种方式获取
数据信息。

第一是利用GIS空间分析软件来对仓库内部的各种地理位置和物理环
境等相关参数进行计算；第二是使用Arcgis平台上的地图工具将仓库内所有的
位置信息都显示出来，并且还能够根据这些数据生成相应的二维码或者三维模型；第三是采用3DMax建模方法来对模型进行制作。

最后就是要把上述所获得的数据
信息以数字化形式展现出来。

首先需要建立一个数据库系统，该数据库系统主要
包含了基础地理信息数据库、空间信息数据库以及其他一些辅助性数据库系统。

其次，为了方便用户查询和浏览本文设计开发的3d GIS可视化系统，就必须先
对数据库系统进行创建，然后再对数据库进行维护管理，这样才能保证整个系统
运行稳定可靠。

四总结与展望
综上所述，通过对仓储物流系统中4S应用现状进行分析可以看出，其在发展过程中
存在着一定的问题和不足之处。

因此本文提出了一种基于三维立体模型的智能仓储物流系统
构建方法，并且将该方法应用到实践当中，从而能够有效地提高仓储物流系统运行效率以及
管理水平；同时还能根据用户的实际需求来进行相应的调整，使之符合实际要求，进而为人们提供更加优质的服务。

参考文献
[1]晋严尊,王中一,汤辉,朱小勇.智能制造技术在机载武器制造中的应用[J].航空兵器,2021,28(06):1-6.
[2]甘仲平,孙明伟.自动仓储系统市场:疫情下逆势增长,智能化加速发展[J].物流技术与应用,2021,26(03):55-57.
[3]孙富奇.智库智能：柔性可视集成的新思考——数字孪生——专访江苏智库智能科技有限公司副总裁杨光[J].中国储运,2021(01):90-91.
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