密集型仓储异构设备分布式监控关键技术研究
这是一篇关于密集仓储,异构设备,数字化,服务化,Web实时可视化,OPC UA的论文, 主要内容为在“互联网+”和智能制造的背景下,数字化、网络化、智能化物流是现代仓储物流行业的主要发展趋势。随着密集型仓储的出现,仓储规模不断扩大,仓储作业流程更加复杂多样,应用于不同作业场景的新型仓储物流设备越来越多。大量仓储异构设备的投入使用,使得设备之间的通信方式各不相同,导致异构设备数据难以集成,给仓储设备的监控及高效、协同搬运带来了巨大挑战。传统的单体式仓储监控系统(Warehouse Control System,WCS),存在系统耦合严重、算力过于集中、并发处理能力与可扩展性差等问题,已无法满足多异构设备、大规模、多库型的密集仓储分布式监控需求。因此,为实现WCS对异构设备的高效灵活监控,提高仓储作业的执行效率与可视化程度,本文基于OPC UA工业通信技术、现代网络服务技术、SQL Server数据库技术,研究密集仓储异构设备分布式监控技术,主要研究内容如下:(1)提出了一种密集仓储异构设备数字化映射技术途径针对多异构设备协同搬运的复杂仓储作业场景,借鉴数字孪生技术理念,将物理仓储设备如四向车、提升机、输送机等一一映射为对应的数字设备对象,建立虚实设备双向映射机制,通过访问数字设备对象,实现异构设备的统一监控与高效灵活控制。为消除因仓储设备的异构性造成的通信差异,采用OPC UA工业通信技术,对仓储异构设备数据进行统一读写。基于面向对象建模,通过OPC变量订阅将物理设备状态实时映射为数字设备对象属性,利用异步编程模型将物理设备行为同步映射为数字设备对象方法,使得虚实设备事务生命周期一致。对数字设备对象方法进行多层封装,构建层次化的数字设备访问应用程序接口(API),实现对仓储设备的简易、鲁棒控制。(2)基于服务的分布式仓储设备监控集成应用技术为满足多异构设备、任务并发、大规模、库型种类丰富的密集仓储监控需求,突破单体架构的算力瓶颈,提高WCS的鲁棒性与可扩展性,提出了分布式仓储监控服务关键技术。对仓储业务功能进行分析,利用微服务架构思想设计了设备监控、作业控制、仓储单元管理、Web应用等微服务,从系统结构上支持对不同类型仓库的监控。基于仓储异构设备数字化映射与Web服务技术,将数字设备对象封装为设备监控服务,实现仓储设备的远程访问,为仓储设备的Web可视化监控提供技术支撑。利用Rabbit MQ消息队列技术,实现不同仓储服务间的异步通信,克服因分布式导致的业务不一致问题,并对仓储业务进行集成。(3)提出了一种仓储设备实时Web可视化监控技术针对传统人工监控数据准确性低、覆盖不全、危险性高等问题,给出了一种基于Web服务的仓储设备实时可视化监控技术。基于仓储设备监控服务与实时Web技术,设计不同的仓储设备数据推送策略,将实时变化数据从设备监控服务主动推送至客户端。利用前端可视化技术,对仓储设备数据进行可视化处理,实现设备健康状态(如通信质量、设备故障、电量等)、实时运行状态(如运行速度,当前位置等)、货位状态等Web可视化监控,满足移动智能终端的监控需求,提供丰富的用户监控体验。综上所述,课题受上海市科委会科研项目(17DZ2283800)、2018年度松江区面向协同服务的高效智能化仓储系统开发与示范应用项目(2018-01)资助。利用OPC UA工业通信技术、数据库技术、现代网络服务技术、前端可视化技术,研究并开发了基于Web服务的分布式仓储监控系统,并在企业密集仓储现场得到了有效验证,为面向协同、高效的现代仓储物流提供可借鉴的关键技术基础。
密集型仓储异构设备分布式监控关键技术研究
这是一篇关于密集仓储,异构设备,数字化,服务化,Web实时可视化,OPC UA的论文, 主要内容为在“互联网+”和智能制造的背景下,数字化、网络化、智能化物流是现代仓储物流行业的主要发展趋势。随着密集型仓储的出现,仓储规模不断扩大,仓储作业流程更加复杂多样,应用于不同作业场景的新型仓储物流设备越来越多。大量仓储异构设备的投入使用,使得设备之间的通信方式各不相同,导致异构设备数据难以集成,给仓储设备的监控及高效、协同搬运带来了巨大挑战。传统的单体式仓储监控系统(Warehouse Control System,WCS),存在系统耦合严重、算力过于集中、并发处理能力与可扩展性差等问题,已无法满足多异构设备、大规模、多库型的密集仓储分布式监控需求。因此,为实现WCS对异构设备的高效灵活监控,提高仓储作业的执行效率与可视化程度,本文基于OPC UA工业通信技术、现代网络服务技术、SQL Server数据库技术,研究密集仓储异构设备分布式监控技术,主要研究内容如下:(1)提出了一种密集仓储异构设备数字化映射技术途径针对多异构设备协同搬运的复杂仓储作业场景,借鉴数字孪生技术理念,将物理仓储设备如四向车、提升机、输送机等一一映射为对应的数字设备对象,建立虚实设备双向映射机制,通过访问数字设备对象,实现异构设备的统一监控与高效灵活控制。为消除因仓储设备的异构性造成的通信差异,采用OPC UA工业通信技术,对仓储异构设备数据进行统一读写。基于面向对象建模,通过OPC变量订阅将物理设备状态实时映射为数字设备对象属性,利用异步编程模型将物理设备行为同步映射为数字设备对象方法,使得虚实设备事务生命周期一致。对数字设备对象方法进行多层封装,构建层次化的数字设备访问应用程序接口(API),实现对仓储设备的简易、鲁棒控制。(2)基于服务的分布式仓储设备监控集成应用技术为满足多异构设备、任务并发、大规模、库型种类丰富的密集仓储监控需求,突破单体架构的算力瓶颈,提高WCS的鲁棒性与可扩展性,提出了分布式仓储监控服务关键技术。对仓储业务功能进行分析,利用微服务架构思想设计了设备监控、作业控制、仓储单元管理、Web应用等微服务,从系统结构上支持对不同类型仓库的监控。基于仓储异构设备数字化映射与Web服务技术,将数字设备对象封装为设备监控服务,实现仓储设备的远程访问,为仓储设备的Web可视化监控提供技术支撑。利用Rabbit MQ消息队列技术,实现不同仓储服务间的异步通信,克服因分布式导致的业务不一致问题,并对仓储业务进行集成。(3)提出了一种仓储设备实时Web可视化监控技术针对传统人工监控数据准确性低、覆盖不全、危险性高等问题,给出了一种基于Web服务的仓储设备实时可视化监控技术。基于仓储设备监控服务与实时Web技术,设计不同的仓储设备数据推送策略,将实时变化数据从设备监控服务主动推送至客户端。利用前端可视化技术,对仓储设备数据进行可视化处理,实现设备健康状态(如通信质量、设备故障、电量等)、实时运行状态(如运行速度,当前位置等)、货位状态等Web可视化监控,满足移动智能终端的监控需求,提供丰富的用户监控体验。综上所述,课题受上海市科委会科研项目(17DZ2283800)、2018年度松江区面向协同服务的高效智能化仓储系统开发与示范应用项目(2018-01)资助。利用OPC UA工业通信技术、数据库技术、现代网络服务技术、前端可视化技术,研究并开发了基于Web服务的分布式仓储监控系统,并在企业密集仓储现场得到了有效验证,为面向协同、高效的现代仓储物流提供可借鉴的关键技术基础。
移动式货叉控制系统的设计与实现
这是一篇关于密集仓储,物流系统,移动式货叉,四向穿梭车,同步的论文, 主要内容为随着仓储物流行业步入自动化系统集成时代,以立体仓库为存储主体的设备,已逐步发展自动化物流系统存储方式,工作主体也由货架存储转变为机器人+货架,形成系统集成物流存储体系,并且随着市场对密集仓储物流的需求越来越迫切,作为以货架+穿梭车+提升机+拣选系统+控制软件+仓库管理软件集成的存储系统,成为目前主要的存储模式之一。本文针对密集仓储物流系统不断升级的需求,结合新型的电气同步控制技术,提出了新的密集仓储物流系统解决方案,即移动式货叉系统。移动式货叉系统主要包括移动式货叉、四向穿梭车、提升机、密集存储货架和托盘。移动式货叉可沿货位纵深方向行走并将托盘托起,实现对托盘的搬运,四向穿梭车可在轨道平面内进行四向行走,既可以对移动式货叉横向接泊,又可以纵向移动跨巷道作业,实现柔性、多深位、密集存储的工作模式。移动式货叉与四向穿梭车配合可以完成对全托盘和半托盘的出入库任务,针对移动式货叉的行走、顶升、同步、寻零、通讯、充电、应急处理功能和四向穿梭车的行走、换向、通讯、充电功能进行了设计与实现,并通过实际系统测试以保证本系统满足设计要求和理论数据。移动式货叉系统可认为是在密集仓储物流系统基础上提出的一种新型仓储概念,它可以实现多深位取放货,相比于传统堆垛机系统、穿梭板系统和子母车系统更加灵活,存储空间利用率更高,其技术和经济效益上的优势与其他存储系统相比十分明显。
面向密集库的数字化仓储作业监控技术研究
这是一篇关于密集仓储,工作流,网络化,作业监控,Web可视化的论文, 主要内容为在“互联网+”战略的推动下,我国智能仓储行业蓬勃发展,正朝着高效运作和快速流通的方向迈进,不断提升自动化、信息化和智能化水平。密集仓库因占地面积少、空间利用率大等特点,已成为物流行业中广泛应用的存储货物方式,数字化仓储作业监控技术应运而生。在密集库中,工作人员很难看清复杂作业流程中的执行情况,如设备是否已到达指定地点、是否出现故障、是否需要充电以及当前的坐标信息等内容。随着仓储异构设备增多,出入库流程变得更加复杂,作业时间随之增长,对软件的通信和控制提出了更高的要求。数字化等技术的快速发展,为传统仓储监控系统提供了新的发展方向。因此,为提高仓储作业效率,实现作业流程可视化,本文基于工业通信协议OPC UA、SQL Server数据库、实时Web通讯等技术手段,开展数字化仓储作业监控技术研究,主要内容如下:(1)提出了异构仓储设备的数字化映射技术途径基于OPC UA工业通讯协议,消除异构设备带来的通信差异,完成对多种仓储设备的统一读写操作。使用面向对象的分析方法,将实体仓储搬运设备映射为数字设备对象;通过设备类封装,建立物理设备与数字对象之间的OPC通信通道。基于统一通信,数字设备可以实时获取物理设备的状态信息,达到“以虚映实”的目的;同时,通过实时通信通道,使得对数字设备的操作也可以反向控制物理设备,达到“以虚控实”的目的。为映射不同设备的状态属性,建立OPC变量和数字对象属性的实时映射,给出两者之间统一的泛型接口;为解决数字设备和物理设备事务生命周期不一致的问题,使用async/await异步编程模式,避免了“回调地狱”问题,实现了对数字设备的控制等同于对物理设备的控制。以此,基于数字化映射方法,统一了异构设备的访问与控制,支持了更多仓储设备的扩充,为数字化仓储提出了可借鉴的技术途径。(2)提出了一种面向自动化仓储监控的工作流技术为提高仓储作业效率和鲁棒性控制,提出一种基于有向图的仓储工作流模型;基于事件驱动机制,设计了工作流驱动算法,实现了作业活动的有序执行、分支判定和可重试机制。通过多分支活动节点的设置,在驱动作业时实现活动的串并行执行,从而提高了仓储作业效率;流程分支的判定设计,使得流程更加灵活地适应仓储作业环境;在设备执行过程中,若遇到故障无法按时完成,工作流也可重新驱动失败活动再次执行,提高了仓储作业的鲁棒性控制。为使工作流支持不同的业务场景,方便快捷地设计出个性化作业流程,可将不同流程作业中的共性活动抽象为模板,即将代码进一步的封装继承,使得设备的工作流程更加清晰。(3)基于微服务的分布式监控系统开发与实现为实现分布式远程化、网络化的仓储设备及作业监控,在数字化建模和属性状态映射的基础上,将设备和作业对象进一步封装为Web服务。基于Http访问通道,利用Java Script和Ajax等技术,实现远程调用设备及作业服务API,从而实现网络化的仓储监控。其中基于Signal R和Web Socket等网络通讯技术,实现服务端实时推送设备和作业信息至客户端,使得实时的仓储监控成为可能。通过HTML/Bootstrap/SVG等前端技术和框架,构建浏览器端监控视图,在Web客户端以图示化的方式呈现设备作业状况,从而实现了可视化的Web监控。综上,基于对数字化、可视化、网络化等关键技术的研究,开发了面向密集库的数字化仓储作业监控系统,已在企业得到有效验证。针对自动化仓储监控中亟待解决的关键问题,通过以上研究,为仓储监控系统实现提供了可借鉴的共性技术基础。
密集仓储作业优化与调度方法研究
这是一篇关于密集仓储,货位优化,差分进化算法,设备调度,事件规则,Web应用的论文, 主要内容为近年来随着物流仓储行业的迅速发展,精益仓储对自动化、数字化及智能化提出了更高的要求。为了降低运营成本,密集仓储应运而生并得到了广泛运用,其具备占地面积小、作业规模大、设备种类多、设备数量多及任务并行等特点,但这也给自动化仓储作业优化与调度带来了新的挑战。作业优化包括作业顺序优化、货位优化等环节,其中,货位决策优化是仓储作业过程中重要的工作之一,极大程度地影响着作业效率及成本,而传统的货位决策大多依赖于仓储管理人员的经验,具有一定的盲目性。其次,一般情况下密集仓储作业满足“先来先做”的要求,作业流程的执行具有事件响应特性,在多任务、高并发及异构设备多的仓储环境下,作业约束复杂,事先分配仓储设备资源及路径规划的算法,无法及时准确地调度仓储设备,异构多设备的协同调度也愈发困难。因此,利用互联网及人工智能进行科学合理的仓储货位优化及设备调度,对提升作业质量与效率具有重要意义。课题的主要研究内容如下:(1)密集仓储作业优化与调度分析建模针对密集仓储作业优化与调度问题,进行了仓储作业过程需求分析,剖析了货位优化及设备调度在作业流程中的触发及作用机制。给出了基于事件驱动的货位优化与多设备协同调度问题框架描述,考虑托盘使用状态、库存情况及动态货位可行域等复杂约束条件,进行了货位优化问题描述,并将调度问题分解为作业活动事件调度、环轨及穿梭RGV资源调度两部分。通过仓储作业数据流、功能流分析,设计密集仓储货位优化及设备调度系统功能结构。基于E-R图分析货架、货位、托盘、物料、设备、作业及事件等实体的关键属性,建立关系数据库及对象关系映射模型,为货位优化及设备调度问题的求解提供模型及数据访问基础。(2)提出了响应动态约束的仓储货位优化模型及算法针对密集仓储动态货位优化问题,考虑库存、货位可行域、托盘使用情况等动态约束条件,以货架稳定性、作业均衡及作业路径最短为目标,构建了货位多目标优化数学模型,设计了基于差分进化(DE)的动态货位决策优化算法。为了克服算法参数选择的盲目性,采取变异系数、交叉率自适应进化策略,提高算法在大规模作业下的搜索与勘探能力。使用货位随机数编码,根据实时货位可行域进行个体解码,以响应动态货位约束条件。为了获得满足实际应用的最优解,提出了基于层次分析的Pareto解评价方法,从而获得多批作业货位持续优化的目标权重,并研究了多目标权重对货位持续优化能力的影响规律,为仓储货位决策提供合理方案。多批作业算法试验结果表明,所提算法效果显著优于多目标简单加权算法,能够有效应用于动态货位决策与优化。(3)提出了一种密集仓储多设备协同调度方法仓储作业由多种搬运设备协作完成,在多任务、高并发、设备种类多等环境下,针对环形轨道RGV、输送机、提升机、穿梭车等异构设备协同调度问题,给出了一种面向密集仓储的多设备协同调度方法。基于排队论,对密集仓储平台设备配置及布局进行了调度瓶颈分析,避免因布局不合理引起的设备资源利用率低、作业响应能力差等问题。提出了基于事件规则驱动的多设备实时调度模型,以准确及时地控制异构设备执行作业,使业务流程按步骤进行。针对搬运RGV的交通调度问题,提出基于“队尾最近”的环轨RGV选择分配、避免环轨RGV追尾堵塞等算法。为提高库内穿梭车的并行作业效率,提出以作业均衡及作业路径为目标的穿梭车调度算法。试验应用结果表明,所提方法作业执行总时间短、设备堵塞次数少,能够有效解决异构、同构设备间的动态调度问题。(4)基于Web的密集仓储货位优化及多设备调度系统实现课题受上海市科学技术委员会科研计划项目(17DZ2283800)及松江区重点领域示范应用项目(2018-01)资助。以企业密集仓储实际作业为平台,基于面向服务的架构(SOA),根据以上研究工作,利用ASP.Net Core、Web API、MVC及SQL Server等技术,设计智能化作业优化与调度微服务,并开发Web应用程序,实现分布式仓储作业优化与调度Web可视化。设计系统Web应用接口,实现与仓储管控系统的集成,并在企业进行现场测试与应用。应用结果表明,系统能够有效解决密集仓储作业优化与调度问题。综上所述,所提方法在仓储Web管理与监控系统中得到了实现与应用,应用效果显著,为合理科学地进行货位优化及调度提供了智能化手段,为进一步的研究提供了技术基础。
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