一种AGV物流系统的调度仿真方法及系统与流程

一种agv物流系统的调度仿真方法及系统
技术领域
1.本发明涉及物流仿真技术领域，具体涉及一种agv物流系统的调度仿真方法及系统。


背景技术：

2.物流系统仿真是把真实的物流系统用仿真模型进行模拟，然后在仿真模型上进行试验，用仿真模型来代替真实的物流系统，从而研究该系统综合性能的方法。
3.仿真可以模拟实际物流系统的各种作业活动并进行记录和度量，得到用户最想要的系统性能数据。一些物流系统在最初的设计方面缺乏前瞻性和规划性，出于自身的不完善或运作流程的不合理，在物流环节资源配置、物流网络节点的结构诸多方面，很难保证物流系统的合理性、可靠性和最优性。
4.实际物流系统往往包含很多的随机因素，如系统中到达的订单、到达的运输车辆和发生的运输事件等基本都是随机的。对于以上这些糅杂的随机变量，想用相应的解析式来描述和求解基本是不可能实现的。仿真技术的出现很好地解决了物流系统中出现的这类问题，该技术可以减少开支，避免浪费，解决物流运行环节中出现的问题。
5.近年来，随着物流业的快速发展，自动化以及智能化程度都逐渐提高，通过自动导引小车agv来开展物流传输已成为现阶段自动化物流传输的一个主要方向。
6.虽然物流仿真技术在一定程度上解决了上述问题，但是目前的物流仿真技术所采用的物流仿真系统完全依靠自身的控制逻辑进行仿真，相关算法与实际agv物流系统具有一定的偏差，使得物流仿真系统得出的仿真效果与实际agv物流系统运行时的效果具有一定的差异。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种agv物流系统的调度仿真方法及系统，用于解决现有的物流仿真系统的仿真效果与实际agv物流系统存在一定差异的技术问题，从而达到优化仿真效果的目的。
8.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
9.一种agv物流系统的调度仿真方法，包括以下步骤：
10.在调度服务器上安装物流仿真软件，利用所述物流仿真软件建立物流仿真模型；
11.在所述调度服务器中设置通讯插件，所述物流仿真模型通过所述通讯插件与所述调度服务器中的调度系统建立连接；
12.所述物流仿真模型将物料信息、agv模型和自动化设备模型的状态信息以及物流任务通过所述通讯插件实时发送至所述调度系统；
13.所述调度系统根据接收到的信息进行分析，得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径，并向所述agv模型发送控制信号；
14.所述agv模型根据接收到的控制信号，并按照所述最佳的agv模型路径进行仿真；
15.其中，所述物流仿真模型与实际agv物流系统相对应，所述物流仿真模型包括agv模型、自动化设备模型。
16.作为本发明优选的实施方式，在利用所述物流仿真软件建立物流仿真模型时，包括：
17.利用所述物流仿真软件构建agv模型和自动化设备模型的三维特征、属性参数以及行为参数；
18.并根据所述实际agv物流系统，修改所述agv模型和所述自动化设备模型的三维特征、属性参数以及行为参数，构建若干读卡点，以还原所述实际agv物流系统；
19.其中，所述物流仿真模型还包括若干读卡点，所述读卡点分布在agv模型路径上。
20.作为本发明优选的实施方式，在修改所述agv模型和所述自动化设备模型的三维特征、属性参数以及行为参数后，包括：
21.根据实际agv物流系统，通过连接接口构建自动化设备模型的进出料逻辑和agv模型的动作逻辑，构建若干读卡点，完成当前场景的搭建；
22.通过脚本自动获取所述当前场景的地图信息，并生成相应的地图信息文件；
23.其中，所述地图信息包括若干读卡点信息、自动化设备模型信息以及agv模型信息。
24.作为本发明优选的实施方式，在通过连接接口构建自动化设备模型的进出料逻辑和agv模型的动作逻辑时，包括：
25.根据实际agv物流系统，拖动相应的自动化设备模型；
26.所述相应的自动化设备模型靠近后，将通过自带的连接接口自动进行连接；
27.获取连接后的自动化设备模型的节点，在所述节点内创建工艺流动语句并选择与所述自动化设备模型对接的agv模型，完成所述自动化设备模型的进出料逻辑和所述agv模型的动作逻辑的构建。
28.作为本发明优选的实施方式，在所述物流仿真模型通过所述通讯插件与所述调度服务器中的调度系统建立连接时，包括：
29.所述通讯插件将所述物流仿真软件建立的物流仿真模型，通过tcp/ip的方式转化成dll文件；
30.所述调度系统通过读取所述dll文件，建立所述物流仿真模型与所述调度系统的连接，并通过socket进行通信。
31.作为本发明优选的实施方式，在所述物流仿真模型通过所述通讯插件实时发送信息至所述调度系统时，包括：
32.所述agv模型和与所述agv模型对接的自动化设备模型通过脚本行为，每隔1秒会上报自身的状态信息；
33.所述仿真软件根据与所述调度系统约定的通讯协议，将所述相应的信息整合成一串字符串，并赋给指定的字符串信号进行发送；
34.所述通讯插件对所述字符串信号进行捕捉，并获取其中的状态信息发送给所述调度系统。
35.作为本发明优选的实施方式，在所述物流仿真模型通过所述通讯插件实时发送信息至所述调度系统时，还包括：
36.当所述agv模型每完成一次指令或与所述agv模型对接的自动化设备模型上的传感器被触发，将上报相应的信息；
37.所述仿真软件根据与所述调度系统约定的通讯协议，将所述相应的信息整合成一串字符串，并赋给指定的字符串信号进行发送；
38.所述通讯插件对所述字符串信号进行捕捉，并获取其中的相应的信息发送给所述调度系统。
39.作为本发明优选的实施方式，在得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径时，包括：
40.读取需要调度的agv模型对应的地图信息、全局最短路径信息以及车体避让信息；
41.读取前车的路径轨迹信息，生成避让信息；
42.基于所述避让信息，并根据所述地图信息、所述全局最短路径信息以及所述车体避让信息，得到最佳的agv模型路径；
43.根据所述最佳的agv模型路径，获取其路径规划信息、到达每个读卡点的时间以及在每个读卡点上的停留时间，并进行保存。
44.作为本发明优选的实施方式，在按照最佳的agv模型路径进行仿真时，包括：
45.所述调度系统根据保存的最佳的agv模型路径信息，发出相应的控制信号给需要调度的agv模型；
46.所述agv模型根据接收到的控制信号做出相应的动作，所述物流仿真模型进行仿真；
47.获取所述物流仿真模型在仿真过程中产生仿真数据，并根据所述仿真数据优化所述物流仿真模型。
48.一种agv物流系统的调度仿真系统，包括：
49.仿真模型建立单元：用于在调度服务器上安装物流仿真软件，利用所述物流仿真软件建立物流仿真模型；
50.通讯建立单元：用于在所述调度服务器中设有通讯插件，所述物流仿真模型通过所述通讯插件与所述调度服务器中的调度系统建立连接；
51.信息发送单元：用于所述物流仿真模型将物料信息、agv模型和自动化设备模型的状态信息以及物流任务通过所述通讯插件实时发送至所述调度系统；
52.调度单元：用于所述调度系统根据接收到的信息进行分析，得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径，并向所述agv模型发送控制信号；
53.仿真单元：用于所述agv模型根据接收到的控制信号，并按照所述最佳的agv模型路径进行仿真；
54.其中，所述物流仿真模型与实际agv物流系统相对应，所述物流仿真模型包括agv模型、自动化设备模型。
55.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
56.(1)本发明通过物流仿真软件与调度系统对接，使物流仿真模型中的多个agv模型或自动化设备模型与调度系统建立实时、安全、稳定的通讯；
57.(2)本发明在物流仿真模型与调度系统间制定规范、简洁的通讯协议，通过tcp的方式通讯，每台设备模型都自设了不同的ip地址属性，默认调度系统作为服务器，设备模型
作为客户端，每个设备模型都建了2个字符串信号，一个是设备模型向调度系统上报信息用，一个是调度系统向设备模型下发指令用，同时规范了一套指令参数标准，使调度系统可以更好地控制与调度物流仿真模型，达到与实际agv物流系统一样的运行效果；
58.(3)本发明在物流仿真模型中通过脚本，智能、便捷地收集和整合调度系统所需要的信息，除搭建物流仿真模型与构建相关逻辑外，无需再额外进行过多的操作；
59.(4)本发明可以在各种情景下进行仿真调试，提前预防在实际agv物流系统中因调度方式所产生的问题；
60.(5)本发明的物流仿真模型接入调度系统后，调度系统将实时分析物流仿真模型传递过来的所有信息，掌控全局，智能地调度与控制agv模型，寻找最优路径，避开拥堵路段，智能避障，提高整体效率；
61.(6)本发明的物流仿真模型还可以和外部终端(如pda、手机等)连接，进行信息获取与远程控制操作。
62.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
63.图1-是本发明实施例的agv物流系统的调度仿真方法步骤图；
64.图2-是本发明实施例的agv物流系统的调度仿真方法中的物流场景图。
具体实施方式
65.本发明所提供的agv物流系统的调度仿真方法，如图1所示，包括以下步骤：
66.步骤s1：在调度服务器上安装物流仿真软件，利用物流仿真软件建立物流仿真模型；
67.步骤s2：在调度服务器中设置通讯插件，物流仿真模型通过通讯插件与调度服务器中的调度系统建立连接；
68.步骤s3：物流仿真模型将物料信息、agv模型和自动化设备模型的状态信息以及物流任务通过通讯插件实时发送至调度系统；
69.步骤s4：调度系统根据接收到的信息进行分析，得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径，并向agv模型发送控制信号；
70.步骤s5：agv模型根据接收到的控制信号，并按照最佳的agv模型路径进行仿真；
71.其中，物流仿真模型与实际agv物流系统相对应，物流仿真模型包括agv模型、自动化设备模型。
72.进一步地，该方法可以用于多种物流仿真软件。
73.进一步地，本发明所采用的调度系统是集agv引导控制、任务分配于一体的可视化调度系统。利用该系统可以对区域内的设备状态进行实时采集和监控，动态调整各agv的运行路径，以实现对设备全局的、最优的、高效的管控。
74.在上述步骤s1中，在利用物流仿真软件建立物流仿真模型时，包括：
75.利用物流仿真软件构建agv模型和自动化设备模型的三维特征、属性参数以及行为参数；
76.并根据实际agv物流系统，修改agv模型和自动化设备模型的三维特征、属性参数
以及行为参数，构建若干读卡点，以还原实际agv物流系统；
77.其中，物流仿真模型还包括若干读卡点，读卡点分布在agv模型路径上。
78.具体地，物流仿真模型包括agv模型、传送带模型、堆垛机模型、货架模型、机械手模型、拆叠盘机模型、提升机模型、卷帘门模型、电梯模型以及其他物流设备模型。物流仿真模型除了三维特征，还具有自己的属性和行为，例如一个普通的传送带模型，具有长宽高、运输速度、容量、颜色材质等属性变量，以及信号、运输路径、行为接口、python脚本等行为。
79.进一步地，如果是特定的模型或物流仿真软件里没有的模型，则通过step、3ds等格式导入模型文件，此模型只有三维特征，不具备任何属性和行为。
80.进一步地，根据实际agv物流系统中的实际物流设备和物流场景，修改物流仿真模型的长宽高、坐标等属性以调整其位置、尺寸、材质以及颜色等参数，从而还原实际物流设备和物流场景。
81.进一步地，在修改agv模型和自动化设备模型的三维特征、属性参数以及行为参数后，包括：
82.根据实际agv物流系统，通过连接接口构建自动化设备模型的进出料逻辑和agv模型的动作逻辑，并构建若干读卡点，完成当前场景的搭建；
83.通过脚本自动获取当前场景的地图信息，并生成相应的地图信息文件；
84.其中，地图信息包括若干读卡点信息、自动化设备模型信息以及agv模型信息。
85.进一步地，脚本为python脚本。
86.进一步地，在通过连接接口构建自动化设备模型的进出料逻辑和agv模型的动作逻辑时，包括：
87.根据实际agv物流系统，拖动相应的自动化设备模型；
88.相应的自动化设备模型靠近后，将通过自带的连接接口自动进行连接；
89.获取连接后的自动化设备模型的节点，在节点内创建工艺流动语句并选择与自动化设备模型对接的agv模型，完成自动化设备模型的进出料逻辑和agv模型的动作逻辑的构建。
90.进一步地，工艺流动语句具体为：根据时间或条件触发事件，例如仿真开始运行后马上产生一个料框；然后通过通讯插件发送信号给调度系统，告知本设备模型有料框待运出，调度系统就会智能调度agv模型过来取料框，执行料框运出事件；接着循环执行以下事件：等待前面的传送带模型运输料框进来，触发设备传感器，发送信号给调度系统，执行料框运出事件。
91.具体地，如图2所示的物流场景，从左到右依次为物料生产设备模型、传送带模型以及上面的圆柱形物料、单层滚筒agv模型、agv路径区域、传送带模型、agv控制器模型。首先，导入上述模型。然后，拖动物流生产设备模型至传送带模型一端，2个模型都自带物理接口，靠近后会自动连接。完成连接后，物料生产设备模型产生的圆柱形物料会通过接口送到传送带模型上，传送带模型通过路径行为将圆柱形物料运送到另一端。接着，搭建物流流程，在传送带模型一端的节点内创建工艺流动语句，并选择agv模型建立从左边节点到右边节点的流动。最后，通过python脚本自动获取当前场景的地图信息，地图信息包含若干读卡点信息、自动化设备模型信息以及agv模型信息三部分，生成json格式的dcs文件，放到调度系统文件夹下，运行时调度系统会自动加载地图信息文件。
92.在上述步骤s2中，在物流仿真模型通过通讯插件与调度服务器中的调度系统建立连接时，包括：
93.通讯插件将物流仿真软件建立的物流仿真模型，通过tcp/ip的方式转化成dll文件；
94.调度系统通过读取dll文件，建立物流仿真模型与调度系统的连接，并通过socket进行通信。
95.在上述步骤s3中，在物流仿真模型通过通讯插件实时发送信息至调度系统时，包括：
96.agv模型和与agv模型对接的自动化设备模型通过脚本行为，每隔1秒会上报自身的状态信息；
97.仿真软件根据与调度系统约定的通讯协议，将相应的信息整合成一串字符串，并赋给指定的字符串信号进行发送；
98.通讯插件对字符串信号进行捕捉，并获取其中的状态信息发送给调度系统。
99.进一步地，在物流仿真模型通过通讯插件实时发送信息至调度系统时，还包括：
100.当agv模型每完成一次指令或与agv模型对接的自动化设备模型上的传感器被触发时，将上报相应的信息；
101.仿真软件根据与调度系统约定的通讯协议，将相应的信息整合成一串字符串，并赋给指定的字符串信号进行发送；
102.通讯插件对字符串信号进行捕捉，并获取其中的相应的信息发送给调度系统。
103.在上述步骤s4中，在得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径时，包括：
104.读取需要调度的agv模型对应的地图信息、全局最短路径信息以及车体避让信息；
105.读取前车的路径轨迹信息，生成避让信息；
106.基于避让信息，并根据地图信息、全局最短路径信息以及车体避让信息，得到最佳的agv模型路径；
107.根据最佳的agv模型路径，获取其路径规划信息、到达每个读卡点的时间以及在每个读卡点上的停留时间，并进行保存。
108.具体地，本发明采用a*算法作为路径规划算法，并引入作用于node和边的时间窗逻辑，用于记录每辆车的轨迹，作为每次路径规划任务的避让依据。相较于经典的a*算法，本发明采用考虑时间窗的a*路径规划算法可以有效考虑避让信息，实现在时间维度上的agv模型路径规划和车体避让。
109.进一步地，在按照最佳的agv模型路径进行仿真时，包括：
110.调度系统根据保存的最佳的agv模型路径信息，发出相应的控制信号给需要调度的agv模型；
111.agv模型根据接收到的控制信号做出相应的动作，物流仿真模型进行仿真；
112.获取物流仿真模型在仿真过程中产生仿真数据，并根据仿真数据优化物流仿真模型。
113.具体地，观测若干台agv模型是否满足生产节拍的需要，各agv模型与自动化设备模型间的对接是否顺畅、是否存在干涉、是否出现异常以及是否具有处理异常的能力等。
114.假设某个生产场景配备3台agv模型搬运物料，通过与调度系统对接的仿真，运行
若干时间后(1小时、1天、3天等)，观察仿真3d场景以及自动收集到的agv模型效率、该物流仿真模型的产量等数据，判断3台agv是否满足生产节拍的需要，不满足时可以增加agv模型的数量再继续验证，而agv模型稼动率过低时，可以减少agv模型的数量并进行验证；还能观察agv模型的动作是否正确、顺畅，与自动化设备模型对接是否有干涉等情况，在物流仿真模型中提前进行调整；还能增加异常状况，观察agv模型处理异常的流程是否正确，能否解决异常等。
115.进一步地，本发明所提供的调度仿真方法，还可以使用外部终端(如pda、手机等联网设备)给agv模型或自动化设备模型发送控制信号，自行操作物流仿真模型，模拟各种场景。
116.本发明所提供的agv物流系统的调度仿真系统，包括：
117.仿真模型建立单元：用于在调度服务器上安装物流仿真软件，利用物流仿真软件建立物流仿真模型；
118.通讯建立单元：用于在调度服务器中设有通讯插件，物流仿真模型通过通讯插件与调度服务器中的调度系统建立连接；
119.信息发送单元：用于物流仿真模型将物料信息、agv模型和自动化设备模型的状态信息以及物流任务通过通讯插件实时发送至调度系统；
120.调度单元：用于调度系统根据接收到的信息进行分析，得到需要调度的agv模型以及最佳的agv模型路径，并向agv模型发送控制信号；
121.仿真单元：用于agv模型根据接收到的控制信号，并按照最佳的agv模型路径进行仿真；
122.其中，物流仿真模型与实际agv物流系统相对应，物流仿真模型包括agv模型、自动化设备模型。
123.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
124.(1)本发明通过物流仿真软件与调度系统对接，使物流仿真模型中的多个agv模型或自动化设备模型与调度系统建立实时、安全、稳定的通讯；
125.(2)本发明在物流仿真模型与调度系统间制定规范、简洁的通讯协议，通过tcp的方式通讯，每台设备模型都自设了不同的ip地址属性，默认调度系统作为服务器，设备模型作为客户端，每个设备模型都建了2个字符串信号，一个是设备模型向调度系统上报信息用，一个是调度系统向设备模型下发指令用，同时规范了一套指令参数标准，使调度系统可以更好地控制与调度物流仿真模型，达到与实际agv物流系统一样的运行效果；
126.(3)本发明在物流仿真模型中通过脚本，智能、便捷地收集和整合调度系统所需要的信息，除搭建物流仿真模型与构建相关逻辑外，无需再额外进行过多的操作；
127.(4)本发明可以在各种情景下进行仿真调试，提前预防在实际agv物流系统中因调度方式所产生的问题；
128.(5)本发明的物流仿真模型接入调度系统后，调度系统将实时分析物流仿真模型传递过来的所有信息，掌控全局，智能地调度与控制agv模型，寻找最优路径，避开拥堵路段，智能避障，提高整体效率；
129.(6)本发明的物流仿真模型还可以和外部终端(如pda、手机等)连接，进行信息获取与远程控制操作。
130.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。