摘要：将数字孪生技术应用于货物动态装载过程，将数字孪生技术与货物装载优化的实时数据进行通信，实现数据与业务流程的融合。 在分析装载的动态约束和数字孪生应用价值的基础上，通过考虑装载作业和货物装配过程中的动态约束，建立了动态货物装载涉及的孪生模型。 初始加载方案生成后，这些模型可以验证加载的合理性，评估加载的平衡性和平滑度，实现基于数字孪生的加载计划的调整和优化。
关键词：货物装载; 负载优化; 动态约束; 数字孪生技术。
介绍。 货物装载通常是指货物在车厢、集装箱、托盘等二维或三维空间中的布局，即在满足相关约束条件的条件下确定每件货物的坐标位置，从而充分利用空间或装载能力1。 由于作业的动态性质，货物的装载需要满足相应的动态约束2。 装货产生的布局方案指导实际装箱或装车作业，结果往往是静态的，实际装车作业的执行过程较为复杂，因此随着物流配送流程的推进，装货布置方案面临着不断调整和优化的要求。 在传统的负载优化工作中，货物装载的动态操作性质仍然很少受到关注。 Verma等3总结了机器人装载中的约束**，物品不能放在现有物品下方，也不能重新装载，应避免机械臂接触装载的物品，机器人只能沿垂直Z轴旋转和放置物品，机器人只能以1厘米左右的精度进行操作。 Ramos等4提出了一种“左下角”启发式构造方法，在给定的集装箱装载模式下生成物理包装序列，该方法可以满足实际填充过程中的非干扰约束，但其稳定性仍是静态的。
数字孪生技术与物流业务活动相结合，可以搭建物流解决方案优化与实际运营之间的桥梁，达到提高解决方案可行性和物流活动效率的目的。 目前，数字孪生技术主要应用于产品设计、工程和制造，很少用于货运领域。 Eugene等5基于虚拟和真实数字孪生技术相结合的优化特征，实现了航空货舱布局方案和实际装载操作的优化。 邓建新等6将数字孪生技术应用于货物配送过程。 本文基于数字孪生技术的虚拟可视化、可追溯性和调整性特点，将其应用于动态货物装载过程，并利用数字孪生技术与货物装载布局计划和操作过程进行实时数据交互和反馈，从而实现数据与业务全流程的融合应用， 解决实际装运过程中对货物装车作业动态等因素考虑不足的问题，达到提高装车质量和效率的目的。
1 货物动态装载约束。
货物动态装载约束包括以下场景。
1）对加载操作执行过程的约束。在所有货物装载中，中小型货物在运输中占比较大，在实际操作中一般由手工完成包装或码垛。 由于操作人员的身高和臂长等生理因素，以及装载的货物在装载过程中可能阻挡视线的问题，操作人员很难或不可能按照生成的静态布局方案包装箱子。 此外，入口和内部通道的大小可能会限制某些货物的处理。
2）动态稳定性约束。货物装载稳定性包括静态稳定性和动态稳定性两大类。 静态稳定性类别是指货物的底部由下部货物或车厢底部支撑，因此不会出现垂直下降或滑动; 动态稳定性的范畴是指车辆在行驶过程中由于路面颠簸或车辆的加速度和制动而导致的横向移动和下落，货物在没有稳定的侧支撑的情况下受到惯性，甚至造成整个烟囱的倒塌。 静态稳定性容易被底面支护面积比例等数学方法描述和限制，而动态稳定性是由复杂的路况或卸载等可变因素引起的，难以用数学方法跟踪和确定。
3）动态平衡约束。货物装载平衡约束是指货物装载布局的重心应位于车辆中心附近，使货物的重心位于车辆纵向和横向的设定范围内，从而保证行驶和装卸作业的安全。 一些卡车负载还需要考虑轴载约束，即每个车辆轴承的重量限制，这也与负载7的重心位置有关。 重心位置的要求属于静态平衡条件的范畴，由于中间有货物装卸作业，原有的平衡布局状态会被打破，所以有恢复平衡状态的要求。
2 数字孪生技术在货物运输中的应用价值。
1）装载方案的合理性检查。在货物装载方案的生成中，需要根据货物材料、形状、重量、配送顺序等因素，针对不同的产品制定不同的装配方案。 在装卸和搬运过程中，包装方式的差异会引起产品质量的变化，导致产品在运输过程中的稳定性会受到影响。 因此，为了提前验证包装方案的合理性，有必要支持基于仿真**技术的物流技术。
2）装载操作的可视化。数字孪生技术具有虚拟与真实共生的特点，并将这一特征应用于货物的装配过程，通过数字孪生技术在数字空间构建货物模型，使现实世界中的货物与数字空间中的数字实现双向映射， 孪生体的数据连接和数据状态交互，从而达到装车车可视化的目的 8.
3）实时控制货物状态。数字孪生技术可以通过物联网等实时传感技术获取物理实体多状态数据，数字空间的孪生可以全面准确地反映货舱配送状态的变化，配送人员可以清楚地了解车厢的货物配送情况和外观， 通过系统界面对运输货物的状态和位置进行调整，从而智能动态地调整装载计划。
4）出货全过程的控制和优化。货物装配计划和配送路线计划生成后，输入货物的外观、体积、重量、属性等实物数据，并设定运输的目标和约束，数字孪生技术通过数据采集和融合分析能力输出装配方案4。 同时，在货物运输过程中，可以沿着路径轨迹跟踪货物状态的变化和趋势，通过最佳分析揭示物理环境对装载的影响因素，优化配送行程和装配计划。
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