如何测试尚未投入使用的包裹分拣系统：数字孪生的应用

作者：Janne Walsted 和 Lars Guldager

CEP 公司在获取正确系统设计方面的压力

在为当今大型现代化包裹配送中心投资新分拣系统时，CEP 运营商需要设计验证：他们必须确保所投资的系统能够真正满足其业务需求以及未来的运营。

那么，配送中心如何才能确信其投资的新系统能够以最高性能处理其包裹量和分拣计划呢？

当然，CEP 公司可以对系统进行物理测试，而且这确实是过去进行测试的方式。但物理测试给大型配送中心带来了许多显而易见的问题：

• 系统越大、越复杂，物理测试的实际操作就越繁琐（甚至不可能）。
• 物理测试对 CEP 公司来说成本高昂。
• 物理测试非常耗时——CEP 企业可能需要进行多次物理运行，才能确信新系统已准备就绪并能满足其特定的业务要求。

例如，要测试一个系统能否每小时处理 60,000 个包裹，这需要收集和存储 60,000 个包裹，制作和打印 60,000 个包裹标签，标记包裹，并配备训练有素、经验丰富的员工来处理包裹，才能准确了解系统性能。

通过使用数字孪生来测试系统，配送中心可以免除这项巨大的物流工作、时间和金钱。

什么是数字孪生？

但是，当我们建议使用数字孪生时，我们究竟在谈论什么？

一个 数字孪生 是物理资产或操作的数字副本或数字叠加。 这种数字表示或虚拟模型复制了资产的性能，使数字孪生的创建者能够确定该资产（在本例中是自动化分拣系统）是否以高性能运行以及可以在何处进行改进。

数字孪生背后的基础设施

数字孪生是两个组件的组合：数据和给定系统的表示。表示可以是二维或三维的，具体取决于解决方案提供商。

数据经过收集、丰富，并通过高度先进的可视化软件运行。数据在表示之上添加了一个视觉层，使信息与操作系统的员工相关联。

这些从数据中提取的层可以包含系统吞吐量、“未读取”、功耗以及机械和电气状态等信息。 数字孪生一个极其有价值的特性是可以通过各种过滤器进行观察。 例如，CEP 专业人员可以观察其整个分拣系统，同时只关注分拣能力。

数字孪生作为成熟技术：其在其他行业的应用

数字孪生并非新技术——它们由 NASA 在 20 世纪 90 年代发明——此后已在其他行业中取得了巨大成效。

例如，数字孪生在机场行业已使用了多年。由于机场的行李处理系统庞大而复杂，因此在软件实施之前，某种形式的数字建模测试变得必不可少。许多机场已成功使用数字孪生技术来测试行李吞吐量和分拣能力。

然而，最初作为软件培训和测试手段的数字模型，已导致其更广泛的应用。机场运营商已在日常运营中使用数字孪生来实现更大的优化、系统异常检测和预测性维护。随着越来越多的数据被添加，数字孪生将很快被用于测试更多变量，例如餐饮流程或机场行李集装箱的运输。

数字孪生如何使 CEP 公司受益

通过机场行业应用数字孪生技术所获得的经验和知识，将真正使 CEP 行业受益。

数字孪生对于 CEP 专业人员来说是测试分拣能力和模拟生产场景的宝贵工具。通过观察数字孪生，他们可以全面了解实际系统及其流程在物理世界中如何运作。

通常，系统提供商会协助配送中心建立从分拣系统（例如 PLC 或传感器）收集数据所需的基础设施。 即使该枢纽是一个新建项目，尚未生成数据，它也可以使用计算机生成的数据进行测试。 提供商处理数据并将其通过高度先进的可视化软件运行。 结果就是数字孪生——一个以 3D 形式重建的分拣系统版本。

在模型中可视化时，所有包裹/物品和系统元素都采用颜色编码。颜色根据系统内部的实时状态变化——例如，包裹来自哪个预分拣线，是否通过了分拣系统中的感应扫描仪，是否在系统中循环等。所有颜色代码都可以调整以匹配 CEP 设施中的其他监控系统。

测试机会

一旦数字孪生建成，CEP 公司就可以将其分拣计划应用于系统，并测试不同的变量、策略和配置。数字孪生可以以非常高的准确度确定：

• 系统分拣能力——包括它如何处理进入和离开配送中心的包裹
• 系统可用性
• 系统速度
• 系统处理“未读取”的能力
• 系统对配送中心收到的货件数量的性能
• 系统在不同操作条件下的性能
• 系统未来的可持续性及其处理不断变化的包裹组合的能力
• 系统所需操作员数量——取决于一周/季节的时间（节假日、黑色星期五等）

例如，配送中心可能需要知道在更换滚筒笼之前有多少物品可以进入滑槽，此时系统必须关闭。数字孪生可以精确模拟滚筒笼必须关闭的时间，然后才能再次将物品排入滑槽。

CEP 运营经理可以通过模拟多种业务策略并观察这些策略在屏幕上的表现来获得这些以及许多其他见解——所有这些都无需寻找物品或资源来准确测试系统吞吐量。

因此，数字孪生可以成为指导重大投资决策的完美测试工具。

实时系统改进机会

除了需要验证新包裹处理系统的设计外，CEP 运营商还可以在日常运营场景中部署数字孪生，以深入了解如何在任何给定时间点优化其系统。

借助数字孪生的可视化功能，CEP 经理可以对其分拣系统进行即时调整，以实时提高吞吐量，并发现系统错误的根本原因，而无需持续监控 CEP 业务包裹运营的每个部分。

在优化系统可用分拣能力的使用方面，数字孪生可以帮助最大限度地减少浪费的分拣能力并优化设备和流程。CEP 公司在实施数字孪生后大幅提高吞吐量的情况并不少见。

总结

当物理计算不切实际或无法实现时，数字孪生是一种非常经济高效的手段，可以准确评估分拣系统是否符合 CEP 业务的要求和运营。这项成熟的技术可以通过精确测试系统是否符合其业务策略，为 CEP 专业人员的投资决策提供信息。有了这些完美的测试工具，CEP 运营商无需花费一分钱即可建立“真实”的表示。