随着电子商务在全球范围内的不断发展，物流成了互联网行业中一个至关重要的环节。而对于物流公司来说，有效地组织和管理仓储、运输和交付等环节是关键所在。其中，小件分拣系统是物流行业中非常重要的一环。它通过对小件包裹进行自动化分拣处理，大大提高了分拣效率和准确性。基于数字孪生技术的应用进一步优化了小件分拣系统，使其具有更高的智能化和自适应性。
一、数字孪生技术
1、数字孪生技术概述
数字孪生是指将物理世界中的实体对象复制为一个虚拟模型，并通过数据采集、仿真计算等方式对物理世界进行描述，从而实现与物理世界精准联系的技术。通常来说，构建数字孪生需要借助计算机视觉算法、深度学习方法等人工智能技术的支持，同时还需要采集来自传感器网络等各种源头产生的海量数据。所得到的虚拟模型可以在不同层次上描述物体结构、性质以及与周围环境的交互关系等信息。在数字孪生模型中，一般分为三个部分：数字模型、传感器数据接口和仿真引擎。
2、数字孪生技术特征
1）、全面感知
数字孪生技术通过物联网手段，将大量传感器采集的数据进行处理、融合和分析，从而获取被监控对象的状态、位置、运行情况等综合信息，同时还能够对各种工艺参数进行深度学习以及仿真模拟，并将这些信息传输至数学化建模软件中。
2）、高效连接性
数字孪生技术可以支持物理世界与虚拟世界之间的无缝整合和沟通，把两者联系起来形成一个完整的系统。因此，在使用数字孪生技术对某一设备或系统进行局部优化操作时，不会对其他部分造成任何影响。
3）、长周期稳定性
相比于传统的装置监测手段，数字孪生在虚拟环境中可以实时检测设备或系统运行状态变化，并可针对新发现问题进行预测和修复。此外，在持续运行过程中，数字孪生可以不断更新物理世界的状态，保证整个系统的稳定运行。
3、数字孪生技术的应用场景
1）、智能制造领域
数字孪生技术在机械、电子、光学、化工等各个制造领域都得到了广泛应用。采用数字孪生技术，可以对加工装备进行实时预测、异常检测以及自适应控制，从而提高设备效率、降低故障率和减少产品缺陷率。同时也为企业提供了一种新型智能化工厂管理方式。
2）、智慧城市领域
借助数字孪生技术，可以构建城市基础设施的虚拟模型，并对城市中存在的问题进行快速处理。例如，在交通管理方面，数字孪生技术可利用交通传感器网络收集大量数据，预测道路瓶颈和拥堵情况，并为公共交通和私人汽车提供优化方案；在环境监测方面则能够实现空气质量检测等功能。
3）、交通运输领域
在船舶、铁路和飞机等交通运输领域，数字孪生技术可以帮助船舶舰员在某些恶劣气象条件下模拟操作、提前调整，使得运输过程更加安全；在铁路领域中通过对车体状态和系统健康状况的实时监测和分析，及时修复部件损坏、减少故障率。同时，在空中交通管理领域，数字孪生可以预测飞机维修记录并生成最佳的飞行路径。
4）、医疗卫生领域
数字孪生技术可借助医学影像处理技术，将人体组织和器官等信息虚拟化并应用于外科手术模拟、疾病诊断等方面。同时，在医药制品的开发和测试阶段也能发挥重要作用。
5）、农业领域
在农业领域中，由于种植、饲养等过程涉及到大量物理变量的监测与控制需求，因此利用数字孪生技术模型针对特定地区或作物类型进行较为精确的模拟能够使得增产效果更好。
数字孪生是一项新兴技术，它在物理世界与虚拟世界之间架起了一座桥梁。数字孪生技术能够帮助设备和系统管理者在数字孪生环境中获取更准确的数据、模拟更真实的情境、提供更有效的决策支持，并以极小的损失修复物理世界中可能出现的问题。数字孪生技术在机器人操作、制造流程优化等方面都有着广泛应用前景，将会成为未来产业发展的新风口。
二、小件分拣系统
小件分拣系统是指一种用于将大量的小件进行分类和分拣的自动化系统。在物流和仓储领域中，小件分拣系统经常被运营商使用以提高生产率和效率，减少出错率。小件分拣系统通常由多个模块组成，包括输入模块、传输模块、扫描和识别模块、分类模块、输出模块等。
1、输入模块
输入设备是将货物从一个或多个位置输入到分选系统的设备。最常见的输入设备是输送带。这些输送带上同时可以放置多个货物，并且可以快速地传送到小件分拣机上。
2、传输模块
传输设备主要负责将货物沿着预定的路线运输到接受区域或对应仓位上。其中包含了轨道式、直接式、3D空间流动式三种不同类型的传送方式。一般采用3D空间流动式比较普遍。
3、扫描和识别模块
扫描和识别设备位于货物被传输过程中最前端(如装车口)，当货物进入时，自动扫描货物结构外观信息，例如条形码、二维码、RFID等，并将此信息传回分拣控制中心，以便进行货物的分类。
4、分类模块
分类设备是将识别出来的货物按照事先设定的规则进行分类。通过扫描和识别锁定了每个单件物品的位置及其属性之后，小件分拣系统会根据预设的逻辑算法对一批不同的采购订单或者销售订单进行统筹规划与优化处理。将订单相关产品清单传入控制台，在计算机程序端自动编排出一个最优化分拣路径，并按照顺序投放到货道上待下一步操作。
5、输出模块
输出设备是指根据分类结果将货物输送至相应目标区域的设备。通常使用输送带或抓取器。小件分拣系统会自动根据订单信息安排合适速度轨迹到指定区域。
在整个流程中，小件分拣系统会通过计算机软件进行管理和集成各个模块之间的交互和协作, 使整个过程实现确定性，精确高效运转。为了保证整个流程的顺畅安全，还需要配套其他辅助设备和安全措施。
三、数字孪生与小件分拣融合
在小件分拣系统优化中，数字孪生技术可以被用于以下几个方面：
1、虚拟仿真
数字孪生技术可以帮助工程师和专家预测和评估小件分拣系统的性能。通过收集实时数据，并与既定假设或条件相比较，就能改善体系结构、设计及决策。而且在新的想法或调整之前，网络建模和仿真方法可向企业决策者展示更多备选方案。基于该方法开展的研究表明，在产品设计上采用这种方法会大大缩短制造周期，优化维护并降低成本。
2、数据采集
采集数据是小件分拣系统运行成功所需的关键步骤。通过传感器采集的信息，数字孪生技术可以构建一个准确地反映实际情况的虚拟模型。这样的模型可以用于寻找优化可能性、实验假设和评估各种操作策略。
3、智能决策
小件分拣系统是一个内在复杂性的控制系统，并且需要精心协调才能发挥最佳效果。数字孪生技术可提供对系统进展的即时了解，以及对下一步行动所需资源和结果的计划。
依赖预先训练好的机器学习算法，该技术还能够自动化执行某些操作，例如将包裹按顺序排列，并将它们从头到尾进行分类。
4、系统优化
通过数字孪生技术收集数据并制定合适的算法，可以为小件分拣系统提供大量有效数据，使其运行更加优化。此外，基于该方法开展研究也可以改善供应链管理和连接客户体验等方面。
目前顺丰科技已经成功构建了中转场数字孪生分拣线，建立了高度逼真的物流自动化设备孪生体及数字孪生平台，为物流中转场提供了端到端的高度逼真的孪生验证环境，通过优化运营策略，提高了产能，降低了成本，解决了业务中的实际问题，实现了物流中转场的智能运维。
通过构建高度真实的虚拟数字孪生体对场地的真实分拣情况进行仿真模拟，平台依靠数据与算法输出了更优的分拣计划，大大提升了中转场地的分拣验证效率。以小件分拣计划为例，过去传统做法是，由经验丰富的资深管理人员人工制定分拣计划，但受限于验证环境的缺乏、验证周期较长、耗费人力物力等原因，因而人为制定分拣计划的优化效果存在较大上限。而现在基于数字孪生的全新优化方法，可以在逼真度达99%以上的虚拟孪生体中每天验证数千次，既高效可靠又突破了优化的瓶颈，分拣效果更优。在现实中转场小件分拣机的多个作业班次上验证，可增加超8%的半圈落格的件量，且在相同件量下可缩短超10%的分拣时长，在固定分拣时长下可实际提升超8%的平均产能。数字孪生与小件分拣融合是一条必由之路。综合应用数字孪生技术以推进物流发展与升级，使物流不再是“瓶颈”。这不仅提升了效率与服务质量，还可能开辟出全新的市场。
顺丰科技致力于构建数字时代的智慧供应链生态，成为智慧供应链的领导者。顺丰科技将多元业务中沉淀的海量数据和行业解决方案经验，结合领先的数字化、可视化、智能化物流技术应用，推动供应链全环节技术创新、助力各行业客户打造高效响应的现代化供应链体系。
