本书是作者团队根据其在工业互联网与智能物流关键技术领域的多年研究成果编著而成的，重点介绍了作者团队在该领域的*新研究及应用。全书共7章，包括工业互联网与智能物流概述、工业互联网赋能智能物流的关键技术、5G互联网技术在智能物流场景的应用、工厂内物流规划关键技术、工厂内物流调度关键技术、工业园区仓储物流关键技术以及5G工业园区智能物流案例。本书采用理论与案例相结合的形式，方便读者基于实际案例理解工业互联网下的智能物流技术，可供工业互联网领域的IT/OT技术人员、垂直行业解决方案架构师、寻求企业数字化转型方案的管理决策人员以及高等院校相关专业的师生查阅、参考。

本书由加拿大工程研究院院士、华中科技大学教授沈卫明领衔撰写，依托作者团队在工业互联网与智能物流关键技术领域的多年研究成果编著而成的，重点介绍了作者团队在该领域的*新研究及应用，采用全彩精装的印装工艺，将理论与实践知识更好地呈现给读者。 本书为工业互联网前沿技术丛书的其一分册，丛书已入选十四五时期国家重点出版物出版规划项目，国家出版基金项目。

总序一 工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式。它以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，通过对人、机、物全面连接，变革传统制造模式、生产组织方式和产业形态，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型工业生产制造和服务体系，对提升产业链现代化水平、促进数字经济和实体经济深度融合、引领经济高质量发展具有重要作用。 工业互联网前沿技术丛书是中国工业互联网研究院与华中科技大学出版社共同发起，为服务工业互联网创新发展国家重大战略，贯彻落实深化互联网＋先进制造业 第十四个五年规划和2035年远景目标 等国家政策，面向世界科技前沿、面向国家经济主战场和国防建设重大需求，精准策划汇集中国工业互联网先进技术的一套原创科技著作。 丛书立足国际视野，聚焦工业互联网国际学术前沿和技术难点，助力我国制造业发展和高端人才培养，展现了我国工业互联网前沿科技领域取得的自主创新研究成果，充分体现了权威性、原创性、先进性、国际性、实用性等特点。为此，向为丛书出版付出聪明才智和辛勤劳动的所有科技工作人员表示崇高的敬意！ 中国正处在举世瞩目的经济高质量发展阶段，应用工业互联网前沿技术振兴我国制造业天地广阔，大有可为！丛书主要汇集高校和科研院所的科研成果及企业的工程应用成果。热切希望我国IT人员与企业工程技术人员密切合作，促进工业互联网平台落地生根。期望丛书绚丽的科技之花在祖国大地上结出丰硕的工程应用之果，为制造强国、网络强国建设作出新的、更大的贡献。中国工程院院士中国工业互联网研究院技术专家委员会主任北京化工大学教授 高金吉2023年5月总序二 工业互联网作为新一代信息通信技术与工业经济深度融合的全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式，是抢抓新一轮工业革命的重要路径，是加快数字经济和实体经济深度融合的驱动力量，是新型工业化的战略支撑。习近平总书记高度重视发展工业互联网，作出深入实施工业互联网创新发展战略，持续提升工业互联网创新能力等重大决策部署和发展要求。党的二十大报告强调，推进新型工业化，加快建设制造强国、网络强国，加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合。这为加快推动工业互联网创新发展指明了前进方向、提供了根本遵循。 实施工业互联网创新发展战略以来，我国工业互联网从无到有、从小到大，走出了一条具有中国特色的工业互联网创新发展之路，取得了一系列标志性、阶段性成果。新型基础设施广泛覆盖。工业企业积极运用新型工业网络改造产线车间，工业互联网标识解析体系建设不断深化。国家工业互联网大数据中心体系加快构建，区域和行业分中心建设有序推进。综合型、特色型、专业型的多层次工业互联网平台体系基本形成。国家、省、企业三级协同的工业互联网安全技术监测服务体系初步建成。产业创新能力稳步提升。端边云计算、人工智能、区块链等新技术在制造业的应用不断深化。时间敏感网络芯片、工业5G芯片/模组/网关的研发和产业化进程加快，在大数据分析专业工具软件、工业机理模型、仿真引擎等方向突破了一批平台发展瓶颈。行业融合应用空前活跃。应用范围逐步拓展至钢铁、机械、能源等45个国民经济重点行业，催生出平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理等典型应用模式，有力促进提质、降本、增效、绿色、安全发展。5G与工业互联网深度融合，远程设备操控、设备协同作业、机器视觉质检等典型场景加速普及。 征途回望千山远，前路放眼万木春。面向全面建设社会主义现代化国家新征程，工业互联网创新发展前景光明、空间广阔、任重道远。为进一步凝聚发展共识，展现我国工业互联网理论研究和实践探索成果，中国工业互联网研究院联合华中科技大学出版社启动工业互联网前沿技术丛书编撰工作。丛书聚焦工业互联网网络、标识、平台、数据、安全等重点领域，系统介绍网络通信、数据集成、边缘计算、控制系统、工业软件等关键核心技术和产品，服务工业互联网技术创新与融合应用。 丛书主要汇集了高校和科研院所的研究成果，以及企业一线的工程化应用案例和实践经验。囿于工业互联网相关技术应用仍在探索、更迭进程中，书中难免存在疏漏和不足之处，诚请广大专家和读者朋友批评指正。是为序。中国工业互联网研究院院长鲁春丛2023年5月前言 本书依托国家重点研发计划面向可持续制造的能源与资源效率提升方法研究及系统开发（项目编号：2022YFE0114200）等项目的研究成果，从关键技术、平台架构和创新应用三个维度，阐述了工业互联网赋能智能物流的理论、方法、技术和应用，以有助于基于工业互联网的智能物流系统的状态感知、实时分析、科学决策与精准执行的实现，形成智能物流新模式，服务国民经济的发展。本书重点论述了笔者团队在5G网络和智能物流关键技术领域的*新研究及其在工业互联网中的前沿应用，为读者提供了一个全新的视角来看待工业互联网下智能物流系统的新模式，为行业的发展提供新的思路和方向。 本书围绕工业互联网与智能物流的关键技术展开，共7章，其中：第1章工业互联网与智能物流概述，介绍了工业互联网与智能物流的内涵、意义及其使能技术，提出了工业互联网与智能物流的体系架构，并系统阐述了工业互联网对智能物流的推动作用；第2章工业互联网赋能智能物流的关键技术，围绕工业互联网赋能智能物流的使能技术，将工业互联网赋能智能物流的关键技术一分为三，并详细探讨了关键技术背后的关键问题，归纳总结了核心关键技术的发展现状，同时结合智能物流场景讨论了相关技术领域的未来发展方向；第3章5G互联网技术在智能物流场景的应用，基于前两章给出了相应的5G边缘计算应用框架，并结合智能物流系统的多个应用场景对该应用框架进行了详细说明；第4章工厂内物流规划关键技术，基于传统的系统设计理论，分析了车间设备布局以及工业物流机器人系统的规划理论、耦合关系以及协同优化设计方法，并在此基础上提出了一种车间设备布局与AGV系统集成协同设计的新方法；第5章工厂内物流调度关键技术，以实际自动化装配生产线为背景，研究AGV系统配送物料的任务调度方法，并在调度模型的基础上提出了一种新的算法，得到了优化的项目调度方案；第6章工业园区仓储物流关键技术，针对工业互联网下仓储技术中机器人移动货架系统的拣选优化问题，基于数据挖掘、运筹优化等理论和方法，提出了一种提高拣选效率的新的优化方法；第7章5G工业园区智能物流案例，针对工业园区的制造任务和运输任务的协同方案，研究了5G工业园区智能物流系统，建立了车联网系统框架，并对智能运输和自主配置子部分进行了设计。 本书由沈卫明总体策划，由史彦军和王征统稿。其中，第1章由沈卫明和宁诗铎撰写，第2章由邓植云和杨晨撰写，第3章由史彦军和韩俏梅撰写，第4章由曲欣然和刘庄成撰写，第5章由史彦军和潘耀辉撰写，第6章由王征撰写，第7章由韩俏梅和曲欣然撰写。*后，宁诗铎、邓植云和曲欣然对全书进行了整理和校对。 本书可供工业互联网领域的IT/OT技术人员、垂直行业解决方案架构师、寻求企业数字化转型方案的管理决策人员以及高等院校相关专业的师生查阅、参考。编著者2022年12月

加拿大工程院院士、IEEE Fellow、加拿大工程研究院Fellow（Fellow of Engineering Institute of Canada）。现任华中科技大学教授、博士生导师。兼任国际期刊IET CIM主编，IEEE TSMC、TASE等杂志副主编。主要从事协同设计与制造、智能制造、生产调度、物联网、大数据、智能体理论与应用等方面的研究。参与制定科技部绿色制造十二五专项规划，牵头科技部重点研发计划、基金委联合基金及重大项目等多项课题，在国际杂志及会议上发表论文550多篇，其中SCI检索240多篇，谷歌论文被引16000余次（其中单篇论文被引*高1000余次），谷歌学术H指数60。曾获IEEE加拿大唐纳工业领袖奖和加拿大联邦大楼*佳能效奖，入选美国斯坦福大学发布的全球前2%*科学家榜单。

第1章工业互联网与智能物流概述/1

1.1工业互联网的内涵与意义/1

1.1.1概念、发展与演变/1

1.1.2内涵与定义/3

1.1.3知识体系/3

1.1.4学科建设/4

1.2智能物流内涵及使能技术/4

1.3工业互联网与智能物流的体系架构/5

1.4工业互联网对智能物流的推动作用/7

1.5小结/7

第2章工业互联网赋能智能物流的关键技术/8

2.1互联与信息集成技术/8

2.1.1技术简介及其特点/8

2.1.2核心关键技术/9

2.1.3技术难点/10

2.2智能规划与调度技术/11

2.2.1技术简介及其特点/11

2.2.2核心关键技术/12

2.2.3技术难点/12

2.3工业互联网平台技术/13

2.3.1技术简介及其特点/13

2.3.2核心关键技术/14

2.3.3技术难点/17

2.4小结/18

第3章5G互联网技术在智能物流场景的应用/19

3.1智能制造的信息物理系统架构/19

3.25G互联网关键技术/20

3.2.15G架构/20

3.2.25G技术支持的应用场景/20

3.2.3网络切片/22

3.2.4NFV/SDN技术/23

3.2.5多接入边缘计算/23

3.2.6D2D通信技术/23

3.35G互联网技术在智能物流场景中的应用研究/26

3.3.1智能物流场景下的应用/26

3.3.2新型5G边缘计算应用框架/28

3.45G互联网技术的应用展望/30

3.5小结/31

工业互联网与智能物流关键技术目录第4章工厂内物流规划关键技术/32

4.1当前工厂内物流规划技术分析/32

4.1.1物流规划技术概述/33

4.1.2工程实际需求/36

4.1.3设备布局研究现状/37

4.1.4AGV路径规划研究现状/38

4.1.5工业互联网下的物流规划技术/42

4.2车间设备布局与AGV系统规划协同/43

4.2.1问题描述/43

4.2.2WACO问题模型/45

4.2.3求解框架/47

4.2.4求解算法/51

4.2.5结果比较/54

4.3工业互联网技术在物流规划领域的应用展望/55

4.4小结/55

第5章工厂内物流调度关键技术/56

5.1工厂内物流调度现状分析/56

5.1.1物流调度技术概述/56

5.1.2工程实际需求/57

5.1.3AGV任务调度研究现状/58

5.1.4资源受限项目调度研究现状/59

5.1.5工业互联网下的物流调度技术/61

5.2AGV调度方法与技术/61

5.2.1AGV系统的基本架构/61

5.2.2AGV系统任务调度描述/64

5.2.3AGV系统任务调度要素分析/65

5.2.4AGV系统任务调度模型构建/66

5.3资源受限情况下基于粒子群算法的AGV系统

任务调度研究/67

5.3.1粒子群优化算法概述/68

5.3.2粒子群优化算法的基本流程/69

5.3.3粒子群优化算法的参数分析/70

5.3.4离散粒子群优化算法设计/71

5.3.5测试集验证/80

5.4案例/83

5.4.1制造车间实例求解/84

5.4.2任务要素改变/87

5.4.3AGV系统调度分析/90

5.4.4AGV系统集成/92

5.5工业互联网技术在物流调度领域的应用展望/94

5.6小结/95

第6章工业园区仓储物流关键技术/96

6.1当前仓储物流现状分析/97

6.1.1概述/97

6.1.2货位分配优化/98

6.1.3机器人调度优化/99

6.1.4工业互联网下仓储物流技术/101

6.2机器人移动货架系统概述/102

6.2.1机器人移动货架系统仓库布局/103

6.2.2机器人移动货架系统硬件设备/103

6.2.3机器人移动货架系统运作流程/104

6.2.4机器人移动货架系统拣选优化/105

6.3机器人移动货架系统货位分配决策与优化/105

6.3.1问题描述与分析/106

6.3.2模型构建/108

6.3.3问题复杂性分析/112

6.3.4模拟退火算法设计/112

6.3.5实验分析/116

6.3.6管理启示/124

6.4机器人移动货架系统调度优化/125

6.4.1问题描述与分析/125

6.4.2模型构建/126

6.4.3问题复杂性分析/130

6.4.4货架选择的改进的模拟退火算法设计/131

6.4.5搬运机器人调度的禁忌搜索算法设计/133

6.4.6实验分析/141

6.4.7管理启示/155

6.5工业互联网技术在仓储物流领域的应用展望/155

6.6小结/156

第7章5G工业园区智能物流案例/157

7.15G工业园区物流的现状分析/158

7.1.1车联网技术的研究现状/158

7.1.2车联网仿真平台的研究现状/160

7.25G工业园区物流系统框架/162

7.2.1总体设计方案/162

7.2.2子系统的设计方案/162

7.2.3智能运输层设计及功能优化/165

7.35G工业园区智能物流方法/177

7.3.1分析目标级联方法/177

7.3.2自主配置层的架构及工作流程/177

7.3.3应用于工业园区车联网系统的ATC机制/180

7.3.4ATC和AIO在应用场景中的比较分析/183

7.45G工业园区智能物流案例分析/189

7.4.1工业园区车联网系统仿真平台设计/189

7.4.2工业园区车联网系统交通仿真/191

7.4.3工业园区车联网系统通信网络仿真/193

7.4.4车联网系统仿真的测试评估方法/195

7.4.5车联网系统仿真实验/202

7.5小结/214

参考文献/216