CES | 使用 NVIDIA cuOpt 優(yōu)化 Isaac Sim 機(jī)器人路線規(guī)劃
郵件收發(fā)室的工作人員從不同的站點(diǎn)接收郵件和包裹，并將其發(fā)送給不同的收件人。因?yàn)橛行┼]件具有時(shí)效性，所以他們利用自己的知識，以盡可能短的時(shí)間計(jì)劃路線。
這一郵件傳遞難題可以通過使用運(yùn)籌學(xué)的技術(shù)從數(shù)學(xué)上解決，運(yùn)籌學(xué)是一門應(yīng)用分析模型來提高決策和系統(tǒng)效率的學(xué)科。運(yùn)籌學(xué)背后的數(shù)學(xué)科學(xué)也高度適用于機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化和材料處理系統(tǒng)的過程建模和管理。
NVIDIA cuOpt是一個(gè)運(yùn)籌學(xué)優(yōu)化 API，可幫助您創(chuàng)建復(fù)雜的實(shí)時(shí)車隊(duì)路線。這些 API 可用于解決具有多個(gè)約束的復(fù)雜路由問題，并提供動(dòng)態(tài)重新路由、作業(yè)調(diào)度和機(jī)器人路線規(guī)劃等新功能，同時(shí)使用亞秒解算器響應(yīng)時(shí)間。
NVIDIA cuOpt for Isaac Sim擴(kuò)展是 NVIDIA cuOpt 引擎的部署，直接與NVIDIA Isaac Sim機(jī)器人仿真環(huán)境（NVIDIA Omniverse應(yīng)用程序）集成。
路線優(yōu)化問題
物流專業(yè)人員致力于實(shí)時(shí)路線優(yōu)化問題。例如旅行商問題（TSP）、車輛路徑問題（VRP）和取貨和送貨問題（PDP）。
VRP 和 PDP 源于更學(xué)術(shù)的 TSP，這是運(yùn)籌學(xué)中研究最多的問題之一。它提出了以下問題：“給定目的地列表和每對目的地之間的距離，訪問每個(gè)目的地一次并返回原始位置的最短路線是什么？”
TSP 在規(guī)劃和物流方面有多種應(yīng)用，其直接使用可以在倉庫、酒店、醫(yī)院或制造設(shè)施內(nèi)節(jié)省大量的物料移動(dòng)時(shí)間，這需要在上下客點(diǎn)之間進(jìn)行路線優(yōu)化。
在規(guī)劃和運(yùn)營中使用 cuOpt
機(jī)器人公司在機(jī)器人部署的規(guī)劃階段和連續(xù)操作期間都使用 cuOpt。例如，在項(xiàng)目規(guī)劃階段，設(shè)施的流程布局向系統(tǒng)規(guī)劃人員通知成功項(xiàng)目 ROI 的吞吐量要求。
為了繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)機(jī)器人車隊(duì)在設(shè)施內(nèi)運(yùn)行時(shí)，Isaac Sim 擴(kuò)展的 NVIDIA cuOpt 可根據(jù)系統(tǒng)變量（如障礙物、交通量、吞吐量需求峰值、卡車到達(dá)或離開時(shí)間的變化或機(jī)器人自身的電池電量水平）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重新路由。
在過去，公司通過使用離線、低保真度的數(shù)字孿生系統(tǒng)（稱為離散事件模擬器）來設(shè)計(jì)材料處理和路由過程。對于未來的響應(yīng)式機(jī)器人部署，如機(jī)器人即服務(wù)（RaaS），NVIDIA cuOpt For Isaac Sim 作為實(shí)時(shí)問題解決程序運(yùn)行。它直接與機(jī)器人部署環(huán)境交互，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)變化的直接集成和響應(yīng)。
據(jù) McKinsey 報(bào)道，“高管們正在投資實(shí)現(xiàn)幾乎所有功能的數(shù)字化和自動(dòng)化。超過 60% 的受訪者表示，他們已經(jīng)實(shí)施或正在擴(kuò)大數(shù)字化和自動(dòng)化解決方案?！?/strong>
例如，制造移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器人叉車或服務(wù)交付機(jī)器人的公司可以模擬其車隊(duì)如何以不同于人或輸送機(jī)的時(shí)間移動(dòng)材料。為了充分認(rèn)識系統(tǒng)性差異，操作必須分析從對象的原始位置到一個(gè)或多個(gè)目的地的過程的整個(gè)材料移動(dòng)流程。
大規(guī)模部署機(jī)器人的公司可以使用 NVIDIA cuOpt for Isaac Sim 擴(kuò)展，通過以下步驟將現(xiàn)有操作轉(zhuǎn)化為機(jī)器人流程：
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機(jī)器人準(zhǔn)備就緒：
使用 NVIDIA Isaac Sim 對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行建模
測試物料移動(dòng)流程及其吞吐量要求
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棕地設(shè)施的重新設(shè)計(jì)：
模型更新的設(shè)施計(jì)劃和路線
使用模擬機(jī)器人測試更新的布局
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實(shí)時(shí)分析和重新路由：
測量實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能
使機(jī)器人能夠根據(jù)工藝變化改變路線
示例：制造
描繪一個(gè)制造過程，其中制造設(shè)施的下游步驟依賴于零件的及時(shí)交付。假設(shè)這些零件遲到了。在這種情況下，這些制造機(jī)器會挨餓，工廠當(dāng)天生產(chǎn)的產(chǎn)品也會減少。
低效的路線優(yōu)化很容易成為材料及時(shí)交付的瓶頸或約束。當(dāng)單個(gè)流程步驟的效率低于其他流程時(shí)，它會減慢整個(gè)操作流程。
示例：倉儲
在倉儲中，地面障礙物或交通會減慢移動(dòng)機(jī)器人的速度，增加預(yù)測的運(yùn)輸時(shí)間。這些機(jī)器人需要?jiǎng)討B(tài)改變路線，當(dāng)機(jī)器人的路線被遮擋時(shí)，該路線會對變量做出反應(yīng)。如果移動(dòng)機(jī)器人卡住或減速，那么它將成為整個(gè)操作的瓶頸或約束，因此它們需要對障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。
機(jī)器人總是在材料如何在其整個(gè)系統(tǒng)中移動(dòng)的情況下工作。當(dāng)測量或預(yù)測機(jī)器人的移動(dòng)時(shí)，樓層管理人員可以使用更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)流來確定如何管理整個(gè)流程的正常運(yùn)行時(shí)間。
針對關(guān)鍵業(yè)務(wù)約束優(yōu)化路線
NVIDIA cuOpt 使用靈活的優(yōu)化求解器和正在申請專利的并行核心引擎，可評估多種解決方案并混合車隊(duì)組合，從而提供高質(zhì)量的結(jié)果。
NVIDIA cuOpt for Isaac Sim 擴(kuò)展使團(tuán)隊(duì)能夠利用 NVIDIA 的加速性能。通過提供優(yōu)化的任務(wù)分配和路由解決方案，您可以在很短的時(shí)間內(nèi)生成數(shù)千個(gè)環(huán)境和配置，這些解決方案由基于沖突的占用圖通知。
您可以輕松地更改系統(tǒng)參數(shù)，如預(yù)算、交付速度和穩(wěn)健性，以確定適合您運(yùn)營需求的理想布局。例如，物料搬運(yùn)和倉儲行業(yè)對以下流程的優(yōu)化和效率有特定需求：
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改進(jìn)拾取路徑優(yōu)化
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增加倉庫容量
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改善安全和工作條件
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最大化存儲密度
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提高訂單履行質(zhì)量率
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多流程物料移動(dòng)計(jì)劃
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應(yīng)對材料投入和瓶頸的日常變化
為流程做出正確的運(yùn)營決策是最大化產(chǎn)出同時(shí)最小化前期和持續(xù)成本的關(guān)鍵。借助 NVIDIA cuOpt for Isaac Sim 擴(kuò)展，機(jī)器人車隊(duì)可以在設(shè)施布局和運(yùn)營期間的任何時(shí)間點(diǎn)做出動(dòng)態(tài)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。機(jī)器人公司和用戶在系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)、流程效率以及能夠?qū)崟r(shí)采取可衡量的行動(dòng)方面獲得優(yōu)勢。
圖 1. 使用 CuOpt 進(jìn)行倉庫路線規(guī)劃
現(xiàn)在開始
要開始為 Isaac Sim 擴(kuò)展使用 NVIDIA cuOpt ，請使用以下資源：
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下載 NVIDIA Isaac Sim：
https://developer.nvidia.com/isaac-sim
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查看 NVIDIA cuOpt Isaac Sim 演示 GitHub 存儲庫：
https://github.com/NVIDIA/cuOpt-Resources/tree/branch-22.10/cuopt-isaacsim-sample-extension
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通過 DLI 課程提升您的技能， Isaac Sim 機(jī)器人仿真簡介：
https://courses.nvidia.com/courses/course-v1:DLI+S-OV-03+V1/
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