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在智能制造時(shí)代，制造企業(yè)需要根據用戶(hù)需求進(jìn)行大規模定制化生產(chǎn)，并控制生產(chǎn)成本。這無(wú)疑對其物流系統提出了很多全新的要求。這也是為什么在研究智能制造的時(shí)候，必須重點(diǎn)研究智能物流的原因。隨著(zhù)智能物流與倉儲系統已被列為我國重點(diǎn)發(fā)展的五大核心智能制造裝備之一，越來(lái)越多的制造企業(yè)正在或準備上馬智能物流建設項目。

　　2017年可以說(shuō)是我國推進(jìn)智能制造發(fā)展的關(guān)鍵年，在此趨勢下，制造企業(yè)的物流系統、信息系統、供應鏈究竟該如何升級優(yōu)化成為十分重要的課題，備受關(guān)注。因此，本期專(zhuān)題聚焦“面向智能制造的物流系統建設”主題，圍繞智慧供應鏈、智能物流系統解決方案、智能物流相關(guān)技術(shù)設備、智能物流信息系統等企業(yè)智能物流建設的核心要素，分析需求，探討問(wèn)題，提供思路，分享經(jīng)驗。

　　在智能制造的框架內，智能物流將建立在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、信息物理系統（CPS）、大數據等技術(shù)基礎之上，以物流系統實(shí)時(shí)透明和離散智能控制為目標，實(shí)現與工業(yè)4.0的技術(shù)對接。它旨在智能連接與集成企業(yè)內外部全部的物流流程，最終實(shí)現物流網(wǎng)絡(luò )全透明與離散式的實(shí)時(shí)控制。本文簡(jiǎn)要闡述了智能制造下的智能物流系統組成、相關(guān)技術(shù)發(fā)展，最后探討了智能物流落地面臨的挑戰與應對策略。

　　在工業(yè)4.0時(shí)代，生產(chǎn)制造活動(dòng)的發(fā)起點(diǎn)不再是制造企業(yè)，而是最終用戶(hù)。整個(gè)價(jià)值鏈由過(guò)去企業(yè)推動(dòng)的模式轉變?yōu)橛脩?hù)拉動(dòng)的模式，即一切生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的出發(fā)點(diǎn)變成了最終用戶(hù)。用戶(hù)的需求變得更加個(gè)性化、高端化，講究參與感與快速響應。制造企業(yè)需要有能力使用戶(hù)參與到產(chǎn)品設計中，根據用戶(hù)需求進(jìn)行生產(chǎn)。這就是所謂的大規模定制模式，即，由用戶(hù)來(lái)決定企業(yè)生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少，此外還必須控制在較低的成本下。

　　在這種新的生產(chǎn)模式下，首先受到?jīng)_擊的其實(shí)正是制造企業(yè)的物流部分。為了滿(mǎn)足用戶(hù)定制化、快速響應等要求，需要物料配送模式更具有高柔性的自動(dòng)化，具有根據訂單做出快速響應的能力。這也就是為什么在研究智能制造的時(shí)候，必須重點(diǎn)研究智能物流的原因。

　　一、智能制造對智能物流提出的要求

　　在智能制造時(shí)代，大規模定制的需求對智能物流系統提出了很多全新的要求。例如，在汽車(chē)行業(yè)，過(guò)去消費者可選購的車(chē)型很少，而現在不僅各大品牌車(chē)型多樣化，更實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步是消費者可對零部件種類(lèi)做出更多選擇；尤其是當零部件數量呈爆炸式增長(cháng)后，各種配置總和可達到10的32次方，這意味著(zhù)在一個(gè)月甚至更長(cháng)時(shí)間內，一條生產(chǎn)線(xiàn)不會(huì )下線(xiàn)兩輛相同的車(chē)型。為了支持這種生產(chǎn)模式，要求智能制造體系中的智能物流系統必須滿(mǎn)足全流程數字化、網(wǎng)絡(luò )化、高柔性的自動(dòng)化和智能化的要求。

　　1.全流程數字化

　　在未來(lái)智能制造的框架內，智能物流系統能夠智能地連接與集成企業(yè)內外部的全部物流流程，實(shí)現物流網(wǎng)絡(luò )的全透明與離散式的實(shí)時(shí)控制，而實(shí)現這一目標的核心在于數字化。只有做到全流程數字化，才能使物流系統具有智能化的功能。

　　2. 網(wǎng)絡(luò )化

　　智能物流系統中的各種設備不再是單獨孤立地運行，它們通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能地連接在一起，構成一個(gè)全方位的網(wǎng)狀結構，可以快速地進(jìn)行信息交換和自主決策。這樣的網(wǎng)狀結構不僅保證了整個(gè)系統的高效率和透明性，同時(shí)也最大限度地發(fā)揮每臺設備的作用。

　　3.高柔性的自動(dòng)化

　　在大規模定制時(shí)代，生產(chǎn)本身是一種柔性化的生產(chǎn)。在自動(dòng)化的基礎上，要求對應的物流系統具備更高的柔性。柔性化的物流系統，既包括了流程方面的要求，也包括了硬件上、布局上的柔性化要求。例如，在物流流程的設計中，盡量用多對多的方式來(lái)代替一對一的設計；硬件和布局上，盡量考慮到未來(lái)根據生產(chǎn)需求進(jìn)行布局調整以及系統調整的可能性。

　　4.智能化

　　智能化是智能物流系統提出的最核心的要求，是智能物流不同于以往的最大特點(diǎn)。面對大規模的定制需求，以及成本降低、效率優(yōu)化，需要將生產(chǎn)中每個(gè)環(huán)節的智能化程度提高，將它們智慧相聯(lián)，使它們具有自主決策的能力，同時(shí)去中心化，不僅是任務(wù)的執行者，也是任務(wù)的發(fā)起者。

　　二、智能物流系統組成及其功能特點(diǎn)

　　智能單元化物流技術(shù)、智能物流裝備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智能物流信息系統是打造智能物流的核心元素。在這個(gè)智能物流系統中的一切設備，不管是單元化物流設備還是自動(dòng)化物流裝備，都將是自主決策、去中心化、離散控制的，它們擁有高度的自動(dòng)化和柔性。

　　1.智能單元化物流技術(shù)

　　單元化物流根據集裝器具可分為：集裝箱單元化物流、托盤(pán)單元化物流和周轉箱單元化物流。在現代單元化物流技術(shù)中，單元器具不僅是物料的載體，也成為信息流的載體。單元化物流的功能，是將原來(lái)分立的物流各環(huán)節有效地聯(lián)合為一個(gè)整體，使整個(gè)物流系統實(shí)現合理化。在工業(yè)4.0智能工廠(chǎng)框架內，智能物流單元化技術(shù)是連接供應商、制造商和客戶(hù)的重要環(huán)節，因此是構建未來(lái)智能工廠(chǎng)的基石。智能托盤(pán)/周轉箱將成為工業(yè)4.0時(shí)代的基本智能單元，向物流系統發(fā)出行動(dòng)指令，利用智能物流單元化技術(shù)拉動(dòng)整個(gè)供應鏈。

　　德國物流研究院（Fraunhofer IML）自主研發(fā)了一種叫做inBin的智能周轉箱技術(shù)，通過(guò)在周轉箱上加裝感知與智能控制單元，實(shí)現了物流單元的智能化。

　　InBin智能箱既能自主管理箱內的貨物，又能向上級系統及時(shí)報告智能箱的狀態(tài)，實(shí)現自動(dòng)要貨和補貨的功能。基于智能箱的輸送系統可采用分散控制技術(shù)，智能箱不再是被動(dòng)單元，而是給輸送系統發(fā)號施令的“主人”。在智能箱的指揮下，輸送系統可以自動(dòng)地將箱子送達目的地。

　　2.智能物流裝備

　　結合射頻識別（RFID）、光電感應、紅外感應器、超聲波感應、激光掃描器、機械視覺(jué)識別等技術(shù)和裝備，按約定的協(xié)議，將它們加載到物流裝備上（如搬運裝卸、輸送、分揀、貨架等設備），并且通過(guò)數據共享讓它們可以自主決策。近年來(lái)，自動(dòng)化物流設備技術(shù)發(fā)展呈現出智能化、網(wǎng)絡(luò )化、柔性化、輕型化、節能化和綠色環(huán)保等趨勢。在產(chǎn)品設計方面強調模塊化、系列化和通用化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間。

　　德國物流研究院研發(fā)的高柔性CTS（Cellular Transport Systems，小型自主運輸單元）技術(shù)，有別于傳統的穿梭車(chē)。在這個(gè)系統中，每輛小車(chē)都是一個(gè)獨立單元，它們將會(huì )取代柔性差的輸送設備，可以根據所在位置與狀態(tài)自主承接合適的訂單，并與生產(chǎn)設備及其它小車(chē)智能交互，自主解決行走中遇到的問(wèn)題。

　　這種小車(chē)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現自主控制，能利用群智能技術(shù)完成復雜運輸任務(wù)，具有隨需隨到的運輸能力，并且能實(shí)現在貨架和地面兩棲移動(dòng)，具有較好的柔性。

　　除了CTS技術(shù)，德國物流研究院還研發(fā)出一種會(huì )滾動(dòng)、會(huì )飛行的智能搬運技術(shù)Bin：Go。

　　借助巧妙的設計，Bin:Go能在地面和螺旋架上滾動(dòng)行進(jìn)，并且自主規劃路徑，當滾動(dòng)變得困難或低效時(shí)，它可以通過(guò)飛行來(lái)到達目的地并完成任務(wù)。這樣的小車(chē)都不再局限在平面或固定的路徑上，它們能夠在二維或三維空間自主完成搬運作業(yè)和系統賦予的任務(wù)。

　　3. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　正如智能單元化物流和智能物流裝備中介紹的例子所描繪的，設備和設備之間直接的信息交換需要以物聯(lián)網(wǎng)作為載體。物聯(lián)網(wǎng)滿(mǎn)足了智能物流網(wǎng)絡(luò )化的需求，同時(shí)也是實(shí)現全流程數字化的關(guān)鍵。目前已經(jīng)可以初步實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的應用主要是WiFi和藍牙技術(shù)，但是數據準確率很低、耗電量也大。廣域物聯(lián)網(wǎng)可以用光纖，但只適用于連接攝像頭等寬帶終端。要想達到高效的智能互聯(lián)，需求對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷提升。

　　窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數據連接，也被叫作廣域網(wǎng)（LPWA）。它連接的設備更簡(jiǎn)單，具有高耦合、終端成本低、即插即用、可靠性高、統一的業(yè)務(wù)平臺管理等特點(diǎn)，主要面向低速率、深度覆蓋、低功耗、大數據連接的物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景。這樣的技術(shù)很好地契合了智能物流要求，實(shí)現各智能物流單元和智能物流裝備之間低層面的相互交流和決策，真正實(shí)現了一個(gè)密集網(wǎng)狀連接，提高信息交換效率及準確性。

　　4.智能物流信息系統

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現了智能物流中各種設備的網(wǎng)狀連接與通訊，而在整個(gè)智能物流的頂端離不開(kāi)一個(gè)智能的云端系統，也就是智能物流信息系統。它將所有的數據信息存在云端，通過(guò)制定的協(xié)議和規則進(jìn)行數據的共享和處理，以及在使用過(guò)程中保證數據的安全性和準確性，使整個(gè)智能物流系統能正常運作。依托于互聯(lián)網(wǎng)、CPS（信息物理系統）、人工智能、大數據等技術(shù)，智能物流信息系統可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )全透明與離散式實(shí)時(shí)控制，實(shí)現工業(yè)4.0和智能制造的技術(shù)對接。

　　三、物流智能化的演進(jìn)

　　為了實(shí)現上述的智能物流系統，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都做了大量的工作，下面以搬運系統的演變來(lái)展現物流設備走向智能化的發(fā)展路徑。

　　1.機械化時(shí)期

　　叉車(chē)是搬運系統機械化時(shí)期的典型代表，它實(shí)現了作業(yè)的機械化，大大提高了搬運和裝卸效率，減輕了工人的工作強度。但是它的行駛依靠人的實(shí)時(shí)操作，工人在長(cháng)期工作中很容易出錯，而且存在一定的安全隱患。尤其是隨著(zhù)人工成本不斷升高，叉車(chē)已經(jīng)難以滿(mǎn)足企業(yè)大量生產(chǎn)的需要。

　　2. 自動(dòng)化時(shí)期

　　AGV（Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導引車(chē)）的出現使搬運系統開(kāi)始向著(zhù)自動(dòng)化方向發(fā)展，極大地提高了物流系統的自動(dòng)化程度。AGV早期的導引技術(shù)是靠感應埋在地下的導線(xiàn)產(chǎn)生的電磁頻率，通過(guò)一個(gè)叫做“地面控制器”的設備打開(kāi)或關(guān)閉導線(xiàn)中的頻率，從而指引AGV沿著(zhù)預定路徑行駛。這種導引方式雖然可以實(shí)現AGV的自動(dòng)行走，但是路徑是固定的，AGV小車(chē)之間不具有自動(dòng)避障能力，其控制系統也很單一，重新設定路徑的成本很高，并不能滿(mǎn)足高柔性生產(chǎn)。

　　3. 高柔性自動(dòng)化時(shí)期

　　隨著(zhù)電信技術(shù)的發(fā)展，出現了像激光導航、GPS導航這樣新的導航技術(shù)，AGV的路徑變得多樣化，其路徑的重新規劃可以通過(guò)在系統中設定參數或編程來(lái)解決，并且不再局限在某條特定的行進(jìn)帶上。AGV的控制系統也能做出簡(jiǎn)單的路徑優(yōu)化和避障，大大提高了物流系統的效率和柔性。以AGV為主的搬運系統開(kāi)始向著(zhù)高柔性自動(dòng)化的方向發(fā)展。

　　為了進(jìn)一步提高其柔性，AGV開(kāi)始從二維平面運動(dòng)拓展到三維空間。也就是說(shuō)，AGV將可以直接把貨物從生產(chǎn)線(xiàn)送到貨架上，并在貨架中穿行；應用于多層貨架時(shí)，高層貨架可以橫跨巷道布置，這樣就使得倉庫的空間利用率比現有的倉庫系統進(jìn)一步提升。這種兩棲多功能的搬運系統顯然在柔性和自動(dòng)化方面更上一層樓。

　　4. 智能化時(shí)期

　　在大規模的運輸任務(wù)中，現有的方法通常是對搬運系統進(jìn)行集中控制與集中管理，但是這不適用于智能物流中的單元化運輸系統。在智能化時(shí)期，搬運系統不再對多車(chē)之間的相互配合“車(chē)群”進(jìn)行集中控制，而是采用基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分散控制的方式，使用專(zhuān)門(mén)的AGV管理軟件來(lái)優(yōu)化運輸系統的整體運行能力。AGV可以不依賴(lài)導引線(xiàn)完全自由行駛，對周?chē)h(huán)境的動(dòng)態(tài)障礙做出反應，比如避讓車(chē)輛前方的障礙物或另一輛AGV，而且AGV可以實(shí)時(shí)尋找到達目標的最短路逕，車(chē)與車(chē)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息交互、協(xié)調任務(wù)分配和路徑尋找。

　　四、面向智能物流的前沿應用

　　盡管目前物流裝備行業(yè)的發(fā)展離上述的智能物流還有較遠的路程要走，但是隨著(zhù)相關(guān)研發(fā)的投入，市場(chǎng)上已經(jīng)逐漸開(kāi)始出現支撐智能物流的產(chǎn)品。

　　箱（盒）式超高速自動(dòng)倉庫

　　該立庫的單巷道中同時(shí)設置多臺堆垛機，運用先進(jìn)的同步協(xié)調控制技術(shù)使其在各自獨立的作業(yè)中互不干涉。巷道內的堆垛機為上下兩層結構，同時(shí)作業(yè)，其入出庫處理能力可達2200箱（盒）/小時(shí)。同時(shí)它也是集存儲、輸送、分揀于一體的新型配送系統，完全實(shí)現了分揀、集貨等環(huán)節的自動(dòng)化。其中，分揀系統采用了立體化的三維布局，與以往的平面布局相比，既節省空間又節約了人力。

　　第三代物流機器人

　　第三代物流機器人實(shí)現了從自動(dòng)化到智能化的轉變，它們由移動(dòng)車(chē)體、機械臂和機械手組成，具有高度自主性，能夠完成多種功能如物體識別、抓取分揀及運輸，在效率和功能上遠超第二代，可滿(mǎn)足智能物流對于設備高柔性自動(dòng)化的需求。

　　全方位傳送帶分揀系統

　　以往的傳送帶只能按固定的路線(xiàn)傳送物品，并且對物品的形狀規格也有要求，這顯然無(wú)法滿(mǎn)足柔性、智能化的生產(chǎn)物流要求。市場(chǎng)上推出的全方位傳送帶，以互鎖方式相互交錯，由全長(cháng)銷(xiāo)桿組裝在一起，可以實(shí)現物品在傳送面上全方位的移動(dòng)，彼此之間可以互不干擾，同時(shí)通過(guò)箱子上的RFID可以替代人工揀選，大大提高了物流作業(yè)效率。

　　AR智慧物流系統

　　在這個(gè)系統中，分揀工作人員戴上AR眼鏡，可以直觀(guān)看到商品的質(zhì)量、體積等各種信息，進(jìn)行快速分揀。系統會(huì )指導工作人員按照最優(yōu)路線(xiàn)行走，迅速找到貨架上的商品，并進(jìn)行掃描。之后，AR眼鏡還能幫助工作人員迅速地完成質(zhì)量檢測、包裝等工作。這樣的系統對于多零件、個(gè)性化的產(chǎn)品定制化生產(chǎn)有很大幫助，可以實(shí)現智能化。

　　手持式智能讀碼器

　　各種條碼已經(jīng)廣泛地用于工廠(chǎng)，快速并且準確地識別條碼信息有助于加快物流智能化。行業(yè)中推出的基于圖像的ID讀碼器，可對具有不同大小、質(zhì)量、打標或印刷方法的直接部件標識、二維碼以及一維碼進(jìn)行解碼。通過(guò)配備高級液態(tài)鏡頭成像系統和柔性照明技術(shù)，它能夠解碼各種各樣表面上最難以辨別的直接部件標識。配備以太網(wǎng)通信和工業(yè)協(xié)議，可輕松集成工業(yè)自動(dòng)化設備，能夠快速、高效地執行安裝和維護。同時(shí)，配備現場(chǎng)可交換通信模塊，通過(guò)一個(gè)讀碼器可以滿(mǎn)足客戶(hù)特定的以及不斷變化的通信需求。

　　五、智能物流落地的幾點(diǎn)建議

　　智能物流有著(zhù)很好的發(fā)展前景，將配合智能制造徹底改變生產(chǎn)方式。但是在落地的過(guò)程中，特別是在中國，除了技術(shù)層面的壁壘，仍然有諸多挑戰和難點(diǎn)需要克服。對此提幾點(diǎn)落地的建議以供參考。

　　1.重流程

　　在智能物流的落地過(guò)程中，流程再造和優(yōu)化是重中之重。國內企業(yè)常常不重視流程方面的分析，而更愿意投資昂貴的設備，但是投資硬件并不能讓企業(yè)直接找到流程上的不足，只有持續不斷進(jìn)行流程優(yōu)化，才能把企業(yè)內部不合理的東西深挖出來(lái)，通過(guò)兩化融合實(shí)現智能制造。

　　2.重規劃

　　在智能物流落地方法上，企業(yè)需要制定相應的智能物流戰略，根據愿景制定相應的行動(dòng)計劃，由此確定整體發(fā)展路徑。以寶馬萊比錫工廠(chǎng)為例，其外觀(guān)猶如一把梳子，這樣的造型是為了物流便利性。通過(guò)運送不同零組件的貨車(chē)直接開(kāi)至離裝配線(xiàn)最近區域，這樣部件進(jìn)廠(chǎng)后可直接送至相應工位，實(shí)現生產(chǎn)和供應JIT。反觀(guān)國內的工廠(chǎng)往往方方正正，卻并不有利于物流。

　　3.重標準

　　目前，我國政府對于兩化融合、《中國制造2025》非常支持，許多企業(yè)大力度地投入研發(fā)，希望立起行業(yè)標桿，在下一個(gè)工業(yè)時(shí)代中成為弄潮兒。但在把項目做大做強前，企業(yè)需要關(guān)注相應標準的制定，強調國家級標準的重要性。當前的工業(yè)4.0標準尚未完全清晰，行業(yè)不僅要重視國際方面的進(jìn)展，也要加強國內物流標準化建設，比如集裝單元標準化、通訊協(xié)議標準化。這些看似小的問(wèn)題如果得不到解決，不僅降低了物流效率，也極大阻礙智能物流發(fā)展。

　　4.  重數據產(chǎn)權與安全

　　未來(lái)的經(jīng)濟是數字經(jīng)濟，未來(lái)的社會(huì )是數字社會(huì )。在推動(dòng)智能物流落地的過(guò)程中，企業(yè)應當數字化所有流程，只有這樣才能更好地去控制和優(yōu)化流程。而這將使數據變得至關(guān)重要，數據成為新一代的“石油”，誰(shuí)擁有數據，誰(shuí)就占據了主動(dòng)權和話(huà)語(yǔ)權。當如此多的數據被產(chǎn)生，并且成為一種稀缺資源時(shí)，大數據產(chǎn)權和數據安全是不可避免的問(wèn)題，這需要有完善的法律和技術(shù)手段去保護。

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