◎ 王雪琳　交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院電控信通中心

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工業(yè)4.0和智能物流

◎ 王雪琳交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院電控信通中心

摘要：介紹了工業(yè)4.0產(chǎn)生的技術(shù)背景和產(chǎn)業(yè)特征，提出面向工業(yè)4.0的智能物流，構(gòu)建了智能物流的系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了智能物流的解決方案，展望了以“智能化”為核心的制造業(yè)與物流業(yè)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0 虛實(shí)融合 智能物流

1.工業(yè)4.0

工業(yè)革命開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代文明，極大的促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。第一次工業(yè)革命借助蒸汽動(dòng)力實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝備機(jī)械化，極大的解放了人類(lèi)的勞動(dòng)力；第二次工業(yè)革命借助電力和流水線實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入電氣時(shí)代；第三次工業(yè)革命發(fā)明了計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入數(shù)字控制機(jī)器的新時(shí)代。進(jìn)入21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)得到迅速發(fā)展，促使整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)體系進(jìn)入全新的水平，推動(dòng)了第四代工業(yè)即工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)。

工業(yè)4.0戰(zhàn)略規(guī)劃最初由德國(guó)技術(shù)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出，在德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下，已上升為德國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。它是以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，以虛實(shí)融合系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)，通過(guò)融合電氣、機(jī)械、自動(dòng)化、信息通信等技術(shù)，深度優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)與管理流程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化升級(jí)。值得欣慰的是，被譽(yù)為“中國(guó)版工業(yè)4.0”的《中國(guó)制造2025》已正式出臺(tái)，這意味著中國(guó)工業(yè)4.0時(shí)代即將到來(lái)。工業(yè)4.0具備以下特性：

（1）低成本的個(gè)性化定制。在研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的過(guò)程中，充分考慮客戶的個(gè)性化需求，在智能供應(yīng)鏈、智能物流系統(tǒng)、智能工廠和智能制造的支持下實(shí)現(xiàn)小批量、多批次的客戶化生產(chǎn)，通過(guò)效率最大化和資源消耗最小化創(chuàng)造利潤(rùn)。

（2）高靈活性的作業(yè)流程和制造工藝?；贑PS的自組織網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，實(shí)現(xiàn)靈活的作業(yè)流程和高柔性的制造工藝，同時(shí)打造適應(yīng)性較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)物流與供應(yīng)鏈體系，靈活應(yīng)對(duì)客戶化與市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化。

（3）生產(chǎn)效率和資源利用率的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。虛實(shí)融合系統(tǒng)貫穿于價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)制造與物流過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。這意味著在生產(chǎn)不停頓的情況下，系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程的資源消耗進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

2.面向工業(yè)4.0的智能物流

工業(yè)4.0時(shí)代，模擬仿真計(jì)算技術(shù)的成熟促使產(chǎn)品的研發(fā)周期近一步縮短， 3D打印技術(shù)替代了傳統(tǒng)模具生產(chǎn)，極大滿足了高度個(gè)性化的客戶需求，智能生產(chǎn)線的應(yīng)用致使生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，這就要求高效的生產(chǎn)物流配送與生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化無(wú)縫對(duì)接，這不僅是智能生產(chǎn)面臨的重要課題，也對(duì)支撐生產(chǎn)的物流系統(tǒng)提出了巨大挑戰(zhàn)。作為工業(yè)4.0的核心組成部分，智能物流是連接客戶、供應(yīng)鏈和制造業(yè)的重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)建未來(lái)智能工廠的基石。無(wú)論是工廠還是物流，都將在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上向智能化發(fā)展。

智能物流是指借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段，如互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)、地理信息系統(tǒng)、無(wú)線傳感技術(shù)等［2］，將物流環(huán)節(jié)、物流過(guò)程程和物流管理進(jìn)行集成，使物流系統(tǒng)具有自主學(xué)習(xí)、推理判斷和解決問(wèn)題的能力。智能物流理念符合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，也順應(yīng)了現(xiàn)代物流智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化的發(fā)展趨勢(shì)。為了打通物流系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，真正的讓物流系統(tǒng)“智能”起來(lái)，對(duì)智能物流管理系統(tǒng)、智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備以及智能周轉(zhuǎn)箱的單元的研究與發(fā)展是極為關(guān)鍵的步驟。

（1）智能物流管理系統(tǒng)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)完成客戶需求數(shù)據(jù)與信息的實(shí)時(shí)采集，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與處理，使其上升到服務(wù)聯(lián)網(wǎng)層面，整合社會(huì)物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源的效率，使需求方能快速獲得服務(wù)匹配。近年來(lái)，隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，以云服務(wù)的形式實(shí)現(xiàn)物流服務(wù)新模式應(yīng)運(yùn)而生，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，通過(guò)物流云服務(wù)平臺(tái)為客戶定制和提供安全、高效、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)、靈活可變的個(gè)性化物流服務(wù)。完善物流云服務(wù)平臺(tái)在智能物流管理系統(tǒng)建設(shè)中起到至關(guān)重要的作用。

圖1　智能物流系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。在工廠、港口以及各級(jí)物流轉(zhuǎn)運(yùn)站采用智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，接收物流管理系統(tǒng)的指令，智能的將貨物轉(zhuǎn)運(yùn)到目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)。對(duì)于物流車(chē)輛，每個(gè)智能運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)輛都能獨(dú)立的思考，即在轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中需要與哪些設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊，遇到障礙物如何處理等問(wèn)題應(yīng)能智能獨(dú)立的處理；對(duì)于港口集裝箱系統(tǒng)或者中轉(zhuǎn)倉(cāng)控制系統(tǒng)，其上位控制模塊應(yīng)能夠與物流管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，自動(dòng)獲取每一件貨物的目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)，并且計(jì)算出貨物轉(zhuǎn)運(yùn)的最優(yōu)路徑，智能高效的將貨物運(yùn)送到目標(biāo)倉(cāng)庫(kù)。

（3）智能周轉(zhuǎn)箱單元。在周轉(zhuǎn)箱上加上感知和智能控制單元，實(shí)現(xiàn)物流單元的智能化?；谥悄芟涞妮斔拖到y(tǒng)可以采用分散控制技術(shù)，智能箱不再是被動(dòng)單元，而是可以主動(dòng)發(fā)號(hào)施令和報(bào)告信息，智能箱將指揮指令以及自身的狀態(tài)和位置信息報(bào)告給智能物流管理系統(tǒng)，系統(tǒng)將信息和指令整合下發(fā)給智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)的將周轉(zhuǎn)箱運(yùn)送到目的地。

簡(jiǎn)而言之，對(duì)于物流系統(tǒng)的上層管理與客戶服務(wù)，采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息采集和運(yùn)行管理的智能化；對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能的路徑規(guī)劃與運(yùn)輸；對(duì)于每一個(gè)物流單元，實(shí)現(xiàn)與物流管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，時(shí)刻報(bào)告自身狀態(tài)、位置信息和目標(biāo)地點(diǎn)。從整個(gè)物流系統(tǒng)來(lái)看，采用了閉環(huán)的監(jiān)控理念，各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了智能化。

智能物流系統(tǒng)能夠完成客戶信息采集、貨物進(jìn)出庫(kù)、貨物配送與跟蹤等功能，涉及到的資金流和信息流，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、安全、方便的運(yùn)行目標(biāo)。通過(guò)與信息技術(shù)的融合，形成智能物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)貨物的流動(dòng)進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)工業(yè)4.0下的智能工廠乃至智慧城市的建設(shè)提供有效支撐。

3.總結(jié)與展望

工業(yè)4.0的核心在于智能化，無(wú)論是信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，還是數(shù)字化產(chǎn)品與服務(wù)模式的創(chuàng)新，其核心是智能制造與智能供應(yīng)鏈。而新一輪產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵就是打造智能產(chǎn)業(yè)與智能供應(yīng)鏈體系。這種“自上而下”的新的生產(chǎn)模式革命，不但可節(jié)約技術(shù)創(chuàng)新的成本與實(shí)踐，還有培育新市場(chǎng)的潛力與機(jī)會(huì)。

智能物流系統(tǒng)從生產(chǎn)過(guò)程的海量數(shù)據(jù)中提取有效信息，提供多視角、全方位、立體化、有預(yù)測(cè)性的數(shù)據(jù)，挖掘潛在信息，滿足多種需求，為決策提供依據(jù)。智能物流突破了傳統(tǒng)物流系統(tǒng)的瓶頸，是物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，隨著人工智能與信息技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，智能物流將承擔(dān)更大的社會(huì)使命。

參考文獻(xiàn)：

［1］房殿軍.面向工業(yè)4.0的智能工廠與智能物流系統(tǒng)建設(shè)［J］.物流技術(shù)與應(yīng)用， 2015（06）.

［2］董淑華，劉敬佳.智能物流系統(tǒng)架構(gòu)與解決方案［J］.信息化研究， 2012（10）.