金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司 梁杰

軍工企業(yè)智能物流系統(tǒng)研究

金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司 梁杰

隨著新一輪工業(yè)革命的到來(lái)，德國(guó)“工業(yè)4.0”、“中國(guó)制造2025“等政策的發(fā)布及實(shí)施，智能制造已成為各國(guó)爭(zhēng)奪制造業(yè)新制高點(diǎn)的核心，而智能物流是連接供應(yīng)和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)智能制造的基石。本文從智能物流發(fā)展趨勢(shì)及核心，國(guó)內(nèi)智能物流及軍工行業(yè)物流問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、CPS、物流互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，為軍工企業(yè)智能物流系統(tǒng)及建設(shè)提出了完整的體系架構(gòu)及實(shí)施路線，以全面支撐軍工企業(yè)智能制造的實(shí)現(xiàn)。

CPS、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能物流

一、引言

關(guān)于智能物流，具有普遍意義的定義是指借助現(xiàn)在信息技術(shù)手段，如射頻技術(shù)（RFID）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)（GPRS）、地理信息系統(tǒng)（GIS、條碼技術(shù)、無(wú)線傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將物流活動(dòng)過(guò)程中的作業(yè)環(huán)節(jié)、作業(yè)過(guò)程、附屬管理等進(jìn)行集成，使系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)，推理判斷和自行解決物流中某些問(wèn)題的能力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)在物流領(lǐng)域應(yīng)用的深入，現(xiàn)實(shí)物理世界的物流實(shí)體運(yùn)作與網(wǎng)上虛擬的物流信息開(kāi)始了全方位融合，現(xiàn)代物流進(jìn)入了4.0時(shí)代。國(guó)內(nèi)相關(guān)專家已開(kāi)始了物流CPS研究，并提出了由控制中心、云計(jì)算中心、物流物理網(wǎng)絡(luò)組成的體系結(jié)構(gòu)，但具體系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)到目前為止仍無(wú)落地案例。且智能物流是“工業(yè)4.0”的核心主題之一，在工業(yè)4.0智能工廠的框架內(nèi)，智能物流是連接供應(yīng)和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)建智能工廠的基石。智能單元化物流技術(shù)、自動(dòng)物流裝備以及智能物流信息系統(tǒng)是打造智能物流的核心元素，智能制造與智能物流融合是未來(lái)的大趨勢(shì)。中航工業(yè)信息技術(shù)及先進(jìn)理念研究一直走在國(guó)內(nèi)軍工企業(yè)前列，已經(jīng)制定了智能制造框架及實(shí)施路線，并將智能物流作為實(shí)現(xiàn)智能制造的核心，智能物流未來(lái)需向“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過(guò)程“動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、精準(zhǔn)執(zhí)行、智能決策”。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1．總體架構(gòu)

未來(lái)智能物流系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)、物流互聯(lián)網(wǎng)、CPS技術(shù)為核心，構(gòu)建物流CPS系統(tǒng)，核心由計(jì)算、通訊、控制三個(gè)要素組成。而智能物流系統(tǒng)內(nèi)部又由不同的異構(gòu)CPS組成，從而從整體到部分均實(shí)現(xiàn)對(duì)于物理世界的感知、處理、決策和反饋。計(jì)算單元由相應(yīng)系統(tǒng)及軟件組成，通訊單元由物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)、物流互聯(lián)網(wǎng)組成，控制單元由相應(yīng)的通訊服務(wù)、流程引擎、傳感器、驅(qū)動(dòng)器組成?？傮w架構(gòu)如圖1所示。整個(gè)架構(gòu)覆蓋企業(yè)、價(jià)值鏈兩個(gè)維度。

控制執(zhí)行層：主要包括與生產(chǎn)設(shè)備向?qū)?yīng)的搬運(yùn)機(jī)器人、機(jī)械手、AGV、物流配送設(shè)備等下料執(zhí)行及傳輸設(shè)備，相應(yīng)的嵌入式軟件、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，共同組成控制層的物流執(zhí)行CPS系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)下料狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)下料，信息及時(shí)采集分析，規(guī)則自動(dòng)匹配、問(wèn)題及指令自主決策。

生產(chǎn)管理層：主要包括生產(chǎn)下料管理、智能生產(chǎn)物流管理、物流傳輸?shù)认到y(tǒng)，消息通訊、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)監(jiān)控等設(shè)備，企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)涉密管理網(wǎng)，共同組成生產(chǎn)管理層的生產(chǎn)物流CPS系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)物料狀態(tài)、物流設(shè)備狀態(tài)、物流故障實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)感知，物料、任務(wù)、故障實(shí)時(shí)分析，物流任務(wù)、管控指令精準(zhǔn)執(zhí)行，物流配送、作業(yè)調(diào)整、作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)警、自主決策。

圖1 智能物流系統(tǒng)總體架構(gòu)

企業(yè)管理層：由物流運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、搬運(yùn)和配送等設(shè)備，相應(yīng)系統(tǒng)及管理物聯(lián)網(wǎng)，共同組成企業(yè)管理層的采購(gòu)供應(yīng)物流管理CPS系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)采購(gòu)狀態(tài)、運(yùn)輸狀態(tài)、訂單狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)感知，供應(yīng)成本、供應(yīng)效率、資源分布實(shí)時(shí)分析，物流任務(wù)、資源配送、物理出入庫(kù)精準(zhǔn)執(zhí)行，物流調(diào)度、物流問(wèn)題、供應(yīng)需求自主決策。

企業(yè)聯(lián)盟層：由企業(yè)之間的物流服務(wù)、物流智能協(xié)同、電子商務(wù)等系統(tǒng)，即時(shí)通訊、移動(dòng)通訊、衛(wèi)星定位等設(shè)備，基于互聯(lián)網(wǎng)的物流互聯(lián)網(wǎng)，組成企業(yè)聯(lián)盟層物流聯(lián)盟CPS系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)物流資源、環(huán)境狀態(tài)、供應(yīng)商、供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)感知，物流配送、物流調(diào)度、物資出入庫(kù)、供應(yīng)鏈精準(zhǔn)執(zhí)行，資源分布、交通狀態(tài)、物流成本、供應(yīng)商和第三方物流等實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)物流資源及信息的集成、共享、分析優(yōu)化及動(dòng)態(tài)決策。

2．業(yè)務(wù)架構(gòu)

參考《ISA-95標(biāo)準(zhǔn)》、美國(guó)《智能制造系統(tǒng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系》、《中航工業(yè)智能制造參考模型框架》，結(jié)合軍工行業(yè)業(yè)務(wù)范圍，建議未來(lái)智能物流業(yè)務(wù)包括價(jià)值鏈、生產(chǎn)生命周期兩個(gè)維度。如圖2所示。

圖2 智能物流系統(tǒng)業(yè)務(wù)邊界

在價(jià)值鏈維度，需覆蓋產(chǎn)品未來(lái)生產(chǎn)物流設(shè)計(jì)、物流仿真、物資采購(gòu)、運(yùn)輸、搬運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)加工、包裝、配送交付整個(gè)價(jià)值鏈過(guò)程；從生產(chǎn)生命周期維度，需要考慮生產(chǎn)所對(duì)應(yīng)的物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真、建造、測(cè)試、運(yùn)行維護(hù)、重構(gòu)及處置。同時(shí)需實(shí)現(xiàn)與工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、物資采供、生產(chǎn)管理、制造執(zhí)行、質(zhì)量管理、銷售交付等相關(guān)業(yè)務(wù)高效協(xié)同。

3.應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)由物流基礎(chǔ)應(yīng)用、控制執(zhí)行層應(yīng)用、生產(chǎn)管理層應(yīng)用、企業(yè)管理層應(yīng)用、企業(yè)聯(lián)盟層應(yīng)用、物流標(biāo)準(zhǔn)體系、信息安全體系七部分構(gòu)成，如圖3所示。

物流基礎(chǔ)應(yīng)用為其它各層的基礎(chǔ)應(yīng)用支撐，包括條碼管理、電子門禁、流程引擎、電子地圖、衛(wèi)星定位、短信通知等公共子系統(tǒng)及應(yīng)用。

控制執(zhí)行層應(yīng)用主要支撐企業(yè)生產(chǎn)物流操作執(zhí)行業(yè)務(wù)，包括立體倉(cāng)庫(kù)、AGV、自動(dòng)傳輸、物料定位、等子系統(tǒng)及應(yīng)用。

生產(chǎn)管理層應(yīng)用主要支撐企業(yè)生產(chǎn)物流管理業(yè)務(wù)，包括物流計(jì)劃管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)管理、緩存管理、智能配送、統(tǒng)計(jì)查詢、智能分析及決策等子系統(tǒng)及應(yīng)用。

企業(yè)管理層應(yīng)用主要支撐企業(yè)管理層物流業(yè)務(wù)，包括智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能車輛、智能配送、智能裝卸、物流仿真優(yōu)化、智能分析及決策等子系統(tǒng)及應(yīng)用。

企業(yè)聯(lián)盟層應(yīng)用主要支撐企業(yè)與行業(yè)內(nèi)部、外部單位直接等之間的物流服及協(xié)同業(yè)務(wù)，包括物流服務(wù)、智能協(xié)同、電子商務(wù)、移動(dòng)物流等子系統(tǒng)及應(yīng)用。

物流標(biāo)準(zhǔn)體系為支撐物流應(yīng)用的技術(shù)、管理及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，是支撐物流系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、業(yè)務(wù)協(xié)同的基礎(chǔ)保障。

信息安全體系為支撐物流應(yīng)用的技術(shù)、管理、應(yīng)用等安全技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，是確保物流系統(tǒng)安全運(yùn)行、物流數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全的基礎(chǔ)保障。

圖3 智能物流系統(tǒng)功能架構(gòu)

同時(shí)，必須通過(guò)物流基礎(chǔ)、控制執(zhí)行、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理、企業(yè)聯(lián)盟各層內(nèi)部應(yīng)用、各層之間應(yīng)用及與其它相關(guān)系統(tǒng)全面集成，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)智能協(xié)同。

4.技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)，通過(guò)組件化、服務(wù)化可以根據(jù)不同的企業(yè)需求，靈活構(gòu)建所需要的智能物流系統(tǒng)，技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。

整個(gè)架構(gòu)由物流設(shè)備、技術(shù)支撐、云數(shù)據(jù)中心、組件池、應(yīng)用服務(wù)、物流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、信息安全技術(shù)其部分組成。

物流設(shè)備是智能物流實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，包括拆碼垛機(jī)器人、機(jī)械手、傳感器、AGV、車輛、傳輸系統(tǒng)、通訊設(shè)備等物流所需的硬件及自動(dòng)化設(shè)備組成。

技術(shù)支撐是實(shí)現(xiàn)智能物流的核心技術(shù)，包括條碼、RFID、GPS、GPRS、GIS、大數(shù)據(jù)和傳感技術(shù)等核心技術(shù)。

云數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)物流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析，CPS智能計(jì)算的核心，未來(lái)需要采用云技術(shù)，建立與數(shù)據(jù)中心，對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，建立云計(jì)算中心，對(duì)外提供計(jì)算服務(wù)。以滿足物流數(shù)據(jù)及CPS計(jì)算量大、效率高等要求，

組件池是支撐所有業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能組件中心，報(bào)告運(yùn)輸管理、物資跟蹤、路徑優(yōu)化、倉(cāng)儲(chǔ)管理、車輛管理、數(shù)據(jù)采集等各種服務(wù)化、標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用組件，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)服務(wù)，以支撐未來(lái)企業(yè)智能物流系統(tǒng)靈活配置、動(dòng)態(tài)調(diào)整，構(gòu)建靈活的物流CPS系統(tǒng)。

應(yīng)用服務(wù)則是基于不同企業(yè)、不同業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建的不同層面的物流應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)不同層面業(yè)務(wù)的全面支撐，實(shí)現(xiàn)物流業(yè)務(wù)的智能化。

物流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指支撐智能物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的技術(shù)協(xié)議及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

信息安全技術(shù)指支撐物流系統(tǒng)及業(yè)務(wù)安全應(yīng)用所需的信息、數(shù)據(jù)安全技術(shù)。

三、實(shí)施路線設(shè)計(jì)

建議未來(lái)物流系統(tǒng)建設(shè)按照基礎(chǔ)階段、互連階段、半智能化階段、智能化階段期四個(gè)步驟推進(jìn)。在基礎(chǔ)期，以控制執(zhí)行層智能物流控制系統(tǒng)及設(shè)備建設(shè)為核心，加大條碼、RFID技術(shù)推廣應(yīng)用，建立智能倉(cāng)庫(kù)，引入AGV、物流傳輸設(shè)備，建立與生產(chǎn)相匹配的智能物流控制及傳輸系統(tǒng)、物料追溯及監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流執(zhí)行的數(shù)字化、智能化。在互連階段，以生產(chǎn)管理層生產(chǎn)物流管控系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流系統(tǒng)與控制執(zhí)行層物流系統(tǒng)，制造執(zhí)行、視頻監(jiān)控、采購(gòu)供應(yīng)、質(zhì)量管理等相關(guān)系統(tǒng)的高效集成互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流相關(guān)業(yè)務(wù)高效智能協(xié)同。在半智能化階段，以企業(yè)管理層物流管理系統(tǒng)為核心，加大GIS、GPS、大數(shù)據(jù)、物流仿真等技術(shù)應(yīng)用，及與企業(yè)管理層系統(tǒng)的全面集成。初步建立物流數(shù)據(jù)中心，建立物流數(shù)據(jù)分析及決策應(yīng)用，初步建立企業(yè)智能物流體系。在智能化階段，構(gòu)建基于企業(yè)聯(lián)盟的智能物流應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，環(huán)境高度智能，實(shí)現(xiàn)所有物品的覆蓋，遠(yuǎn)程感知和控制，形成完整智能物流運(yùn)作體系。

圖4 智能物流系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

建議軍工企業(yè)十三五期間物流建設(shè)以基礎(chǔ)和互聯(lián)階段為核心，基礎(chǔ)條件較好的企業(yè)可以向半智能化階段邁進(jìn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著“中國(guó)制造2025”的發(fā)布實(shí)施，智能制造的規(guī)劃及落地建設(shè)已迫在眉睫，智能物流系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)支撐，加強(qiáng)規(guī)劃、研發(fā)及建設(shè)已經(jīng)刻不容緩，本文以軍工行業(yè)智能制造落地為目標(biāo)，為智能物流系統(tǒng)及建設(shè)提出了完整的體系架構(gòu)及實(shí)施路線。未來(lái)軍工企業(yè)物流系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為方向，結(jié)合企業(yè)實(shí)際，突破理念、思維及行業(yè)局限，加大物聯(lián)網(wǎng)、賽博物理系統(tǒng)（CPS）、大數(shù)據(jù)、物流互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)標(biāo)先進(jìn)、提升實(shí)效，構(gòu)建適合企業(yè)自身的智能物流CPS系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與相關(guān)業(yè)務(wù)的深度融合，從而支撐企業(yè)逐步走向智能化。