文/ 本刊記者 趙皎云

物流移動機器人調度系統(tǒng)通過調度集群化的機器人設備，可實現(xiàn)倉儲制造場景下物流作業(yè)的自動化高效作業(yè)。通過對昆船、曠視、國自的具體實踐探索，可以讓我們更好地認識物流移動機器人調度系統(tǒng)的特點、技術路徑、挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢。

調度系統(tǒng)是物流移動機器人系統(tǒng)的“神經中樞”，通過對整個系統(tǒng)中資源的配置管理與動態(tài)分配，對各類物流移動機器人的任務指派、調度協(xié)同和交通管制，實現(xiàn)多臺機器人協(xié)同作業(yè)。隨著機器人軟硬件技術不斷發(fā)展，目前通過軟件系統(tǒng)對大量移動機器人進行集中調度，可以替代傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，最終實現(xiàn)物流作業(yè)自動化、智能化。

在本次專題中，我們邀請到昆船智能裝備有限公司副總工程師董海英、北京曠視科技有限公司物流業(yè)務事業(yè)部機器人產品研發(fā)總監(jiān)陶濤和浙江國自機器人技術股份有限公司銷售總監(jiān)孫開順三位專家，全面解讀物流移動機器人調度系統(tǒng)的特點、技術路徑、挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢。

調度系統(tǒng)的功能特點

物流移動機器人調度系統(tǒng)（Robot Control System，RCS），通過調度集群化的機器人設備，實現(xiàn)倉儲制造場景下物流作業(yè)的自動化高效作業(yè)，RCS的主要功能特點包括：

● 集群調度：在同一作業(yè)場地調度幾十臺甚至上百臺機器人設備進行作業(yè)，系統(tǒng)主要關注交通高效調度，通過計算最短路徑、擁塞避免、解環(huán)等算法策略，達到貨物高效搬運的目的。

● 并發(fā)調度：多個機器人并發(fā)執(zhí)行作業(yè)任務，相互之間獨立，互不影響，單體故障不影響整體作業(yè)。

● 柔性動態(tài)：單個機器人故障并不影響其它機器人作業(yè)；機器人在調度的過程中，可以根據(jù)現(xiàn)場交通擁堵情況動態(tài)改變路徑，也可以根據(jù)作業(yè)站點排隊情況，動態(tài)前往流量小的站點執(zhí)行作業(yè)。

● 高效運維運營：通過在線實時機器人狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)可視化。通過故障告警實時提示、終端通知、豐富的數(shù)據(jù)報表呈現(xiàn)，實現(xiàn)設備的高效運維。

在系統(tǒng)運行時，調度系統(tǒng)在接收到上層管理系統(tǒng)發(fā)出的任務指令后，將根據(jù)系統(tǒng)所采集的機器人實時位置、狀態(tài)信息及交通路況，以最優(yōu)方案將任務指派給合適機器人去執(zhí)行，物流移動機器人在執(zhí)行任務過程中，隨時向系統(tǒng)報告自己的位置及狀態(tài)信息，交通管理根據(jù)機器人的實時狀態(tài)動態(tài)規(guī)劃每臺物流移動機器人的行駛路徑，并提供機器人相互自動避讓的措施，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)內所有物流移動機器人的統(tǒng)籌調度。

調度系統(tǒng)的技術發(fā)展路徑

董海英指出，結合國內物流移動機器人的發(fā)展歷程，調度系統(tǒng)的技術發(fā)展主要經歷了以下幾個重要階段：

第一階段：探索起步時期（1978年～1996年），以國外引進技術為主，期間國內的高校和研究機構開始嘗試著探索物流移動機器人的相關技術，并開始產品樣機的研發(fā)，對調度系統(tǒng)技術的認識還停留在較為膚淺的層面上。這些探索性的工作也為后續(xù)AGV發(fā)展奠定了一定的技術基礎。

第二階段：穩(wěn)步發(fā)展時期（1996年～2012年），1996年昆船開始與NDC合作，為煙草行業(yè)提供了完整的解決方案，在國內應用了首套國外引進技術的物流移動機器人調度系統(tǒng)。同時昆船也于2000年開始致力于自主知識產權移動機器人技術平臺（ATIS）的探索和研究，在2004年完成ATIS技術平臺V1.0版本的研發(fā)，并成功實施了云南某企業(yè)第一個電磁導引應用項目，成為國內最早擁有自主產權調度系統(tǒng)的企業(yè)之一，且在后續(xù)的幾年里完成個ATIS兩個版本的迭代更新。后來隨著北京機科發(fā)展、沈陽新松等行業(yè)領先企業(yè)陸續(xù)成為NDC的全球合作伙伴，物流移動機器人在傳統(tǒng)制造業(yè)、食品行業(yè)、輕工行業(yè)等行業(yè)得到逐步推廣，調度系統(tǒng)技術也得到了快速穩(wěn)步發(fā)展。

第三階段：飛躍發(fā)展時期（2012年至今），隨著智能制造發(fā)展，國內移動機器人行業(yè)迅猛增長，從事該行業(yè)的公司很快達到了上百家，催生了一系列新興產品和應用模式，將原本不太被關注的移動機器人行業(yè)推到了時代的風口浪尖，甚至成為資本追逐的焦點。在這樣的背景下，促使物流移動機器人調度系統(tǒng)從面向業(yè)務型系統(tǒng)向面向服務型系統(tǒng)演進。同時，隨著當前智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及人工智能的大力推廣，將為調度系統(tǒng)技術的發(fā)展賦能，促進調度系統(tǒng)技術的持續(xù)快速發(fā)展。

調度系統(tǒng)的關鍵技術指標

陶濤指出，物流場景作業(yè)紛繁復雜，從倉庫或工廠選址設計、施工，到自動化設備的部署實施和上線運營，這是一個長周期的系統(tǒng)化工程，物流移動機器人調度系統(tǒng)在其中扮演了核心的重要角色，對整個項目的順利實施起著關鍵作用。在規(guī)劃設計階段，需要通過調度系統(tǒng)對物流移動機器人的作業(yè)過程進行模擬仿真，減少后期項目實施的風險，而調度系統(tǒng)本身的集群調度能力、業(yè)務流程處理、故障處理能力，是評估一個調度系統(tǒng)好壞的關鍵指標，直接影響到現(xiàn)場的作業(yè)效率。此外，由于作業(yè)對象不同，項目也可能會引入多個廠家的多種類型設備，因此調度系統(tǒng)還需要有混合調度能力，協(xié)調多種類型設備，實現(xiàn)整體作業(yè)效率最高。

基于昆船多年積累的行業(yè)經驗，董海英將評判物流移動機器人調度系統(tǒng)優(yōu)劣的關鍵技術指標總結為以下幾項：

第一，系統(tǒng)可靠性和安全性。近年來各行業(yè)對物流移動機器人可靠性和安全性的要求也越來越嚴格，系統(tǒng)可靠性和安全性已經成為評判調度系統(tǒng)優(yōu)劣最重要的一項指標。

第二，系統(tǒng)調度能力和運行效率。一個調度系統(tǒng)能夠調度多少臺物流移動機器人，以及系統(tǒng)的運行效率是評價系統(tǒng)優(yōu)劣比較直觀的一項技術指標，好的調度系統(tǒng)能夠在有限的資源條件下，實現(xiàn)對物流移動機器人高效、迅捷的調度。

第三，系統(tǒng)易用性和易維護性。優(yōu)秀的物流移動機器人調度系統(tǒng)必須是易理解、易學習、易操作和易維護的，只有當系統(tǒng)的部署、使用、調整和維護變得更加人性化和簡單化，物流移動機器人的應用范圍才能實現(xiàn)持續(xù)快速擴展，從而促進物流移動機器人產業(yè)的發(fā)展。

第四，系統(tǒng)開放性和可擴展性。在當今物流移動機器人應用行業(yè)迅猛增長，應用需求多樣化的背景下，無論是調度系統(tǒng)接口開放度和標準化程度，還是調度系統(tǒng)功能的可擴展性，均已成為評判一個調度系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標。

調度系統(tǒng)的最新成果展示

基于調度系統(tǒng)的重要性，目前市場上主流的移動機器人企業(yè)會選擇自主研發(fā)調度系統(tǒng)，以實現(xiàn)更好的成本控制和產品技術的升級與迭代。昆船、曠視和國自也是其中比較有代表性的企業(yè)。

1.昆船

昆船是國內最早進入移動機器人領域的企業(yè)之一，自2000年就開始專注于物流移動機器人調度系統(tǒng)技術平臺（ATIS）的自主研發(fā)，歷經幾代產品迭代升級，于2016年完成了面向服務的ATIS 4.0版本技術平臺的研發(fā)，并形成了以適用于簡易型移動機器人系統(tǒng)的ATIS Mini、適用于傳統(tǒng)型移動機器人系統(tǒng)的ATIS Pro、適用于大規(guī)模移動機器人系統(tǒng)的ATIS Giga為主的三大產品體系，目前正在進行ATIS 5.0版本的研發(fā)，預計兩年內進入推廣應用階段。

昆船的ATIS 4.0技術平臺源于先進的面向服務和平臺化的設計理念，以易使用、易維護、易輸出為主題思想，采用正向設計方法研發(fā)的一套支持移動機器人從系統(tǒng)規(guī)劃、流程定義、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)運維全過程的整體解決方案，可實現(xiàn)對不同項目應用需求進行定制化的系統(tǒng)總體規(guī)劃，如運行路徑、工作流程、系統(tǒng)參數(shù)等，調度系統(tǒng)能夠容納上千臺不同類型的移動機器人同時調度運行，對上支持與各類WCS、WMS、MES等上層管理系統(tǒng)的無縫對接，對下不僅支持昆船自主研發(fā)的移動機器人單機系統(tǒng)對接，還提供豐富的開放接口支持第三方移動機器人單機系統(tǒng)的接入，具備多層次多模式任務調度、大規(guī)模多元策略智能化交通管理、全運行流程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及預防性維護等功能。

近年來，面對市場競爭壓力的加劇，昆船開始嘗試從設備提供商向設備技術提供商的角色轉換，推動技術市場化，從而實現(xiàn)昆船物流移動機器人的自主創(chuàng)新再進化，實現(xiàn)了由技術引進到技術輸出的飛躍。

2.曠視

曠視作為移動機器人企業(yè)“新秀”，定位主打開放式平臺。2019年，曠視科技推出河圖 (HETU）物聯(lián)網(wǎng)機器人操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為一個開放式的機器人調度平臺，具備如下技術特點和應用優(yōu)勢：

● 生態(tài)鏈接：河圖實現(xiàn)上游軟件業(yè)務系統(tǒng)與下游硬件執(zhí)行設備的有機連接，具備強大的開放性和可擴展性。

● 協(xié)同智能：多種不同類型的設備在河圖控制下協(xié)同作業(yè)，共同完成任務。河圖在路徑規(guī)劃、庫位優(yōu)化、作業(yè)調度、負載均衡層提供了大量優(yōu)化算法，以適配不同的業(yè)務場景。

● 數(shù)字孿生：所畫即所得，實現(xiàn)一站式規(guī)劃、仿真、實施、部署的全流程解決方案。河圖可以通過接入真實數(shù)據(jù)，進行全流程仿真模擬，從而實現(xiàn)線上的規(guī)劃逼近真實的效率仿真。

此外，為應對物流行業(yè)作業(yè)需求多樣化和效率要求帶來的挑戰(zhàn)，河圖從規(guī)劃仿真，到現(xiàn)場通過多設備聯(lián)通，實現(xiàn)集群的設備和作業(yè)調度，通過統(tǒng)一的高效運維運營，為客戶創(chuàng)造最大價值。隨著不斷增多的應用項目落地，曠視河圖還在不斷更新迭代，向著更加開放、智能化程度更高的方向迭代。

3.國自

國自在起步之初就以工業(yè)自動化國家工程研究中心、工業(yè)控制技術國家重點實驗室和浙江大學智能系統(tǒng)與控制研究所為依托，在控制系統(tǒng)研發(fā)方面具有先天優(yōu)勢。國自的調度系統(tǒng)經過了5年的發(fā)展歷程，形成了三方面的鮮明特點：

一是調度算法的先進性，主要體現(xiàn)在調度大量的AGV在同一場景運行時提升運行效率，同時，在路徑規(guī)劃、交通均衡、防止死鎖等層面，國自也有著大量的算法和工程積累。

二是調度算法對通用業(yè)務細節(jié)的完整支撐，包括通用的庫存管理模型、設備交互模型、過電梯場景、任務邏輯編排等。國自通過大量項目積累，對其中有通用價值的業(yè)務邏輯進行抽象并固化到調度系統(tǒng)中，在現(xiàn)場通過一些簡單的配置即可實現(xiàn)絕大多數(shù)場景運行邏輯。

三是開放性，AGV的調度系統(tǒng)從層次劃分可分為Lv1（設備）、Lv2（調度）、Lv3（通用業(yè)務）、Lv4（場景定制業(yè)務）等層次。國自的系統(tǒng)在任意層次都支持完全開放的服務接口，方便合作伙伴在任意層次集成。同時，國自的調度系統(tǒng)協(xié)議支持歐標，也正參與國標的起草，具有相當?shù)拈_放度和通用性。

2017年以來，國自推出了GRACE核心戰(zhàn)略，采用全自主開發(fā)的控制系統(tǒng)和組態(tài)軟件，提供快速構建各類移動機器人產品和應用的能力，賦能合作伙伴，其核心在于用通用技術構建產品的快速性。2021年，國自推出GRACE+戰(zhàn)略，將重磅推出GRACE xPress系統(tǒng)，其將作為國自當前絕大部分核心技術進行價值輸出的系統(tǒng)載體，全面地從系統(tǒng)評估、系統(tǒng)構建、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)運維的角度為客戶賦能。

GRACE+體現(xiàn)了國自從AGV向更加智能化AMR的過渡，實現(xiàn)柔性、適應性、可靠性、易用性和低成本方面的技術突破，也是國自今年提出的RAAT（Robot as a Tool）的核心特征。

調度系統(tǒng)的挑戰(zhàn)及未來走向

董海英指出，伴隨著物流移動機器人行業(yè)的迅猛發(fā)展，近幾年進入該領域的企業(yè)呈爆發(fā)式增長，從目前國內物流移動人機器行業(yè)市場格局來看，可劃分為傳統(tǒng)物流移動機器人廠商、倉儲物流移動機器人廠商和專業(yè)AMR廠商三類。同時，市場專業(yè)化和細分度提高，各企業(yè)在不同的細分領域內都有著各自的優(yōu)勢。

在互聯(lián)網(wǎng)+的時代，多樣化的行業(yè)應用服務需求，要求物流移動機器人調度系統(tǒng)能夠支持靈活的服務化能力開放，必將促進調度系統(tǒng)向虛擬化、“云化”演進。

在此背景下，調度系統(tǒng)的開放度和系統(tǒng)接口的標準化等挑戰(zhàn)不容忽視。陶濤提到，目前市面上，機器人廠商的系統(tǒng)主打接入自家的設備，無法很好地兼容其他廠商的設備。在倉儲物流方向，目前市面上缺乏的是通用的適配各家柔性設備的操作系統(tǒng)。孫開順也表達了類似的觀點。同時，移動機器人應用市場專業(yè)化和細分化的不斷提升也對調度系統(tǒng)的柔性、易用性、方便擴展性，及其運行效率也提出了更高的要求。

對于調度系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢，董海英認為，未來調度系統(tǒng)技術的需求一定是多元化的，可以歸結為以下幾個方面：

1.調度系統(tǒng)架構將從單體式向分布式轉變。目前，物流移動機器人的應用規(guī)模不斷擴大，隨之而來的是在同一系統(tǒng)中調度機器人數(shù)量的急劇增加，運行環(huán)境越來越復雜，調度系統(tǒng)對相關資源的信賴性也越來越強。單體式調度系統(tǒng)是以中心化的方式實現(xiàn)資源管理和調度，當系統(tǒng)需要大規(guī)模集群調度大量物流移動機器人的時候，系統(tǒng)進行任務調度、車輛動態(tài)路徑規(guī)劃時會產生巨大的計算量，車輛狀態(tài)的實時采集也將會大幅增加網(wǎng)絡I/O的通信負擔，從而出現(xiàn)調度的瓶頸。而分布式調度系統(tǒng)以去中心化的方式實現(xiàn)多個服務器資源的統(tǒng)一管理，原來由一臺服務器完成的工作可交由多臺服務器共同完成，能夠有效減輕服務器和網(wǎng)絡的壓力，更加從容處理復雜的應用場景。

2.調度系統(tǒng)對物流移動機器人的調度將更加靈活、柔性、高效。調度系統(tǒng)功能將不僅僅是傳統(tǒng)意義上的任務管理、車輛管理與交通管理等，而是被賦予了更多的內容，也對調度系統(tǒng)在智能化方面提出了更高的要求。智能化就是不但能夠根據(jù)當前所感知到的數(shù)據(jù)，分析預測出未來將會發(fā)生什么，而且能夠提出主動或被動應對的措施。對于物流移動機器人調度系統(tǒng)來說，其實就是要求系統(tǒng)能夠感知采集機器人的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和自診斷，從而做出預防性的提示和應對措施。因此如何充分利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術為物流移動機器人提供更加智能化的調度支持，將成為提升企業(yè)競爭力的關鍵問題。

3.調度系統(tǒng)的設計將更加輕量化和模塊化。各個行業(yè)的客戶需求和應用場景存在較大的差異性，這就要求調度系統(tǒng)能夠根據(jù)多樣化的需求自由擴展和自由定制。將模塊化的微服務思想與調度系統(tǒng)結合，能夠使調度系統(tǒng)更加輕量化，無論是調度系統(tǒng)功能、調度策略、接口支持，還是UI定制等個性化服務，均能通過模塊組態(tài)的方式輕松完成，從而滿足市場的多樣化需求，有效縮短項目的實施周期，提升客戶滿意度。

4.調度系統(tǒng)的部署將從本地化向“云化”轉變。在互聯(lián)網(wǎng)+的時代，多樣化的行業(yè)應用服務需求，要求物流移動機器人調度系統(tǒng)能夠支持靈活的服務化能力開放，必將促進調度系統(tǒng)向虛擬化、“云化”演進。未來調度系統(tǒng)必將加速與5G、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術的融合，未來企業(yè)的盈利模式也勢必要從現(xiàn)在的“硬件”盈利模式向“硬件+內容+服務”的盈利模式轉變，可通過云端平臺為客戶提供更多的內容和服務支持，產生持續(xù)服務的盈利能力。