支持智能制造的物流系统建设概述

【中国智能制造网 学术论文】本期专题聚焦“面向智能制造的物流系统建设”主题，围绕智慧供应链、智能物流系统解决方案、智能物流相关技术设备、智能物流信息系统等企业智能物流建设的核心要素，分析需求，探讨问题，提供思路，分享经验。

支持智能制造的物流系统建设概述

　　在智能制造时代，制造企业需要根据用户需求进行大规模定制化生产，并控制生产成本。这无疑对其物流系统提出了很多全新的要求。这也是为什么在研究智能制造的时候，必须重点研究智能物流的原因。随着智能物流与仓储系统已被列为我国重点发展的五大核心智能制造装备之一，越来越多的制造企业正在或准备上马智能物流建设项目。
 

　　2017年可以说是我国推进智能制造发展的关键年，在此趋势下，制造企业的物流系统、信息系统、供应链究竟该如何升级优化成为十分重要的课题，备受关注。因此，本期专题聚焦“面向智能制造的物流系统建设”主题，围绕智慧供应链、智能物流系统解决方案、智能物流相关技术设备、智能物流信息系统等企业智能物流建设的核心要素，分析需求，探讨问题，提供思路，分享经验。
 

　　支持智能制造的智能物流系统建设
 

　　在智能制造的框架内，智能物流将建立在互联网、物联网(IoT)、信息物理系统(CPS)、大数据等技术基础之上，以物流系统实时透明和离散智能控制为目标，实现与工业4.0的技术对接。它旨在智能连接与集成企业内外部全部的物流流程，终实现物流网络全透明与离散式的实时控制。本文简要阐述了智能制造下的智能物流系统组成、相关技术发展，后探讨了智能物流落地面临的挑战与应对策略。
 

　　在工业4.0时代，生产制造活动的发起点不再是制造企业，而是终用户。整个价值链由过去企业推动的模式转变为用户拉动的模式，即一切生产经营的出发点变成了终用户。用户的需求变得更加个性化、化，讲究参与感与快速响应。制造企业需要有能力使用户参与到产品设计中，根据用户需求进行生产。这就是所谓的大规模定制模式，即，由用户来决定企业生产什么、生产多少，此外还必须控制在较低的成本下。
 

　　在这种新的生产模式下，首先受到冲击的其实正是制造企业的物流部分。为了满足用户定制化、快速响应等要求，需要物料配送模式更具有高柔性的自动化，具有根据订单做出快速响应的能力。这也就是为什么在研究智能制造的时候，必须重点研究智能物流的原因。
 

　　一、智能制造对智能物流提出的要求
 

　　在智能制造时代，大规模定制的需求对智能物流系统提出了很多全新的要求。例如，在汽车行业，过去消费者可选购的车型很少，而现在不仅各大品牌车型多样化，更实质性的进步是消费者可对零部件种类做出更多选择；尤其是当零部件数量呈爆炸式增长后，各种配置总和可达到10的32次方，这意味着在一个月甚至更长时间内，一条生产线不会下线两辆相同的车型。为了支持这种生产模式，要求智能制造体系中的智能物流系统必须满足全流程数字化、网络化、高柔性的自动化和智能化的要求。
 

　　1.全流程数字化
 

　　在未来智能制造的框架内，智能物流系统能够智能地连接与集成企业内外部的全部物流流程，实现物流网络的全透明与离散式的实时控制，而实现这一目标的核心在于数字化。只有做到全流程数字化，才能使物流系统具有智能化的功能。
 

　　2. 网络化
 

　　智能物流系统中的各种设备不再是单独孤立地运行，它们通过物联网和互联网技术智能地连接在一起，构成一个的网状结构，可以快速地进行信息交换和自主决策。这样的网状结构不仅保证了整个系统的率和透明性，同时也大限度地发挥每台设备的作用。
 

　　3.高柔性的自动化
 

　　在大规模定制时代，生产本身是一种柔性化的生产。在自动化的基础上，要求对应的物流系统具备更高的柔性。柔性化的物流系统，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，在物流流程的设计中，尽量用多对多的方式来代替一对一的设计；硬件和布局上，尽量考虑到未来根据生产需求进行布局调整以及系统调整的可能性。
 

　　4.智能化
 

　　智能化是智能物流系统提出的核心的要求，是智能物流不同于以往的大特点。面对大规模的定制需求，以及成本降低、效率优化，需要将生产中每个环节的智能化程度提高，将它们智慧相联，使它们具有自主决策的能力，同时去中心化，不仅是任务的执行者，也是任务的发起者。
 

　　二、智能物流系统组成及其功能特点
 

　　智能单元化物流技术、智能物流装备、物联网技术以及智能物流信息系统是打造智能物流的核心元素。在这个智能物流系统中的一切设备，不管是单元化物流设备还是自动化物流装备，都将是自主决策、去中心化、离散控制的，它们拥有高度的自动化和柔性。
 

　　1.智能单元化物流技术
 

　　单元化物流根据集装器具可分为：集装箱单元化物流、托盘单元化物流和周转箱单元化物流。在现代单元化物流技术中，单元器具不仅是物料的载体，也成为信息流的载体。单元化物流的功能，是将原来分立的物流各环节有效地联合为一个整体，使整个物流系统实现合理化。在工业4.0智能工厂框架内，智能物流单元化技术是连接供应商、制造商和客户的重要环节，因此是构建未来智能工厂的基石。智能托盘/周转箱将成为工业4.0时代的基本智能单元，向物流系统发出行动指令，利用智能物流单元化技术拉动整个供应链。
 

　　德国物流研究院(Fraunhofer IML)自主研发了一种叫做inBin的智能周转箱技术，通过在周转箱上加装感知与智能控制单元，实现了物流单元的智能化。
 

　　InBin智能箱既能自主管理箱内的货物，又能向上级系统及时报告智能箱的状态，实现自动要货和补货的功能。基于智能箱的输送系统可采用分散控制技术，智能箱不再是被动单元，而是给输送系统发号施令的“主人”。在智能箱的指挥下，输送系统可以自动地将箱子送达目的地。
 

　　2.智能物流装备
 

　　结合射频识别(RFID)、光电感应、红外感应器、超声波感应、激光扫描器、机械视觉识别等技术和装备，按约定的协议，将它们加载到物流装备上(如搬运装卸、输送、分拣、货架等设备)，并且通过数据共享让它们可以自主决策。近年来，自动化物流设备技术发展呈现出智能化、网络化、柔性化、轻型化、节能化和绿色环保等趋势。在产品设计方面强调模块化、系列化和通用化，以提高产品质量，降低制造成本，缩短生产时间。
 

　　德国物流研究院研发的高柔性CTS(Cellular Transport Systems，小型自主运输单元)技术，有别于传统的穿梭车。在这个系统中，每辆小车都是一个独立单元，它们将会取代柔性差的输送设备，可以根据所在位置与状态自主承接合适的订单，并与生产设备及其它小车智能交互，自主解决行走中遇到的问题。
 

　　这种小车基于物联网技术，实现自主控制，能利用群智能技术完成复杂运输任务，具有随需随到的运输能力，并且能实现在货架和地面两栖移动，具有较好的柔性。
 

　　除了CTS技术，德国物流研究院还研发出一种会滚动、会飞行的智能搬运技术Bin：Go。
 

　　借助巧妙的设计，Bin：Go能在地面和螺旋架上滚动行进，并且自主规划路径，当滚动变得困难或低效时，它可以通过飞行来到达目的地并完成任务。这样的小车都不再局限在平面或固定的路径上，它们能够在二维或三维空间自主完成搬运作业和系统赋予的任务。
 

　　3. 物联网技术
 

　　正如智能单元化物流和智能物流装备中介绍的例子所描绘的，设备和设备之间直接的信息交换需要以物联网作为载体。物联网满足了智能物流网络化的需求，同时也是实现全流程数字化的关键。目前已经可以初步实现物联网的应用主要是WiFi和蓝牙技术，但是数据准确率很低、耗电量也大。广域物联网可以用光纤，但只适用于连接摄像头等宽带终端。要想达到的智能互联，需求对物联网技术不断提升。
 

　　窄带物联网(NB-IoT)是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作广域网(LPWA)。它连接的设备更简单，具有高耦合、终端成本低、即插即用、可靠性高、统一的业务平台管理等特点，主要面向低速率、深度覆盖、低功耗、大数据连接的物联网应用场景。这样的技术很好地契合了智能物流要求，实现各智能物流单元和智能物流装备之间低层面的相互交流和决策，真正实现了一个密集网状连接，提高信息交换效率及准确性。
 

　　4.智能物流信息系统
 

　　物联网技术实现了智能物流中各种设备的网状连接与通讯，而在整个智能物流的顶端离不开一个智能的云端系统，也就是智能物流信息系统。它将所有的数据信息存在云端，通过制定的协议和规则进行数据的共享和处理，以及在使用过程中保证数据的安全性和准确性，使整个智能物流系统能正常运作。依托于互联网、CPS(信息物理系统)、人工智能、大数据等技术，智能物流信息系统可以实现网络全透明与离散式实时控制，实现工业4.0和智能制造的技术对接。