工業(yè)4.0和智能物流

◎ 王雪琳　交通運輸部水運科學研究院電控信通中心

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工業(yè)4.0和智能物流

◎ 王雪琳交通運輸部水運科學研究院電控信通中心

摘要：介紹了工業(yè)4.0產(chǎn)生的技術背景和產(chǎn)業(yè)特征，提出面向工業(yè)4.0的智能物流，構建了智能物流的系統(tǒng)架構，設計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>

關鍵詞：工業(yè)4.0 虛實融合 智能物流

1.工業(yè)4.0

工業(yè)革命開創(chuàng)了現(xiàn)代文明，極大的促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。第一次工業(yè)革命借助蒸汽動力實現(xiàn)了生產(chǎn)裝備機械化，極大的解放了人類的勞動力；第二次工業(yè)革命借助電力和流水線實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，標志著人類進入電氣時代；第三次工業(yè)革命發(fā)明了計算機，標志著人類進入數(shù)字控制機器的新時代。進入21世紀，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術得到迅速發(fā)展，促使整個工業(yè)生產(chǎn)體系進入全新的水平，推動了第四代工業(yè)即工業(yè)4.0時代的到來。

工業(yè)4.0戰(zhàn)略規(guī)劃最初由德國技術科學院等機構聯(lián)合提出，在德國學術界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下，已上升為德國的國家戰(zhàn)略。它是以移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術為驅(qū)動，以虛實融合系統(tǒng)（CPS）為基礎，通過融合電氣、機械、自動化、信息通信等技術，深度優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)與管理流程，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化升級。值得欣慰的是，被譽為“中國版工業(yè)4.0”的《中國制造2025》已正式出臺，這意味著中國工業(yè)4.0時代即將到來。工業(yè)4.0具備以下特性：

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

（2）高靈活性的作業(yè)流程和制造工藝?；贑PS的自組織網(wǎng)絡可根據(jù)業(yè)務流程進行動態(tài)配置，實現(xiàn)靈活的作業(yè)流程和高柔性的制造工藝，同時打造適應性較強的動態(tài)物流與供應鏈體系，靈活應對客戶化與市場動態(tài)變化。

（3）生產(chǎn)效率和資源利用率的系統(tǒng)級優(yōu)化。虛實融合系統(tǒng)貫穿于價值鏈的各個環(huán)節(jié)，對制造與物流過程進行系統(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)過程的資源消耗進行持續(xù)優(yōu)化。

2.面向工業(yè)4.0的智能物流

工業(yè)4.0時代，模擬仿真計算技術的成熟促使產(chǎn)品的研發(fā)周期近一步縮短， 3D打印技術替代了傳統(tǒng)模具生產(chǎn)，極大滿足了高度個性化的客戶需求，智能生產(chǎn)線的應用致使生產(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)的各個環(huán)節(jié)自動化無縫對接，這不僅是智能生產(chǎn)面臨的重要課題，也對支撐生產(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、供應鏈和制造業(yè)的重要環(huán)節(jié)，也是構建未來智能工廠的基石。無論是工廠還是物流，都將在自動化的基礎上向智能化發(fā)展。

智能物流是指借助現(xiàn)代信息技術手段，如互聯(lián)網(wǎng)、云計算、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通用無線分組業(yè)務、地理信息系統(tǒng)、無線傳感技術等［2］，將物流環(huán)節(jié)、物流過程程和物流管理進行集成，使物流系統(tǒng)具有自主學習、推理判斷和解決問題的能力。智能物流理念符合現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，也順應了現(xiàn)代物流智能化、網(wǎng)絡化、實時化的發(fā)展趨勢。為了打通物流系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，真正的讓物流系統(tǒng)“智能”起來，對智能物流管理系統(tǒng)、智能轉運設備以及智能周轉箱的單元的研究與發(fā)展是極為關鍵的步驟。

（1）智能物流管理系統(tǒng)。通過互聯(lián)網(wǎng)完成客戶需求數(shù)據(jù)與信息的實時采集，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)的實時傳輸與處理，使其上升到服務聯(lián)網(wǎng)層面，整合社會物流資源，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匹配。近年來，隨著云計算技術的發(fā)展，以云服務的形式實現(xiàn)物流服務新模式應運而生，在網(wǎng)絡技術支持下，通過物流云服務平臺為客戶定制和提供安全、高效、優(yōu)質(zhì)廉價、靈活可變的個性化物流服務。完善物流云服務平臺在智能物流管理系統(tǒng)建設中起到至關重要的作用。

圖1　智能物流系統(tǒng)架構圖

（2）智能轉運設備。在工廠、港口以及各級物流轉運站采用智能轉運設備，接收物流管理系統(tǒng)的指令，智能的將貨物轉運到目標倉庫。對于物流車輛，每個智能運轉車輛都能獨立的思考，即在轉運的過程中需要與哪些設備聯(lián)網(wǎng)通訊，遇到障礙物如何處理等問題應能智能獨立的處理；對于港口集裝箱系統(tǒng)或者中轉倉控制系統(tǒng)，其上位控制模塊應能夠與物流管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫連接，自動獲取每一件貨物的目標倉庫，并且計算出貨物轉運的最優(yōu)路徑，智能高效的將貨物運送到目標倉庫。

（3）智能周轉箱單元。在周轉箱上加上感知和智能控制單元，實現(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，智能箱不再是被動單元，而是可以主動發(fā)號施令和報告信息，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)給智能轉運設備，系統(tǒng)自動的將周轉箱運送到目的地。

簡而言之，對于物流系統(tǒng)的上層管理與客戶服務，采用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)據(jù)庫等技術實現(xiàn)信息采集和運行管理的智能化；對于轉運設備，實現(xiàn)智能的路徑規(guī)劃與運輸；對于每一個物流單元，實現(xiàn)與物流管理系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)交換，時刻報告自身狀態(tài)、位置信息和目標地點。從整個物流系統(tǒng)來看，采用了閉環(huán)的監(jiān)控理念，各個環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了智能化。

智能物流系統(tǒng)能夠完成客戶信息采集、貨物進出庫、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、方便的運行目標。通過與信息技術的融合，形成智能物流系統(tǒng)網(wǎng)絡，對貨物的流動進行跟蹤，實現(xiàn)對貨物在整個流動過程中的實時監(jiān)控，對工業(yè)4.0下的智能工廠乃至智慧城市的建設提供有效支撐。

3.總結與展望

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

智能物流系統(tǒng)從生產(chǎn)過程的海量數(shù)據(jù)中提取有效信息，提供多視角、全方位、立體化、有預測性的數(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的不斷成熟和進步，智能物流將承擔更大的社會使命。

參考文獻：

［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［J］.物流技術與應用， 2015（06）.

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