軍隊(duì)油庫機(jī)器人應(yīng)用

劉瑾洲,馬振利,張 飚

(中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院,重慶 400000)

機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)械裝置,它既可以接受人類的指揮,又可以在預(yù)設(shè)的程序下自行地完成任務(wù)。由于機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化,其運(yùn)用場景越來越多,伴隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術(shù)的進(jìn)步,機(jī)器人在預(yù)設(shè)目標(biāo)下代替人獨(dú)立完成復(fù)雜工作已經(jīng)成為可能。軍隊(duì)油庫作為我軍重要的后勤保障實(shí)體,在我軍日常保障以及未來可能發(fā)生的戰(zhàn)爭中占據(jù)十分重要的地位。全軍向信息化、一體化、智能化發(fā)展,也對(duì)軍隊(duì)油庫保障能力提出了新的要求,如何更全面地管理掌握好庫存物資數(shù)/質(zhì)量、更加快速地完成物資的裝載運(yùn)輸、更加完善地保護(hù)油庫安全,是軍隊(duì)油庫在提高保障力中面臨的重要問題?？茖W(xué)地運(yùn)用機(jī)器人技術(shù),為后方油料倉庫解決上述問題提供了一種可能的辦法。

1 軍隊(duì)油庫機(jī)器人概念界定

軍隊(duì)油庫是軍隊(duì)儲(chǔ)存油料的主要場所,具有收、發(fā)、儲(chǔ)、運(yùn)油料的能力,在保障部隊(duì)油料供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。軍隊(duì)油庫機(jī)器人,指的是在軍隊(duì)油庫環(huán)境中,協(xié)助或代替人力完成軍隊(duì)油庫任務(wù)的機(jī)器,這些機(jī)器具備自動(dòng)感知、自動(dòng)規(guī)劃以及執(zhí)行的能力,在預(yù)設(shè)的條件下能夠自主行動(dòng),來完成人類交予的特定任務(wù)。

圖1 羅素姆的萬能機(jī)器人

圖2 Unimate通用機(jī)械手

2 軍隊(duì)油庫應(yīng)用機(jī)器人需求分析

從2016年“阿爾法狗”(AlphaGo)戰(zhàn)勝了世界圍棋冠軍起,人工智能及機(jī)器人行業(yè)掀起了新一輪的發(fā)展高潮,全世界各行業(yè)都對(duì)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展所能帶來的進(jìn)步充滿期待。研究機(jī)器人技術(shù)在軍隊(duì)油庫的應(yīng)用,能夠?yàn)檐婈?duì)聯(lián)勤保障探索新模式,也為未來油料保障的發(fā)展打下技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展研究及應(yīng)用是當(dāng)今世界的重要發(fā)展方向

近年來,世界主要國家相繼制定了自己的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)計(jì)劃。英國在2013年將“機(jī)器人技術(shù)及自治化系統(tǒng)”列入其“八項(xiàng)偉大的科技”中;歐盟在2014年啟動(dòng)“歐盟機(jī)器人研發(fā)計(jì)劃”;日本在2014年成立“機(jī)器人革命實(shí)現(xiàn)委員會(huì)”,并于2015年發(fā)布了《日本機(jī)器人戰(zhàn)略:愿景、戰(zhàn)略、行動(dòng)計(jì)劃》;美國在2016年發(fā)布《為人工智能的未來做好準(zhǔn)備》、《國家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃》、《人工智能、自動(dòng)化與經(jīng)濟(jì)報(bào)告》;我國在2016年發(fā)布了《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》。這些計(jì)劃反映了各國對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的高度重視,正在從國家層面推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展。

2.2 機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)軍隊(duì)新形式

隨著軍隊(duì)改革的進(jìn)行,我軍聯(lián)勤保障體系已經(jīng)呈現(xiàn)出向高效轉(zhuǎn)變的新態(tài)勢(shì),要求聯(lián)勤保障方式進(jìn)一步轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型。未來,軍隊(duì)油庫面臨著任務(wù)增加、人員減少的情況,練兵為戰(zhàn)的使命進(jìn)一步突出。另一方面,保障任務(wù)從以前的固定點(diǎn)保障轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域化保障,對(duì)物資管理水平提出了更高的要求。專門設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠代替人進(jìn)行專業(yè)工作,工作效率將有較大的提高;通過機(jī)器人進(jìn)行物資保障,能夠方便地實(shí)現(xiàn)物資保障數(shù)字化,通過信息處理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)保障精確化的目標(biāo)。軍隊(duì)油庫合理運(yùn)用機(jī)器人技術(shù),將有效提高作業(yè)效率,增強(qiáng)油庫安全管理水平,使軍隊(duì)油庫在有限的人力資源下發(fā)揮更大的保障效能。

2.3 探索我軍后勤保障智能化模式必須研究機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用

在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的今天,智能化戰(zhàn)爭將是未來的趨勢(shì)。在美國,波士頓動(dòng)力公司研制的Atlas、獵豹等系列的機(jī)器人已經(jīng)展現(xiàn)出令人驚嘆的能力;戰(zhàn)場上,美軍、俄軍都已經(jīng)在掃雷、反潛、后勤運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)中運(yùn)用機(jī)器人技術(shù);可以說,智能化的戰(zhàn)爭正在向我們走來。后勤保障作為戰(zhàn)爭的重要環(huán)節(jié),具備與前線部隊(duì)相匹配的保障能力非常重要,要滿足未來戰(zhàn)爭的需要,實(shí)現(xiàn)后勤保障智能化勢(shì)在必行。從技術(shù)發(fā)展上來看,智能化階段性成果就是機(jī)器人技術(shù)的有效應(yīng)用。機(jī)器人能夠在現(xiàn)實(shí)空間和數(shù)據(jù)空間產(chǎn)生作用,通過有效的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠解放自然人在體力上的限制,借助其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力又能夠很好地彌補(bǔ)自然人不善于處理大量數(shù)據(jù)的不足。探索我軍智能化保障新模式,就必須要將機(jī)器人技術(shù)運(yùn)用到保障中的各個(gè)方面。

2.4 軍隊(duì)油庫不同工作環(huán)境需要應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)

軍隊(duì)油庫主要工作包括成品油料供應(yīng)保障、設(shè)備設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)、營區(qū)安全防衛(wèi),機(jī)器人能夠在其中一些危險(xiǎn)性高、簡單重復(fù)的工作中發(fā)揮重要作用,利用機(jī)器人外形多樣的特點(diǎn),不適合人進(jìn)入的場所也是機(jī)器人大展身手的舞臺(tái),例如:管道機(jī)器人能進(jìn)入狹長封閉的管道內(nèi)部進(jìn)行檢查;安防機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷巡邏防衛(wèi);油罐清洗機(jī)器人、消防機(jī)器人則能代替人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行不同任務(wù);碼垛機(jī)器人和自動(dòng)引導(dǎo)車配合能夠精確完成小件物資的自動(dòng)取存;人工智能機(jī)器人則能在數(shù)據(jù)空間為人類提供決策輔助。這些機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用能夠提高軍隊(duì)油庫管理水平與質(zhì)量,有效增強(qiáng)其保障能力,為軍隊(duì)油庫實(shí)現(xiàn)智能化目標(biāo)提供新方案。

3 油庫機(jī)器人技術(shù)

各類工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,機(jī)器人產(chǎn)品呈現(xiàn)出越來越多樣化的趨勢(shì),雖然適應(yīng)所有環(huán)境、任務(wù)的機(jī)器人現(xiàn)在還未出現(xiàn),但是能夠完成特定任務(wù)的機(jī)器人已經(jīng)越來越多,而一些機(jī)器人產(chǎn)品的出現(xiàn)為軍隊(duì)油庫機(jī)器人應(yīng)用提供了借鑒。

3.1 管道機(jī)器人

管道機(jī)器人是能在管道內(nèi)部移動(dòng),對(duì)管道進(jìn)行檢修維護(hù)作業(yè)的特種機(jī)器人。它通過攜帶不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu),在運(yùn)行中的油氣管道內(nèi)進(jìn)行在役檢測(cè)、清理、維護(hù)。按照移動(dòng)方式分為主動(dòng)式、被動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式管道機(jī)器人利用管道內(nèi)流體壓差推動(dòng),工作距離長,通常被稱為PIG(管道豬)。主動(dòng)式管道機(jī)器人按照驅(qū)動(dòng)方式又分為輪式、履帶式兩種。這種機(jī)器人在管道內(nèi)部行動(dòng),受外界環(huán)境的影響小,適合油庫埋地管道和軍隊(duì)平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)長輸管線的檢測(cè)維護(hù)作業(yè)。

圖3 管道豬

圖4 幾種管道機(jī)器人[3]

3.2 安防機(jī)器人

安防機(jī)器人是能在室內(nèi)或室外主動(dòng)巡邏,完成監(jiān)控、人臉識(shí)別、危險(xiǎn)源檢測(cè)任務(wù)的機(jī)器人,能夠快速對(duì)危險(xiǎn)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別并及時(shí)示警,有地面式和無人機(jī)式兩類。安防機(jī)器人綜合運(yùn)用了導(dǎo)航技術(shù)、定位技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù),具有巡邏路線全面、危險(xiǎn)識(shí)別精準(zhǔn)、工作時(shí)間靈活的特點(diǎn)。合理運(yùn)用安防機(jī)器人,能夠在軍隊(duì)油庫形成空間立體、時(shí)域全面的安防體系,提高庫區(qū)平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)安全管控力度。

圖5 一種安防機(jī)器人[4]

3.3 油罐清洗機(jī)器人

油罐清洗機(jī)器人是一種代替人對(duì)臥式、立式油罐清洗罐內(nèi)油泥、污物的機(jī)器人,能夠在罐底或者罐壁行走,并可以實(shí)現(xiàn)油罐清洗作業(yè)的全程可視、可控化。英國NESL公司推出的COS油罐清洗系統(tǒng)中,將油罐清洗機(jī)器人和傳統(tǒng)的機(jī)械清洗結(jié)合起來,有效提高了清洗作業(yè)效率[4]。將油罐清洗機(jī)器人運(yùn)用到軍隊(duì)油庫中來,將提高軍隊(duì)油庫設(shè)備設(shè)施維護(hù)水平,降低清洗人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 油罐清洗機(jī)器人[5]

3.4 消防機(jī)器人

消防機(jī)器人能夠協(xié)助或代替人進(jìn)行消防作業(yè)的機(jī)器人,單一機(jī)器人具備火場偵查、破拆、滅火、救援中的某項(xiàng)能力,能夠通過溫度、氣體探測(cè)、圖像感測(cè)中的某項(xiàng)能力,能夠通過溫度、氣體探測(cè)、圖像感測(cè)參與救援活動(dòng)。消防機(jī)器人不僅能深入火場執(zhí)行滅火任務(wù),還能準(zhǔn)確收集火災(zāi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從而減少二次事故的可能性。消防機(jī)器人適合執(zhí)行高度危險(xiǎn)的火災(zāi)救援任務(wù),可以有效降低救火人員風(fēng)險(xiǎn),減小油庫火災(zāi)損失和影響范圍。

圖7 消防機(jī)器人

3.5 碼垛機(jī)器人

碼垛機(jī)器人是一種能夠按一定模式將貨物堆碼成垛,或者將成垛貨物拆分的機(jī)器手臂,通過更換不同的夾具可以取放不同貨物。借助高效的路徑規(guī)劃算法和準(zhǔn)確的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu),碼垛機(jī)器人能夠快速有序地將貨物堆放/拆分,極大地提高搬運(yùn)作業(yè)效率。碼垛機(jī)器人適用于軍隊(duì)油庫庫房散裝油料收發(fā)(如桶裝潤滑油等),在自動(dòng)引導(dǎo)車的配合下,能夠?qū)崿F(xiàn)庫存物資的精確管理和快速收發(fā)。

圖8 碼垛機(jī)器人

3.6 自動(dòng)引導(dǎo)車

自動(dòng)引導(dǎo)車又被稱作AGV(Automated Guided Vehicle),能在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下,按照規(guī)劃路徑和作業(yè)要求,精確行走并停靠指定地點(diǎn),自動(dòng)完成取貨、送貨、充電等動(dòng)作。此類機(jī)器人適用于軍隊(duì)油庫庫房內(nèi),將被碼垛完成的物資送至指定區(qū)域,實(shí)現(xiàn)物資存放精確可控。

圖9 AGV小車

3.7 人工智能機(jī)器人

人工智能(Artificial Intelligence,簡稱AI)技術(shù)的出現(xiàn),讓計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式有了革命性的變化。以往計(jì)算機(jī)必須在人類預(yù)設(shè)的程序下機(jī)械化地執(zhí)行每一步任務(wù),而現(xiàn)在的AI機(jī)器人通過大量的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí),在某些領(lǐng)域已達(dá)到甚至超過了人的極限。在深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展下,AI機(jī)器人通過和業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理、診斷、預(yù)測(cè)等功能。在業(yè)務(wù)處理方面,現(xiàn)在代表性的AI機(jī)器人有:歐洲SAP公司的SAP Clea;美國甲骨文公司的Adaptive Intelligent Application;美國Salesforce.com公司的Salesforce Einstein;美國微軟的Dynamics365[6]。借助AI機(jī)器人強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,軍隊(duì)油庫能夠?qū)崿F(xiàn)油庫機(jī)器人體系管理控制、物資保障預(yù)測(cè)、設(shè)備設(shè)施故障診斷、倉庫人員管理預(yù)測(cè)等多個(gè)方面,形成以AI機(jī)器人為核心的油庫機(jī)器人體系。

4 軍隊(duì)油庫機(jī)器人可行性分析及應(yīng)用方法

縱觀近代軍事史,先進(jìn)技術(shù)帶來的往往是軍事力量的重大進(jìn)步,讓軍隊(duì)始終保持技術(shù)優(yōu)勢(shì),是維護(hù)國家安全的有效手段,機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn),是軍隊(duì)占領(lǐng)未來技術(shù)高地的重要領(lǐng)域。隨著相關(guān)科技的發(fā)展和我軍后勤信息化建設(shè)水平不斷提高,軍隊(duì)油庫應(yīng)用機(jī)器人的時(shí)機(jī)已經(jīng)逐漸成熟。

作為現(xiàn)代工業(yè)的綜合集成,機(jī)器人的能力水平由多種技術(shù)共同決定,一些關(guān)鍵技術(shù)的成熟提高了機(jī)器人的應(yīng)用水平,為開發(fā)軍隊(duì)油庫環(huán)境下的機(jī)器人產(chǎn)品,提供了更靈活的解決方案:

1)諧波傳動(dòng)齒輪技術(shù),它具備高扭力、輕便緊湊、精度高的特點(diǎn),讓機(jī)器人在不增加負(fù)重的情況下更加精確平穩(wěn)的執(zhí)行各種動(dòng)作;

2)全球定位技術(shù),如GPS、北斗,這一技術(shù)為機(jī)器人提供了基本的定位探測(cè);

3)通信技術(shù),如WiFi、5G通信技術(shù),為“云機(jī)器人”鋪平了道路,將機(jī)器人的內(nèi)部繁重的運(yùn)算轉(zhuǎn)移到云端服務(wù)器上處理,釋放了機(jī)器人內(nèi)部運(yùn)算負(fù)荷;

4)定位導(dǎo)航技術(shù),如激光定位、機(jī)器視覺技術(shù)，為機(jī)器人提供了環(huán)境感知和目標(biāo)分類能力;

5)新材料技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更加充沛的動(dòng)力能源(電池)和更加輕盈、強(qiáng)韌的機(jī)械結(jié)構(gòu);

6)人工智能技術(shù)為機(jī)器人提供了更加聰明的“大腦”,使之能夠處理更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)和環(huán)境。

上述科技為油庫機(jī)器人應(yīng)用提供了技術(shù)支撐,而軍隊(duì)油庫的信息化建設(shè)則為機(jī)器人的應(yīng)用打下了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

經(jīng)過近20年的后勤信息化建設(shè),我軍油庫已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)男畔⒒潭?周界報(bào)警、視頻監(jiān)控、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、消防報(bào)警等系統(tǒng)已基本成熟,并建成了一批高效的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)。這些油庫信息化建設(shè)方便了機(jī)器人數(shù)據(jù)傳輸和處理,降低了機(jī)器人體系應(yīng)用的難度,為機(jī)器人應(yīng)用提供了條件。

推進(jìn)軍隊(duì)油庫機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用,是推進(jìn)信息化向智能化轉(zhuǎn)變的重要手段,如何開展應(yīng)用論證及實(shí)踐,也是研究的重要內(nèi)容。

4.1 立足需求,強(qiáng)調(diào)特色,突出“打贏”重點(diǎn)

軍隊(duì)油庫應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的首要原則,是要在充分研究軍隊(duì)油庫日常管理需求條件下,強(qiáng)調(diào)聯(lián)勤保障這一特色,突出戰(zhàn)場保障任務(wù)這一重點(diǎn)。在日常管理方面,要突出“管”的特點(diǎn),重點(diǎn)解決精確保障、安全管理這一問題;在戰(zhàn)場保障方面,要突出“用”的特點(diǎn),站在保障對(duì)象的角度探索機(jī)器人技術(shù)運(yùn)用。要從“管”和“用”兩個(gè)方面,研究軍隊(duì)油庫機(jī)器人需求,以促進(jìn)機(jī)器人應(yīng)用。

4.2 建立體系,優(yōu)化構(gòu)成,形成一體化能力

研究軍隊(duì)油庫機(jī)器人應(yīng)用,就是要研究怎樣在特定的使用環(huán)境下建立一套完整的機(jī)器人體系，從相對(duì)較高的層次來設(shè)計(jì)各種專業(yè)機(jī)器人,聚合每一類機(jī)器人的能力,形成更強(qiáng)大的合力。要將智能機(jī)器人放在機(jī)器人應(yīng)用的核心,形成以人工智能為主導(dǎo)的機(jī)器人體系,強(qiáng)調(diào)體系評(píng)估,不斷進(jìn)行體系優(yōu)化,提高機(jī)器人體系應(yīng)用的水平,形成一體化的機(jī)器人體系架構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全面應(yīng)用。

4.3 軍民融合,平臺(tái)交流,確保技術(shù)先進(jìn)

發(fā)揮軍民融合優(yōu)勢(shì),建立軍隊(duì)與地方機(jī)器人技術(shù)交流平臺(tái),充分借助國內(nèi)外技術(shù)力量,依托高校研究力量,利用企業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)能力,形成一套圍繞軍隊(duì)任務(wù)需求為核心的機(jī)器人研發(fā)生產(chǎn)集群。培養(yǎng)既懂機(jī)器人技術(shù),又懂部隊(duì)業(yè)務(wù)工作的復(fù)合型人才,為軍隊(duì)需求端與技術(shù)服務(wù)端掃除交流障礙。強(qiáng)調(diào)機(jī)器人核心技術(shù)的突破,要把自主核心技術(shù)的應(yīng)用作為考查機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用水平的重要參數(shù),拒絕“拿來主義”,建立起我軍機(jī)器人的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4.4 建立示范,由點(diǎn)及面,探索全新模式

軍隊(duì)油庫工作相對(duì)于其他聯(lián)勤保障行業(yè)更具有危險(xiǎn)性和復(fù)雜性,探索軍隊(duì)油庫機(jī)器人技術(shù)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)可以更好地進(jìn)行推廣。要立足聯(lián)勤保障任務(wù)來研究軍隊(duì)油庫機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用,把智能化保障、無人化保障作為重點(diǎn)突破方向。探索一整套從需求提出到技術(shù)應(yīng)用的新制度,建立相關(guān)體系架構(gòu),從需求分析、體系評(píng)估、應(yīng)用效能等方面對(duì)機(jī)器人進(jìn)行全壽命管理。

5 結(jié)束語

機(jī)器人技術(shù)作為未來科技、社會(huì)發(fā)展的重要內(nèi)容,在軍事、社會(huì)、工業(yè)等行業(yè)里的應(yīng)用探索具有極其重要的意義。從國家安全角度考慮,軍隊(duì)必須不斷應(yīng)用新技術(shù)來保持戰(zhàn)略威懾。軍隊(duì)油庫機(jī)器人應(yīng)用研究能夠推進(jìn)我軍聯(lián)勤保障向智能化轉(zhuǎn)型,可提高后勤保障能力,能有效促進(jìn)我軍戰(zhàn)斗力的生成。同時(shí),系統(tǒng)研究機(jī)器人在軍隊(duì)油庫環(huán)境下的應(yīng)用體系架構(gòu),能夠?yàn)槠渌袠I(yè)的機(jī)器人體系化應(yīng)用提供參考。