物流系統(tǒng)中的人機(jī)協(xié)同探討

文/本刊記者 任 芳

在自動(dòng)化及相關(guān)技術(shù)的突飛猛進(jìn)之下，盡管機(jī)器具備的智能化程度越來(lái)越高，但人的優(yōu)勢(shì)仍是其不能完全替代的，因此，強(qiáng)調(diào)人與機(jī)器配合作業(yè)的人機(jī)協(xié)同仍將是未來(lái)物流系統(tǒng)中的主要作業(yè)方式，應(yīng)用在產(chǎn)線物流以及物流倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)等場(chǎng)景中。目前行業(yè)對(duì)人機(jī)協(xié)同并沒(méi)有系統(tǒng)的研究，本文初步梳理了多位行業(yè)專家對(duì)人機(jī)協(xié)同的理解及相關(guān)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，后續(xù)本刊將持續(xù)深入報(bào)道。

隨著智能制造和智能物流的不斷發(fā)展，在多方因素刺激下，自動(dòng)化、智能化需求愈發(fā)凸顯。特別是隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器（人）被賦予越來(lái)越高、越來(lái)越多樣化的智能，它不僅僅幫助人類做一些簡(jiǎn)單重復(fù)性的勞動(dòng)，甚至可以具備一定的自主性，協(xié)助人類或獨(dú)立完成較為復(fù)雜的作業(yè)?？梢?jiàn)，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，局部作業(yè)的無(wú)人化程度必然會(huì)越來(lái)越高。但綜合機(jī)器人作業(yè)效率與成本，以及機(jī)器從事高度柔性作業(yè)仍然受限等因素，智能制造與物流中心等場(chǎng)景下整個(gè)物流系統(tǒng)的全自動(dòng)化、無(wú)人化作業(yè)仍較難大范圍落地，由人與機(jī)器配合共同作業(yè)的人機(jī)協(xié)同仍是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主流模式。

員工在揀選站與機(jī)器人配合作業(yè)

什么是人機(jī)協(xié)同？

根據(jù)工信部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年全國(guó)工業(yè)機(jī)器人完成產(chǎn)量237068臺(tái)，同比增長(zhǎng)19.1%。另一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近五年物流機(jī)器人的年均增長(zhǎng)量超過(guò)20%?？偟膩?lái)看，機(jī)器替代人已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。盡管機(jī)器具備了更高的智能性和自主決策能力，但其智能水平依然無(wú)法與人抗衡，它無(wú)法像人一樣進(jìn)行高度復(fù)雜、柔性的作業(yè)，更加不具備人的主觀能動(dòng)性，無(wú)法完成創(chuàng)造性的工作；并且從應(yīng)用角度來(lái)看，成本依然較高，高度智能化機(jī)器人尤甚。因此，人機(jī)協(xié)同成為主流選擇。

什么是人機(jī)協(xié)同？目前行業(yè)內(nèi)并沒(méi)有統(tǒng)一的定義，從廣義上理解，凡是人與機(jī)器配合作業(yè)的都可以稱為人機(jī)協(xié)同，與之相關(guān)的概念還有人機(jī)協(xié)作、人機(jī)交互等多種說(shuō)法。這幾個(gè)概念內(nèi)容相關(guān)又略有偏差。

人機(jī)交互（Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction，也稱人機(jī)互動(dòng)），是一門(mén)研究系統(tǒng)（包括各種機(jī)器以及計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件）與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問(wèn)。

協(xié)作，百度百科給出的定義是指在目標(biāo)實(shí)施過(guò)程中，部門(mén)與部門(mén)之間、個(gè)人與個(gè)人之間的協(xié)調(diào)與配合，更強(qiáng)調(diào)資源、技術(shù)、信息等的協(xié)調(diào)配合。

協(xié)同，指協(xié)調(diào)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的不同資源或者個(gè)體，協(xié)同一致地完成某一目標(biāo)的過(guò)程或能力，更加強(qiáng)調(diào)目標(biāo)的完成。

具體到物流系統(tǒng)中的人機(jī)協(xié)同，它描述的是人與有一定智能性的機(jī)器配合，如智能移動(dòng)機(jī)器人以及協(xié)作機(jī)器人等在同一工位或者同一場(chǎng)景下共同完成某項(xiàng)工作?？梢允侨撕蜋C(jī)器人共同完成同一項(xiàng)作業(yè)，也可以是在整個(gè)物流大系統(tǒng)的某個(gè)（或某幾個(gè)）環(huán)節(jié)由機(jī)器人獨(dú)立完成全自動(dòng)化作業(yè)，其它環(huán)節(jié)由人完成，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的無(wú)縫配合。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，人機(jī)協(xié)同主要指在系統(tǒng)的調(diào)度之下，人和機(jī)器互相配合，共同作業(yè)，最終完成既定的物流任務(wù)和目標(biāo)，如對(duì)效率、成本、安全等多方面的要求。

對(duì)于人機(jī)協(xié)同，行業(yè)專家、中國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)與配送協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)王繼祥也分享了自己的理解。他表示，物流系統(tǒng)中的人機(jī)協(xié)同，要么以人的作業(yè)為主，要么以機(jī)器作業(yè)為主，但無(wú)論人輔助機(jī)器，還是機(jī)器輔助人，其主要的特征或出發(fā)點(diǎn)是充分發(fā)揮人與機(jī)器各自的優(yōu)勢(shì)，相互協(xié)作。因此，人機(jī)協(xié)作可以視為人機(jī)協(xié)同的初級(jí)階段。

人機(jī)協(xié)同將是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主流模式

人機(jī)協(xié)同：充分結(jié)合人與機(jī)器的優(yōu)勢(shì)

談及人與機(jī)器的優(yōu)勢(shì)，不難理解，機(jī)器的產(chǎn)生是為了服務(wù)于人類的生活和生產(chǎn)，幫助人類從事大量枯燥、重復(fù)單調(diào)以及具有危險(xiǎn)的工作，它的優(yōu)勢(shì)在于可以長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，在準(zhǔn)確性、精準(zhǔn)度，以及負(fù)重等方面的能力均高于人工作業(yè)。但人顯然更具創(chuàng)造力，更具柔性和主觀能動(dòng)性。

某行業(yè)專家則結(jié)合物流作業(yè)需求進(jìn)一步分析了人與機(jī)器的不同優(yōu)勢(shì)。他表示，人在進(jìn)行物流作業(yè)時(shí)，主要是腦、眼、手、腿的協(xié)作配合，機(jī)器便是在一定程度上具備其中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能，如移動(dòng)機(jī)器人主要代替人的行走，拆/碼垛機(jī)器人代替人手進(jìn)行托盤(pán)貨物的拆分和碼放，關(guān)節(jié)機(jī)器人可以在產(chǎn)線上代替人工進(jìn)行自動(dòng)裝配等作業(yè)。盡管從單個(gè)作業(yè)或者環(huán)節(jié)來(lái)看，這些機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化無(wú)人作業(yè)，但是整個(gè)流程還需要人來(lái)配合完成。

正因?yàn)槿撕蜋C(jī)器有各自不同的優(yōu)勢(shì)，就需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)作業(yè)分工進(jìn)行明確的劃分從而充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，如機(jī)器傾向于做大量重復(fù)、繁瑣、程式化、重體力的作業(yè)；而需要依靠腦力以及高度柔性化的作業(yè)，則由人來(lái)完成。只有將人和機(jī)器的作業(yè)進(jìn)行合理劃分銜接，充分體現(xiàn)人與機(jī)器的優(yōu)勢(shì)，才能最大可能地發(fā)揮整個(gè)人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的價(jià)值。

另一位專家也表示，人和機(jī)器的分工通常也與人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的智能化程度息息相關(guān)。他指出，當(dāng)系統(tǒng)擁有較強(qiáng)的自決策能力和較高智能化程度時(shí)，由于系統(tǒng)知道全局的信息，可以做出更理智的決策，因此人就變成系統(tǒng)中一個(gè)很小的單元，只需要成為一顆“螺絲釘”，不需要具備思考能力，和機(jī)器一樣都是為配合系統(tǒng)服務(wù)的，所有的動(dòng)作均按照系統(tǒng)指令執(zhí)行。例如在某些“貨到人”系統(tǒng)中，揀貨人員不需要思考揀選的貨品種類和數(shù)量，按照燈光揀選指令或者屏幕顯示內(nèi)容進(jìn)行作業(yè)即可。這一作業(yè)從理論上也可以全部自動(dòng)化，但是基于揀選作業(yè)的難度、柔性以及成本等多方面因素考慮，目前是人機(jī)協(xié)同最為主要的場(chǎng)景。相對(duì)應(yīng)地，在智能化程度相對(duì)較低的人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)中，還需要人來(lái)進(jìn)行干預(yù)，由人做出各種判斷和決策，機(jī)器只需要具有一定的智能性。

人機(jī)協(xié)同的關(guān)鍵：效率與安全

系統(tǒng)的分工是否合理，也直接決定了人機(jī)協(xié)同的效率。在人機(jī)協(xié)同模式下，由于涉及人和機(jī)器的相互配合，那么人和機(jī)器各自的作業(yè)效率并不能夠代表整個(gè)系統(tǒng)的效率，當(dāng)分工不合理或者效率不同步時(shí)，資源的閑置和浪費(fèi)便產(chǎn)生了。因此，人機(jī)協(xié)同的效率首先需要一個(gè)智能化的物流系統(tǒng)來(lái)支撐。

無(wú)論處于何種智能化程度的物流系統(tǒng)中，只要涉及人和機(jī)器的共同作業(yè)，那么安全便是要重點(diǎn)考慮的因素，這也是人機(jī)協(xié)同最基本的要求。以目前應(yīng)用廣泛的智能物流機(jī)器人為例，極智嘉、牧星智能的兩位相關(guān)負(fù)責(zé)人均表示，要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，并且保證人和機(jī)器人在同一作業(yè)場(chǎng)景下安全作業(yè)，最關(guān)鍵的技術(shù)是機(jī)器人的感知能力。這種能力一方面體現(xiàn)在對(duì)環(huán)境的感知，如通過(guò)激光雷達(dá)、彩色相機(jī)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的描述以及對(duì)障礙物的精準(zhǔn)識(shí)別、定位和避障；另一方面則是通過(guò)深度相機(jī)等技術(shù)識(shí)別人的輪廓，機(jī)器人需要通過(guò)相關(guān)模型的匹配將人和其他障礙物區(qū)別開(kāi)來(lái)。特別是在某些場(chǎng)景下，機(jī)器人和人有直接接觸，需要感知人力的大小并做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而避免在人機(jī)配合作業(yè)時(shí)與人發(fā)生過(guò)度觸碰造成人員傷害。

極智嘉有關(guān)負(fù)責(zé)人還表示，除了感知能力，機(jī)器人自身的智能路徑規(guī)劃能力也很重要。例如，在有多智能體以及人員混行的復(fù)雜環(huán)境中，通過(guò)感知到的信息進(jìn)行智能的路徑規(guī)劃和行為決策（如移動(dòng)方向、速度、距離的選擇等）。此外，機(jī)器人還需要具備很強(qiáng)的底層運(yùn)動(dòng)控制能力，保證機(jī)器人在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)候的準(zhǔn)確性。

牧星智能相關(guān)負(fù)責(zé)人也補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)，為了讓人和機(jī)器人更加無(wú)縫的協(xié)作，不僅機(jī)器人需要知道周圍環(huán)境以及接下來(lái)的作業(yè)任務(wù)，人同時(shí)也需要知道機(jī)器人此時(shí)的狀態(tài)。由于人在實(shí)際操作中有可能出現(xiàn)各種異常，而機(jī)器人程序不可能窮舉或者預(yù)設(shè)所有的情況，因此要實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的相互感知和無(wú)縫協(xié)作，同樣需要依賴于系統(tǒng)智能化和能力的不斷提升。

結(jié)語(yǔ)

王繼祥指出，隨著行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的升級(jí)，未來(lái)的人機(jī)協(xié)同將是人與機(jī)器無(wú)縫的互動(dòng)和全面融合。一方面是人和機(jī)器的智能協(xié)同，并主要體現(xiàn)在數(shù)智化的實(shí)現(xiàn)上。據(jù)介紹，“數(shù)智化”這一概念，最早由北京大學(xué) “知本財(cái)團(tuán)”課題組于2015年提出，是對(duì)“數(shù)字智商”（Digital Intelligence Quotient）的闡釋，是數(shù)字智慧化與智慧數(shù)字化的合成。另一方面是人與機(jī)器人在交流上的融合，又分為初級(jí)的RPA（Robotic Process Automation，機(jī)器人流程自動(dòng)化）+AI方式，以及高級(jí)的腦機(jī)接口BCI（Brain Computer Interface，指人腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換），這屬于人工智能最前沿的探索，與物流領(lǐng)域的應(yīng)用關(guān)聯(lián)不大。

值得一提的是，本文探討的人機(jī)協(xié)同，更多體現(xiàn)在系統(tǒng)協(xié)同上，即某場(chǎng)景下多個(gè)人工與大量機(jī)器的協(xié)同作業(yè)。但據(jù)某行業(yè)專家表示，從人工智能中的智能體概念來(lái)看，人機(jī)協(xié)同不僅包括機(jī)器這一看得見(jiàn)的硬件智能體，也包括算法等摸不著的軟件智能體，而這些看不見(jiàn)的智力系統(tǒng)與人的協(xié)同，實(shí)際上也屬于人機(jī)協(xié)同的范疇。對(duì)此，我們將持續(xù)關(guān)注了解，做進(jìn)一步的深入報(bào)道。