专家讲堂｜浅谈智能制造与物流技术

本期专家：TLLI孟伟

当前，制造业发展正从过去的大规模生产向大规模定制转变。德国学术界和产业界认为，“工业4.0”即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统信息物理系统（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。工业4.0的三大主题包括智能工厂、智能生产和智能物流。本文将结合智能制造这三大主题探讨物流关键技术及其发展。

解读工业4.0三大主题

智能工厂，简而言之，就是高度柔性的、可自适应的自动化制造。智能工厂里，制造是高度自动化的，智能化的信息物流系统可以根据产品特点，灵活地调整工艺和调配资源，所有的工艺、设备、人都可以由智能的传感器感知，设备可以自诊断,通过系统统一联系在一起，智能工厂还可以在实现定制化生产的同时降低制造成本。结合上汽大众的制造模式，智能工厂既包括了生产工艺的智能化，也包含了物流的智能化。而在未来，智能化的工艺设备系统与物流设备系统将会融合成一整套的智能工厂解决方案。

智能生产，是包含了从初期产品设想和研发、制造、使用及维护的全生命周期的智能价值链。通俗地讲，智能生产系统可以根据客户的需求设计出个性化的产品，而后基于智能工厂的信息物理生产系统调动资源制造出满足客户需求的定制化产品。整个制造过程，物料是带信息的，整个制造过程是透明的可跟踪的，制造出的产品是智能产品，互联网系统可以从设计、制造、用户使用、维护保养和回收等全生命周期跟踪产品。

智能物流，工业4.0中的智能物流是涉及整个社会资源的共享配置及供应链的智能管理，主要是通过互联网、物联网等，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

物流技术的角色

工业4.0的智能制造，其本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”，其核心是动态配置的生产方式实现“柔性生产”，而在智能工厂和柔性生产实现上，物流技术将扮演非常重要的角色。

柔性的生产意味着工艺的柔性化，与之匹配的，则是高度柔性和智能的物流。传统的物流往往是人力密集型的运作方式，信息传递和记录也不及时，要实现物流的高度柔性化和智能化，必须借助于物流技术的应用。

厂内物流流程大体包含物料的装卸、搬运、仓储、分拣、上线及空箱返还等环节，物流技术的首要任务是实现这些物流过程的自动化。其次，为确保信息的实时和有效，物料或包装应在各环节被实时识别，这些信息与智能化的监控系统互联，由系统根据生产的需求调度相应的设备执行物料的配送任务。

此外，随着物流设备或技术应用的增多，设备故障率将会是影响生产或物流供应稳定性的关键，智能化的监控系统将通过对生产运行中积累的大量数据进行分析和优化，为设备进行智能的“体检”，提早发现问题和解决问题，以确保生产的安全和稳定。

物流关键技术

要实现智能工厂和柔性生产，技术是关键。当前物流技术的关键技术包括室内定位、全向行走、智能抓取、智能识别、智能监控、AR/VR模拟仿真、大数据分析等。以下将简要介绍各技术的关键点及其作用。

室内定位技术是指可以通过无线手段获取设备、人等移动物体在室内当前位置的技术。通过实时跟踪物体的移动记录，计算机系统可以获知物体的活动范围、工作效率等信息，从而可以通过数据结果的分析进行流程或资源的优化。与室内定位技术相对应的是移动设备导航技术，以AGV为例，传统的导航方式为磁条导航，AGV可以沿着磁条自动行驶并根据不同地标点触发所需执行任务，从而实现搬运操作的自动化。随着科学技术的发展，新的导航方式不断涌现，对基建资源的需求不断降低，实施的柔性也不断提高。2018年4月，上汽大众在高压电池车间实施了基于SLAM技术的地图导航AGV，无须在地面安装固定参考装置，可以灵活改变行驶路线，灵活调度车辆执行上线任务，可实时定位车辆所在位置和监控车辆状态。

全向行走技术主要针对搬运设备的驱动功能，车辆行驶的灵活性不同，对道路等基建资源的需求也不一样，可以实现全向行走或直角转向的行走方式，可以大大降低对场地资源的需求，并提升物流搬运的灵活性。2017年，上汽大众在安亭汽车二厂针对变速箱排序零件实施了直角转弯AGV，在局促的流水线边空间实现了自动化上线。

实物流流程中，分拣或排序操作是重要的一环，由于零件形状或者包装形式多种多样，而且上汽大众对零件质量要求也极高，因此，智能的抓取技术是实现拣货自动化的关键。上汽大众也尝试了蓄电池、前风窗的自动化拣货，但由于应用上需要较强的兼容性且投入成本相对较高，这项技术的大范围应用仍须等待技术上的突破。

智能识别技术是物流过程信息化的重要技术，通过技术的手段在各环节识别物料或者包装，可使得整个物流过程透明化，更有利于生产的组织和资源的调配。上汽大众已经从2016年开始尝试了RFID技术在安亭工厂排序流程以及宁波工厂JIS流程中的应用，节省了扫描人员工作量的同时，也使得流程更加透明。关于该技术，随着技术的发展，未来的视觉识别也值得期待，一旦其识别率和准确率得到保证，将大大降低智能识别的费用投入。

大量的智能化设备的应用需要有一套智能的监控调度系统，所有的物流设备、终端或传感器都在这套系统的综合监控管理之下，系统可以与生产系统和仓储管理系统对接，接收生产指令并调度相应的设备执行相应任务。与此同时，系统可以根据监控的状态，对监控对象进行预诊断，对于潜在故障也可实现远程的维修维护。

AR/VR模拟仿真更多的是规划层面的技术支持，智能工厂里，人的作用更多的体现在策略制定上，通过AR/VR的模拟仿真，我们可以更加清晰地看到和判断规划或策略制定的效果，提高规划的效率和准确性。

厂内物流的大数据分析主要是基于设备、人员、传感器、物料信息等生产中形成的大量数据的智能化分析，系统根据分析结果做出流程或设备资源优化，提升厂内资源、能源利用率和生产效率。

除以上技术之外，上汽大众物流技术还注重辅助技术、能源的高效利用和绿色物流。目前为止，已有E-dolly、E-Paper等技术相继投入使用。

物流技术给我们带来的好处

如上文所述，智能化制造是必然的发展趋势，物流则必须要摒弃过去传统的劳动力密集的作业模式，物流技术则是助推其发展的重要动力。物流技术给未来的制造带来的不仅是生产的自动化和柔性化，同时还会带来制造成本的节省和能源消耗的降低。

为此，上汽大众于2017年7月成立了智能物流实验室，专注于最先进的物流技术的引进开发和结合生产场景的测试验证，将越来越多的新技术应用于生产中，将上汽大众物流不断推向智能化，并降低物流成本。