軍工企業(yè)智能物流系統(tǒng)研究

金航數碼科技有限責任公司 梁杰

軍工企業(yè)智能物流系統(tǒng)研究

金航數碼科技有限責任公司 梁杰

隨著新一輪工業(yè)革命的到來，德國“工業(yè)4.0”、“中國制造2025“等政策的發(fā)布及實施，智能制造已成為各國爭奪制造業(yè)新制高點的核心，而智能物流是連接供應和生產的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)智能制造的基石。本文從智能物流發(fā)展趨勢及核心，國內智能物流及軍工行業(yè)物流問題出發(fā)，結合物聯(lián)網、CPS、物流互聯(lián)網、大數據等先進技術，為軍工企業(yè)智能物流系統(tǒng)及建設提出了完整的體系架構及實施路線，以全面支撐軍工企業(yè)智能制造的實現(xiàn)。

CPS、物聯(lián)網、智能制造、智能物流

一、引言

關于智能物流，具有普遍意義的定義是指借助現(xiàn)在信息技術手段，如射頻技術（RFID）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、通用無線分組業(yè)務（GPRS）、地理信息系統(tǒng)（GIS、條碼技術、無線傳感技術、網絡技術等，將物流活動過程中的作業(yè)環(huán)節(jié)、作業(yè)過程、附屬管理等進行集成，使系統(tǒng)具有學習，推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力。

隨著物聯(lián)網、云計算、大數據、移動互聯(lián)網等現(xiàn)代信息技術在物流領域應用的深入，現(xiàn)實物理世界的物流實體運作與網上虛擬的物流信息開始了全方位融合，現(xiàn)代物流進入了4.0時代。國內相關專家已開始了物流CPS研究，并提出了由控制中心、云計算中心、物流物理網絡組成的體系結構，但具體系統(tǒng)如何實現(xiàn)到目前為止仍無落地案例。且智能物流是“工業(yè)4.0”的核心主題之一，在工業(yè)4.0智能工廠的框架內，智能物流是連接供應和生產的重要環(huán)節(jié)，也是構建智能工廠的基石。智能單元化物流技術、自動物流裝備以及智能物流信息系統(tǒng)是打造智能物流的核心元素，智能制造與智能物流融合是未來的大趨勢。中航工業(yè)信息技術及先進理念研究一直走在國內軍工企業(yè)前列，已經制定了智能制造框架及實施路線，并將智能物流作為實現(xiàn)智能制造的核心，智能物流未來需向“數字化、網絡化、智能化”方向發(fā)展，實現(xiàn)業(yè)務過程“動態(tài)感知、實時分析、精準執(zhí)行、智能決策”。

二、系統(tǒng)架構設計

1．總體架構

未來智能物流系統(tǒng)以物聯(lián)網、物流互聯(lián)網、CPS技術為核心，構建物流CPS系統(tǒng)，核心由計算、通訊、控制三個要素組成。而智能物流系統(tǒng)內部又由不同的異構CPS組成，從而從整體到部分均實現(xiàn)對于物理世界的感知、處理、決策和反饋。計算單元由相應系統(tǒng)及軟件組成，通訊單元由物聯(lián)網、企業(yè)內網、物流互聯(lián)網組成，控制單元由相應的通訊服務、流程引擎、傳感器、驅動器組成。總體架構如圖1所示。整個架構覆蓋企業(yè)、價值鏈兩個維度。

控制執(zhí)行層：主要包括與生產設備向對應的搬運機器人、機械手、AGV、物流配送設備等下料執(zhí)行及傳輸設備，相應的嵌入式軟件、生產現(xiàn)場工業(yè)物聯(lián)網，共同組成控制層的物流執(zhí)行CPS系統(tǒng)。實現(xiàn)下料狀態(tài)、設備狀態(tài)動態(tài)感知、實時監(jiān)控，精準下料，信息及時采集分析，規(guī)則自動匹配、問題及指令自主決策。

生產管理層：主要包括生產下料管理、智能生產物流管理、物流傳輸等系統(tǒng)，消息通訊、數據傳輸、生產監(jiān)控等設備，企業(yè)內部生產涉密管理網，共同組成生產管理層的生產物流CPS系統(tǒng)。實現(xiàn)物料狀態(tài)、物流設備狀態(tài)、物流故障實時監(jiān)控、動態(tài)感知，物料、任務、故障實時分析，物流任務、管控指令精準執(zhí)行，物流配送、作業(yè)調整、作業(yè)狀態(tài)實時報警、自主決策。

圖1 智能物流系統(tǒng)總體架構

企業(yè)管理層：由物流運輸、倉儲、搬運和配送等設備，相應系統(tǒng)及管理物聯(lián)網，共同組成企業(yè)管理層的采購供應物流管理CPS系統(tǒng)。實現(xiàn)采購狀態(tài)、運輸狀態(tài)、訂單狀態(tài)實時監(jiān)控、動態(tài)感知，供應成本、供應效率、資源分布實時分析，物流任務、資源配送、物理出入庫精準執(zhí)行，物流調度、物流問題、供應需求自主決策。

企業(yè)聯(lián)盟層：由企業(yè)之間的物流服務、物流智能協(xié)同、電子商務等系統(tǒng)，即時通訊、移動通訊、衛(wèi)星定位等設備，基于互聯(lián)網的物流互聯(lián)網，組成企業(yè)聯(lián)盟層物流聯(lián)盟CPS系統(tǒng)。實現(xiàn)物流資源、環(huán)境狀態(tài)、供應商、供應鏈動態(tài)感知，物流配送、物流調度、物資出入庫、供應鏈精準執(zhí)行，資源分布、交通狀態(tài)、物流成本、供應商和第三方物流等實時分析，實現(xiàn)物流資源及信息的集成、共享、分析優(yōu)化及動態(tài)決策。

2．業(yè)務架構

參考《ISA-95標準》、美國《智能制造系統(tǒng)現(xiàn)行標準體系》、《中航工業(yè)智能制造參考模型框架》，結合軍工行業(yè)業(yè)務范圍，建議未來智能物流業(yè)務包括價值鏈、生產生命周期兩個維度。如圖2所示。

圖2 智能物流系統(tǒng)業(yè)務邊界

在價值鏈維度，需覆蓋產品未來生產物流設計、物流仿真、物資采購、運輸、搬運、倉儲、生產加工、包裝、配送交付整個價值鏈過程；從生產生命周期維度，需要考慮生產所對應的物流系統(tǒng)設計、仿真、建造、測試、運行維護、重構及處置。同時需實現(xiàn)與工程設計、生產計劃、物資采供、生產管理、制造執(zhí)行、質量管理、銷售交付等相關業(yè)務高效協(xié)同。

3.應用架構

應用架構由物流基礎應用、控制執(zhí)行層應用、生產管理層應用、企業(yè)管理層應用、企業(yè)聯(lián)盟層應用、物流標準體系、信息安全體系七部分構成，如圖3所示。

物流基礎應用為其它各層的基礎應用支撐，包括條碼管理、電子門禁、流程引擎、電子地圖、衛(wèi)星定位、短信通知等公共子系統(tǒng)及應用。

控制執(zhí)行層應用主要支撐企業(yè)生產物流操作執(zhí)行業(yè)務，包括立體倉庫、AGV、自動傳輸、物料定位、等子系統(tǒng)及應用。

生產管理層應用主要支撐企業(yè)生產物流管理業(yè)務，包括物流計劃管理、倉儲管理、生產管理、緩存管理、智能配送、統(tǒng)計查詢、智能分析及決策等子系統(tǒng)及應用。

企業(yè)管理層應用主要支撐企業(yè)管理層物流業(yè)務，包括智能倉儲、智能車輛、智能配送、智能裝卸、物流仿真優(yōu)化、智能分析及決策等子系統(tǒng)及應用。

企業(yè)聯(lián)盟層應用主要支撐企業(yè)與行業(yè)內部、外部單位直接等之間的物流服及協(xié)同業(yè)務，包括物流服務、智能協(xié)同、電子商務、移動物流等子系統(tǒng)及應用。

物流標準體系為支撐物流應用的技術、管理及應用標準，是支撐物流系統(tǒng)開發(fā)、應用、業(yè)務協(xié)同的基礎保障。

信息安全體系為支撐物流應用的技術、管理、應用等安全技術及標準，是確保物流系統(tǒng)安全運行、物流數據資產安全的基礎保障。

圖3 智能物流系統(tǒng)功能架構

同時，必須通過物流基礎、控制執(zhí)行、生產管理、企業(yè)管理、企業(yè)聯(lián)盟各層內部應用、各層之間應用及與其它相關系統(tǒng)全面集成，實現(xiàn)業(yè)務智能協(xié)同。

4.技術架構

系統(tǒng)采用SOA架構，通過組件化、服務化可以根據不同的企業(yè)需求，靈活構建所需要的智能物流系統(tǒng)，技術架構如圖4所示。

整個架構由物流設備、技術支撐、云數據中心、組件池、應用服務、物流技術標準、信息安全技術其部分組成。

物流設備是智能物流實現(xiàn)的基礎，包括拆碼垛機器人、機械手、傳感器、AGV、車輛、傳輸系統(tǒng)、通訊設備等物流所需的硬件及自動化設備組成。

技術支撐是實現(xiàn)智能物流的核心技術，包括條碼、RFID、GPS、GPRS、GIS、大數據和傳感技術等核心技術。

云數據中心是實現(xiàn)物流數據存儲、分析，CPS智能計算的核心，未來需要采用云技術，建立與數據中心，對外提供數據服務，建立云計算中心，對外提供計算服務。以滿足物流數據及CPS計算量大、效率高等要求，

組件池是支撐所有業(yè)務應用的功能組件中心，報告運輸管理、物資跟蹤、路徑優(yōu)化、倉儲管理、車輛管理、數據采集等各種服務化、標準化應用組件，對外提供標準化業(yè)務服務，以支撐未來企業(yè)智能物流系統(tǒng)靈活配置、動態(tài)調整，構建靈活的物流CPS系統(tǒng)。

應用服務則是基于不同企業(yè)、不同業(yè)務需求，構建的不同層面的物流應用，以實現(xiàn)對企業(yè)不同層面業(yè)務的全面支撐，實現(xiàn)物流業(yè)務的智能化。

物流技術標準指支撐智能物流系統(tǒng)實現(xiàn)所需的技術協(xié)議及技術標準。

信息安全技術指支撐物流系統(tǒng)及業(yè)務安全應用所需的信息、數據安全技術。

三、實施路線設計

建議未來物流系統(tǒng)建設按照基礎階段、互連階段、半智能化階段、智能化階段期四個步驟推進。在基礎期，以控制執(zhí)行層智能物流控制系統(tǒng)及設備建設為核心，加大條碼、RFID技術推廣應用，建立智能倉庫，引入AGV、物流傳輸設備，建立與生產相匹配的智能物流控制及傳輸系統(tǒng)、物料追溯及監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)生產物流執(zhí)行的數字化、智能化。在互連階段，以生產管理層生產物流管控系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)生產物流系統(tǒng)與控制執(zhí)行層物流系統(tǒng)，制造執(zhí)行、視頻監(jiān)控、采購供應、質量管理等相關系統(tǒng)的高效集成互聯(lián)，實現(xiàn)生產物流相關業(yè)務高效智能協(xié)同。在半智能化階段，以企業(yè)管理層物流管理系統(tǒng)為核心，加大GIS、GPS、大數據、物流仿真等技術應用，及與企業(yè)管理層系統(tǒng)的全面集成。初步建立物流數據中心，建立物流數據分析及決策應用，初步建立企業(yè)智能物流體系。在智能化階段，構建基于企業(yè)聯(lián)盟的智能物流應用，實現(xiàn)行業(yè)標準統(tǒng)一，環(huán)境高度智能，實現(xiàn)所有物品的覆蓋，遠程感知和控制，形成完整智能物流運作體系。

圖4 智能物流系統(tǒng)技術架構

建議軍工企業(yè)十三五期間物流建設以基礎和互聯(lián)階段為核心，基礎條件較好的企業(yè)可以向半智能化階段邁進。

四、結語

隨著“中國制造2025”的發(fā)布實施，智能制造的規(guī)劃及落地建設已迫在眉睫，智能物流系統(tǒng)作為實現(xiàn)智能制造的基礎支撐，加強規(guī)劃、研發(fā)及建設已經刻不容緩，本文以軍工行業(yè)智能制造落地為目標，為智能物流系統(tǒng)及建設提出了完整的體系架構及實施路線。未來軍工企業(yè)物流系統(tǒng)建設應以數字化、網絡化、智能化為方向，結合企業(yè)實際，突破理念、思維及行業(yè)局限，加大物聯(lián)網、賽博物理系統(tǒng)（CPS）、大數據、物流互聯(lián)網等先進技術的推廣應用，對標先進、提升實效，構建適合企業(yè)自身的智能物流CPS系統(tǒng)，并實現(xiàn)與相關業(yè)務的深度融合，從而支撐企業(yè)逐步走向智能化。