廠區(qū)內(nèi)無人物流配送系統(tǒng)應(yīng)用

關(guān)鍵詞：無人駕駛；物流配送；智慧云控

0引言

廠區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)物流配送方式雖能滿足當(dāng)前環(huán)境下客戶的需求，但也存在運(yùn)營管理效率低、人力成本高、缺乏智能化和數(shù)據(jù)分析等弊端。近年來，隨著計(jì)算機(jī)芯片、自動(dòng)化控制、人工智能、大數(shù)據(jù)及通信等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展突破，無人化的配送體系開始在廠區(qū)或工業(yè)園區(qū)內(nèi)得到發(fā)展應(yīng)用，并成為現(xiàn)代物流發(fā)展的趨勢(shì)，這種物流方式能夠更好地滿足客戶需求，提高物流效率，降低運(yùn)輸成本，并在整個(gè)物流過程中實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控，這些優(yōu)勢(shì)使得無人物流成為未來物流行業(yè)的重要發(fā)展方向。

廠區(qū)內(nèi)物流配送無人化是隨著工業(yè)4.0、智能制造等新興技術(shù)的快速發(fā)展而興起的一種新型物流配送模式。A公司無人物流架構(gòu)示意如圖1所示。這種模式旨在通過現(xiàn)代科技手段和自動(dòng)化設(shè)備，提高物流效率，降低物流成本，并減少人為操作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。無人化物流配送的核心技術(shù)主要包括自動(dòng)化設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)駕駛技術(shù)（包括人工智能）以及車輛云控技術(shù)等。

1無人物流自動(dòng)化設(shè)備

物流行業(yè)作為制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)中不可或缺的一部分，其配送質(zhì)量和配送效率都會(huì)直接影響企業(yè)生產(chǎn)效率及消費(fèi)者的購物體驗(yàn)等。為此，越來越多的物流行業(yè)開始使用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，力求在提升物流配送效率的同時(shí)，合理控制人工成本，這是目前物流企業(yè)增強(qiáng)盈利能力和拓展市場(chǎng)占有率最有效的渠道[1]。物流自動(dòng)化設(shè)備包括無人牽引車、自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）和無人叉車等，這些設(shè)備能夠按照預(yù)設(shè)的路線和指令，自動(dòng)完成貨物的搬運(yùn)、存儲(chǔ)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。

以A公司為例，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，公司自主研發(fā)多款智能移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品（圖2），累計(jì)交付應(yīng)用近千臺(tái)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于廠區(qū)內(nèi)室外物流運(yùn)輸、產(chǎn)線輸送、物流配送及工具搬運(yùn)等場(chǎng)景，通過智能移動(dòng)機(jī)器人單元作為“組件”，通過網(wǎng)絡(luò)，架構(gòu)起一張“物與物”“人與物”相互連接的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享，工人可以通過手機(jī)等終端對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，整個(gè)工廠變得更加高效、更加智能化。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤及監(jiān)管等功能。、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，它將現(xiàn)實(shí)世界的物體與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，構(gòu)建起一個(gè)智能化的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為人類創(chuàng)造更加智慧和便利的生活，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息產(chǎn)業(yè)革命第三次浪潮的重要標(biāo)志和第四次工業(yè)革命的核心支撐，其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為以下四類：感知與識(shí)別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、無線傳感網(wǎng)技術(shù)和智能處理技術(shù)等[2]（圖3）。

（1）感知層。感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)收集來自物理世界的數(shù)據(jù)和信息。它包括各種傳感器、探測(cè)器和智能設(shè)備等，用于監(jiān)測(cè)和感知環(huán)境中的各種參數(shù)和狀態(tài)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通信和連接層，它負(fù)責(zé)將感知層收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌O(shè)備或云平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)層采用各種通信技術(shù)，如無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)及蜂窩網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。此外，網(wǎng)絡(luò)層還涉及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、通信協(xié)議及數(shù)據(jù)安全等方面的技術(shù)。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最上層，它基于平臺(tái)層提供的功能，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)。應(yīng)用層還可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制開發(fā)，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制等功能。物聯(lián)網(wǎng)幫助無人配送系統(tǒng)提升無人駕駛設(shè)備的感知能力、實(shí)現(xiàn)設(shè)備與外部環(huán)境的實(shí)時(shí)互動(dòng)、支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度，可以較好地解決車輛調(diào)配、運(yùn)行安全及物料追溯等目標(biāo)，提高物流系統(tǒng)運(yùn)作效率。物聯(lián)網(wǎng)還使得無人配送車輛能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，車輛的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸至管理后臺(tái)，幫助運(yùn)維和開發(fā)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進(jìn)行修復(fù)。這種預(yù)測(cè)性的升級(jí)維護(hù)不僅能夠提升車輛安全性，也能在一定程度上降低維護(hù)成本和故障停機(jī)時(shí)間，使無人駕駛系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

3車輛自動(dòng)駕駛技術(shù)

車輛自動(dòng)駕駛技術(shù)是通過先進(jìn)的傳感器、計(jì)算機(jī)視覺、人工智能等技術(shù)，使車輛能夠在無需人類駕駛員操作的情況下，自動(dòng)完成行駛?cè)蝿?wù)的技術(shù)[3]。自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)依賴于多種關(guān)鍵技術(shù)的綜合應(yīng)用，包括感知識(shí)別技術(shù)（攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等）、決策與規(guī)劃技術(shù)（專家規(guī)則、人工智能等）、定位與建圖技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，這些技術(shù)集成于智能駕駛系統(tǒng)中（圖4）。A公司無人物流牽引車智能駕駛系統(tǒng)的硬件組成，各模塊之間通過CAN通訊技術(shù)互聯(lián)。

智能駕駛系統(tǒng)硬件選型的要點(diǎn)和難點(diǎn)主要包括傳感器的可靠性和精度、高精度地圖的制作和更新以及安全性和法規(guī)問題。傳感器的可靠性和精度是無人駕駛技術(shù)的核心挑戰(zhàn)之一。傳感器需要能夠準(zhǔn)確感知周圍的道路、車輛、行人和建筑物等，并對(duì)車輛的位置、速度、加速度等進(jìn)行精確測(cè)量。

而傳感器面臨著干擾、噪聲和不可預(yù)見的障礙物等問題，因此需要選擇精確和可靠的傳感器，并采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來處理傳感器的數(shù)據(jù)。高精度地圖的制作和更新是另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。高精度地圖提供了道路的幾何形狀、標(biāo)識(shí)信息、車道、速度限制及交通標(biāo)志等詳細(xì)信息，對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛至關(guān)重要。制作和更新高精度地圖需要利用多種技術(shù)，如矢量圖、高分辨率衛(wèi)星圖像及激光雷達(dá)掃描等[4]。

智能駕駛軟件開發(fā)是系統(tǒng)性能的關(guān)鍵要素，涉及以下幾方面。

（1）車輛控制程序。負(fù)責(zé)管理車輛的各項(xiàng)操作，如轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)等，需要精確控制以實(shí)現(xiàn)安全駕駛。

（2）車輛監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)和環(huán)境變化，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行和安全駕駛。

（3）感知難題。系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地感知和理解周圍環(huán)境，包括道路、交通標(biāo)志、行人和車輛等，尤其是在復(fù)雜環(huán)境和多變條件下。

（4）決策與規(guī)劃。系統(tǒng)需要根據(jù)感知到的信息做出準(zhǔn)確的決策和規(guī)劃行駛路徑，處理多個(gè)可能的行為選擇。

（5）安全性。確保系統(tǒng)的可靠性和安全性，包括對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，設(shè)計(jì)故障容錯(cuò)和恢復(fù)機(jī)制。

（6）高精地圖。依賴高精度地圖提供準(zhǔn)確的道路和交通信息，需要大量的人力和時(shí)間來構(gòu)建和維護(hù)。

綜上所述，無人駕駛系統(tǒng)的軟件開發(fā)不僅需要關(guān)注車輛控制、監(jiān)控和模擬程序的設(shè)計(jì)，還需要克服感知、決策、安全、法律等多個(gè)方面的挑戰(zhàn)，以確保系統(tǒng)的有效性和安全性。

4車輛云控制技術(shù)

車輛云控制技術(shù)是通過數(shù)據(jù)庫、算法、網(wǎng)絡(luò)及云控等技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析處理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)端與外部設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)及物流系統(tǒng)協(xié)同。

如圖5所示，A公司自主開發(fā)設(shè)計(jì)的智慧云控制系統(tǒng)可以對(duì)廠區(qū)無人車進(jìn)行統(tǒng)一管控和調(diào)度，系統(tǒng)根據(jù)功能分層可分為：數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層。數(shù)據(jù)訪問層用于存儲(chǔ)具體的數(shù)據(jù)，如地圖數(shù)據(jù)、運(yùn)行線路、軌跡及日志等；業(yè)務(wù)邏輯層用于實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯，管理控制車輛、業(yè)務(wù)處理及車輛調(diào)度等；表現(xiàn)層用于實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)大屏等人機(jī)交互界面。

智慧云控制系統(tǒng)作為無人物流車的調(diào)度系統(tǒng)，其重點(diǎn)在于如何避免擁堵、最大效率調(diào)度車輛，提高車輛利用率，減少送貨時(shí)間[5]。為此智慧云控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)調(diào)度、智慧路口交會(huì)、路段管理，以及跨線調(diào)度等功能。

（1）系統(tǒng)調(diào)度。系統(tǒng)調(diào)度即系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需求自動(dòng)調(diào)度車輛，智慧云控制系統(tǒng)可自動(dòng)獲取生產(chǎn)、物流系統(tǒng)的拉動(dòng)單信息，并根據(jù)拉動(dòng)單信息自動(dòng)生成調(diào)度任務(wù)，根據(jù)線路車輛狀態(tài)、位置信息計(jì)算可調(diào)度車輛數(shù)量，將調(diào)度任務(wù)自動(dòng)合理分配給車輛。這項(xiàng)功能對(duì)提高物流效率、打造全鏈路無人配送至關(guān)重要。

（2）智慧路口交會(huì)。路口交會(huì)是廠區(qū)無人物流車調(diào)度的一個(gè)要點(diǎn)、難點(diǎn)，廠區(qū)生產(chǎn)繁忙，所需無人物流車數(shù)量龐大，各個(gè)線路的無人物流車難免會(huì)在路口相遇，路口交會(huì)策略制定直接影響車輛通過路口的效率。智慧云控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)路口的合理有序調(diào)度，允許沒有干涉的車輛同時(shí)進(jìn)出路口。

（3）路段管理。路段管理即按路段進(jìn)行管理，將線路分為多個(gè)路段管理，這是為解決線路擁堵提供的另一種解決方案。只有無人車前往的下一個(gè)路段符合允許無人車通行的條件，該無人車才能獲取到下一個(gè)路段的通行令牌。采用這種調(diào)度模式，無需額外增加路口交會(huì)功能即可避免路口擁堵問題，此外，路段管理模式還能解決裝/卸貨區(qū)擁堵問題。

（4）跨線調(diào)度。跨線調(diào)度功能可實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)端就可以將車輛切換線路，車輛可以根據(jù)需求從空閑線路快速切換到繁忙線路，提高換線效率。

綜上，無人物流配送系統(tǒng)四大核心技術(shù)需密切配合才能形成一套完整、高效的應(yīng)用模式。A公司在應(yīng)用過程中由于測(cè)試覆蓋率和場(chǎng)景多樣化，可能無法覆蓋所有潛在情況，而所有的場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)依賴于實(shí)時(shí)通信與中央控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收命令，網(wǎng)絡(luò)中斷或延遲可能導(dǎo)致系統(tǒng)失去控制。盡管5G技術(shù)的推廣有望改善通信性能，但仍然需要應(yīng)對(duì)信號(hào)干擾、惡劣天氣等問題。

5結(jié)束語

比較傳統(tǒng)物流，無人物流系統(tǒng)具有智能化、運(yùn)行效率高和節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)在工業(yè)園區(qū)已取得了一定實(shí)際應(yīng)用成果，但也存在很大的提升空間。A公司將無人物流運(yùn)用于物料終端配送環(huán)節(jié)，構(gòu)建了適用于零部件入廠、LOC收發(fā)存、廠內(nèi)運(yùn)輸、工位包裝器具自動(dòng)拖掛、車間自動(dòng)駁接等多環(huán)節(jié)，形成制造+物流高度協(xié)同的雙循環(huán)效應(yīng)。