工业4.0和智能物流

◎ 王雪琳　交通运输部水运科学研究院电控信通中心



工业4.0和智能物流

◎ 王雪琳交通运输部水运科学研究院电控信通中心

摘要：介绍了工业4.0产生的技术背景和产业特征，提出面向工业4.0的智能物流，构建了智能物流的系统架构，设计了智能物流的解决方案，展望了以“智能化”为核心的制造业与物流业的发展潜力。

关键词：工业4.0 虚实融合 智能物流

1.工业4.0

工业革命开创了现代文明，极大的促进了生产力的发展。第一次工业革命借助蒸汽动力实现了生产装备机械化，极大的解放了人类的劳动力；第二次工业革命借助电力和流水线实现了大规模工业生产，标志着人类进入电气时代；第三次工业革命发明了计算机，标志着人类进入数字控制机器的新时代。进入21世纪，互联网、大数据、人工智能技术得到迅速发展，促使整个工业生产体系进入全新的水平，推动了第四代工业即工业4.0时代的到来。

工业4.0战略规划最初由德国技术科学院等机构联合提出，在德国学术界和产业界的建议和推动下，已上升为德国的国家战略。它是以移动互联网、大数据、云计算和物联网等新一代信息技术为驱动，以虚实融合系统（CPS）为基础，通过融合电气、机械、自动化、信息通信等技术，深度优化企业生产与管理流程，实现工业生产的智能化升级。值得欣慰的是，被誉为“中国版工业4.0”的《中国制造2025》已正式出台，这意味着中国工业4.0时代即将到来。工业4.0具备以下特性：

（1）低成本的个性化定制。在研发设计和生产制造的过程中，充分考虑客户的个性化需求，在智能供应链、智能物流系统、智能工厂和智能制造的支持下实现小批量、多批次的客户化生产，通过效率最大化和资源消耗最小化创造利润。

（2）高灵活性的作业流程和制造工艺。基于CPS的自组织网络可根据业务流程进行动态配置，实现灵活的作业流程和高柔性的制造工艺，同时打造适应性较强的动态物流与供应链体系，灵活应对客户化与市场动态变化。

（3）生产效率和资源利用率的系统级优化。虚实融合系统贯穿于价值链的各个环节，对制造与物流过程进行系统优化。这意味着在生产不停顿的情况下，系统能够对生产过程的资源消耗进行持续优化。

2.面向工业4.0的智能物流

工业4.0时代，模拟仿真计算技术的成熟促使产品的研发周期近一步缩短， 3D打印技术替代了传统模具生产，极大满足了高度个性化的客户需求，智能生产线的应用致使生产节拍不断加快，这就要求高效的生产物流配送与生产的各个环节自动化无缝对接，这不仅是智能生产面临的重要课题，也对支撑生产的物流系统提出了巨大挑战。作为工业4.0的核心组成部分，智能物流是连接客户、供应链和制造业的重要环节，也是构建未来智能工厂的基石。无论是工厂还是物流，都将在自动化的基础上向智能化发展。

智能物流是指借助现代信息技术手段，如互联网、云计算、卫星定位系统、通用无线分组业务、地理信息系统、无线传感技术等［2］，将物流环节、物流过程程和物流管理进行集成，使物流系统具有自主学习、推理判断和解决问题的能力。智能物流理念符合现代工业的发展要求，也顺应了现代物流智能化、网络化、实时化的发展趋势。为了打通物流系统的各个环节，真正的让物流系统“智能”起来，对智能物流管理系统、智能转运设备以及智能周转箱的单元的研究与发展是极为关键的步骤。

（1）智能物流管理系统。通过互联网完成客户需求数据与信息的实时采集，然后经过数据的实时传输与处理，使其上升到服务联网层面，整合社会物流资源，充分发挥现有物流资源的效率，使需求方能快速获得服务匹配。近年来，随着云计算技术的发展，以云服务的形式实现物流服务新模式应运而生，在网络技术支持下，通过物流云服务平台为客户定制和提供安全、高效、优质廉价、灵活可变的个性化物流服务。完善物流云服务平台在智能物流管理系统建设中起到至关重要的作用。

图1　智能物流系统架构图

（2）智能转运设备。在工厂、港口以及各级物流转运站采用智能转运设备，接收物流管理系统的指令，智能的将货物转运到目标仓库。对于物流车辆，每个智能运转车辆都能独立的思考，即在转运的过程中需要与哪些设备联网通讯，遇到障碍物如何处理等问题应能智能独立的处理；对于港口集装箱系统或者中转仓控制系统，其上位控制模块应能够与物流管理系统的数据库连接，自动获取每一件货物的目标仓库，并且计算出货物转运的最优路径，智能高效的将货物运送到目标仓库。

（3）智能周转箱单元。在周转箱上加上感知和智能控制单元，实现物流单元的智能化。基于智能箱的输送系统可以采用分散控制技术，智能箱不再是被动单元，而是可以主动发号施令和报告信息，智能箱将指挥指令以及自身的状态和位置信息报告给智能物流管理系统，系统将信息和指令整合下发给智能转运设备，系统自动的将周转箱运送到目的地。

简而言之，对于物流系统的上层管理与客户服务，采用物联网、云计算、数据库等技术实现信息采集和运行管理的智能化；对于转运设备，实现智能的路径规划与运输；对于每一个物流单元，实现与物流管理系统的实时数据交换，时刻报告自身状态、位置信息和目标地点。从整个物流系统来看，采用了闭环的监控理念，各个环节都实现了智能化。

智能物流系统能够完成客户信息采集、货物进出库、货物配送与跟踪等功能，涉及到的资金流和信息流，能够实现快速、安全、方便的运行目标。通过与信息技术的融合，形成智能物流系统网络，对货物的流动进行跟踪，实现对货物在整个流动过程中的实时监控，对工业4.0下的智能工厂乃至智慧城市的建设提供有效支撑。

3.总结与展望

工业4.0的核心在于智能化，无论是信息技术与制造业的深度融合，还是数字化产品与服务模式的创新，其核心是智能制造与智能供应链。而新一轮产业变革的关键就是打造智能产业与智能供应链体系。这种“自上而下”的新的生产模式革命，不但可节约技术创新的成本与实践，还有培育新市场的潜力与机会。

智能物流系统从生产过程的海量数据中提取有效信息，提供多视角、全方位、立体化、有预测性的数据，挖掘潜在信息，满足多种需求，为决策提供依据。智能物流突破了传统物流系统的瓶颈，是物流产业发展的重要方向之一，随着人工智能与信息技术的不断成熟和进步，智能物流将承担更大的社会使命。

参考文献：

［1］房殿军.面向工业4.0的智能工厂与智能物流系统建设［J］.物流技术与应用， 2015（06）.

［2］董淑华，刘敬佳.智能物流系统架构与解决方案［J］.信息化研究， 2012（10）.