039|前沿|0|未来工业4.0下的智能仓储物流

众所周知，最近几年不管从政府，从学界，从工业界还是从商界等等，大家都在谈论工业4.0、智能制造、工业互联网的话题。我国也明确的指出制造业是一个国家强大的根本，2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。

工业4.0已经进入中德合作新时代，中德双方签署的《中德合作行动纲要》中，有关工业4.0合作的内容共有4条，第一条就明确提出工业生产的数字化就是“工业4.0”对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为，两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。

工业4.0下的智能仓储物流的大背景

工业4.0是由擅长工业技术的德国首先提出来的：

所谓工业4.0（Industry4.0），是基于工业发展的不同阶段作出的划分。 按照目前的共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代， 也就是智能化时代。

工业4.0的概念非常宏大，是个国家层面的战略，

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

“工业4.0”项目主要分为三大主题：

一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现； 二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；

三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、物流网，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。

可以看到工业4.0项目中有一大主题就是关于智能物流的，由此我们也可以窥见物流的过程在制造业的整个过程中是非常重要的，好的物流举措可以有效的节省整体环节升本，同时可以使生产各个环节的效率得到有效的提升。而在工业4.0的背景下，对厂内物流系统提出更高的要求，通过CPS（网络空间虚拟系统—信息物理系统）的充分应用，使生产系统中的物流过程真正的实现智能化。

而这场工业4.0的发起者德国自己就在积极的研究关于智能化的仓储物流技术，并取得了一些进展，后边几期专栏我们会深入介绍细节。

工业4.0下的智能物流的目标：

工业4.0驱动新一轮工业革命，核心特征是互联。互联网技术降低了产销之间的信息不对称，加速两者之间的相互联系和反馈，因此，催生出消费者驱动的商业模式，而工业4.0是实现这一模式关键环节。

工业4.0代表了“互联网+制造业”的智能生产，孕育大量的新型商业模式，真正能够实现“C2B2C”的商业模式。

因此从工业4.0的宏观目标来说，是为了建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务模式。而对于未来物流系统来说，需要满足数字化、高度柔性化和智能化。

1. 数字化的物流系统

工业4.0的核心特征就是互联，通过充分的运用CPS，将从商业环节到制造环节完全打通，完成制造业的横向和纵向的资源有效整合，从而提升整个产业链的总体效率，降低宏观的运行成本。

而这种互联包括设备到设备端的互联，包括企业与企业间的信息互联，包括厂内的不同工艺组之前的互联，包括上下游产业链的信息互联，包括终端消费着与厂内的互联，包括制造设备与物料之间的互联，包括人与各种系统的互联等等，

而这一切的连接的最终目的是将所有连接终端的数据信息进行交互，通过大数据和智能算法，提炼出对于各个环节有益的信息、方案、办法和指令，从而再翻过来指导生产，协助产品设计迭代，促进上下游产业链的物料供应和采购等等。

而对于未来厂内的仓储物流设备，随着每天设备的运行和与其他系统的交互，在随时伴随着数据的发生，因此未来的仓储物流系统包括设备和软件，都是数字化可以与其他设备端、与人、与其他系统进行实时的数字交换。

工业4.0下的物流系统里的数字不光包含每小时的吞吐量、当前执行的任务编号，搬运的速度，还可以覆盖到底层硬件的实时数据，包括电机运转电流、力矩，通讯信息强弱、开关的变化次数，也包括与上位信息或其他系统的对接信息数据等。

有了这些海量的实时的数据，未来可以衍生出很多我们都想象不到的数据应用场景。

一个个物流设备或者子系统的数据构成了一张密密麻麻的数字网络，数字在这张网络中时刻在变化，这些数字在反应着物流系统当前的内在情况和表象情况，物流系统的数字与外界其他系统的互联能形成一张更大的网络，物流系统与其他系统的数字互通，帮助物流内部优化、预警、迭代、自我适应，同时外部系统利用物流系统产生的数据深度分析后帮助供应链上下游管理、设备服务商维护提醒、促使新的物流技术和产品研发等等。

数字化的应用在未来超出我们目前的想象。工业4.0下的未来厂内物流也需要数字化。

2. 柔性化的物流系统

由于互联网的普及和与制造业的不断融合，未来的客户不光只能参与对产品的选购环节，将来会越来越深入的参与到生产厂家的制造环节。

未来制造企业将不仅仅进行硬件的销售，而是通过提供售后服务和其他后续服务，来获取更多的附加价值，这就是柔性制造，这就意味着个性化需求、小批量定制制造将成为潮流。制造业的企业家们要在制造过程中尽可能多的增加产品附加价值，拓展更多、更丰富的服务，提出更好、更完善的解决方案，满足消费者的个性化需求，走软性制造+个性化定制道路。

可以设想一下未来的购物场景。人们可以在手机APP上随时随地的选购物品，而且可以根据自己的喜好在APP上提出定制的要求，然后点击“提交”后系统自动将这个订单的需求发给一个云平台上，平台根据需要定制的内容智能分析出需要采购哪些特殊的原料并将订单自动下发到最终的生产厂家的生产系统。生产系统根据订单自动调度厂内的各个自动化设备进行定制化生产。

由于是定制化的产品，工厂每天同时生产的产品是有差异化的，这种差异化可能体现在尺寸大小上，重量上，外观形状上，数量上，性能上或者包装上等等。

而对于厂内的自动化物流系统，未来要能尽量满足这些各种定制化的产品在生产过程中的各个物流环节，比如各个工位之前的搬运、仓库的存储、出货前的包装等等。这种能同时满足各种定制化产品的系统的要求就是柔性化。这种柔性化的需求在将来可能会远超我们现在的想象。

除了以上产品的差异化造成的对物流系统的柔性化设计的要求，工厂的生产排期可能也存在着柔性化的需求，比如有些月份的生产的订单非常多，每天的物流吞吐量非常大，有些月份的生产量又很少，又或者是随着潮流的变化，这个月的生产与上个月的生产的东西不同等等。这些生产的变化也对物流系统的柔性提出了一定的要求。

目前的厂内仓储物流自动化系统中，绝大多数是一种刚性非柔性的设计，主要体现在物料单元标准固定、物流系统流程动线固定、物流系统性能指标固定。

1) 物料单元标准固定

通常的仓储物流系统的设计是基于统一的物料单元开始的，也就是指物流自动化系统多数是来处理具有同类尺寸、同类重量、同类包装方式的。如果物料无法统一，往往将物料按照一定的规则放到统一的容器中，比如料箱、托盘等。而各种自动化物流设备也往往只能处理同一类标准的物料单元，比如自动化立体仓库存储同一类规格的托盘货物单元，输送机输送同一类规格的料箱，如果系统建成运行后，一旦物料单元发生变化，则各种物流系统和设备无法适用。

比如输送料箱的皮带线是无法搬运托盘的，

而托盘类的自动化立体仓库也无法直接存储料箱到货架中。

2) 物流系统流程动线固定

一个工厂内由于在一定时间内的生产工艺是基本固定的，尤其在建厂初期，也必须得有一个定下来的基本生产流程和工艺流程，那就意味着此时的物流搬运流程也基本上定下来了，因此采用自动化物流系统时，往往系统的动线设计也是以此依据来设计出来的，这样在工位1与工位2之间的搬运可能安装好输送机，又或者在线边工位到仓库之间采用AGV来搬运物料。而如果工厂某段时间的生产规模要扩大，增加工位或者要置换新的加工机器，那之前已经安装的物流系统往往不能使用，而需要重新安装调试来适配新的工艺动线流程。

3) 物流系统性能指标固定

任何系统和设备都有一定的性能指标，物流系统也不例外。一个仓库有多少个货位，一条输送机每小时能输送多个包裹，机械手每次能抓几个包裹，在物流系统在投入运行后，基本上就已经定型。将来的生产是柔性化的生产模式，本月的生产物流量也许就会比去年同期的物流量翻一倍，如果自动化物流系统初期就按照较大吞吐量来引进设备的话，那在生产规模较小的情况下，多出来的这部分设备就是一种资源不合理配置。而如果自动化物流系统初期按照较小的生产吞吐量来设计的话，又会由于当前物流吞吐量增加而造成物流系统能力不足的情况，而通常的系统一旦被安装后，再增加设备和升级系统，往往由于空间、时间进度等原因无法实施。

3. 智能化的物流系统

工业4.0代表了“互联网+制造业”的智能生产，这种智能体现在每个环节。未来的厂内物流技术一定也是智能的。厂内物流会体现在单独每个设备上的智能，也体现在物流系统上的智能。

当下实施的很多自动化仓储物流项目的厂家都在讲自己的系统是智能的，不过绝大部分谈到的智能系统基于的技术都是10几年前甚至更早。未来的智能物流从框架上就会彻底与我们目前的结构不同，目前我们的自动化物流系统是基于金字塔形式的，而未来的仓储物流系统是分布式结构的。

通常我们一个自动化物流系统是由企业上层ERP，WMS，WCS再到底层电控元件和机械设备，而分布于现场固定安装的各类输送机、机械手、自动仓库等等都需要依赖于上位软件信息的调度多个设备配合来实现基本的物流或存储功能的，设备本身无法完成一个完整的作业流程。

而在未来的工业4.0下的智能物流系统，每个单独的设备甚至是模块都有一定的“智商”，它们可自我感知、自适应、自预警，设备与设备之间可以之间进行信息交换和任务接力，一个个的智能单元自我组成了整个系统的智能化。