045|前沿|5|工业4.0下的智能物流系统中的人机交互

相信对工业4.0和智能制造的概念有了解的一定对下边一张ppt有一种熟悉的感觉吧。

我们也经常能听到说关于以人为中心的智能工厂的建设等等之类的话题。但是细细一想，或许发现哪里有不对，因为我们说的未来的智能工厂不是都是全自动化工程或者叫无人工厂再或者叫黑灯工厂吗？

说未来工业4.0的工厂是完全无人的，是有偏差的一种不准确的认识。未来的智能化工厂虽然很大程度上会有大量的人工智能设备来代替人的重复劳动，但不会完全替代人。因为在生产环节中，人和设备都在充当一种生产工具的角色。

而人和设备在未来的工业4.0下，都是智能生产工具，而由于这两种工具各有优势和缺点，所以合理利用两者优势，就可以共同协同完成更加复杂的工作。

自动化设备的优势在于：

• 可以重复劳动，不知疲倦
• 可以完成人体负荷无法完成的工作
• 严格按照设定的流程执行

自动化设备的缺点在于：

• 不擅长创造性的工作
• 不擅长做非线性的逻辑判断工作
• 柔性比较差

而以上提到的自动化设备的优劣势，正好是人的劣优势，比如人擅长做一些复杂的判断和决策，但不适合做机械式的重复劳动；人是最柔性的劳作工具，可以自由切换和移动，而机器一旦投入使用，很难再改变。

工业4.0的目标是高效低成本的完成高质量产品的生产甚至是可定制化的生产，为了达成这一目标，为何不把智能设备和人有机的结合起来，互相有合理的分工，利用各自的优势，相互协同从而完成高质量产品和服务？

同时，现实的情况下，很多工业技术发展还在研究的路上，有些技术难点还未攻克，高科技换人的很多产品和系统还是鸡肋，远未有人的柔性和高智能发达，此时采用人机互助的模式也是最佳的选择。

工业4.0下的智能物流系统中人机交互的设计原则

既然谈到了人机协作，那就自然会谈到人机交互。人机交互是个一直都存在的话题，比如我们通过鼠标键盘来操作电脑，我们通过遥控器指挥机器，软件通过界面展示给人类获取信息，现场的工人按按钮控制设备运行等等。

看来人机交互是由来已久的，那未来的工业4.0下的人机交互又会朝着什么方向发展呢？

• 用户学习成本非常低

对于一个从未使用过电脑的人来说，第一次操作电脑去做一些工作，那这个人一定需要经过一定时间的培训才可以；而 对于一个 从未使用过苹果手机的人来说，相信他很快就能上手操作。这就是所谓的用户的学习成本的不同。

未来的智能物流设备与人交互时应该不需要耗费多少时间就可以直接人机对接，就和人与人之间马上就可以开展接力工作一样。

• 懂你

人与人之间的配合与人与机器之间的配合最大的不同在哪里？就是人与人之间有温度，会互相通过各种提前未知的方式进行配合，一方做出的一个未提前预知的动作，另一方会大概率的能判断出对方要出动作的目的，进而双方配合。未来的人机交互也是朝着这个方向，人的一个简单招手甚至是一个简单的眼神，智能设备就可以做出相应的配合动作，而这个简单招手和眼神是提前未知的。

• 足够智能，贴心配合

随着人工智能技术的发展，未来的工业设备和系统也必定会被植入相应的人工智能技术，当然也包括人机交互部分。

目前人在使用机器的时候，通过按物理按钮或者点击电脑上的菜单等方式 来给现场的设备发送指令。而设备执行动作的背后的逻辑与人在操作按钮或者菜单时是线性逻辑一一对应的，通常也是在程序中提前写好的一段固定执行代码。

未来的智能设备在越来越先进的人工智能技术的加持下，一定会越来越智能，除了能辅助人一起协同完成任务，也能通过智能算法提前预测即将可能发生的任务，为人决策和预判做出辅助参考。

未来的智能设备或系统也会自我进化，不断自适应调整自身和迭代自己的算法，与人协同工作达到完美配合的境界。

• 安全

不论自动化系统发展到哪个阶段，安全是第一道要求。人机交互过程中伴随着一定的物理和信息的交互，也同时要求系统要保证人的物理上的安全和信息上的安全。

工业4.0下的智能物流系统人的人机交互设计的实例

智能打包工作站

打包或者装箱环节是工厂或者物流中心的一道非常重要的环节，即使在未来的工业4.0生产状态下，产品在发货之前也要进行打包或装箱。

德国BH公司推出了一款智能打包工作站，向人们展示了一种全新的人工与科技结合的打包作业辅助系统，其中人机交互也让人感觉耳目一新。

这款打包工作站与普通打包工作的不同就在于配备了一套智能摄像和投影系统来辅助人工打包过程。

打包的过程如下：

1.查看桌面上要打包的订单工作内容：

2.按照投影提示的位置将打包盒放到桌面正确的位置处

3.根据订单里要打包的物品放入盒子里，如果放置位置和数量正确的话，面前的显示屏会提示给用户

4.将盒子里要打包的所有物品放置完毕后，系统会识别判断是否完成，若完成，系统会提示打包完成。

这个智能打包系统通过智能摄像头和投影技术使极大的降低了人工打包需要不时查看订单的过程，同时由于摄像头在实时的拍摄和分析，保证了每个打包的过程100%的正确性。

如上的这种人机交互非常直观简单，一个陌生的操作员来到这个系统前也无需培训就可以直接上岗操作。人用灵活的身体和手来完成搬箱和放置物品的过程，而智能系统提供直观的打包作业流程和订单信息，分工协作，既保证了订单的准确率又一定程度上解放了人工的疲劳度。

如上的过程类似于另外一款智能堆垛系统，系统根据订单来分析当前托盘应该如果码放各类物品最合理，然后通过激光投影的方式告知操作员将物品放到正确的码垛位置上。

智能叉车助手

德国永恒力公司在研发一个智能叉车系统，操作员不再坐在驾驶位上开叉车去作业了，而是采用语音呼叫和手势指挥的方式来给叉车发送指令，叉车智能分析语音数据或者肢体数据，配合人完成仓库的搬运工作。

人可以通过mic随意的呼叫叉车，唤之即来，招之既去。

比如：“叉车，叉车，帮我把2排货架第二层的那个托盘取下来”

叉车不废话，照办！

给你一个手势，看着办吧！

叉车不废话，照办！

同样的，这款智能叉车重复配合人的决策，来完成负重的工作，而人只需要通过语言和简单的手势就可以指挥叉车来进行协作。叉车可以自动语言辨认，自动识别人体的肢体动作。而这一切过程中，叉车会严密的监控周围的环境，不会由于自身的运动而造成对人体的伤害。

智能AGV小车

通常在仓库的拣选过程是拣选员推拣选小车，到仓库里货源的位置拿到物品放到小车里。人除了要到仓库里找货源，还要推着小车沿线走直到拣选完成。

德国目前研发了一种通过手势就可以调度AGV小车跟着拣选人员一起完成拣选的工作。

拣选员招呼AGV小车

AGV通过视觉识别跟随在拣选人员的身后

拣选员可以打出新的手势告知AGV小车停止，将拣选到的物品放入小车内。

拣选可以根据需要训练小车让小车学习不同的手势来配合拣选员的工作，比如停止，跟进，加速，减速，回到原点等等动作，都可以用不同的肢体语言来表达。小车还可以与订单系统进行对接，直接替拣选员找到拣选物品源的地址。

不同的收拾甚至是表情都可以被智能摄像系统识别，不同的动作被数字化之后可以作为多重用途试用。比如一定的动作可以当做登录和链接该AGV小车，否则一切动作都不被辨认。

总之，想象的空间很大。

总结

工业4.0下的生产制造过程一定会离不开人的参与，人的智慧和未来智能设备一定会更加科学的紧密结合和合理分工，充分发挥碳基智慧体和硅基智能体的各自长处，会在智能制造过程中发挥很大的作用。目前很多的创新性的人机交互方式取得了一定的进展，比如之前很热的AR，VR技术。而在智能物流技术领域里人机交互，国外也有了一定的研究，国内也在积极探索，未来的人机交互也一定不止传统的对着电脑，对着平板某几类方式，也一定会有更创新的人机交互方式出现，促进人和智能设备的协同高效的合作。