隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國業(yè)已成為當(dāng)今全球工業(yè)品類最齊全的名副其實的“世界工廠”，各家企業(yè)的訂單越來越具有多品種、小批量、多批次的特點，同時企業(yè)卻遇到招工難、地價貴、換產(chǎn)難的困境，這就需要制造型企業(yè)的工廠進行精益化、數(shù)字化和智能化的升級改造，逐步建造少人化或無人化的智慧型工廠。本文對基于AGV/AMR的智能工廠的廠內(nèi)物流的系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用條件、構(gòu)建方式、項目優(yōu)勢與客戶收益進行介紹，為制造型企業(yè)從傳統(tǒng)工廠到智能工廠的升級改造提供一種建設(shè)性思路。

　　一、基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)架構(gòu)

　　智能工廠的廠內(nèi)物流系統(tǒng)架構(gòu)，可以分為上中下三層，其中上層為智能工廠的行業(yè)劃分和區(qū)域劃分，行業(yè)劃分為流程型行業(yè)和離散型行業(yè)，流程型行業(yè)為工藝過程是連續(xù)進行的，工藝過程的順序是固定不變的，生產(chǎn)設(shè)施按照工藝流程布置，原料經(jīng)過固定的工藝流程連續(xù)不斷的經(jīng)過一系列設(shè)備和裝置被加工成成品，例如化纖、紡織、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。離散型企業(yè)的產(chǎn)品是由許多零部件組成，各零部件的加工裝配過程是彼此獨立的，所以整個產(chǎn)品的加工工藝是離散的，制成的零件通過部件裝配和總裝配，最終成為成品，機械制造、3C電子和汽車行業(yè)等。對于加工裝配型生產(chǎn)管理的特點，除了要保證及時供料和零部件的加工質(zhì)量外，重要的是控制零部件的生產(chǎn)進度，保證生產(chǎn)的成套性。按照功能區(qū)域來劃分，可以分為全球智能工廠和區(qū)域智能工廠，異地工廠之間通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行協(xié)同辦公。智能工廠系統(tǒng)主要由智能設(shè)備、智能物流、智能軟件、智能排產(chǎn)和智能供應(yīng)鏈等五大模塊組成，其中智能物流是構(gòu)建智能工廠的重要組成部分，負責(zé)整個智能工廠的原料、半成品、成品、包輔材、工裝治具等生產(chǎn)物料的物流管理，主要工藝流程包括：收發(fā)貨、物料搬運、物料存取、倉庫盤點、訂單揀選、物料配送、產(chǎn)品包裝、拆碼垛、裝卸車、物料暫存等，將準(zhǔn)確適量的物料在合適的時間、以合適的方式、配送到合適的地點，來保證生產(chǎn)的準(zhǔn)確有序的連續(xù)運行。智能工廠的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

　　智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)架構(gòu)的中層為端到端的整體智能物流解決方案，就是我們常說的“交鑰匙工程”。輸入端為客戶的需求，通過前期的客戶現(xiàn)場調(diào)研和實勘來收集物流設(shè)計需要的各種原始數(shù)據(jù)，然后通過對這些原始數(shù)據(jù)進行科學(xué)系統(tǒng)的整理與分析，得到物流方案規(guī)劃所需要的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和客戶的定制化需求，從而對客戶的廠內(nèi)物流方案進行初步的概念設(shè)計和物流設(shè)備選型。考慮到行業(yè)之間的應(yīng)用差異，地域之間的需求差異，以及每個客戶不同的投資規(guī)劃，不是每個客戶都會選擇從零開始建設(shè)一處高標(biāo)準(zhǔn)高智能化程度的智慧工廠，更多的是要先解決當(dāng)前或者近期的一些痛點問題，這些問題往往是局部的或者單元化的，比如上萬種電子原料收貨檢驗入庫的問題，大批量多批次成品下線包裝入庫的問題，或者車間配送有各種各樣的托盤和料車統(tǒng)一調(diào)度管理的問題等等。

　　基于此類需求，木牛流馬公司率先提出來場景盒子（ROBOX）的概念，如圖2所示，將當(dāng)下最先進的移動機器人技術(shù)、木牛流馬最硬核的移動機器人產(chǎn)品（AGV/AMR）和100+移動機器人成功案例進行提煉加工，固化成高度標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、客制化的場景盒子，為客戶提供基于AGV/AMR的整體智慧物流解決方案。依據(jù)重點行業(yè)內(nèi)的項目實施經(jīng)驗和最佳實踐，使用科學(xué)的物流規(guī)劃方法論，為客戶量身制作最為適合的智能工廠廠內(nèi)物流方案規(guī)劃，同時可以對物流方案進行仿真計算，在數(shù)字空間內(nèi)模擬物理空間的運行，可以獲得系統(tǒng)運行中的瓶頸點和物流參數(shù)，從而對現(xiàn)有設(shè)計方案進行優(yōu)化，為客戶提供最佳的投資回報。

　　智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)架構(gòu)的底層是移動機器人（AGV/AMR）的技術(shù)、產(chǎn)品和場景的融合，以及對物流硬件設(shè)備的集成和物流管理控制軟件的集成。移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)主要為混合調(diào)度技術(shù)、激光導(dǎo)航技術(shù)、車輛控制技術(shù)、安全防護技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)技術(shù)等。移動機器人的產(chǎn)品主要包括叉式AGV和潛伏式AMR，如圖3所示，叉式AGV有搬運式AGV、堆高式AGV、前移式AGV、牽引式AGV和定制化AGV等，潛伏式AMR在通用底盤的基礎(chǔ)上可以做成輥筒式AMR、鏈條式AMR、托盤式AMR、潔凈室AMR和復(fù)合機器人式AMR等，軟件產(chǎn)品主要是倉庫管理軟件（WMS）、倉庫控制軟件（WCS）、交通管理軟件（TMS）和移動機器人控制軟件（RCS/AGVS）等。

　　二、基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)的應(yīng)用條件在價值鏈運營環(huán)境下，物流已經(jīng)成為智能工廠的核心要素，工廠規(guī)劃和運營管理必須具備流動思維和供應(yīng)鏈交付思維。“大交付、大物流、小生產(chǎn)”、“智能工廠物流中心化”的工廠規(guī)劃和運營理念，在制造業(yè)中已經(jīng)得到越來越多的認同和實踐。智能工廠物流系統(tǒng)規(guī)劃要以物流規(guī)劃和運營為主線、以工廠有效運營為導(dǎo)向、“以始為終”進行規(guī)劃，實現(xiàn)所有規(guī)劃和資源要素的聯(lián)動和貫通。

　　智能工廠物流規(guī)劃的目的為：配合達成智能工廠整體規(guī)劃、實現(xiàn)智能工廠中心化、實現(xiàn)制造資源聯(lián)動和支持智能工廠的有效運營【1】。

　　從客戶需求的角度，智能工廠的廠內(nèi)物流系統(tǒng)的方案應(yīng)用需要滿足以下幾點原則：

　　1、性價比原則：性能價格比最高的方案往往可以在眾多備選方案中勝出，也是為客戶創(chuàng)造價值的最直接的體現(xiàn)。

　　2、高效率原則：物流效率的提高，意味著客戶可以用較少的物流設(shè)備、較少的人員投入和較少的存取空間，來滿足多品種多批次大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)需求（MTS）和訂單需求（MTO）。

　　3、拓展性原則：從動態(tài)上來看，企業(yè)的生產(chǎn)與銷售會隨著外部環(huán)境的變化而變化，比如單一產(chǎn)品種類（SKU）的訂單的周期性變化和隨機性變化，或者產(chǎn)品種類（SKU）也隨之變化，或者客戶需求也在不斷變化，這就需要物流系統(tǒng)具有高度的柔性和拓展性，隨著訂單結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化而變化。

　　4、安全性原則：隨著廠內(nèi)物理設(shè)備的增多，在人機交互的區(qū)域，需要增加多種安全防護功能，以保證作業(yè)人員的人身安全，以及貨物安全和設(shè)備安全等。

　　5、先進性原則：隨著物流技術(shù)、物流設(shè)備和物流軟件的飛速發(fā)展與迭代，目前以移動機器人為代表的柔性物流設(shè)備，逐漸的取代傳統(tǒng)的輸送設(shè)備或人工叉車的物流作業(yè)方式，相信隨著成本的降低，移動機器人將會得到更為廣泛的應(yīng)用。

　　6、透明化原則：數(shù)字化、可視化和透明化是智能工廠的重要評價指標(biāo)，通過傳感器的應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)和閉環(huán)控制設(shè)計，將智能工廠的運行狀態(tài)實時的呈現(xiàn)在中控室或者管理人員的面前。

　　從行業(yè)應(yīng)用的角度，根據(jù)處理物料和工藝流程的不同，可以結(jié)合相應(yīng)的場景盒子的特點進行應(yīng)用，如圖4所示：

　　1、混合調(diào)度盒子：由于物料的載具多種多樣，有川字底托盤、田字底托盤、料車、料架等，有時候僅川字底托盤就有很多種材料、外形尺寸和負載，這就要求選擇多種不同的AGV/AMR設(shè)備進行搬運和接駁，當(dāng)同一個場地里出現(xiàn)多種品牌或者多種形式的AGV/AMR時，就需要使用同一套地圖和同一個套車輛調(diào)度系統(tǒng)進行調(diào)度管理所有的AGV/AMR，這種物流作業(yè)場景在目前的眾多行業(yè)中均可找到應(yīng)用。

　　2、產(chǎn)線末端盒子：幾乎所有的制造型企業(yè)最終都是生產(chǎn)產(chǎn)品的，為了方便管理與轉(zhuǎn)運，產(chǎn)品均需要進行包裝，從單一產(chǎn)品的最小包裝，到同類產(chǎn)品的包裝箱，再到多個包裝箱的碼垛成托盤，防止成品垛的散落或貨損而進行的防護角、纏膜、打帶、裝箱等后道作業(yè)，然后進行上架入庫管理，最終進行出庫裝車發(fā)運，整個成品下線到出廠的過程，均可實現(xiàn)無人化的物流作業(yè)，移動機器人可以完成各種集裝器具的轉(zhuǎn)運和接駁工作，包括托盤類貨物的自動裝車，目前已經(jīng)可以使用叉式AGV自動完成。

　　3、大噸位盒子：在某些重載物料的制造型企業(yè)，比如鋼鐵行業(yè)、玻璃行業(yè)、液態(tài)食品行業(yè)等，單個托盤的重量高達3噸以上，普通叉式AGV無法搬運如此重載的托盤，木牛流馬自主開發(fā)的平衡重式叉式AGV，可以輕松搬運3噸重的托盤，不僅可以舉升3米高的高度，而且可以通過調(diào)節(jié)叉距的方式適配不同大小的托盤，具有極高的使用價值和適用范圍。

　　4、紡織絲車盒子：在玻化紡行業(yè)，是典型的流程型行業(yè)，這類企業(yè)大多為24小時作業(yè)，不間斷進行生產(chǎn)作業(yè)，而且工人勞動強度特別大，招工越來越難，使用AGV來取代人工進行絲車的搬運業(yè)已成為玻化紡行業(yè)的迫切需求。

　　隨著行業(yè)需求的深入挖掘，將來會有更多針對特定場景而設(shè)計的場景盒子出現(xiàn)，從車間臺位到產(chǎn)線物料配送，再到多層廠房之間的物料轉(zhuǎn)運，再到多棟廠房之間的物流搬運，處處都將會有相對應(yīng)的解決方案，場景盒子的家族也會隨著不斷進行擴展壯大。

　　三、基于AGV/AMR智能工廠的廠內(nèi)物流系統(tǒng)的構(gòu)建方式基于AGV/AMR智能工廠的廠內(nèi)物流構(gòu)建方式，經(jīng)過廣大物流裝備行業(yè)的同仁多年的努力，已經(jīng)形成成熟可復(fù)制的方法論，本文從智能工廠廠內(nèi)物流項目實施流程的角度進行簡單闡述。

　　1、確定方案規(guī)劃方向：基于AGV/AMR智能工廠的廠內(nèi)物流系統(tǒng)構(gòu)建，通常采用自頂向下的構(gòu)建方式，一個智能工廠的廠內(nèi)物流項目構(gòu)建首先要結(jié)合業(yè)主所在行業(yè)的特點與業(yè)主的個性化需求，比如土建要求、生產(chǎn)產(chǎn)線要求、生產(chǎn)產(chǎn)能要求、自動化等級等，建立智能工廠的廠內(nèi)物流的基本方向，對于物流流量小、物流范圍小、物流復(fù)雜程度高的場景，可選擇工具輔助的方式構(gòu)建，對于物流流量小、物流范圍小、物流復(fù)雜程度低的場景，可選擇機械作業(yè)的方式構(gòu)建，對于物流流量大、物流范圍大、物流復(fù)雜程度高的場景，可選擇局部自動的方式構(gòu)建，對于物流流量大、物流范圍大、物流復(fù)雜程度低的場景，可選擇全局自動的方式構(gòu)建。

　　2、數(shù)據(jù)收集與分析：然后可選擇物流系統(tǒng)集成商或?qū)I(yè)的物流咨詢公司進行整體方案的規(guī)劃工作，系統(tǒng)的整理智能工廠廠內(nèi)物流的處理對象、集裝器具、工藝流程、物流流量、物流流向、工單分析、庫存周期、功能區(qū)域、消防要求、建筑要求、溫濕度要求、潔凈室要求、作業(yè)人員需求、收發(fā)貨車輛數(shù)據(jù)等等，為后續(xù)的初步方案規(guī)劃提供設(shè)計輸入數(shù)據(jù)。常用的物流數(shù)據(jù)分析方法有PFEP分析法、ABC分析法、EIQ分析法等，不再贅述。

　　3、物流設(shè)備選型：按照物料集裝器具來分類，可以分為托盤類移動機器人和料箱類移動機器人，每種移動機器人都有其適用場景和使用邊界，詳見下表：

　　紙箱就托盤貨物的地面搬運和輸送機接駁而言，AGV和AMR的功能多有重復(fù)，都可以進行輸送機的接駁，都可以進行地面搬運，二者的區(qū)別在于AGV可以直接落地，AMR需要在地上安裝固定支架或背托式活動料架，詳見下表：

　　其他物流設(shè)備可根據(jù)具體情況進行具體分析，常用的輸送設(shè)備有滾筒輸送機、鏈條輸送機、皮帶機、提升機、RGV、懸掛輸送機等，常用的分揀設(shè)備有擺輪分揀機、頂升移載機、交叉帶分揀機、貨到人揀選臺GTP等，常用的立體倉庫有堆垛機立庫、穿梭車立庫和AGV立庫等，常用的包裝設(shè)備有開箱機、裝箱機、封箱機、打標(biāo)機、打帶機、纏膜機、拆碼垛機器人等，常用的裝卸設(shè)備有人工叉車、行架機器人、伸縮皮帶機、自動裝車AGV等，不一而足，擇優(yōu)選用。

　　4、物流方案規(guī)劃：由方案規(guī)劃工程師根據(jù)數(shù)據(jù)分析輸出結(jié)果和物流設(shè)備選型結(jié)果在業(yè)主提供的工廠基建圖紙上進行物流區(qū)塊的布局，首先確定每個區(qū)塊（含防火分區(qū)）的位置、面積和可用凈高度，以及出入口的位置、開口寬度和高度，通常需要業(yè)主提供最新的基建圖紙和設(shè)備布局圖。然后方案工程師可根據(jù)工藝流程和建筑特點進行初步方案規(guī)劃，確定每個區(qū)塊的物流設(shè)備布局和存儲量，將1:1的物流設(shè)備圖塊、貨架圖塊、其他設(shè)施圖塊進行有序擺放，同時將設(shè)計數(shù)據(jù)與需求數(shù)據(jù)進行對比，如果設(shè)計數(shù)據(jù)無法滿足需求數(shù)據(jù)，需要修正物流方案或者與業(yè)主溝通進行需求數(shù)據(jù)的變更。其次，物流規(guī)劃方案確定以后，需要對方案進行細化，將AP點布局、計算用電量、確定取電點、墻面預(yù)留開孔洞、地面預(yù)埋要求、操作人員需求、設(shè)備清單、備品備件清單、易損件清單、投資回收期(ROI)等方案設(shè)計出來，提交給業(yè)主。最后，需要提交商務(wù)投標(biāo)文件、技術(shù)投標(biāo)文件、述標(biāo)文件、物流系統(tǒng)動畫等資料，進行正式的招投標(biāo)流程。

　　5、物流系統(tǒng)施工：供應(yīng)商中標(biāo)之后可以開始準(zhǔn)備項目實施階段，在收到業(yè)主的首付款之前，僅進行計劃類、設(shè)計類和文檔類的工作，在收到首付款后，方可進行物料的采購并啟動物流設(shè)備的加工制作，對于自制設(shè)備需要在場內(nèi)進行組裝和場內(nèi)調(diào)試工作，測試合格后方可進行發(fā)貨出廠；對于集成設(shè)備，需要進行主場檢驗和發(fā)貨前測試，待驗收合格后可直發(fā)業(yè)主現(xiàn)場。現(xiàn)場項目經(jīng)理根據(jù)安裝順序和項目計劃進行組織物流設(shè)備和物流設(shè)施的安裝調(diào)試，并處理現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題，通常是先進行單機調(diào)試，然后再進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，最后要進行試運行、陪產(chǎn)和業(yè)主操作人員的培訓(xùn)，直到客戶同意在驗收單上簽字。

　　6、物流系統(tǒng)運維：通常情況下，物流設(shè)備的質(zhì)保期為1年，在質(zhì)保期內(nèi)，供應(yīng)商需免費提供售后服務(wù)、遠程監(jiān)控、預(yù)防性維修、備品備件和易損易耗件等服務(wù)，以保證業(yè)主的物流系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好。在質(zhì)保期外，在與業(yè)主達成一致后，供應(yīng)商可以根據(jù)服務(wù)內(nèi)容和發(fā)生費用情況適當(dāng)收取一定的費用。

　　四、基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)的項目優(yōu)勢

　　經(jīng)過5年內(nèi) 100+基于AGV/AMR的廠內(nèi)物流項目實踐，涵蓋化纖行業(yè)、機械制造行業(yè)、汽車零部件行業(yè)、3C行業(yè)、新能源行業(yè)、食品醫(yī)藥行業(yè)、煙草行業(yè)、商業(yè)物流行業(yè)、電力電子行業(yè)等，此類項目的優(yōu)勢主要有以下幾個方面：

　　1、智能化程度高：AGV為自動導(dǎo)引車輛，可以完成自動運行、自動避障、自動導(dǎo)航、自動充電、主動安全保護等功能。AMR為自主移動車輛，AMR擁有AGV的所有功能，同時將導(dǎo)航方式進行了升級，使用激光SLAM或視覺SLAM技術(shù)取代了傳統(tǒng)的二維碼慣性導(dǎo)航，可自主規(guī)劃路線和避障，運行軌跡更加流暢，復(fù)雜場地的適應(yīng)性更高。所有的AGV/AMR車輛調(diào)度均由一套TMS/AGVS系統(tǒng)進行管理調(diào)度，經(jīng)過數(shù)據(jù)優(yōu)化和算法優(yōu)化，可以提供最優(yōu)的物流路徑和物流流程。

　　2、系統(tǒng)拓展性高：AGV/AMR屬于離散型的單元化物流設(shè)備，與傳統(tǒng)的固定路線的輸送存儲設(shè)備相比，具有良好的系統(tǒng)拓展性。

　　AGV/AMR有任務(wù)時才啟動工作，無任務(wù)時在充電維修區(qū)進行充電或待機，不占用廠內(nèi)通道或暫存區(qū)空間，同時AGV/ARM激活的數(shù)量可根據(jù)不同時期內(nèi)的物流流量進行動態(tài)調(diào)整，真正的按需進行分派車輛任務(wù)。如果未來產(chǎn)量增加，需要增加AGV/AMR的數(shù)量，只需要將新增加的AGV/AMR車輛加入TMS中即可，可在不停產(chǎn)的情況下快速實施。如果需要拓展或更改AGV/AMR的工作區(qū)域或者工作路線，只要將新的更改方案添加到地圖中即可。這是傳統(tǒng)的輸送設(shè)備無法比擬的。

　　3、項目實施周期短：AGV/AMR單機設(shè)備多為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，生產(chǎn)周期短，供貨周期短；AGV/AMR單機設(shè)備為移動機器人，無需對地面進行改造施工，通電就能跑；AGV/AMR交管軟件具有良好的魯棒性和易操作性，調(diào)試工程師可快速進行地圖繪制和現(xiàn)場調(diào)試，隨著數(shù)字孿生技術(shù)的使用，AGV/AMR系統(tǒng)的調(diào)試可以在虛擬空間內(nèi)完成初步測試，然后再到現(xiàn)場整體程序灌制，大大節(jié)省現(xiàn)場調(diào)試時間；AP點接入、網(wǎng)絡(luò)搭建和電腦硬件可在AGV/AMR進場前進行安裝施工，也可與AGV單機調(diào)試同步進行，節(jié)省整個項目的實施周期。

　　五、基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流系統(tǒng)的客戶收益如前所述，隨著全球經(jīng)濟一體化、國家智能制造產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和我國制造業(yè)實力的增強，傳統(tǒng)行業(yè)的訂單和產(chǎn)能不斷增加，新興產(chǎn)業(yè)也在不斷涌現(xiàn)，但是企業(yè)卻遇到了招工難、交貨期短、產(chǎn)能受限等諸多困境，通過對工廠進行智能化升級改造，可以化解這些痛點，為企業(yè)帶來收益。

　　1、智能工廠用工人數(shù)減少：自動化工廠消滅了低水平需重復(fù)的工種，智能化工廠消滅了中水平需動腦的工種，AGV/AMR可以取代的工作包括：物料搬運、托盤堆高、物料存取、產(chǎn)線對接、產(chǎn)線配送、電梯呼叫、快速門控制、空托盤收集、機床上下料、自動裝卸等。未來的工廠，將會是真正意義上的“無人工廠”。

　　2、訂單處理及時高效：智能工廠具有高度智能化，可對訂單進行預(yù)測和前置處理，并進行合理的排產(chǎn)和生產(chǎn)；高柔性，可靈活應(yīng)對訂單的多品種多批次小批量的客制化需求；高效率，智能工廠可24小時連續(xù)性工作，進行連續(xù)不間斷的工作。

　　3、項目投資回收期更短：基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流項目實施周期短，上線時間快，業(yè)主可在2年內(nèi)回收投資。同時，政府大力扶植傳統(tǒng)企業(yè)進行智能化升級改造，建設(shè)“智能工廠”，可對企業(yè)進行稅收優(yōu)惠和政府補貼。智能工廠的建成大大提高了企業(yè)自身的形象，可創(chuàng)造出良好的社會效益和經(jīng)濟效益。物流被稱為企業(yè)的第三利潤源泉，通過良好的物流規(guī)劃，使得少庫存或者零庫存成為可能。

　　綜上所述，基于AGV/AMR的智能工廠廠內(nèi)物流的構(gòu)建具有良好的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用空間和市場前景，在廣大AGV/AMR仁人志士的共同努力下，必將迎來新一輪的高速發(fā)展的黃金時代！

　　參考文獻：

　　【1】邱伏生，智能工廠物流構(gòu)建-規(guī)劃、運營與轉(zhuǎn)型升級，【M】，北京，

　　機械工業(yè)出版社，2022年4月。