智能機器人和自動化物流系統(tǒng)在煙草行業(yè)中的應(yīng)用

高技術(shù)卷煙設(shè)備的國產(chǎn)化極大地推動了我國煙草工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過近十年的技術(shù)改造，我國的主要卷煙廠已基本完成了制絲線和卷接包設(shè)備的改造，其裝備的技術(shù)已達(dá)到國際90年代初期水平。為了適應(yīng)卷煙市場的變化，增強企業(yè)在市場經(jīng)濟中的競爭力，煙草企業(yè)自動化技術(shù)改造的重點將由改造制絲線、更新卷接包設(shè)備轉(zhuǎn)向建立自動化立體倉庫物流系統(tǒng)，自動化立體倉庫貨架自動化立體倉庫簡稱立體倉庫。一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層高的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲存貨物，故常形象地將其稱為“立體倉庫”。倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現(xiàn)了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。

隨著中國加入世界貿(mào)易組織日期的鄰近，對知識產(chǎn)權(quán)保護要求的提高，我國高技術(shù)設(shè)備產(chǎn)業(yè)不可能永遠(yuǎn)走“引進、吸收、消化、仿制”的道路，開發(fā)自己擁有知識產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)，利用國內(nèi)市場使之產(chǎn)業(yè)化，并逐步參與國際競爭，是我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分， 它具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點。與廠級計算機管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以及與生產(chǎn)線緊密相連的自動化立體倉庫更是當(dāng)今CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）及FMS（柔性制造系統(tǒng)）必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。自動化所圍繞自動化倉儲系統(tǒng)開發(fā)了多種自動化系統(tǒng)硬件設(shè)備及軟件產(chǎn)品， 如：不同類型的庫存管理軟件、系統(tǒng)仿真軟件、圖形監(jiān)控及調(diào)度軟件、堆垛機輸送機控制軟件、條形碼識別跟蹤系統(tǒng)、搬運機器人、碼垛機械手、自動運行小車、貨物分選系統(tǒng)、堆垛機認(rèn)址檢測系統(tǒng)、堆垛機控制系統(tǒng)、貨位探測器、高度檢測器、輸送系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)、自動輸送小車等產(chǎn)品。

煙草企業(yè)自動化物流系統(tǒng)國有化技術(shù)研究策略

智能機器人在煙草行業(yè)中最典型的應(yīng)用是自動化物流系統(tǒng)，即AGV應(yīng)用的自動化立體倉庫。自動化物流系統(tǒng)是一個新興的現(xiàn)代化高科技產(chǎn)業(yè)，是集光、機、電為一體的系統(tǒng)工程。智能機器人之所以叫智能機器人，這是因為它有相當(dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在腦中起作用的是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。我們從廣泛意義上理解所謂的智能機器人，它給人的最深刻的印象是一個獨特的進行自我控制的“活物”。其實，這個自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜。智能機器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有感受器外，它還有效應(yīng)器，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這就是筋肉，或稱自整步電動機，它們使手、腳、長鼻子、觸角等動起來。我們稱這種機器人為自控機器人，以便使它同前面談到的機器人區(qū)分開來。它是控制論產(chǎn)生的結(jié)果，控制論主張這樣的事實：生命和非生命有目的的行為在很多方面是一致的。正像一個智能機器人制造者所說的，機器人是一種系統(tǒng)的功能描述，這種系統(tǒng)過去只能從生命細(xì)胞生長的結(jié)果中得到，現(xiàn)在它們已經(jīng)成了我們自己能夠制造的東西了。

煙草行業(yè)對于自動化物流系統(tǒng)的技術(shù)引進和改革具有很大的潛力。除玉溪卷煙廠外，山東青島卷煙廠和云南紅河卷煙廠正在安裝或調(diào)式自動化物流系統(tǒng)，上海卷煙廠和云南曲靖卷煙廠正在籌建自動化物流系統(tǒng)。

通過對玉溪卷煙廠引進的三星物流系統(tǒng)進行調(diào)研和技術(shù)論證，我們認(rèn)為煙草行業(yè)自動化物流系統(tǒng)AGV的國有化技術(shù)策略應(yīng)從下列幾個方面開展研究。

1 AGV的優(yōu)化調(diào)度及可靠性研究

AGV是無人搬運車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，AGV屬于輪式移動機器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范疇。無人搬運車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV），指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力。一般可透過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道（electromagnetic path-following system）來設(shè)立其行進路線，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車則依循電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。

卷煙生產(chǎn)除卷接包生產(chǎn)過程外，還有打葉復(fù)烤、制絲等一系列生產(chǎn)過程，除需進行各種輔料、配件、成品和生產(chǎn)需求等動態(tài)物流分析外，還必須結(jié)合煙廠的特點對具體的AGV運動形式、AGV的臺數(shù)、運輸?shù)穆窂胶途嚯x等進行規(guī)化，使生產(chǎn)過程達(dá)到產(chǎn)量最高、消耗最小、故障檢修時間最短，以提高AGV運行的可靠性。

2 AGV智能化控制器的設(shè)計

目前，世界上自動化物流系統(tǒng)集成制造商廣泛采用瑞典NDC公司的AGV系列產(chǎn)品。國家“863”智能機器人主題如何設(shè)計新型的智能AGV控制器，形成國有AGV系列產(chǎn)品特色具有重大的實用價值和社會意義。

3 AGV導(dǎo)引新技術(shù)的研究

目前，國內(nèi)外用得較多的AGV，其導(dǎo)引方式大致可分為光電導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引，慣性導(dǎo)引、激光導(dǎo)引等幾種。上述AGV導(dǎo)引技術(shù)各自有其優(yōu)缺點。然而，如何進一步開發(fā)研制新型AGV導(dǎo)引技術(shù)——如全方位圖像導(dǎo)引技術(shù)，真正具有智能機器人的視覺功能，是一個嶄新的研究方向。AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。因此，在自動化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn)。

4 AGV機械部件的國有化產(chǎn)品設(shè)計

AGV機械部件如絲桿等容易磨損，用國外同類產(chǎn)品替換，需要大量的外匯，用國有化產(chǎn)品代替是可行的。

利用國有智能機器人技術(shù)取代進口技術(shù)的策

智能機器人能夠理解人類語言，用人類語言同操作者對話，在它自身的“意識”中單獨形成了一種使它得以“生存”的外界環(huán)境——實際情況的詳盡模式。它能分析出現(xiàn)的情況，能調(diào)整自己的動作以達(dá)到操作者所提出的全部要求，能擬定所希望的動作，并在信息不充分的情況下和環(huán)境迅速變化的條件下完成這些動作。當(dāng)然，要它和我們?nèi)祟愃季S一模一樣，這是不可能辦到的。不過，仍然有人試圖建立計算機能夠理解的某種“微觀世界”。比如維諾格勒在麻省理工學(xué)院人工智能實驗室里制作的機器人。這個機器試圖完全學(xué)會玩積木：積木的排列、移動和幾何圖案結(jié)構(gòu)，達(dá)到一個小孩子的程度。這個機器人能獨自行走和拿起一定的物品，能“看到”東西并分析看到的東西，能服從指令并用人類語言回答問題。更重要的是它具有“理解”能力。為此，有人曾經(jīng)在一次人工智能學(xué)術(shù)會議上說過，不到十年，我們把電子計算機的智力提高了10倍；如維諾格勒所指出的，計算機具有明顯的人工智能成分。

煙草企業(yè)對新技術(shù)新裝備的要求是很高的。如何將國有化高技術(shù)應(yīng)用于煙草企業(yè)的技改中，推動國有智能機器人高技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化是一個值得研究的問題。在過去十年，我國煙機設(shè)備的生產(chǎn)得到較快的發(fā)展主要得益于國家保護政策和行業(yè)保護政策，然而隨著我國加入世界貿(mào)易組織，今后要生產(chǎn)象自動化物流系統(tǒng)這樣的高技術(shù)機電設(shè)備時，就必須面向國際市場，參與國際競爭。

1 堅持“技術(shù)驅(qū)動，市場導(dǎo)向”的原則

煙草企業(yè)的高技術(shù)設(shè)備研究、開發(fā)和應(yīng)用時，必須堅持“技術(shù)驅(qū)動，市場導(dǎo)向”的原則，針對企業(yè)需要的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備進行重點攻關(guān)，為企業(yè)解決實際問題。過去我們的很多研究項目，也包括部分“863”項目都是以純技術(shù)為導(dǎo)向，研究者思考問題的方法不是考慮用戶需要什么，而是我能做什么就做什么。

2 研究的關(guān)鍵是系統(tǒng)集成

在研制、開發(fā)和生產(chǎn)象自動化物流系統(tǒng)這類復(fù)雜的高技術(shù)機電一體化設(shè)備時，應(yīng)該堅持“有所為、有所不為”的原則。實現(xiàn)整套設(shè)備的國產(chǎn)化，并不要求系統(tǒng)中每一個部件都是國內(nèi)生產(chǎn)的，而關(guān)鍵在系統(tǒng)的集成。隨著全球產(chǎn)業(yè)一體化的推進，世界產(chǎn)業(yè)分工的逐步形成，虛擬公司（工廠）的出現(xiàn)，許多國際性大公司在生產(chǎn)制造大型設(shè)備時，主要工作是根據(jù)用戶的需要設(shè)計系統(tǒng)，并從世界范圍內(nèi)的各專業(yè)公司選購部件，完成系統(tǒng)的集成，這樣既能節(jié)省大量的研制時間和費用，又能使系統(tǒng)具有先進的技術(shù)水平。例如韓國三星在制造AGV時，車體等硬件自己制造，而控制系統(tǒng)則采用目前世界上處于領(lǐng)先地位的瑞典NDC公司的自走車控制引導(dǎo)系統(tǒng)，這樣就保證了其AGV達(dá)到世界先進水平。而沈陽自動化研究所生產(chǎn)的AGV雖然具有較高的技術(shù)指標(biāo)，但其控制系統(tǒng)采用較為落后的STD總線工控機，對其性能和可靠性，很容易讓用戶產(chǎn)生懷疑。

3 可靠性是用戶選擇設(shè)備的主要指標(biāo)

目前的卷煙生產(chǎn)過程已基本是一個高度自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程，長時間可靠運行，是對各臺設(shè)備的一個最基本的要求，設(shè)備出現(xiàn)故障會對生產(chǎn)造成很大的影響，其經(jīng)濟損失往往會大大超過設(shè)備本身的價值，因此各大煙廠都不惜重金購買高可靠性的進口設(shè)備，更換不可靠的部件。例如煙廠每年都要更換很多電器開關(guān)元件，而且大多數(shù)采用進口件，以保證設(shè)備可靠運行，減少停車事故。過去，我國的許多產(chǎn)品研究中，往往把重點放到技術(shù)的先進性上，系統(tǒng)的性能指標(biāo)上，導(dǎo)致許多產(chǎn)品或項目只能通過技術(shù)鑒定，而無法進入市場。要使自動化物流這樣復(fù)雜的系統(tǒng)具有較高的可靠性，首先在設(shè)計時應(yīng)認(rèn)真研究系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和可靠性目標(biāo)MTBF。有高可靠性的設(shè)計還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在生產(chǎn)制造過程中還必須有嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系。

4 廠、學(xué)、研的有機結(jié)合是開發(fā)高技術(shù)產(chǎn)品的有效途徑

我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還存在著一些與市場經(jīng)濟不相適應(yīng)的地方。建國后我國一直采用蘇聯(lián)體制，新技術(shù)和產(chǎn)品研究、開發(fā)和生產(chǎn)分別由科學(xué)院或高校、研究所及企業(yè)承擔(dān)，它們各隸屬不同的部門，存在著嚴(yán)重的脫節(jié)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致研究工作重理論、輕應(yīng)用，開發(fā)工作較少考慮生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品生產(chǎn)則幾年甚至十幾年一貫制。改革開放以來，這種情況在一些地區(qū)和一些行業(yè)有所改善，出現(xiàn)了一些具有加強自主開發(fā)能力的高科技企業(yè)，但從整體來講，我國目前人數(shù)最多、實力最強的科技力量仍集中于高等院校和科研機構(gòu)。雖然它們每年都有一定的研究成果，但真正能應(yīng)用于實際的成果卻很少。造成這種情況除有技術(shù)方面的原因外，還與企業(yè)與研究機構(gòu)、高校之間的相互不信任及利益分配等問題有關(guān)。包括“863”高技術(shù)研究成果在內(nèi)，研究機構(gòu)不愿意將成果輕易轉(zhuǎn)讓給企業(yè)。由于存在有市場風(fēng)險，企業(yè)也不愿意出大價錢購買成果。即使一些技術(shù)成果被轉(zhuǎn)讓，但只要企業(yè)與研究機構(gòu)之間沒有形成長期的合作關(guān)系，不能對技術(shù)進行不斷地更新、改造，一項新技術(shù)、新產(chǎn)品幾年后將落后了。

5 加強宣傳，改變用戶觀念

從理論上講，選擇產(chǎn)品的基本原則是其實用性和性能價格比，在滿足使用要求的條件下，性能價格比好的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是首選產(chǎn)品。但由于我國的一些高技術(shù)產(chǎn)品在性能質(zhì)量、可靠性、工藝水平、外觀安裝、使用的簡便性、維護的方便性等方面與國外產(chǎn)品相比還存在一定的差距，進口貨優(yōu)于國產(chǎn)貨的觀念在煙草企業(yè)已根深蒂固。要改變這種狀況，除設(shè)計生產(chǎn)部門需不斷努力，逐步克服國內(nèi)產(chǎn)品的不足，縮小與國外產(chǎn)品的差距外，還需進行大量的產(chǎn)品宣傳和愛國主義宣傳，同時在政策上加以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。目前我國煙草行業(yè)由于技改資金比較雄厚，對系統(tǒng)、設(shè)備的運行效率和可靠性要求較高，因此特別希望選用進口產(chǎn)品。并非所有的進口產(chǎn)品就一定比國產(chǎn)的好，如韓國三星公司的AGV會出現(xiàn)一些誤動作，其管理調(diào)度系統(tǒng)存在明顯不足，其整體技術(shù)水平并不優(yōu)于我國“863”的技術(shù)。由于我國擁有這樣一些高技術(shù)的部門未能進行有效的廣告宣傳和開展適當(dāng)?shù)拇黉N活動，這些高技術(shù)產(chǎn)品不為用戶所知。