作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

內(nèi)部物流使用自主移動機器人 (AMR) 和自動導(dǎo)引車 (AGV) 在工業(yè) 4.0 倉庫和生產(chǎn)設(shè)施中高效地搬運材料。本文將討論如何在系統(tǒng)層面使用 AMR 和 AGV 實施內(nèi)部物流，并根據(jù)需要快速、安全地運送材料。本系列[第二部分]重點介紹使用案例，以及 AMR 和 AGV 如何利用傳感器識別、跟蹤物品，ML 和 AI 如何在整個倉庫和生產(chǎn)設(shè)施中支持材料識別、搬運和交付。

在工業(yè) 4.0 時代，將物料從倉庫的收貨區(qū)快速運送到發(fā)貨區(qū)，或從生產(chǎn)設(shè)施的一個地點快速運送到另一個地點——這稱為內(nèi)部物流——是簡化和加快供應(yīng)鏈運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。內(nèi)部物流不僅僅追求速度，它還必須高效、準確，并減少浪費，以獲得最大效益。自主移動機器人 (AMR) 和自動引導(dǎo)車輛 (AGV) 對改善內(nèi)部物流至關(guān)重要。

AMR 和 AGV 看起來相似，但工作方式不同。傳統(tǒng) AGV 經(jīng)過預(yù)先編程，以最低的成本執(zhí)行有限的功能，而新型 AGV 像 AMR 一樣配備了傳感器，從而模糊了二者之間的界限。出于安全考慮，傳統(tǒng) AGV 在與人隔離的區(qū)域中運行，但新型 AGV 配備了防碰撞傳感器，可確保更高水平的安全性。

本文首先說明了什么是內(nèi)部物流，以及如何利用內(nèi)部物流加速供應(yīng)鏈運行。然后，本文比較了 AGV 和 AMR 的操作和使用，并簡要介紹了兩者在導(dǎo)航和避障能力、靈活性、安全性、部署挑戰(zhàn)、維護、擁有成本方面的差異。同時，本文還探討了 AMR 與 AVG 之間日漸模糊的界限，最后討論了如何利用數(shù)字孿生來增強未來的內(nèi)部物流運作。本系列的第二篇文章將深入探討 AMR 和 AGV 所需的各種傳感器技術(shù)。Digi-Key 為這兩種方式的內(nèi)部物流提供全套[自動化產(chǎn)品]。

內(nèi)部物流的定義

內(nèi)部物流利用網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)進行部署，旨在優(yōu)化內(nèi)部配送和生產(chǎn)流程。為了充分發(fā)揮作用，內(nèi)部物流系統(tǒng)還必須通過互聯(lián)網(wǎng)和本地運營流程與更大的供應(yīng)鏈相整合。

在倉庫中，該系統(tǒng)應(yīng)知道設(shè)施中所有物料在什么地方，履行未交貨訂單需要什么物料，完成訂單可能缺少什么物料，以及來料在更廣泛的供應(yīng)鏈中的位置。

在工廠中，內(nèi)部物流應(yīng)知道特定生產(chǎn)流程需要什么物料，并通過協(xié)調(diào)有關(guān)設(shè)施中現(xiàn)有物料的信息和其他物料何時到達的信息，結(jié)合機器和操作人員可用性，來最大限度地提高調(diào)度效率。

完全整合關(guān)于物料供應(yīng)、人員及其技能和位置、機器及其可用性的信息后，企業(yè)便可最大限度地減少庫存，增加大規(guī)模定制的靈活性，并提高質(zhì)量，從而降低成本（圖 1）。

內(nèi)部物流影響著工藝工程、系統(tǒng)設(shè)計、項目管理、物料需求規(guī)劃和許多其他職能。物料在整個設(shè)施內(nèi)自動移動是最大限度地發(fā)揮內(nèi)部物流優(yōu)勢的關(guān)鍵。

物料搬運選項

AMR 和 AGV 設(shè)計用于將物料從一個地方運送到另一個地方，從而提高內(nèi)部物流運作的效率、準確性、生產(chǎn)率和安全性。這些系統(tǒng)可以根據(jù)其載荷配置進行區(qū)分。AMR 和 AGV 有多種配置，分別適合不同的內(nèi)部物流功能：

• 推車也被稱作“底部裝載車”或“底部運輸車”，它可移動到待搬運物品的下方，將其垂直舉起，然后運往目的地。這種車輛可以設(shè)計為舉升和運輸 1 噸或更重的物品。
• 牽引車或拖車連接一輛或多輛裝載物料的自動或非自動推車，將它們從一個地方拉到另一個地方。大多數(shù)牽引車的額定載荷約為 1 噸，但也有額定載荷為 20 噸的型號。此外，有些型號可以自主運行，有些型號則由操作員手動駕駛。
• 機器人叉車有多種配置，包括托盤搬運車、平衡叉車和窄通道叉車。根據(jù)設(shè)計的不同，它們可以搬運幾噸重的貨物，并可將貨物舉升到 10 米以上的高度。
• 運載小車是一種自動化移動平臺，可以從輸送線末端、機器人裝載站和其他自動化系統(tǒng)中取走物料。運載小車的載重能力往往低于其他類型的 AMR 和 AGV。

AGV 與 AMR 有何區(qū)別？

AGV 和 AMR 可能有相似的配置，但它們的功能并不相同。基本區(qū)別包括：

• AGV 利用磁條、地板上的膠帶/油漆或地板中的電線所構(gòu)成的外部軌道從一個地方移動到另一個地方；沒有這些外部軌道，AGV 寸步難移。
• AMR 綜合使用內(nèi)部傳感器、無線連接的外部傳感器、人工智能 (AI) 和機器學(xué)習(xí) (ML) 來規(guī)劃最高效的路線，并動態(tài)避開障礙物。

AGV 是在引入工業(yè) 4.0 倉庫和工廠之前開發(fā)的，但近來發(fā)生了一些演變以適應(yīng)工業(yè) 4.0 應(yīng)用，因此兩者之間的區(qū)別已不像以前那么明顯。異同點包括：

導(dǎo)航和避障。導(dǎo)航是最大的區(qū)別。AGV 只能在預(yù)定的路線上行駛，而 AMR 可以在預(yù)定區(qū)域或環(huán)境中以變化路線行駛。由于 AMR 自主移動，因此具有廣泛的避障能力，包括識別新的障礙物（如放置在先前暢通的過道上的托盤），以及感知和避開路線上的人員。早期型號的 AGV 避障能力有限，設(shè)計用于沒有人的區(qū)域。新型的 AGV 包括更多種類的傳感器，使其在人身邊使用時更安全。不過，雖然 AGV 可以識別障礙物，但無法像 AMR 那樣繞過障礙物。相反，AGV 會停下來，直到障礙物被移開。障礙物被移開后，某些型號可以自動恢復(fù)行駛。

靈活性。AMR 具有更大的靈活性，可以重新編程以部署到新的環(huán)境中，而無需進行物理改動。而將 AGV 引入新環(huán)境時，必須安裝或修改導(dǎo)軌，以支持需要的行駛路線。此外，AGV 只能執(zhí)行單一任務(wù)，即將物料從一個預(yù)定點運送到另一個預(yù)定點，其可能因環(huán)境發(fā)生變化而中斷運行，例如新增設(shè)備需要更改行駛路線。

安全性。AMR 的避障能力更強，因此一般認為 AMR 比 AGV 更安全。但這不是一個簡單的問題。兩者都可以配備緊急停止開關(guān)和傳感器，以識別并避免撞到障礙物，包括人。AMR 是為在人身邊使用而設(shè)計的，包含許多安全措施。不過，AGV 的行駛路線是預(yù)定的，工作人員可以提前知道它們的位置，因此能夠更容易地避免與它們發(fā)生接觸。兩種技術(shù)都支持高安全性。

部署挑戰(zhàn)。AGV 和 AMR 需要特定的基礎(chǔ)設(shè)施來支持其部署。一般來說，與 AGV 相比，AMR 部署可以更快地完成，而且破壞性較小。AGV 需要安裝導(dǎo)軌，以支持點對點導(dǎo)航。AMR 依靠整個設(shè)施中安裝的各種傳感器來幫助提供精細的態(tài)勢感知和導(dǎo)航支持。AMR 適用于更復(fù)雜的環(huán)境和應(yīng)用。例如，可以對 AMR 進行編程，使其在“跟我走”應(yīng)用中與訂單揀貨員協(xié)同工作。一般而言，這些差異使 AMR 更適合用于工業(yè) 4.0 環(huán)境，因為在這種環(huán)境中，相機而變是應(yīng)有之義，必須予以有效支持（圖 2）。

維護。這取決于具體情況。與 AMR 相比，AGV 更簡單，傳感器更少，所需的維護可能也更少。然而，AGV 所需的支持基礎(chǔ)設(shè)施可能會受到損壞，需要額外的維護。就 AMR 而言，各種傳感器可能需要維護，軟件也需要定期更新。與 AMR 相比，AGV 需要在人車分離的區(qū)域內(nèi)行駛，這往往意味著 AGV 需要行駛更長的距離才能到達目的地。更長的行駛距離會增加 AGV 的磨損，從而可能增加維護成本。因此，AGV 和 AMR 哪個需要更多維護取決于具體應(yīng)用。

成本。與 AMR 相比，AGV 更簡單，成本更低。AGV 需要安裝導(dǎo)軌，而 AMR 需要一套外部傳感器和無線連接，因此安裝成本的差異較為復(fù)雜，難以確定。與支持 AMR 所需的基礎(chǔ)設(shè)施相比，AGV 的導(dǎo)軌需要更多的維護，因此 AGV 的運營成本更高。最后，AMR 通常可以更快地部署，與設(shè)施停機相關(guān)的成本更低，因而更適合在工業(yè) 4.0 應(yīng)用中使用。

數(shù)字孿生、數(shù)字線程和內(nèi)部物流

數(shù)字孿生和數(shù)字線程可以成為內(nèi)部物流部署的有用工具。數(shù)字孿生是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（如內(nèi)部物流所用系統(tǒng)）的精細虛擬模型。數(shù)字孿生利用從各種來源獲得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建，這些來源包括設(shè)施中的傳感器、設(shè)施的計算機輔助設(shè)計 (CAD) 模型、設(shè)施中運行的設(shè)備上的傳感器提供的反饋等。數(shù)字孿生用于提供倉庫或工廠運行情況的實時模擬，以幫助優(yōu)化流程，并及時查明潛在問題以防止其發(fā)生（圖 3）。數(shù)字線程與數(shù)字孿生相伴而生，包括數(shù)字孿生在整個運行生命周期中所有活動的完整歷史。

內(nèi)部物流中的數(shù)字孿生和數(shù)字線程正處于早期發(fā)展階段。運行的可預(yù)測性對于提高內(nèi)部物流系統(tǒng)效率非常重要。AMR、AGV 和機器人的運行具有高度的可預(yù)測性和可重復(fù)性，在工業(yè) 4.0 中使用它們可以簡化數(shù)字孿生技術(shù)的使用。將它們納入數(shù)字孿生中可支持設(shè)施內(nèi)的車隊優(yōu)化和管理，并實現(xiàn)預(yù)防性維護以盡量降低對運行效率的影響。

數(shù)字孿生有大量實時數(shù)據(jù)的支持，包括環(huán)境條件以及有關(guān)機器和流程狀態(tài)的功能和運行數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生利用這些數(shù)據(jù)模擬實際系統(tǒng)，并預(yù)測完整機器和個別組件（如 AGV 和 AMR 中的電池組）的狀態(tài)以優(yōu)化其性能。

數(shù)字孿生對現(xiàn)實世界的模擬越精準，效益就越大。內(nèi)部物流系統(tǒng)通常將自動化系統(tǒng)與人整合在一起。將人類活動納入數(shù)字孿生中，可以進一步提高模擬的準確性和內(nèi)部物流的效益。內(nèi)部物流、數(shù)字孿生、數(shù)字線程與人工智能和機器學(xué)習(xí)的結(jié)合，預(yù)計將成為支持全自動工業(yè) 4.0 工廠和倉庫出現(xiàn)的重要因素。

結(jié)語

內(nèi)部物流是指物料在倉庫或工廠等工業(yè)設(shè)施內(nèi)移動。AGV 和 AMR 是用于實現(xiàn)物料流動自動化和加速的重要工具。雖然兩者各有利弊，但 AMR 更適合工業(yè) 4.0 應(yīng)用。當與數(shù)字孿生、人工智能和機器學(xué)習(xí)相結(jié)合時，內(nèi)部物流可支持全自動工廠和倉庫的發(fā)展。