工业4.0：智能工厂 – 智能物流 – 图片：Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
工业4.0——这个术语近来成为热门词汇，在工业界和政界引发了广泛讨论。从本质上讲，工业4.0指的是德国联邦政府一项面向未来的项目，该项目旨在将信息技术与制造业紧密结合，使德国能够更好地应对未来的挑战。.
根据这份战略文件，由互联网快速发展驱动的第四次工业革命将导致现实世界与虚拟世界的融合，最终催生物联网（IoT）。在物联网时代，产品或组件本身可以与其他物品、用户或交通工具联网并相互通信，从而实现无缝衔接且更加高效的流程。.
工业4.0转型的一个标志是，嵌入生产和物流流程中的IT系统网络化程度日益提高，这些系统不仅彼此互联，而且与互联网连接（即所谓的网络物理系统，CPS）。工业自动化和集成化的发展日新月异，同时，日益智能化的监控技术也应运而生，使企业能够近乎实时地管理和优化其整个价值创造网络。这一发展最终将促成生产和运输环节中完全自主决策流程的实现。.
实现这一目标的一个步骤是构建自学习智能工厂（智能工厂）。其重点在于开发智能化的、自我调节的生产系统和流程，以及实施能够彼此独立通信的网络化生产设施。
智能物流：未来物流
然而，创新、智能技术也越来越多地应用于运输物流领域，并正在彻底改变整个行业。
但智能技术究竟是什么？
这些是计算机辅助系统，能够全自动控制整个工作流程，并能自主运行，从而独立控制整个流程。.
如今的物流与几年前相对单一的仓储和货物运输方式已截然不同。这主要归功于新兴的网络技术，它们实现了参与者之间前所未有的互动。而且，这一发展趋势仍在快速推进。部分甚至全自动运输系统已在众多应用场景中进行测试。.
智能工厂——面向未来的智能工厂
德国人工智能研究中心（DFKI）与多家制造商合作，开发出了未来智能工厂的首个原型——即所谓的“ 智能工厂”。其主要特点是采用独立的生产模块，这些模块利用多种信息系统进行自主通信。在生产过程中，人工仅扮演辅助角色。
开发工作由三个关键组成部分构成：
- 这款智能通信产品
- 网络系统
- 系统的辅助操作员
借助集成传感器（例如RFID或蓝牙），智能产品能够持续获取其当前的订单、物料和生产数据，从而影响自身的生产流程。联网系统通过CPS组件与各个智能产品通信，并监控每个工作步骤。在该系统中，协助用户的操作员可以直接从产品获取装配过程的详细信息，包括必要的工作步骤。.
智能工厂和数据物流
在智能工厂中，传统的生产计划与生产控制分离模式被打破。取而代之的是集成式方法，机器之间可以交换生产过程的信息和预测，并协调后续工作步骤。物料流、机器和存储系统利用率以及资源消耗等数据也被整合到生产过程中，并在行动计划中加以考虑。为了使这些信息流能够持续影响正在进行的生产，它必须在设备之间实时传输。.
数据物流在此发挥着尤为重要的作用，因为它必须确保所有数据（包括当前数据和预测数据）都能快速、全面地提供，并且能够及时转发。.
这种现代生产方式绝不仅仅止步于智能工厂。它以订单为导向，涵盖从原材料到成品工业产品的整个价值链，需要跨公司协作，并且从数据物流的角度来看，还需要确保信息的顺畅交换。.
面临的挑战巨大。一方面，预计会产生海量数据流，这就需要对IT基础设施进行全面重组。因此，网络基础设施的快速扩展对于项目的成功至关重要。.
除了数据线在质量和数量的双重增长之外，数据物流还面临着另一个高度复杂且备受关注的挑战：确保全面的数据安全。除了保证授权用户能够访问数据之外，维护数据的机密性也至关重要。必须不惜一切代价防止未经授权的访问，以及机密数据的丢失或未经授权的泄露。因此，数据物流专业人员的任务是推进全面安全理念和标准的制定与实施。.
数据与运输物流之间的联系
除了数据物流之外，运输物流在工业4.0的背景下将扮演更加重要的角色。这具体指的是运输链中所有环节的全面联网。在许多领域，这已经成为现实，并被应用于各种日常场景：例如，基于预测的交通状况或天气情况的灵活路线规划，以及软件支持的交通流量管理等等。但技术发展远不止于此。在基于物联网的运输基础设施中引入智能自动驾驶车辆，将开启自动化和灵活物流解决方案的全新篇章。.
在这个领域，数据与运输物流密不可分，前者提供优化运输物流所需的信息。对当前运力、天气、交通和车辆信息的交换越全面，就越能高效地管理日益增长的物流流量。在生产规模不断扩大、运输批量越来越小（关键词：电子商务）的时代，制造和分销环节几乎完全依赖于运输物流的性能和灵活性。只有确保原材料、半成品或可运输物品按时送达现场，才能真正实现第四次工业革命的愿景，尤其是智能工厂的概念。.
智能技术迟早会在生产领域占据主导地位。但这会对仓储物流产生怎样的影响？仓储物流的发展会以相同或类似的方式进行吗？
这方面有很多迹象。.
仓库中的智能运输系统
由于没有中央控制系统，这些车辆彼此协商接收的运输指令，制定通行规则，并交换各自在仓库中的位置数据。由于每辆穿梭车都独立处理信息，整个控制系统分布在多个虚拟单元中。如果出现故障，车辆群会做出反应并自行解决问题。.
自主运输机器人
正是在这种情况下，Kardex Remstar 和 Servus Intralogistics 这两家公司应运而生，它们 “智能工厂” 新解决方案，
该解决方案的核心组件包括Kardex Remstar的动态检索系统和Servus Intralogistics的专用运输系统，后者由自主轨道式运输机器人组成。两家公司的产品此前均已单独销售。此次的创新之处在于，利用新开发的软件，将这些组件整合为一个高效的整体解决方案。装配所需的零件以节省空间的方式存储在Kardex Remstar的垂直存储升降机、旋转货架或集装箱存储系统中。在需要检索零件时，Servus运输系统会自动从存储位置提取零件，并使用自主运输机器人将其运送到装配工作站。机器人会自动接收所需工作步骤的信息，并独立完成所有后续步骤。因此，Servus系统无需中央控制单元，因为运输机器人通过红外线直接与其他运输机器人和工作站通信，使其能够对周围环境做出反应。 Servus的运输系统展现出极高的灵活性，它允许在厂房内自由规划路线，并能完美适应现有建筑结构。这意味着轨道可以安装在仓库和生产车间的任何位置——从地面到天花板。.
来自弗劳恩霍夫研究所的群体智能
由弗劳恩霍夫物质流动与物流研究所设计的名为Multishuttle的集装箱存储和运输系统，从根本上来说是一种类似但目前形式更先进的方法。
其基本理念是，衡量存储系统的决定性优势不仅在于其纯粹的存储和检索能力，还在于存储容器到达目的地的速度。弗劳恩霍夫IML研究所的专家认为，与托盘输送和存储系统相比，小型货物输送和存储系统在仓储物流中的占比将持续增长。这是由于货运尺寸的不断缩小以及由此导致的工商业领域库存削减措施所致。.
最初的想法是开发一种经济高效的轨道导向车辆运输系统。这些车辆还应能够独立完成仓库内的存储和检索操作，从而实现从仓库到工作站的整个运输过程，无需任何后续搬运。这一想法最终促成了所谓的“多功能 穿梭车”（Multishuttle），其运行方式与Servus运输车辆类似。
然而，工程师们很快意识到这种方案的局限性：轨道系统缺乏灵活性。于是，他们着手进一步研发多功能穿梭车，使其能够在仓库内自由移动，无需轨道。该研究所与德马泰克公司合作开发了 MultiShuttle Move多功能，它不仅兼容传统的轨道系统，还配备了落地式底盘和智能导航系统。车辆前后均装有激光扫描仪，既用于路径规划，也作为地面作业时的安全保障。凭借集成的定位技术，它可以在空间内完全自由移动，无需任何导轨或其他固定标记，并能动态响应变化。这在最大限度地减少对固定式输送设备的需求的同时，实现了最大的灵活性。
借助这套创新系统，智能互联的运输车辆能够处理所有运输作业，例如从高架仓库到后续加工或拣选工作站。这些灵活的“助手”无需仓库管理软件的引导，即可自主协调运行，无需任何中央控制。由于此类仓库物流需要大量此类小型“助手”，软件难以应对如此庞大的机器人集群的复杂管理。该系统使它们能够在高架仓库内完全自由地移动，无论是在轨道上还是在地面上。.
这些设备利用群体智能原理进行通信和相互控制。这得益于新开发的传感器技术，该技术具备无线电跟踪、距离测量和导航等功能。这使得每台穿梭车都能找到到达目的地的最短路径，并在订单接收和最佳路线规划方面相互协调，从而确保仓库吞吐量最大化，进而提高效率。.
集成传感器系统也能避免碰撞，如果即将与其他设备或人员发生碰撞，系统会自动停止车辆。此外，仓库内适用与道路交通类似的固定通行权规则。.
如果需要更多资源，可以通过增加车辆数量灵活调整系统的运输能力，无需对固定设施进行投资。.
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