工业 4.0 – 运输物流正在发生变化
发布日期：2014 年 12 月 31 日 / 更新日期：2021 年 9 月 28 日 - 作者：康拉德·德军总部
工业 4.0：智能工厂 – 智能物流 – 图片：Xpert.Digital / Phonlamai 图片|Shutterstock.com
工业 4.0——这个术语已经流行了一段时间，并且一直是工业界和政界广泛讨论的主题。 实际上，工业4.0指的是联邦政府的一个未来项目，设想将IT和制造技术紧密结合，以使当地工业适应未来的挑战。
因此，战略文件中宣称，在互联网飞速发展的推动下，第四次工业革命将导致现实世界和虚拟世界的融合，最终形成物联网。 在这里，产品或组件本身与其他物品、用户或运输工具进行联网和通信，以生成无故障且更高效的流程。
工业 4.0 变革的一个标志是，嵌入生产和物流流程中的 IT 系统之间以及与整个互联网之间的联网（所谓的网络物理系统，CPS）变得越来越重要。 工业自动化和互联的更大更快的发展伴随着更加智能的监控技术的诞生，企业可以利用这些技术几乎实时地控制和优化整个价值创造网络。 这一发展最初将导致在生产和运输中实施完全自主的决策流程。
迈向这一目标的一步就是自学习的智能工厂（ Smart Factory ）。 重点是开发智能、自我调节的生产系统和流程，以及实施网络化、独立通信的生产设施。
智慧物流：未来物流
智能技术也越来越多地进入运输物流领域
但到底什么是智能技术呢？
这些是计算机辅助系统，可以全自动控制整个工作流程，并能够自主行动，从而独立控制整个流程。
今天的物流与几年前相对一维的货物存储和运输几乎没有共同之处。 原因恰恰在于新的网络技术，它使参与者之间的互动达到了一个全新的水平。 并且发展仍在快速进行。 部分甚至完全自动化的运输系统已经通过各种方式进行了测试。
智能工厂——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，开发了未来智能工厂的第一个原型——所谓的智能工厂。 主要特点是由独立的生产模块组成，利用各种信息系统相互独立地进行通信。 人类劳动在生产过程中仅起辅助作用。
三个中心构建块构成了开发的基础：
- 智能通讯产品
- 网络系统
- 系统助理操作员
借助集成传感器（例如 RFID 或蓝牙），智能产品可以永久了解其当前订单、材料和生产数据，从而影响其自身的生产。 联网系统通过 CPS 组件与各个智能产品并行通信，并监控各个工作步骤。 在该系统中，产品直接向人类助理操作员通报装配细节，包括必要的工作步骤。
智能工厂和数据物流
在智能工厂中，生产计划和生产控制的通常分离不再适用。 相反，采用集成方法，机器相互交换有关生产过程的信息和预测，并协调进一步的工作步骤。 有关物料流、机器和存储系统的利用率以及资源消耗的数据也纳入流程中，并在规划措施时予以考虑。 为了使信息流对正在进行的生产产生永久影响，信息流必须在设备之间实时进行。
在这一点上，数据物流发挥着特别重要的作用，因为它必须确保所有数据（无论是当前数据还是预测数据）都能快速、全面地获得，并且能够在不损失任何时间的情况下转发。
这种现代类型的生产并没有在智能工厂公司门口结束。 以订单为导向的集成制造方法涵盖了从原材料到工业成品的整个价值链，需要跨公司的思维和数据物流来确保信息的顺利交换。
与此相关的挑战是巨大的。 一方面，海量数据的出现，需要对IT基础设施进行全面重组。 因此，管网的快速扩张对于该项目的成功至关重要。
除了数据线的定性和定量拓展之外，数据物流还面临着另一个高度复杂且目前备受关注的任务：全面保障数据安全。 除了确保授权人员的数据可用性之外，维护其机密性也发挥着核心作用。 避免未经授权人员的入侵以及机密数据的丢失或未经授权的披露非常重要。 因此，数据物流专家面临着推动综合安全概念和标准的开发和运营的任务。
数据与运输物流之间的联系
除了数据物流之外，运输物流也将在工业4.0之后发挥更加重要的作用。 这特别涉及传输链中涉及的所有对象的完整网络。 这已经在大面积和日常使用的各种应用中得到实施：基于预测交通状况或天气的灵活路线规划以及软件支持的交通流控制只是两个例子。 但技术发展并没有就此停止。 在基于物联网的交通基础设施中引入智能自动驾驶车辆将为完全不同维度的自动化和灵活的物流解决方案打开大门。
在这一领域，数据和运输物流齐头并进，因为前者提供可用于优化运输物流的信息。 当前运力、天气、交通和车辆信息的交换越全面，就越能有效地控制不断增加的物流流量。 在产量增长和运输小批量（关键词电子商务）的时代，生产和销售双方实际上依赖于运输物流的性能和灵活性。 只有能够保证原材料、初级产品或可运输的物品及时到达现场，第四次工业革命的愿景，特别是智能工厂的概念才能实现。
预计智能技术迟早会在生产中得到应用。 但这对仓库物流有何影响？ 那里的开发会以相同或相似的形式进行吗？
有足够的迹象表明这一点。
仓库中的智能运输系统
在没有中央控制的情况下，这些设备可以相互协商传入的运输订单，设置通行权规则并交换有关其在仓库中各自位置的数据。 由于每架航天飞机都是分散处理其信息，因此整个控制系统分布在许多虚拟肩膀上。 如果发生故障，车辆群会自行反应并纠正问题。
自给自足的运输机器人
这就是卡迪斯 (Kardex Remstar) 和 Servus Intra Logisticstics 两家公司的用武之地。“智能工厂”开发了一种新的解决方案来优化客户的内部生产物流。
该解决方案的基本构建模块是卡迪斯的动态供应解决方案和 Servus Intra Logistics 的特殊运输系统，该系统由在轨道上行驶的自主运输机器人组成。 两家公司的产品长期以来一直单独销售。 新颖之处在于，使用新开发的软件将这些组件组合成一个高效的整体解决方案。 组装所需的零件以节省空间的方式存储在卡迪斯的垂直存储升降机、循环架或容器存储系统中。 供应时，Servus 运输系统自动从仓库取出零件，并在自主运输机器人的帮助下将其运输到装配工作站。 设备自动接收有关所需工作步骤的信息，并独立执行所有进一步的步骤。 因此，Servus 系统不需要中央控制，因为运输机器人使用红外线直接与其他运输机器人和工作站通信，从而对其周围环境做出反应。 事实证明，Servus 运输系统特别灵活，因为它允许在工厂大厅内自由布线，并能最佳地适应现有的建筑结构。 这意味着该路线可以安装在仓库和生产车间的任何位置（从地板到天花板）。
来自弗劳恩霍夫研究所的群体智能
弗劳恩霍夫材料流和物流研究所Multishuttle的集装箱存储和运输系统展示了一种基本相似的方法，但目前的形式更进一步。
其基本思想是，存储系统的显着效益不仅通过纯粹的存储和检索性能来衡量，还通过存储容器到达目的地的速度来衡量。 作为前提，Fraunhofer IML 的专家认为，在仓库物流中，与托盘输送机和存储系统相比，小型载重运输机的输送机和存储系统的比例将继续增加。 造成这种情况的原因是工业和贸易中出货量的不断减少以及由此产生的库存减少措施。
最初的想法涉及开发一种使用低成本轨道车辆的运输系统。 他们还应该能够在仓库中独立执行存储和检索过程，以便能够处理从仓库到工作站的整个运输，而无需任何进一步的处理操作。 这个想法催生了所谓的Multishuttle ，其操作方式与 Servus 运输车类似。
然而，工程师们很快意识到该解决方案的局限性：轨道系统不灵活。 然后，他们开始进一步开发多用途穿梭车，这种穿梭车可以在没有轨道的情况下在仓库中行驶。 该研究所与德马泰克公司合作开发了MultiShuttle Move ，它与传统的轨道系统兼容，但还配备了地板底盘和智能导航系统。 该车辆的正面和背面都配备了激光扫描仪，既可以用于路线查找，也可以作为走廊操作中的安全功能。 借助集成定位技术，它可以在空间中完全自由移动，并对变化做出动态反应，无需任何指导或其他固定标记。 因此，永久安装的输送机技术被减少到最低限度，同时实现了最大的灵活性。
借助新系统，智能互联的运输车辆可以执行所有运输，例如从高架仓库到进一步加工或拣选的工作站。 然而，敏捷助手在旅途中并没有仓库管理软件的指导，而是相互独立协调，没有任何中央控制。 由于这种类型的仓库物流需要大量的小帮手，软件将因这群机器人的控制任务的复杂性而不堪重负。 事实上，它们可以在高架仓库的轨道上和地面上完全自由地移动。
这些设备根据群体智能原理相互通信和控制。 这是通过使用新开发的传感器技术来实现的，该技术配备了无线电定位、距离和导航仪器等功能。 这意味着各个班车始终寻找到达目的地的直接且最短的路线，相互协调接受订单并寻找最佳路线，从而确保仓库的最大吞吐量和效率。
得益于集成传感器概念，在与其他设备或人即将发生碰撞时，该概念会自动停止车辆，从而避免碰撞。 否则，仓库中适用固定的通行权规则，类似于道路交通。
如果需要额外的资源，可以通过增加车辆数量来灵活调整系统的运输性能。 无需对固定系统进行投资。
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