智能机器人和自动化物流系统在烟草行业中的应用

高技术卷烟设备的国产化极大地推动了我国烟草工业的技术改造。经过近十年的技术改造，我国的主要卷烟厂已基本完成了制丝线和卷接包设备的改造，其装备的技术已达到国际90年代初期水平。为了适应卷烟市场的变化，增强企业在市场经济中的竞争力，烟草企业自动化技术改造的重点将由改造制丝线、更新卷接包设备转向建立自动化立体仓库物流系统，自动化立体仓库货架自动化立体仓库简称立体仓库。一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。

随着中国加入世界贸易组织日期的邻近，对知识产权保护要求的提高，我国高技术设备产业不可能永远走“引进、吸收、消化、仿制”的道路，开发自己拥有知识产权的高技术，利用国内市场使之产业化，并逐步参与国际竞争，是我国高技术产业发展的必由之路。自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分， 它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。与厂级计算机管理信息系统联网以及与生产线紧密相连的自动化立体仓库更是当今CIMS（计算机集成制造系统）及FMS（柔性制造系统）必不可少的关键环节。自动化所围绕自动化仓储系统开发了多种自动化系统硬件设备及软件产品， 如：不同类型的库存管理软件、系统仿真软件、图形监控及调度软件、堆垛机输送机控制软件、条形码识别跟踪系统、搬运机器人、码垛机械手、自动运行小车、货物分选系统、堆垛机认址检测系统、堆垛机控制系统、货位探测器、高度检测器、输送系统、码垛系统、自动输送小车等产品。

烟草企业自动化物流系统国有化技术研究策略

智能机器人在烟草行业中最典型的应用是自动化物流系统，即AGV应用的自动化立体仓库。自动化物流系统是一个新兴的现代化高科技产业，是集光、机、电为一体的系统工程。智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的“活物”。其实，这个自控“活物”的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了。

烟草行业对于自动化物流系统的技术引进和改革具有很大的潜力。除玉溪卷烟厂外，山东青岛卷烟厂和云南红河卷烟厂正在安装或调式自动化物流系统，上海卷烟厂和云南曲靖卷烟厂正在筹建自动化物流系统。

通过对玉溪卷烟厂引进的三星物流系统进行调研和技术论证，我们认为烟草行业自动化物流系统AGV的国有化技术策略应从下列几个方面开展研究。

1 AGV的优化调度及可靠性研究

AGV是无人搬运车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范畴。无人搬运车（Automated Guided Vehicle，简称AGV），指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道（electromagnetic path-following system）来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

卷烟生产除卷接包生产过程外，还有打叶复烤、制丝等一系列生产过程，除需进行各种辅料、配件、成品和生产需求等动态物流分析外，还必须结合烟厂的特点对具体的AGV运动形式、AGV的台数、运输的路径和距离等进行规化，使生产过程达到产量最高、消耗最小、故障检修时间最短，以提高AGV运行的可靠性。

2 AGV智能化控制器的设计

目前，世界上自动化物流系统集成制造商广泛采用瑞典NDC公司的AGV系列产品。国家“863”智能机器人主题如何设计新型的智能AGV控制器，形成国有AGV系列产品特色具有重大的实用价值和社会意义。

3 AGV导引新技术的研究

目前，国内外用得较多的AGV，其导引方式大致可分为光电导引、电磁导引，惯性导引、激光导引等几种。上述AGV导引技术各自有其优缺点。然而，如何进一步开发研制新型AGV导引技术——如全方位图像导引技术，真正具有智能机器人的视觉功能，是一个崭新的研究方向。AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

4 AGV机械部件的国有化产品设计

AGV机械部件如丝杆等容易磨损，用国外同类产品替换，需要大量的外汇，用国有化产品代替是可行的。

利用国有智能机器人技术取代进口技术的策

智能机器人能够理解人类语言，用人类语言同操作者对话，在它自身的“意识”中单独形成了一种使它得以“生存”的外界环境——实际情况的详尽模式。它能分析出现的情况，能调整自己的动作以达到操作者所提出的全部要求，能拟定所希望的动作，并在信息不充分的情况下和环境迅速变化的条件下完成这些动作。当然，要它和我们人类思维一模一样，这是不可能办到的。不过，仍然有人试图建立计算机能够理解的某种“微观世界”。比如维诺格勒在麻省理工学院人工智能实验室里制作的机器人。这个机器试图完全学会玩积木：积木的排列、移动和几何图案结构，达到一个小孩子的程度。这个机器人能独自行走和拿起一定的物品，能“看到”东西并分析看到的东西，能服从指令并用人类语言回答问题。更重要的是它具有“理解”能力。为此，有人曾经在一次人工智能学术会议上说过，不到十年，我们把电子计算机的智力提高了10倍；如维诺格勒所指出的，计算机具有明显的人工智能成分。

烟草企业对新技术新装备的要求是很高的。如何将国有化高技术应用于烟草企业的技改中，推动国有智能机器人高技术的研究和产业化是一个值得研究的问题。在过去十年，我国烟机设备的生产得到较快的发展主要得益于国家保护政策和行业保护政策，然而随着我国加入世界贸易组织，今后要生产象自动化物流系统这样的高技术机电设备时，就必须面向国际市场，参与国际竞争。

1 坚持“技术驱动，市场导向”的原则

烟草企业的高技术设备研究、开发和应用时，必须坚持“技术驱动，市场导向”的原则，针对企业需要的关键技术和设备进行重点攻关，为企业解决实际问题。过去我们的很多研究项目，也包括部分“863”项目都是以纯技术为导向，研究者思考问题的方法不是考虑用户需要什么，而是我能做什么就做什么。

2 研究的关键是系统集成

在研制、开发和生产象自动化物流系统这类复杂的高技术机电一体化设备时，应该坚持“有所为、有所不为”的原则。实现整套设备的国产化，并不要求系统中每一个部件都是国内生产的，而关键在系统的集成。随着全球产业一体化的推进，世界产业分工的逐步形成，虚拟公司（工厂）的出现，许多国际性大公司在生产制造大型设备时，主要工作是根据用户的需要设计系统，并从世界范围内的各专业公司选购部件，完成系统的集成，这样既能节省大量的研制时间和费用，又能使系统具有先进的技术水平。例如韩国三星在制造AGV时，车体等硬件自己制造，而控制系统则采用目前世界上处于领先地位的瑞典NDC公司的自走车控制引导系统，这样就保证了其AGV达到世界先进水平。而沈阳自动化研究所生产的AGV虽然具有较高的技术指标，但其控制系统采用较为落后的STD总线工控机，对其性能和可靠性，很容易让用户产生怀疑。

3 可靠性是用户选择设备的主要指标

目前的卷烟生产过程已基本是一个高度自动化的连续生产过程，长时间可靠运行，是对各台设备的一个最基本的要求，设备出现故障会对生产造成很大的影响，其经济损失往往会大大超过设备本身的价值，因此各大烟厂都不惜重金购买高可靠性的进口设备，更换不可靠的部件。例如烟厂每年都要更换很多电器开关元件，而且大多数采用进口件，以保证设备可靠运行，减少停车事故。过去，我国的许多产品研究中，往往把重点放到技术的先进性上，系统的性能指标上，导致许多产品或项目只能通过技术鉴定，而无法进入市场。要使自动化物流这样复杂的系统具有较高的可靠性，首先在设计时应认真研究系统的整体结构和可靠性目标MTBF。有高可靠性的设计还远远不够，在生产制造过程中还必须有严格的质量保证体系。

4 厂、学、研的有机结合是开发高技术产品的有效途径

我国高技术产业的发展还存在着一些与市场经济不相适应的地方。建国后我国一直采用苏联体制，新技术和产品研究、开发和生产分别由科学院或高校、研究所及企业承担，它们各隶属不同的部门，存在着严重的脱节现象，从而导致研究工作重理论、轻应用，开发工作较少考虑生产工艺，产品生产则几年甚至十几年一贯制。改革开放以来，这种情况在一些地区和一些行业有所改善，出现了一些具有加强自主开发能力的高科技企业，但从整体来讲，我国目前人数最多、实力最强的科技力量仍集中于高等院校和科研机构。虽然它们每年都有一定的研究成果，但真正能应用于实际的成果却很少。造成这种情况除有技术方面的原因外，还与企业与研究机构、高校之间的相互不信任及利益分配等问题有关。包括“863”高技术研究成果在内，研究机构不愿意将成果轻易转让给企业。由于存在有市场风险，企业也不愿意出大价钱购买成果。即使一些技术成果被转让，但只要企业与研究机构之间没有形成长期的合作关系，不能对技术进行不断地更新、改造，一项新技术、新产品几年后将落后了。

5 加强宣传，改变用户观念

从理论上讲，选择产品的基本原则是其实用性和性能价格比，在满足使用要求的条件下，性能价格比好的产品应当是首选产品。但由于我国的一些高技术产品在性能质量、可靠性、工艺水平、外观安装、使用的简便性、维护的方便性等方面与国外产品相比还存在一定的差距，进口货优于国产货的观念在烟草企业已根深蒂固。要改变这种状况，除设计生产部门需不断努力，逐步克服国内产品的不足，缩小与国外产品的差距外，还需进行大量的产品宣传和爱国主义宣传，同时在政策上加以适当的引导。目前我国烟草行业由于技改资金比较雄厚，对系统、设备的运行效率和可靠性要求较高，因此特别希望选用进口产品。并非所有的进口产品就一定比国产的好，如韩国三星公司的AGV会出现一些误动作，其管理调度系统存在明显不足，其整体技术水平并不优于我国“863”的技术。由于我国拥有这样一些高技术的部门未能进行有效的广告宣传和开展适当的促销活动，这些高技术产品不为用户所知。