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      關鍵詞: 智慧物流人機協同AGV

      物流系統中的人機協同探討

      作者:任芳

      來源:物流技術與應用

      隨著智能制造和智能物流的不斷發展,在多方因素刺激下,自動化、智能化需求愈發凸顯。特別是隨著云計算、大數據、物聯網、5G等技術的發展,機器(人)被賦予越來越高、越來越多樣化的智能,它不僅僅幫助人類做一些簡單重復性的勞動,甚至可以具備一定的自主性,協助人類或獨立完成較為復雜的作業??梢?,未來很長一段時間內,局部作業的無人化程度必然會越來越高。但綜合機器人作業效率與成本,以及機器從事高度柔性作業仍然受限等因素,智能制造與物流中心等場景下整個物流系統的全自動化、無人化作業仍較難大范圍落地,由人與機器配合共同作業的人機協同仍是未來很長一段時間內的主流模式。


      什么是人機協同?


      根據工信部的統計數據,2020年全國工業機器人完成產量237068臺,同比增長19.1%。另一統計數據顯示,近五年物流機器人的年均增長量超過20%??偟膩砜?,機器替代人已經成為整個社會發展的必然趨勢。盡管機器具備了更高的智能性和自主決策能力,但其智能水平依然無法與人抗衡,它無法像人一樣進行高度復雜、柔性的作業,更加不具備人的主觀能動性,無法完成創造性的工作;并且從應用角度來看,成本依然較高,高度智能化機器人尤甚。因此,人機協同成為主流選擇。


      什么是人機協同?目前行業內并沒有統一的定義,從廣義上理解,凡是人與機器配合作業的都可以稱為人機協同,與之相關的概念還有人機協作、人機交互等多種說法。這幾個概念內容相關又略有偏差。


      人機交互(Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction,也稱人機互動),是一門研究系統(包括各種機器以及計算機化的系統和軟件)與用戶之間的交互關系的學問。


      協作,百度百科給出的定義是指在目標實施過程中,部門與部門之間、個人與個人之間的協調與配合,更強調資源、技術、信息等的協調配合。


      協同,指協調兩個或者兩個以上的不同資源或者個體,協同一致地完成某一目標的過程或能力,更加強調目標的完成。


      具體到物流系統中的人機協同,它描述的是人與有一定智能性的機器配合,如智能移動機器人以及協作機器人等在同一工位或者同一場景下共同完成某項工作??梢允侨撕蜋C器人共同完成同一項作業,也可以是在整個物流大系統的某個(或某幾個)環節由機器人獨立完成全自動化作業,其它環節由人完成,實現人與機器的無縫配合。從這個意義上來說,人機協同主要指在系統的調度之下,人和機器互相配合,共同作業,最終完成既定的物流任務和目標,如對效率、成本、安全等多方面的要求。


      對于人機協同,行業專家、中國倉儲與配送協會副會長王繼祥也分享了自己的理解。他表示,物流系統中的人機協同,要么以人的作業為主,要么以機器作業為主,但無論人輔助機器,還是機器輔助人,其主要的特征或出發點是充分發揮人與機器各自的優勢,相互協作。因此,人機協作可以視為人機協同的初級階段。


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      人機協同:充分結合人與機器的優勢


      談及人與機器的優勢,不難理解,機器的產生是為了服務于人類的生活和生產,幫助人類從事大量枯燥、重復單調以及具有危險的工作,它的優勢在于可以長時間作業,在準確性、精準度,以及負重等方面的能力均高于人工作業。但人顯然更具創造力,更具柔性和主觀能動性。


      某行業專家則結合物流作業需求進一步分析了人與機器的不同優勢。他表示,人在進行物流作業時,主要是腦、眼、手、腿的協作配合,機器便是在一定程度上具備其中的某一項或幾項功能,如移動機器人主要代替人的行走,拆/碼垛機器人代替人手進行托盤貨物的拆分和碼放,關節機器人可以在產線上代替人工進行自動裝配等作業。盡管從單個作業或者環節來看,這些機器人實現了全自動化無人作業,但是整個流程還需要人來配合完成。


      正因為人和機器有各自不同的優勢,就需要在系統設計時,對作業分工進行明確的劃分從而充分發揮其各自的優勢,如機器傾向于做大量重復、繁瑣、程式化、重體力的作業;而需要依靠腦力以及高度柔性化的作業,則由人來完成。只有將人和機器的作業進行合理劃分銜接,充分體現人與機器的優勢,才能最大可能地發揮整個人機協同系統的價值。


      另一位專家也表示,人和機器的分工通常也與人機協同系統的智能化程度息息相關。他指出,當系統擁有較強的自決策能力和較高智能化程度時,由于系統知道全局的信息,可以做出更理智的決策,因此人就變成系統中一個很小的單元,只需要成為一顆“螺絲釘”,不需要具備思考能力,和機器一樣都是為配合系統服務的,所有的動作均按照系統指令執行。例如在某些“貨到人”系統中,揀貨人員不需要思考揀選的貨品種類和數量,按照燈光揀選指令或者屏幕顯示內容進行作業即可。這一作業從理論上也可以全部自動化,但是基于揀選作業的難度、柔性以及成本等多方面因素考慮,目前是人機協同最為主要的場景。相對應地,在智能化程度相對較低的人機協作系統中,還需要人來進行干預,由人做出各種判斷和決策,機器只需要具有一定的智能性。


      人機協同的關鍵:效率與安全


      系統的分工是否合理,也直接決定了人機協同的效率。在人機協同模式下,由于涉及人和機器的相互配合,那么人和機器各自的作業效率并不能夠代表整個系統的效率,當分工不合理或者效率不同步時,資源的閑置和浪費便產生了。因此,人機協同的效率首先需要一個智能化的物流系統來支撐。


      無論處于何種智能化程度的物流系統中,只要涉及人和機器的共同作業,那么安全便是要重點考慮的因素,這也是人機協同最基本的要求。以目前應用廣泛的智能物流機器人為例,極智嘉、牧星智能的兩位相關負責人均表示,要實現人機協同,并且保證人和機器人在同一作業場景下安全作業,最關鍵的技術是機器人的感知能力。這種能力一方面體現在對環境的感知,如通過激光雷達、彩色相機等技術實現對環境的描述以及對障礙物的精準識別、定位和避障;另一方面則是通過深度相機等技術識別人的輪廓,機器人需要通過相關模型的匹配將人和其他障礙物區別開來。特別是在某些場景下,機器人和人有直接接觸,需要感知人力的大小并做出相應的動作,從而避免在人機配合作業時與人發生過度觸碰造成人員傷害。


      極智嘉有關負責人還表示,除了感知能力,機器人自身的智能路徑規劃能力也很重要。例如,在有多智能體以及人員混行的復雜環境中,通過感知到的信息進行智能的路徑規劃和行為決策(如移動方向、速度、距離的選擇等)。此外,機器人還需要具備很強的底層運動控制能力,保證機器人在執行動作時候的準確性。


      牧星智能相關負責人也補充強調,為了讓人和機器人更加無縫的協作,不僅機器人需要知道周圍環境以及接下來的作業任務,人同時也需要知道機器人此時的狀態。由于人在實際操作中有可能出現各種異常,而機器人程序不可能窮舉或者預設所有的情況,因此要實現人與機器人的相互感知和無縫協作,同樣需要依賴于系統智能化和能力的不斷提升。


      結語


      王繼祥指出,隨著行業的發展和技術的升級,未來的人機協同將是人與機器無縫的互動和全面融合。一方面是人和機器的智能協同,并主要體現在數智化的實現上。據介紹,“數智化”這一概念,最早由北京大學 “知本財團”課題組于2015年提出,是對“數字智商”(Digital Intelligence Quotient)的闡釋,是數字智慧化與智慧數字化的合成。另一方面是人與機器人在交流上的融合,又分為初級的RPA(Robotic Process Automation,機器人流程自動化)+AI方式,以及高級的腦機接口BCI(Brain Computer Interface,指人腦與外部設備之間創建直接連接,實現腦與設備的信息交換),這屬于人工智能最前沿的探索,與物流領域的應用關聯不大。


      值得一提的是,本文探討的人機協同,更多體現在系統協同上,即某場景下多個人工與大量機器的協同作業。但據某行業專家表示,從人工智能中的智能體概念來看,人機協同不僅包括機器這一看得見的硬件智能體,也包括算法等摸不著的軟件智能體,而這些看不見的智力系統與人的協同,實際上也屬于人機協同的范疇。對此,我們將持續關注了解,做進一步的深入報道。

      • END
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