关于物流系统中的人机协同讨论


随着自动化及相关技术的快速发展,虽然机器的智能越来越高,但人类的优势并不能完全被取代。因此,强调人与机器合作的人机合作仍将是未来物流系统中的主要运作模式,并将应用于生产线物流、物流仓储作业等场景。目前行业内还没有关于人机协同的系统研究。本文初步梳理了众多业内专家对人机协同的理解及其相关技术的知识,后续刊文将继续深入报道。

随着智能制造和智能物流的不断发展,在诸多因素的刺激下,对自动化和智能化的需求越来越突出。特别是随着云计算、大数据、物联网、5G等技术的发展,机器(人)被赋予了更高、更多样的智能,不仅可以帮助人类做一些简单重复的劳动,还具有一定的自主性,帮助人类或独立完成更复杂的操作。可见,在未来很长一段时间内,局部作业的无人化程度必然会越来越高。但由于机器人作业的效率和成本等因素,以及机器的灵活性有限,智能制造、物流中心等场景下整个物流系统的全自动、无人化作业仍难以大规模落地,人机配合的人机协同仍将是未来很长一段时间的主流模式。


什么是人机协作?

据工信部统计,2020年,我国工业机器人产量为237068台,同比增长19.1%。另一项统计显示,过去五年物流机器人年均增长超过20%。总的来说,机器取代人类已经成为整个社会发展的必然趋势。机器虽然具有更高的智能和自主决策能力,但其智能水平仍然无法与人抗衡,无法像人一样进行高度复杂和灵活的操作,也不具备人完成创造性工作的主观能动性。而且从应用的角度来看,成本还是很高的,尤其是高智能机器人。因此,人机协作成为了主流选择。什么是人机协作?目前业内没有统一的定义。从广义上讲,任何与机器打交道的人都可以称为人机合作,还有人机合作、人机交互等许多相关概念。这几个概念是有联系的,略有偏差。人机交互(Human-Computer Interaction或Human-Machine Interaction,又称人机交互)是研究系统(包括各种机器和计算机化的系统和软件)与用户之间的交互作用。百度百科定义的协同,是指部门和个人在目标执行过程中的协调与合作,更强调资源、技术和信息的协调与合作。协同是指协调两种或两种以上不同的资源或个人,共同实现某一目标的过程或能力,更强调目标的完成。


具体到物流系统中的人机协作,描述的是人与具有一定智能的机器,如智能移动机器人、协作机器人等,在同一工位或同一场景中,共同完成某项工作。可以是人和机器人共同完成同一项工作,也可以是机器人独立完成整个物流系统中一个(或几个)环节的全自动化工作,其他环节由人完成,实现人和机器的无缝协作。从这个意义上说,人机合作主要是指在系统的调度下,人和机器相互配合,共同工作,最终完成既定的物流任务和目标,比如对效率、成本、安全等方面的要求。对于人机协同,行业专家、中国仓储配送协会副会长王吉祥也分享了自己的理解。他说,物流系统中的人机协作主要是基于人工操作。谈及人和机器的优势,就不难理解机器的产生是为了服务于人类的生活和生产,帮助人类做大量枯燥、重复、危险的工作。它的优点是可以长时间工作,在准确度、精度、承重方面的能力高于人工。但人显然更有创造力,更灵活,更主观。


一位业内专家结合物流运作需求进一步分析了人机的不同优势。他说,人在进行物流作业时,主要是脑、眼、手、腿的配合,机器在一定程度上具有一种或几种功能。比如移动机器人主要代替人的行走,拆装/码垛机器人代替人手进行托盘货物的拆装和码垛,关节机器人可以代替人手在生产线上进行自动组装等操作。虽然从单个操作或环节来看,这些机器人是全自动化、无人化的,但整个过程还是需要人的配合。正因为人和机器的优势不同,所以在系统设计上就要明确分工,才能发挥各自的优势。例如,机器倾向于做大量重复、繁琐、程式化和繁重的体力工作;而需要依靠脑力和高度灵活性的任务则由人来完成。只有合理划分和衔接人机的工作,充分体现人机的优势,才能充分发挥整个人机协作系统的价值。


另一位专家也表示,人与机器的分工通常与人机协作系统的智能密切相关。他指出,当系统具有很强的自主决策能力和很高的智能程度时,由于系统知道全局信息,能够做出更理性的决策,人就成了系统中一个很小的单元,只需要做一个没有思维能力的“螺丝钉”。它们和机器一样,都是为系统服务的,所有的动作都是按照系统的指令进行的。例如,在一些“送货到人”系统中,拣货员不需要考虑要拣货的种类和数量,而是可以根据光拣货指令或屏幕显示内容来完成工作。理论上,这项工作也可以完全自动化,但考虑到分拣工作的难度、灵活性和成本,它是目前人机协作最重要的场景。相应的,在智能相对较低的人机合作系统中,需要人的干预,各种判断和决策都是由人做出的,所以机器只需要具备一定的智能即可。


人机合作的关键:效率和安全

系统分工是否合理,也直接决定了人机协作的效率。在人机协作模式下,由于涉及到人和机器的协作,人和机器的工作效率并不能代表整个系统的效率。当分工不合理或效率不同步时,就会产生资源的闲置和浪费。所以人机协同的效率需要一个智能物流系统来支撑。

再智能的物流系统,只要涉及到人和机器的联合操作,那么安全就是要考虑的关键因素,这也是人机合作最基本的要求。这种能力一方面体现在对环境的感知上,比如对环境的描述以及通过激光雷达、彩色摄像头等技术对障碍物的准确识别、定位和避障;另一方面是通过深度相机等技术识别人的轮廓。机器人需要通过匹配相关模型来区分人和其他障碍物。特别是在一些场景下,机器人与人直接接触,需要感知人类力量的大小,做出相应的动作,避免人机合作时与人过度接触造成人身伤害。



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