劉瑾洲,馬振利,張 飚

(中國人民解放軍陸軍勤務學院,重慶 400000)

機器人是自動執(zhí)行工作的機械裝置,它既可以接受人類的指揮,又可以在預設的程序下自行地完成任務。由于機器人機械結構的不斷優(yōu)化,其運用場景越來越多,伴隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術的進步,機器人在預設目標下代替人獨立完成復雜工作已經(jīng)成為可能。軍隊油庫作為我軍重要的后勤保障實體,在我軍日常保障以及未來可能發(fā)生的戰(zhàn)爭中占據(jù)十分重要的地位。全軍向信息化、一體化、智能化發(fā)展,也對軍隊油庫保障能力提出了新的要求,如何更全面地管理掌握好庫存物資數(shù)/質(zhì)量、更加快速地完成物資的裝載運輸、更加完善地保護油庫安全,是軍隊油庫在提高保障力中面臨的重要問題。科學地運用機器人技術,為后方油料倉庫解決上述問題提供了一種可能的辦法。

1 軍隊油庫機器人概念界定

軍隊油庫是軍隊儲存油料的主要場所,具有收、發(fā)、儲、運油料的能力,在保障部隊油料供應中發(fā)揮重要作用。軍隊油庫機器人,指的是在軍隊油庫環(huán)境中,協(xié)助或代替人力完成軍隊油庫任務的機器,這些機器具備自動感知、自動規(guī)劃以及執(zhí)行的能力,在預設的條件下能夠自主行動,來完成人類交予的特定任務。

圖1 羅素姆的萬能機器人

圖2 Unimate通用機械手

2 軍隊油庫應用機器人需求分析

從2016年“阿爾法狗”(AlphaGo)戰(zhàn)勝了世界圍棋冠軍起,人工智能及機器人行業(yè)掀起了新一輪的發(fā)展高潮,全世界各行業(yè)都對機器人技術發(fā)展所能帶來的進步充滿期待。研究機器人技術在軍隊油庫的應用,能夠為軍隊聯(lián)勤保障探索新模式,也為未來油料保障的發(fā)展打下技術基礎。

2.1 機器人技術發(fā)展研究及應用是當今世界的重要發(fā)展方向

近年來,世界主要國家相繼制定了自己的機器人產(chǎn)業(yè)計劃。英國在2013年將“機器人技術及自治化系統(tǒng)”列入其“八項偉大的科技”中;歐盟在2014年啟動“歐盟機器人研發(fā)計劃”;日本在2014年成立“機器人革命實現(xiàn)委員會”,并于2015年發(fā)布了《日本機器人戰(zhàn)略:愿景、戰(zhàn)略、行動計劃》;美國在2016年發(fā)布《為人工智能的未來做好準備》、《國家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計劃》、《人工智能、自動化與經(jīng)濟報告》;我國在2016年發(fā)布了《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》。這些計劃反映了各國對機器人產(chǎn)業(yè)的高度重視,正在從國家層面推動機器人技術的快速發(fā)展。

2.2 機器人技術的應用適應軍隊新形式

隨著軍隊改革的進行,我軍聯(lián)勤保障體系已經(jīng)呈現(xiàn)出向高效轉(zhuǎn)變的新態(tài)勢,要求聯(lián)勤保障方式進一步轉(zhuǎn)向技術密集型。未來,軍隊油庫面臨著任務增加、人員減少的情況,練兵為戰(zhàn)的使命進一步突出。另一方面,保障任務從以前的固定點保障轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域化保障,對物資管理水平提出了更高的要求。專門設計的機器人能夠代替人進行專業(yè)工作,工作效率將有較大的提高;通過機器人進行物資保障,能夠方便地實現(xiàn)物資保障數(shù)字化,通過信息處理進一步實現(xiàn)保障精確化的目標。軍隊油庫合理運用機器人技術,將有效提高作業(yè)效率,增強油庫安全管理水平,使軍隊油庫在有限的人力資源下發(fā)揮更大的保障效能。

2.3 探索我軍后勤保障智能化模式必須研究機器人技術應用

在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的今天,智能化戰(zhàn)爭將是未來的趨勢。在美國,波士頓動力公司研制的Atlas、獵豹等系列的機器人已經(jīng)展現(xiàn)出令人驚嘆的能力;戰(zhàn)場上,美軍、俄軍都已經(jīng)在掃雷、反潛、后勤運輸?shù)热蝿罩羞\用機器人技術;可以說,智能化的戰(zhàn)爭正在向我們走來。后勤保障作為戰(zhàn)爭的重要環(huán)節(jié),具備與前線部隊相匹配的保障能力非常重要,要滿足未來戰(zhàn)爭的需要,實現(xiàn)后勤保障智能化勢在必行。從技術發(fā)展上來看,智能化階段性成果就是機器人技術的有效應用。機器人能夠在現(xiàn)實空間和數(shù)據(jù)空間產(chǎn)生作用,通過有效的機械設計能夠解放自然人在體力上的限制,借助其強大的數(shù)據(jù)處理能力又能夠很好地彌補自然人不善于處理大量數(shù)據(jù)的不足。探索我軍智能化保障新模式,就必須要將機器人技術運用到保障中的各個方面。

2.4 軍隊油庫不同工作環(huán)境需要應用機器人技術

軍隊油庫主要工作包括成品油料供應保障、設備設施維護保養(yǎng)、營區(qū)安全防衛(wèi),機器人能夠在其中一些危險性高、簡單重復的工作中發(fā)揮重要作用,利用機器人外形多樣的特點,不適合人進入的場所也是機器人大展身手的舞臺,例如:管道機器人能進入狹長封閉的管道內(nèi)部進行檢查;安防機器人可以實現(xiàn)24小時不間斷巡邏防衛(wèi);油罐清洗機器人、消防機器人則能代替人進入危險區(qū)域執(zhí)行不同任務;碼垛機器人和自動引導車配合能夠精確完成小件物資的自動取存;人工智能機器人則能在數(shù)據(jù)空間為人類提供決策輔助。這些機器人技術的應用能夠提高軍隊油庫管理水平與質(zhì)量,有效增強其保障能力,為軍隊油庫實現(xiàn)智能化目標提供新方案。

3 油庫機器人技術

各類工業(yè)技術的快速發(fā)展,機器人產(chǎn)品呈現(xiàn)出越來越多樣化的趨勢,雖然適應所有環(huán)境、任務的機器人現(xiàn)在還未出現(xiàn),但是能夠完成特定任務的機器人已經(jīng)越來越多,而一些機器人產(chǎn)品的出現(xiàn)為軍隊油庫機器人應用提供了借鑒。

3.1 管道機器人

管道機器人是能在管道內(nèi)部移動,對管道進行檢修維護作業(yè)的特種機器人。它通過攜帶不同的執(zhí)行機構,在運行中的油氣管道內(nèi)進行在役檢測、清理、維護。按照移動方式分為主動式、被動式兩大類。被動式管道機器人利用管道內(nèi)流體壓差推動,工作距離長,通常被稱為PIG(管道豬)。主動式管道機器人按照驅(qū)動方式又分為輪式、履帶式兩種。這種機器人在管道內(nèi)部行動,受外界環(huán)境的影響小,適合油庫埋地管道和軍隊平時、戰(zhàn)時長輸管線的檢測維護作業(yè)。

圖3 管道豬

圖4 幾種管道機器人[3]

3.2 安防機器人

安防機器人是能在室內(nèi)或室外主動巡邏,完成監(jiān)控、人臉識別、危險源檢測任務的機器人,能夠快速對危險目標進行識別并及時示警,有地面式和無人機式兩類。安防機器人綜合運用了導航技術、定位技術、路徑規(guī)劃技術、自動識別技術,具有巡邏路線全面、危險識別精準、工作時間靈活的特點。合理運用安防機器人,能夠在軍隊油庫形成空間立體、時域全面的安防體系,提高庫區(qū)平時、戰(zhàn)時安全管控力度。

圖5 一種安防機器人[4]

3.3 油罐清洗機器人

油罐清洗機器人是一種代替人對臥式、立式油罐清洗罐內(nèi)油泥、污物的機器人,能夠在罐底或者罐壁行走,并可以實現(xiàn)油罐清洗作業(yè)的全程可視、可控化。英國NESL公司推出的COS油罐清洗系統(tǒng)中,將油罐清洗機器人和傳統(tǒng)的機械清洗結合起來,有效提高了清洗作業(yè)效率[4]。將油罐清洗機器人運用到軍隊油庫中來,將提高軍隊油庫設備設施維護水平,降低清洗人員作業(yè)風險。

圖6 油罐清洗機器人[5]

3.4 消防機器人

消防機器人能夠協(xié)助或代替人進行消防作業(yè)的機器人,單一機器人具備火場偵查、破拆、滅火、救援中的某項能力,能夠通過溫度、氣體探測、圖像感測中的某項能力,能夠通過溫度、氣體探測、圖像感測參與救援活動。消防機器人不僅能深入火場執(zhí)行滅火任務,還能準確收集火災實時數(shù)據(jù)從而減少二次事故的可能性。消防機器人適合執(zhí)行高度危險的火災救援任務,可以有效降低救火人員風險,減小油庫火災損失和影響范圍。

圖7 消防機器人

3.5 碼垛機器人

碼垛機器人是一種能夠按一定模式將貨物堆碼成垛,或者將成垛貨物拆分的機器手臂,通過更換不同的夾具可以取放不同貨物。借助高效的路徑規(guī)劃算法和準確的機械執(zhí)行機構,碼垛機器人能夠快速有序地將貨物堆放/拆分,極大地提高搬運作業(yè)效率。碼垛機器人適用于軍隊油庫庫房散裝油料收發(fā)(如桶裝潤滑油等),在自動引導車的配合下,能夠?qū)崿F(xiàn)庫存物資的精確管理和快速收發(fā)。

圖8 碼垛機器人

3.6 自動引導車

自動引導車又被稱作AGV(Automated Guided Vehicle),能在計算機監(jiān)控下,按照規(guī)劃路徑和作業(yè)要求,精確行走并停靠指定地點,自動完成取貨、送貨、充電等動作。此類機器人適用于軍隊油庫庫房內(nèi),將被碼垛完成的物資送至指定區(qū)域,實現(xiàn)物資存放精確可控。

圖9 AGV小車

3.7 人工智能機器人

人工智能(Artificial Intelligence,簡稱AI)技術的出現(xiàn),讓計算機處理數(shù)據(jù)的方式有了革命性的變化。以往計算機必須在人類預設的程序下機械化地執(zhí)行每一步任務,而現(xiàn)在的AI機器人通過大量的數(shù)據(jù)學習,在某些領域已達到甚至超過了人的極限。在深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等技術的發(fā)展下,AI機器人通過和業(yè)務系統(tǒng)進行關聯(lián),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理、診斷、預測等功能。在業(yè)務處理方面,現(xiàn)在代表性的AI機器人有:歐洲SAP公司的SAP Clea;美國甲骨文公司的Adaptive Intelligent Application;美國Salesforce.com公司的Salesforce Einstein;美國微軟的Dynamics365[6]。借助AI機器人強大的數(shù)據(jù)處理能力,軍隊油庫能夠?qū)崿F(xiàn)油庫機器人體系管理控制、物資保障預測、設備設施故障診斷、倉庫人員管理預測等多個方面,形成以AI機器人為核心的油庫機器人體系。

4 軍隊油庫機器人可行性分析及應用方法

縱觀近代軍事史,先進技術帶來的往往是軍事力量的重大進步,讓軍隊始終保持技術優(yōu)勢,是維護國家安全的有效手段,機器人技術作為當今世界的研究熱點,是軍隊占領未來技術高地的重要領域。隨著相關科技的發(fā)展和我軍后勤信息化建設水平不斷提高,軍隊油庫應用機器人的時機已經(jīng)逐漸成熟。

作為現(xiàn)代工業(yè)的綜合集成,機器人的能力水平由多種技術共同決定,一些關鍵技術的成熟提高了機器人的應用水平,為開發(fā)軍隊油庫環(huán)境下的機器人產(chǎn)品,提供了更靈活的解決方案:

1)諧波傳動齒輪技術,它具備高扭力、輕便緊湊、精度高的特點,讓機器人在不增加負重的情況下更加精確平穩(wěn)的執(zhí)行各種動作;

2)全球定位技術,如GPS、北斗,這一技術為機器人提供了基本的定位探測;

3)通信技術,如WiFi、5G通信技術,為“云機器人”鋪平了道路,將機器人的內(nèi)部繁重的運算轉(zhuǎn)移到云端服務器上處理,釋放了機器人內(nèi)部運算負荷;

4)定位導航技術,如激光定位、機器視覺技術，為機器人提供了環(huán)境感知和目標分類能力;

5)新材料技術的發(fā)展為機器人提供了更加充沛的動力能源(電池)和更加輕盈、強韌的機械結構;

6)人工智能技術為機器人提供了更加聰明的“大腦”,使之能夠處理更加復雜的數(shù)據(jù)和環(huán)境。

上述科技為油庫機器人應用提供了技術支撐,而軍隊油庫的信息化建設則為機器人的應用打下了現(xiàn)實基礎。

經(jīng)過近20年的后勤信息化建設,我軍油庫已經(jīng)具備了相當?shù)男畔⒒潭?周界報警、視頻監(jiān)控、自動測量、自動控制、消防報警等系統(tǒng)已基本成熟,并建成了一批高效的業(yè)務信息平臺。這些油庫信息化建設方便了機器人數(shù)據(jù)傳輸和處理,降低了機器人體系應用的難度,為機器人應用提供了條件。

推進軍隊油庫機器人技術應用,是推進信息化向智能化轉(zhuǎn)變的重要手段,如何開展應用論證及實踐,也是研究的重要內(nèi)容。

4.1 立足需求,強調(diào)特色,突出“打贏”重點

軍隊油庫應用機器人技術的首要原則,是要在充分研究軍隊油庫日常管理需求條件下,強調(diào)聯(lián)勤保障這一特色,突出戰(zhàn)場保障任務這一重點。在日常管理方面,要突出“管”的特點,重點解決精確保障、安全管理這一問題;在戰(zhàn)場保障方面,要突出“用”的特點,站在保障對象的角度探索機器人技術運用。要從“管”和“用”兩個方面,研究軍隊油庫機器人需求,以促進機器人應用。

4.2 建立體系,優(yōu)化構成,形成一體化能力

研究軍隊油庫機器人應用,就是要研究怎樣在特定的使用環(huán)境下建立一套完整的機器人體系，從相對較高的層次來設計各種專業(yè)機器人,聚合每一類機器人的能力,形成更強大的合力。要將智能機器人放在機器人應用的核心,形成以人工智能為主導的機器人體系,強調(diào)體系評估,不斷進行體系優(yōu)化,提高機器人體系應用的水平,形成一體化的機器人體系架構,從而實現(xiàn)機器人的全面應用。

4.3 軍民融合,平臺交流,確保技術先進

發(fā)揮軍民融合優(yōu)勢,建立軍隊與地方機器人技術交流平臺,充分借助國內(nèi)外技術力量,依托高校研究力量,利用企業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)能力,形成一套圍繞軍隊任務需求為核心的機器人研發(fā)生產(chǎn)集群。培養(yǎng)既懂機器人技術,又懂部隊業(yè)務工作的復合型人才,為軍隊需求端與技術服務端掃除交流障礙。強調(diào)機器人核心技術的突破,要把自主核心技術的應用作為考查機器人技術應用水平的重要參數(shù),拒絕“拿來主義”,建立起我軍機器人的核心技術優(yōu)勢。

4.4 建立示范,由點及面,探索全新模式

軍隊油庫工作相對于其他聯(lián)勤保障行業(yè)更具有危險性和復雜性,探索軍隊油庫機器人技術的運用經(jīng)驗可以更好地進行推廣。要立足聯(lián)勤保障任務來研究軍隊油庫機器人技術的應用,把智能化保障、無人化保障作為重點突破方向。探索一整套從需求提出到技術應用的新制度,建立相關體系架構,從需求分析、體系評估、應用效能等方面對機器人進行全壽命管理。

5 結束語

機器人技術作為未來科技、社會發(fā)展的重要內(nèi)容,在軍事、社會、工業(yè)等行業(yè)里的應用探索具有極其重要的意義。從國家安全角度考慮,軍隊必須不斷應用新技術來保持戰(zhàn)略威懾。軍隊油庫機器人應用研究能夠推進我軍聯(lián)勤保障向智能化轉(zhuǎn)型,可提高后勤保障能力,能有效促進我軍戰(zhàn)斗力的生成。同時,系統(tǒng)研究機器人在軍隊油庫環(huán)境下的應用體系架構,能夠為其他行業(yè)的機器人體系化應用提供參考。