军队油库机器人应用

刘瑾洲,马振利,张 飚

(中国人民解放军陆军勤务学院,重庆 400000)

机器人是自动执行工作的机械装置,它既可以接受人类的指挥,又可以在预设的程序下自行地完成任务。由于机器人机械结构的不断优化,其运用场景越来越多,伴随着人工智能、互联网、物联网、5G通信技术的进步,机器人在预设目标下代替人独立完成复杂工作已经成为可能。军队油库作为我军重要的后勤保障实体,在我军日常保障以及未来可能发生的战争中占据十分重要的地位。全军向信息化、一体化、智能化发展,也对军队油库保障能力提出了新的要求,如何更全面地管理掌握好库存物资数/质量、更加快速地完成物资的装载运输、更加完善地保护油库安全,是军队油库在提高保障力中面临的重要问题。科学地运用机器人技术,为后方油料仓库解决上述问题提供了一种可能的办法。

1 军队油库机器人概念界定

军队油库是军队储存油料的主要场所,具有收、发、储、运油料的能力,在保障部队油料供应中发挥重要作用。军队油库机器人,指的是在军队油库环境中,协助或代替人力完成军队油库任务的机器,这些机器具备自动感知、自动规划以及执行的能力,在预设的条件下能够自主行动,来完成人类交予的特定任务。

图1 罗素姆的万能机器人

图2 Unimate通用机械手

2 军队油库应用机器人需求分析

从2016年“阿尔法狗”(AlphaGo)战胜了世界围棋冠军起,人工智能及机器人行业掀起了新一轮的发展高潮,全世界各行业都对机器人技术发展所能带来的进步充满期待。研究机器人技术在军队油库的应用,能够为军队联勤保障探索新模式,也为未来油料保障的发展打下技术基础。

2.1 机器人技术发展研究及应用是当今世界的重要发展方向

近年来,世界主要国家相继制定了自己的机器人产业计划。英国在2013年将“机器人技术及自治化系统”列入其“八项伟大的科技”中;欧盟在2014年启动“欧盟机器人研发计划”;日本在2014年成立“机器人革命实现委员会”,并于2015年发布了《日本机器人战略:愿景、战略、行动计划》;美国在2016年发布《为人工智能的未来做好准备》、《国家人工智能研究和发展战略计划》、《人工智能、自动化与经济报告》;我国在2016年发布了《机器人产业发展规划(2016—2020年)》。这些计划反映了各国对机器人产业的高度重视,正在从国家层面推动机器人技术的快速发展。

2.2 机器人技术的应用适应军队新形式

随着军队改革的进行,我军联勤保障体系已经呈现出向高效转变的新态势,要求联勤保障方式进一步转向技术密集型。未来,军队油库面临着任务增加、人员减少的情况,练兵为战的使命进一步突出。另一方面,保障任务从以前的固定点保障转变为区域化保障,对物资管理水平提出了更高的要求。专门设计的机器人能够代替人进行专业工作,工作效率将有较大的提高;通过机器人进行物资保障,能够方便地实现物资保障数字化,通过信息处理进一步实现保障精确化的目标。军队油库合理运用机器人技术,将有效提高作业效率,增强油库安全管理水平,使军队油库在有限的人力资源下发挥更大的保障效能。

2.3 探索我军后勤保障智能化模式必须研究机器人技术应用

在现代科技快速发展的今天,智能化战争将是未来的趋势。在美国,波士顿动力公司研制的Atlas、猎豹等系列的机器人已经展现出令人惊叹的能力;战场上,美军、俄军都已经在扫雷、反潜、后勤运输等任务中运用机器人技术;可以说,智能化的战争正在向我们走来。后勤保障作为战争的重要环节,具备与前线部队相匹配的保障能力非常重要,要满足未来战争的需要,实现后勤保障智能化势在必行。从技术发展上来看,智能化阶段性成果就是机器人技术的有效应用。机器人能够在现实空间和数据空间产生作用,通过有效的机械设计能够解放自然人在体力上的限制,借助其强大的数据处理能力又能够很好地弥补自然人不善于处理大量数据的不足。探索我军智能化保障新模式,就必须要将机器人技术运用到保障中的各个方面。

2.4 军队油库不同工作环境需要应用机器人技术

军队油库主要工作包括成品油料供应保障、设备设施维护保养、营区安全防卫,机器人能够在其中一些危险性高、简单重复的工作中发挥重要作用,利用机器人外形多样的特点,不适合人进入的场所也是机器人大展身手的舞台,例如:管道机器人能进入狭长封闭的管道内部进行检查;安防机器人可以实现24小时不间断巡逻防卫;油罐清洗机器人、消防机器人则能代替人进入危险区域执行不同任务;码垛机器人和自动引导车配合能够精确完成小件物资的自动取存;人工智能机器人则能在数据空间为人类提供决策辅助。这些机器人技术的应用能够提高军队油库管理水平与质量,有效增强其保障能力,为军队油库实现智能化目标提供新方案。

3 油库机器人技术

各类工业技术的快速发展,机器人产品呈现出越来越多样化的趋势,虽然适应所有环境、任务的机器人现在还未出现,但是能够完成特定任务的机器人已经越来越多,而一些机器人产品的出现为军队油库机器人应用提供了借鉴。

3.1 管道机器人

管道机器人是能在管道内部移动,对管道进行检修维护作业的特种机器人。它通过携带不同的执行机构,在运行中的油气管道内进行在役检测、清理、维护。按照移动方式分为主动式、被动式两大类。被动式管道机器人利用管道内流体压差推动,工作距离长,通常被称为PIG(管道猪)。主动式管道机器人按照驱动方式又分为轮式、履带式两种。这种机器人在管道内部行动,受外界环境的影响小,适合油库埋地管道和军队平时、战时长输管线的检测维护作业。

图3 管道猪

图4 几种管道机器人[3]

3.2 安防机器人

安防机器人是能在室内或室外主动巡逻,完成监控、人脸识别、危险源检测任务的机器人,能够快速对危险目标进行识别并及时示警,有地面式和无人机式两类。安防机器人综合运用了导航技术、定位技术、路径规划技术、自动识别技术,具有巡逻路线全面、危险识别精准、工作时间灵活的特点。合理运用安防机器人,能够在军队油库形成空间立体、时域全面的安防体系,提高库区平时、战时安全管控力度。

图5 一种安防机器人[4]

3.3 油罐清洗机器人

油罐清洗机器人是一种代替人对卧式、立式油罐清洗罐内油泥、污物的机器人,能够在罐底或者罐壁行走,并可以实现油罐清洗作业的全程可视、可控化。英国NESL公司推出的COS油罐清洗系统中,将油罐清洗机器人和传统的机械清洗结合起来,有效提高了清洗作业效率[4]。将油罐清洗机器人运用到军队油库中来,将提高军队油库设备设施维护水平,降低清洗人员作业风险。

图6 油罐清洗机器人[5]

3.4 消防机器人

消防机器人能够协助或代替人进行消防作业的机器人,单一机器人具备火场侦查、破拆、灭火、救援中的某项能力,能够通过温度、气体探测、图像感测中的某项能力,能够通过温度、气体探测、图像感测参与救援活动。消防机器人不仅能深入火场执行灭火任务,还能准确收集火灾实时数据从而减少二次事故的可能性。消防机器人适合执行高度危险的火灾救援任务,可以有效降低救火人员风险,减小油库火灾损失和影响范围。

图7 消防机器人

3.5 码垛机器人

码垛机器人是一种能够按一定模式将货物堆码成垛,或者将成垛货物拆分的机器手臂,通过更换不同的夹具可以取放不同货物。借助高效的路径规划算法和准确的机械执行机构,码垛机器人能够快速有序地将货物堆放/拆分,极大地提高搬运作业效率。码垛机器人适用于军队油库库房散装油料收发(如桶装润滑油等),在自动引导车的配合下,能够实现库存物资的精确管理和快速收发。

图8 码垛机器人

3.6 自动引导车

自动引导车又被称作AGV(Automated Guided Vehicle),能在计算机监控下,按照规划路径和作业要求,精确行走并停靠指定地点,自动完成取货、送货、充电等动作。此类机器人适用于军队油库库房内,将被码垛完成的物资送至指定区域,实现物资存放精确可控。

图9 AGV小车

3.7 人工智能机器人

人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)技术的出现,让计算机处理数据的方式有了革命性的变化。以往计算机必须在人类预设的程序下机械化地执行每一步任务,而现在的AI机器人通过大量的数据学习,在某些领域已达到甚至超过了人的极限。在深度学习、神经网络等技术的发展下,AI机器人通过和业务系统进行关联,实现了数据处理、诊断、预测等功能。在业务处理方面,现在代表性的AI机器人有:欧洲SAP公司的SAP Clea;美国甲骨文公司的Adaptive Intelligent Application;美国Salesforce.com公司的Salesforce Einstein;美国微软的Dynamics365[6]。借助AI机器人强大的数据处理能力,军队油库能够实现油库机器人体系管理控制、物资保障预测、设备设施故障诊断、仓库人员管理预测等多个方面,形成以AI机器人为核心的油库机器人体系。

4 军队油库机器人可行性分析及应用方法

纵观近代军事史,先进技术带来的往往是军事力量的重大进步,让军队始终保持技术优势,是维护国家安全的有效手段,机器人技术作为当今世界的研究热点,是军队占领未来技术高地的重要领域。随着相关科技的发展和我军后勤信息化建设水平不断提高,军队油库应用机器人的时机已经逐渐成熟。

作为现代工业的综合集成,机器人的能力水平由多种技术共同决定,一些关键技术的成熟提高了机器人的应用水平,为开发军队油库环境下的机器人产品,提供了更灵活的解决方案:

1)谐波传动齿轮技术,它具备高扭力、轻便紧凑、精度高的特点,让机器人在不增加负重的情况下更加精确平稳的执行各种动作;

2)全球定位技术,如GPS、北斗,这一技术为机器人提供了基本的定位探测;

3)通信技术,如WiFi、5G通信技术,为“云机器人”铺平了道路,将机器人的内部繁重的运算转移到云端服务器上处理,释放了机器人内部运算负荷;

4)定位导航技术,如激光定位、机器视觉技术，为机器人提供了环境感知和目标分类能力;

5)新材料技术的发展为机器人提供了更加充沛的动力能源(电池)和更加轻盈、强韧的机械结构;

6)人工智能技术为机器人提供了更加聪明的“大脑”,使之能够处理更加复杂的数据和环境。

上述科技为油库机器人应用提供了技术支撑,而军队油库的信息化建设则为机器人的应用打下了现实基础。

经过近20年的后勤信息化建设,我军油库已经具备了相当的信息化程度,周界报警、视频监控、自动测量、自动控制、消防报警等系统已基本成熟,并建成了一批高效的业务信息平台。这些油库信息化建设方便了机器人数据传输和处理,降低了机器人体系应用的难度,为机器人应用提供了条件。

推进军队油库机器人技术应用,是推进信息化向智能化转变的重要手段,如何开展应用论证及实践,也是研究的重要内容。

4.1 立足需求,强调特色,突出“打赢”重点

军队油库应用机器人技术的首要原则,是要在充分研究军队油库日常管理需求条件下,强调联勤保障这一特色,突出战场保障任务这一重点。在日常管理方面,要突出“管”的特点,重点解决精确保障、安全管理这一问题;在战场保障方面,要突出“用”的特点,站在保障对象的角度探索机器人技术运用。要从“管”和“用”两个方面,研究军队油库机器人需求,以促进机器人应用。

4.2 建立体系,优化构成,形成一体化能力

研究军队油库机器人应用,就是要研究怎样在特定的使用环境下建立一套完整的机器人体系，从相对较高的层次来设计各种专业机器人,聚合每一类机器人的能力,形成更强大的合力。要将智能机器人放在机器人应用的核心,形成以人工智能为主导的机器人体系,强调体系评估,不断进行体系优化,提高机器人体系应用的水平,形成一体化的机器人体系架构,从而实现机器人的全面应用。

4.3 军民融合,平台交流,确保技术先进

发挥军民融合优势,建立军队与地方机器人技术交流平台,充分借助国内外技术力量,依托高校研究力量,利用企业生产和研发能力,形成一套围绕军队任务需求为核心的机器人研发生产集群。培养既懂机器人技术,又懂部队业务工作的复合型人才,为军队需求端与技术服务端扫除交流障碍。强调机器人核心技术的突破,要把自主核心技术的应用作为考查机器人技术应用水平的重要参数,拒绝“拿来主义”,建立起我军机器人的核心技术优势。

4.4 建立示范,由点及面,探索全新模式

军队油库工作相对于其他联勤保障行业更具有危险性和复杂性,探索军队油库机器人技术的运用经验可以更好地进行推广。要立足联勤保障任务来研究军队油库机器人技术的应用,把智能化保障、无人化保障作为重点突破方向。探索一整套从需求提出到技术应用的新制度,建立相关体系架构,从需求分析、体系评估、应用效能等方面对机器人进行全寿命管理。

5 结束语

机器人技术作为未来科技、社会发展的重要内容,在军事、社会、工业等行业里的应用探索具有极其重要的意义。从国家安全角度考虑,军队必须不断应用新技术来保持战略威慑。军队油库机器人应用研究能够推进我军联勤保障向智能化转型,可提高后勤保障能力,能有效促进我军战斗力的生成。同时,系统研究机器人在军队油库环境下的应用体系架构,能够为其他行业的机器人体系化应用提供参考。