北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院物流工程系

羅磊、趙寧

人工智能(artificial intelligence， AI)，是一種研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，簡言之，人工智能是指通過普通計(jì)算機(jī)程序來呈現(xiàn)人類智能的技術(shù)。人工智能技術(shù)的發(fā)展，將徹底改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活，對于重復(fù)性的工作、簡單的腦力工作(如：數(shù)據(jù)整理、校對、錄入、車輛自動駕駛、設(shè)備無人控制等)，將會很快被人工智能技術(shù)完全替代，這將對各個行業(yè)帶來巨大的變革。物流行業(yè)作為工業(yè)生產(chǎn)的支柱服務(wù)業(yè)和社會生活的新興服務(wù)業(yè)，將會成為人工智能最早和最大的受益者。物流裝備、設(shè)備的智能化、無人化，物流信息的智慧化，物流行業(yè)的高效率、降成本，都將隨著人工智能技術(shù)的大量應(yīng)用而迅速得以實(shí)現(xiàn)。

本文將聚焦人工智能技術(shù)應(yīng)用成熟的領(lǐng)域，同時結(jié)合典型的物流行業(yè)場景，結(jié)合頭部企業(yè)的實(shí)踐，對人工智能技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分析和總結(jié)，最后將結(jié)合對人工智能技術(shù)未來的發(fā)展方向，對智慧物流的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

一、人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1. 感知能力

人類通過感官(皮膚、眼、耳等)收到來自環(huán)境的刺激，并產(chǎn)生觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等，然后通過說話或動作來與環(huán)境進(jìn)行互動。人工智能技術(shù)幫助智能體學(xué)習(xí)獲得與人類相似的感知能力，并最終完成相關(guān)的工作。感知能力可以歸納為看、聽、說、讀、寫、感覺六種能力。

“讀”：自然語言處理，語音轉(zhuǎn)換文本等。

“寫”：機(jī)器翻譯，自然語言生成等。

“說”：語音生成，文本轉(zhuǎn)換語音等。

2.認(rèn)知能力

認(rèn)知能力指的是人類通過學(xué)習(xí)、判斷、分析等心理活動來了解消息、獲取知識的過程與能力，對人類認(rèn)知的模仿與學(xué)習(xí)也是目前人工智能研究的焦點(diǎn)領(lǐng)域，主要包括：  

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預(yù)測能力：例如基于人工智能的設(shè)備壽命預(yù)測、智能天然災(zāi)害預(yù)測與防治。

判斷能力：例如AI下圍棋、自動駕駛車、智能搜索、智能控制、博弈等。

學(xué)習(xí)能力：例如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等各種學(xué)習(xí)方法。

在認(rèn)知能力方面，人工智能在很多領(lǐng)域與人類還存在差距，但在部分細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)，已經(jīng)可以達(dá)到人類的智能，例如下圍棋、自動駕駛等領(lǐng)域。

3.創(chuàng)造力

創(chuàng)造力指的是人類產(chǎn)生新思想、新發(fā)現(xiàn)、新方法、新理論、新設(shè)計(jì)，創(chuàng)造新事物的能力，它是結(jié)合知識、智力、能力、個性及潛意識等各種因素優(yōu)化而成，這個領(lǐng)域目前人類仍遙遙領(lǐng)先人工智能，但人工智能也在不斷發(fā)展，例如人工智能作曲、作詩、小說創(chuàng)作、繪畫、設(shè)計(jì)等技術(shù)，均有大量的團(tuán)隊(duì)在不斷探索。

4.智能

智能指的是人類深刻了解人、事、物的真相，能探求真實(shí)真理、明辨是非，指導(dǎo)人類可以過著有意義生活的一種能力，這個領(lǐng)域牽涉人類自我意識、自我認(rèn)知與價值觀，是目前人工智能尚未觸及的一部分，也是人類最難以被模仿的一個領(lǐng)域。

二、人工智能在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

不同的典型物流行業(yè)場景有不同的特點(diǎn)，所需要的技術(shù)也不盡相同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的需求確定技術(shù)的應(yīng)用。下面針對一些典型的物流場景，闡述可能應(yīng)用的相關(guān)人工智能技術(shù)(參見圖2)。

圖2 典型物流場景下的人工智能技術(shù)的應(yīng)用

1.供應(yīng)商管理

供應(yīng)商是生產(chǎn)加工型企業(yè)或電商企業(yè)的供貨者，科學(xué)采購、高效收貨與質(zhì)檢、智慧財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等，都能夠提高供應(yīng)環(huán)節(jié)的效率，降低運(yùn)行成本。

2.倉儲管理

倉儲管理包括入庫、存儲和出庫(揀貨)等重要環(huán)節(jié)，涉及到數(shù)量龐大的物流機(jī)器人、自動倉儲設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和人員，占用了企業(yè)的大量資金。將倉儲管理智能化，將為物流行業(yè)帶來顛覆性的改變。

(1)智慧存儲設(shè)備：目前，在倉儲環(huán)節(jié)應(yīng)用的物流設(shè)備種類豐富，功能各異。歷史發(fā)展悠久的堆垛機(jī)貨架，更加高效的多層穿梭車系統(tǒng)，針對小料箱的高效存儲設(shè)備MiniLoad等。針對倉儲設(shè)備的智能化運(yùn)行，計(jì)算機(jī)視覺、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動控制等技術(shù)的應(yīng)用，將極大的提升存儲設(shè)備的周轉(zhuǎn)效率，盡可能的提高設(shè)備的利用率;針對倉儲設(shè)備的科學(xué)規(guī)劃和實(shí)施，大數(shù)據(jù)分析和專家系統(tǒng)等技術(shù)，能夠提升系統(tǒng)規(guī)劃的效果;針對倉儲設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，采用基于設(shè)備數(shù)據(jù)的壽命預(yù)測技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、預(yù)先的對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行掌握，便于提前采取措施。冷庫存儲是存儲行業(yè)的一個特殊領(lǐng)域，生鮮、藥品等特殊商品需求較大。人工智能技術(shù)打造的新型自動化冷庫，利用大數(shù)據(jù)分析可將采購預(yù)測與倉儲現(xiàn)狀結(jié)合，自動控制技術(shù)可以針對冷庫低溫的特點(diǎn)，更好地控制倉儲貨架所用的穿梭車和堆垛機(jī)、搬運(yùn)使用的叉車、碼垛使用的碼垛機(jī)器人等設(shè)備。

(2)智能分揀系統(tǒng)：智能分揀系統(tǒng)包括分揀過程中使用的運(yùn)輸設(shè)備如AGV、智能分揀車、傳送帶等，以及分揀過程中的信息流。路徑規(guī)劃、機(jī)器視覺等技術(shù)，將賦予運(yùn)輸設(shè)備更多的智能，使得無人運(yùn)輸更加安全、高效。數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，能夠?qū)x訂單進(jìn)行更合理的拆分與合并，并與倉儲設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和人員形成聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)更高效的訂單揀選。

3.運(yùn)輸管理

運(yùn)輸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸，主要包括運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸過程的信息管理。國內(nèi)的運(yùn)輸方式有航空運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸和海路運(yùn)輸。公路運(yùn)輸靈活性高，貨運(yùn)量大，人工智能能夠發(fā)揮更大的作用。日趨成熟的自動駕駛技術(shù)將徹底顛覆現(xiàn)有公路運(yùn)輸體系，更加高效、安全的行駛，更少的人力依賴，將極大地提升公路運(yùn)輸?shù)男?。運(yùn)輸信息的管理內(nèi)容繁雜，包括發(fā)車前的任務(wù)下達(dá)和路線規(guī)劃，行駛中的信息跟蹤和應(yīng)急調(diào)度，以及到達(dá)目的地后的盤點(diǎn)、卸貨和車輛狀況檢查等。人工智能技術(shù)對于信息的處理比人類更加高效，通過大數(shù)據(jù)分析能夠?yàn)檐囕v的調(diào)度機(jī)制提供更加實(shí)時、可靠的方案，設(shè)備壽命管理能夠系統(tǒng)性的監(jiān)測車輛的狀態(tài)，及時警報(bào)提醒，降低車輛故障發(fā)生率。大數(shù)據(jù)分析能夠更好地監(jiān)測冷鏈運(yùn)輸過程中的貨物狀態(tài)和司機(jī)行為，為保質(zhì)保量的冷鏈運(yùn)輸提供更智能的監(jiān)管。

4.配送管理

5.客戶管理

三、人工智能賦能物流行業(yè)的實(shí)際案例

人工智能在物流行業(yè)已經(jīng)有了豐富的應(yīng)用，人工智能賦能物流行業(yè)帶來了更多的效率提升和更好的經(jīng)濟(jì)性，物流行業(yè)也為人工智能提供了真實(shí)的應(yīng)用場景，可以促進(jìn)人工智能技術(shù)更好的發(fā)展。亞馬遜作為一個覆蓋全球的電商行業(yè)，人工智能技術(shù)已經(jīng)滲透到其業(yè)務(wù)的方方面面，從采購到存儲，從運(yùn)輸?shù)脚渌?，從信息世界到現(xiàn)實(shí)設(shè)備，同時也反向促進(jìn)人工智能在機(jī)器人領(lǐng)域、信息處理領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域的飛速發(fā)展。國內(nèi)的眾多電商相關(guān)企業(yè)，如京東、淘寶、四通一達(dá)、順豐等，都在不斷探索人工智能技術(shù)的落地應(yīng)用，大量設(shè)備制造廠商如極智嘉、曠視、快倉等企業(yè)，更是將人工智能與物流設(shè)備包括機(jī)器人、貨架、搬運(yùn)車輛等結(jié)合，從智能設(shè)備入手，為整個行業(yè)帶來改變。

1.人工智能在倉儲領(lǐng)域的應(yīng)用

智能機(jī)器人在倉儲作業(yè)中目前已經(jīng)應(yīng)用非常普遍，自動化立體倉庫、無人叉車、AMR(Automatic Mobile Robot)即自主移動機(jī)器人等設(shè)備的應(yīng)用，顯著提高了倉庫分揀、搬運(yùn)的效率。亞馬遜在2012年耗資7.75億美元收購Kiva systems公司(專注于如何利用機(jī)器人在倉庫里完成網(wǎng)上大量的訂單派發(fā)工作)后[8]，在其倉庫中大規(guī)模應(yīng)用Kiva機(jī)器人(如圖3所示)，將貨架從倉庫搬運(yùn)至員工處理區(qū)，實(shí)現(xiàn)貨到人的揀選，Kiva機(jī)器人的應(yīng)用使得揀選效率增加了三倍，準(zhǔn)確率更是達(dá)到了99.99%[9]。

圖3 亞馬遜Kiva機(jī)器人

極智嘉(Geek+)作為新興智能物流裝備企業(yè)，研制開發(fā)的智能揀選機(jī)器人(如圖4所示)也得到廣泛應(yīng)用，其成功為某醫(yī)藥企業(yè)物流中心搭建了使用AMR的月臺集貨場景，實(shí)現(xiàn)了出庫集貨和裝車搬運(yùn)的無人化;使用上百臺智能揀選機(jī)器人(貨架到人機(jī)器人)搭建貨到人揀選平臺，打造出跨樓層、跨區(qū)域的綜合性解決方案[10]。京東擁有極其龐大的智能倉群，“智能大腦”作為京東亞洲一號的“司令官”，精細(xì)控制使得倉庫中自動化立體貨架、無人叉車、無人分揀機(jī)、打包機(jī)等智能單元能夠協(xié)調(diào)作業(yè)，“智能大腦”通過每分鐘上億次的計(jì)算，對比傳統(tǒng)倉庫，能夠?qū)⒅悄軅}庫效率提高至少3倍以上[11]。

2.人工智能在配送領(lǐng)域的應(yīng)用

無人機(jī)配送作為一種不受地形、交通、人員限制的配送方式，成為未來快遞配送的主要趨勢。早在2013年12月，亞馬遜就發(fā)布Prime Air無人快遞，顧客在網(wǎng)上下單，如果重量在5磅以下，可以選擇無人機(jī)配送，在30分鐘內(nèi)把快遞送到家。整個過程無人化，無人機(jī)在物流中心流水線末端自動取件，直接飛向顧客[12]。2020年4月，亞馬遜獲得了美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的批準(zhǔn)，可以在美國地區(qū)運(yùn)營Prime Air快遞無人機(jī)，亞馬遜的配送體系正式進(jìn)入“海陸空”時代[13]。亞馬遜最新版本的Prime Air快遞無人機(jī)(如圖5所示)，是一種混合動力飛機(jī)，能夠垂直起飛和著陸。

3.人工智能在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用

四、智慧物流發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類社會的發(fā)展，讓身處時代洪流的每一個人，都對未來的變化充滿期待。“人工智能”作為“復(fù)制并超越人類智能”的技術(shù)，將徹底改變?nèi)祟愂澜?。物流行業(yè)將會更早受到人工智能等新技術(shù)的淬煉，將這個涉及到人類生產(chǎn)生活方方面面的“大服務(wù)業(yè)”推向新的層面，在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展和物流行業(yè)不斷前進(jìn)的進(jìn)程中，以下幾個方面的內(nèi)容都值得大家關(guān)注：

1.無人機(jī)倉儲系統(tǒng)

無人機(jī)倉儲系統(tǒng)示意圖

2.“陸空一體”的無人配送體系

自動駕駛技術(shù)將促成徹底的物流配送無人化。設(shè)置在城市社區(qū)中的無人快遞站，將由智能機(jī)器人單獨(dú)運(yùn)營，完成自動化收貨與暫存。收貨完成之后，運(yùn)行速度快、搬運(yùn)能力強(qiáng)的無人快遞車將會為人員稠密的區(qū)域提供配送服務(wù)，靈活性強(qiáng)、無視地形影響的無人機(jī)將會為人員分散、地形條件差的區(qū)域提供配送服務(wù)，打造出“陸空一體”的高效配送體系。無人快遞車與無人機(jī)同時具備收貨功能，能夠滿足客戶的寄件需求。

3.智能信息系統(tǒng)

“數(shù)據(jù)驅(qū)動物流”的理念將被更廣泛的實(shí)踐，物流企業(yè)所涉及的所有信息都將由“智能信息系統(tǒng)”進(jìn)行智慧管理。相較于傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)，大量依賴人的記錄、整理、上傳、分析、決策，智能信息系統(tǒng)將從數(shù)據(jù)的采集、分析、利用和存儲等多反面，替代人力，實(shí)現(xiàn)信息管理的無人化，信息利用的高效化。以電商為例，客戶的訂單將成為驅(qū)動整個網(wǎng)購流程的信息原動力，智能信息系統(tǒng)會將其轉(zhuǎn)化為采購的依據(jù)、倉儲的作業(yè)準(zhǔn)則、運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度前提、配送的指導(dǎo)方針，讓電商企業(yè)以最小的代價提供最高質(zhì)量的服務(wù)。

4.物流行業(yè)將變?yōu)橹R密集型產(chǎn)業(yè)

隨著人工智能等新技術(shù)的不斷成熟和大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，物流行業(yè)將從一個勞動力密集型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€知識型密集的產(chǎn)業(yè)，企業(yè)將更加注重專業(yè)人才、技術(shù)、專利等的積累。研發(fā)人員將為企業(yè)的智能化提供源源不斷的動力，高級工程師將成為倉儲、運(yùn)輸、配送等環(huán)節(jié)的保障力量，大量工人忙碌的場景將不復(fù)存在，少量專業(yè)人員就可以維護(hù)龐大的物流鏈條。