新一代智能化装备仓储系统内涵及形态演变分析

2021-12-01 11:31| 发布者: www.daoteng56.com| 查看:

摘要: 面向未来人工智能技术的军事化运用需求,着眼提升装备仓储系统自主运维能力、体系化支撑能力,分析基于人机融合及高阶人工智能的新一代智能化装备仓储系统内涵,展望智能化装备仓储系统能力演变图像,并探究其关键技术发展脉络,将有助于研判新一代智能化装备仓储系统发展规律,逐步推动装备仓储系统形 ...

0 引 言

随着人工智能技术的快速发展,智能设备、智慧园区及城市不断涌现,各项高新技术的应用逐步成熟,物联网技术、信息融合技术、智能决策技术、特种机器人正逐步运用到装备仓储系统研发中。装备仓储系统是支撑装备保障活动的主要设备设施,进一步推进其智能化转型是提升装备自主保障能力最直接、最有效的手段,将有助于快速形成适应科技发展和未来形势的装备保障运行模式,全面提升装备自主运维和体系化支撑能力。

1 新一代智能化装备仓储系统内涵

装备仓储系统是指用于存储装备、作战保障物资并实施装备技术保障的军事设备和设施群。
针对传统装备仓储系统人力密集、流程复杂、技术准备时间长的症结问题,我国已面向高效贮存和快速出库的能力目标,着手开展装备仓储系统升级改造研究,初代智慧装备仓储系统正逐渐形成能力,为新型装备提供匹配性技术支持,实现装备效能的全面发挥。
与初代智慧装备仓储系统面向单体智能不同,新一代智能化装备仓储系统面向未来自主化、体系化作战需求,围绕多域仓储集成管控与智能运维目标,通过多智能体协同作业技术、人机混合远控技术、脑-机融合及类脑群控技术,对异域空间的装备仓储系统群进行协同控制,实现各领域装备、设备与人的多维深度融合及异构装备仓储系统群的自组织协同管控,如管理多处装备仓储系统运维、远程操控变更作业、脑-机融合辅助决策、装备仓储系统群组自学习决策、多样式火力多域快速部署、类脑高效运维等,革新装备仓储运行模式,实现多域装备仓储系统协同类人化、管控远程虚拟化,助力多域协同装备保障能力跨越转变。

2 形态演变分析

2.1 发展趋势

新一代智能化装备仓储系统发展总体目标是通过多智能体协同作业技术、人机混合远控技术、脑-机融合及类脑群控技术,实现装备仓储系统作业模式从人力密集型向智慧密集型发展,操控方式从程式化运维向人机融合远控运维发展,智能化水平从单仓智能向多域仓储群组智能发展,实现多域装备仓储系统群组人机深度融合管控、类脑协同运维。具体地讲,其预期能力主要包括以下3点。
a)从人力密集型向智慧密集型发展
突破异构机器群组协同作业技术、拟人机器号手技术,赋予装备仓储系统模仿人员操控能力,代替人工现场作业,实现装备设备随点随运、备件自动更换、装备载荷自动换装、自动分解维修灵巧操作等复杂任务并行自主运行。
b)从程式化运维向人机融合远控运维发展
突破人机融合的智能操控技术、基于行为与触感捕捉的增强虚拟现实技术,实现远程沉浸式遥控操控。指挥人员可远程操控多处装备仓储系统运维;远程操控实现转载、移载、配电等危险作业,降低人员安全风险;远程操控执行繁重的装备保障任务,缩减人员体力消耗和人力需求。
c)从单装备仓储系统智能向多域装备仓储系统群组智能发展
研究适用多域装备仓储系统协同管控的类脑神经学习应用技术,探究装备仓储系统类脑智能计算模型和网络化多核心类脑协同机制,具备类脑逻辑自学习、自适应能力,实现装备仓储系统群组类人自主管理与控制,提升复杂多域装备保障任务高效并行处理能力,支撑实时状态监控及智慧决策。

2.2 形态演变路线

如图1所示,面向新一代智能化装备仓储系统三方面发展目标,综合研判新一代智能化装备仓储系统形态演变:初期,基于固化流程和指令控制的自动化管控占装备仓储系统运维主导地位;中期,随着人与机器交互、远控技术的引入和发展,人机接口逐渐丰富和成熟,装备仓储系统具备远程操控能力,装备仓储系统机器具备简单拟人能力;未来,人与机器各取所长、深度融合,意念操控、类脑复杂决策、群体智能成为装备仓储系统主要能力形态。
图1 形态演变路线图图1 形态演变路线图  下载原图
Fig.1 Road Map of Morphological Evolution

2.3 能力图像

以2025年、2030年、2035年三个时间节点为能力特征点,描绘新一代智能化装备仓储系统能力图像。
第1步(2020年—2025年),如图2所示,实现机器群组协同、程式化运维。智能运维管理方面,实现自主巡检巡修、备件自动供应、复杂任务多设备协同;装备便捷使用方面,实现载荷快速换装、免吊装无缝衔接输送,车、装备、库一体化自动转载;信息感知运用方面,实现自动测试与智能判读、健康诊断与维修、周界环境态势综合感知与处理。
图2 2025年能力图像图2 2025年能力图像  下载原图
Fig.2 Capability Image for 2025
第2步(2025年—2030年),如图3所示,实现人机远控协同、机器学习运维;通过虚实结合人机协同,集成中心管理多组仓储设备运维、远程操控变更作业;通过拟人语言交互,语音下达装备仓储系统命令,掌控与管理装备仓储系统状态;通过深度学习管控,挖掘历史任务信息,自主优化管控决策,高效调配系统资源,执行设备全自动运行。
图3 2030年能力图像图3 2030年能力图像  下载原图
Fig.3 Capability Image for 200
第3步(2030年—2035年),如图4所示,实现人机深度融合、群组类脑运维。通过脑-机接口执行人类思路与逻辑,多群组自我组合与进化,多样式多域部署。通过建立类脑运维生态体系,学习人类逻辑思维和感官能力,通过无中心化的自组织类脑决策,为管理人员提供高度人工智能的决策辅助。
图4 2035年能力图像图4 2035年能力图像  下载原图
Fig.4 Capability Image for 200

3 关键技术发展方向

为推进新一代智能化装备仓储系统能力演变升级,需从以下三个方面取得技术突破。

3.1 异构智能群组协同作业技术

未来装备仓储系统自主作业涵盖流水线式自组装与转运、类人化自维护、多任务并行式高效流转等复杂任务剖面。为实现复杂装备仓储系统任务的全无人化作业,关键在于各工种执行机器的协同作业。
研究基于动态环境下的任务分配技术,实现动态任务的智能调度;研究复杂实时环境智能识别技术,实现复杂任务的实时自适应感知;研究多机器人系统的异构路径规划技术,实现自主作业的高效协同运行。通过研究跨功能、跨尺寸、跨领域装备仓储系统机器人群组的一体化协同作业技术,为实现装备仓储系统自主运维提供关键保障。

3.2 人机深度融合装备仓储作业技术

未来装备对抗多是非接触式、多领域并行的,人机融合的远程保障模式能够在幕后操控装备仓储系统运维与作战,具有显著的先进性与实战价值。机器端的智能可以极大提高脑机融合系统的能力,同样,生物体的接入也能提高系统的各种能力,如何将两者融洽连接在一起,如何充分融合机器智能与生物智能,并在智能层面形成合力,相互增强,依然是一个难题。
研究基于行为与触感捕捉的增强虚拟现实技术,实现虚拟场景增强构建;研究脑眼融合的智能操控技术,实现远程操控感官;基于脑机融合层次化计算模型研究意念控制保障活动技术,实现意念控制装备仓储系统设备和装备仓储系统机器人执行复杂作业。通过建立装备仓储系统远程指挥人员与现场多功能机器人间的脑-机联系,实现远程沉浸式遥控操控。指挥人员可离线训练装备保障机器号手,可在线远程管控多处装备仓储系统运维,装备仓储系统群组根据作战任务和态势与指挥人员进行战法决策交流;操作号手可远程操控现场机器号手实现转载、移载、配电等危险作业,降低人员安全风险;操作号手可远程操控执行繁重的装备保障任务,缩减人员体力消耗和人力需求。人机深度融合装备仓储作业技术将人与装备仓储系统在不同时空域进行融合和匹配,为未来多域装备联合运用打下坚实的基础。

3.3 多域装备仓储系统类脑高效管控技术

当前,装备仓储系统在态势感知与融合决策方面存在两方面问题:一方面,装备仓储系统各类态势感知的体量和全局性不足,面向装备仓储系统内外环境的综合态势感知能力、大数据融合处理能力仍需进一步完善。另一方面,当前装备仓储系统基于流程的管控能力将很难适应未来高强度对抗使用需求。
研究类脑感知融合环境构建及信息处理技术,实现装备仓储系统群组类人化环境态势感官;探究类脑智能计算模型和网络化多核心类脑协同机制,实现装备仓储系统群组类人化逻辑思维和无中心化的自组织决策。通过基于类脑科学的先进人工技术运用,推动装备仓储系统在数据感知、智能调度、资源规划、健康管理和多任务流程工序优化等方面取得突破,针对平时保障、应急调配和集群对抗等状态,精确感知和解释态势,敏捷分配和调度多域装备仓储系统资源,为未来体系化作战提供强有力支撑。

4 结束语

为满足快速智能应对体系化运用需求,提高装备自主保障和群组保障能力,新一代智能化装备仓储系统建设着眼未来装备仓储系统与战场的智能化、体系化升级,必将引领装备仓储系统建设、装备设计、装备物资供应与综合保障管理环节的整体转变。新一代智能化装备仓储系统将从跨域信息融合、高效精准管控、无人自主运维着手,逐步深化运用复杂多智能体协同、脑机融合操控、类脑自组织决策等先进技术,从根本上改变装备仓储保障模式,形成适应未来形势的全域智能协同保障能力。