烟草行业智能机器人技术研究与应用的策略

    高技术卷烟设备的国产化极大地推动了我国烟草工业的技术改造。经过近十年的技术改造，我国的主要卷烟厂已基本完成了制丝线和卷接包设备的改造，其装备的技术已达到国际90年代初期水平。为了适应卷烟市场的变化，增强企业在市场经济中的竞争力，烟草企业自动化技术改造的重点将由改造制丝线、更新卷接包设备转向建立自动化立体仓库物流系统，即采用自动立体仓库和AGV技术实现卷烟生产过程主辅料及成品的自动输送和仓储。玉溪卷烟厂引进的韩国三星自动化物流系统不仅为我国的烟草企业提供了新一轮技改的样板，也为卷烟设备制造企业指明了一个开发新产品的方向。如昆明船舶设备集团公司通过参与三星设备的安装调试，开始了新的“引进、吸收、消化、仿制”自动化物流系统工作，其首套自己设计集成的物流系统将应用于青岛卷烟厂。

　　随着中国加入世界贸易组织日期的邻近，对知识产权保护要求的提高，我国高技术设备产业不可能永远走“引进、吸收、消化、仿制”的道路，开发自己拥有知识产权的高技术，利用国内市场使之产业化，并逐步参与国际竞争，是我国高技术产业发展的必由之路。经过八五期间“863”项目的攻关，以中国科学院沈阳自动化研究所为代表的研究机构，在智能机器人技术方面取得了许多有价值的研究成果，已经掌握了应用于自动化物流系统的AGV、堆垛机、码垛机等各种智能机器人的关键技术，并在一些企业成功地实施了自动化物流系统。若能结合烟草企业的技术需求，将这些高技术转化为有竞争力的高性能产品，并利用烟草企业新的技改需求使之产业化，将对我国高技术烟草设备的真正国产化，新兴高技术的研究、开发和产业化发展起到极大的推动作用。

　　烟草企业自动化物流系统国有化技术研究策略

　　智能机器人在烟草行业中最典型的应用是自动化物流系统，即AGV应用的自动化立体仓库。自动化物流系统是一个新兴的现代化高科技产业，是集光、机、电为一体的系统工程。随着计算机科学技术和自动化技术的发展，物流管理系统也从简单的方式迅速向自动化管理方式演变，使得自动化物流系统达到更高的水平。自动化立体仓库是自动化物流系统的重要组成部分，AGV与其它物料输送工具(单轨小车、牵引小车、传送辊道或传送带、机器人等)相比，具有较好的移动性、柔性等优点。

　　烟草行业对于自动化物流系统的技术引进和改革具有很大的潜力。除玉溪卷烟厂外，山东青岛卷烟厂和云南红河卷烟厂正在安装或调式自动化物流系统，上海卷烟厂和云南曲靖卷烟厂正在筹建自动化物流系统。对这些烟厂引起自动化物流系统的调研中，提及为何不采用国有产品时，厂家表示出对国有自动化物流系统的国产化水平有看法。

　　通过对玉溪卷烟厂引进的三星物流系统进行调研和技术论证，我们认为烟草行业自动化物流系统AGV的国有化技术策略应从下列几个方面开展研究。

　　1AGV的优化调度及可靠性研究

　　卷烟生产除卷接包生产过程外，还有打叶复烤、制丝等一系列生产过程，除需进行各种辅料、配件、成品和生产需求等动态物流分析外，还必须结合烟厂的特点对具体的AGV运动形式、AGV的台数、运输的路径和距离等进行规化，使生产过程达到产量最高、消耗最小、故障检修时间最短，以提高AGV运行的可靠性。

　　2AGV智能化控制器的设计

　　目前，世界上自动化物流系统集成制造商广泛采用瑞典NDC公司的AGV系列产品。国家“863”智能机器人主题如何设计新型的智能AGV控制器，形成国有AGV系列产品特色具有重大的实用价值和社会意义。将智能控制技术引入AGV控制器的设计具有广泛的应用前景。

　　3AGV导引新技术的研究

　　目前，国内外用得较多的AGV，其导引方式大致可分为光电导引、电磁导引，惯性导引、激光导引等几种。上述AGV导引技术各自有其优缺点。然而，如何进一步开发研制新型AGV导引技术——如全方位图像导引技术，真正具有智能机器人的视觉功能，是一个崭新的研究方向。

　　4AGV机械部件的国有化产品设计

　　AGV机械部件如丝杆等容易磨损，用国外同类产品替换，需要大量的外汇，用国有化产品代替是可行的。

　　利用国有智能机器人技术取代进口技术的策略

　　烟草企业对新技术新装备的要求是很高的。如何将国有化高技术应用于烟草企业的技改中，推动国有智能机器人高技术的研究和产业化是一个值得研究的问题。在过去十年，我国烟机设备的生产得到较快的发展主要得益于国家保护政策和行业保护政策，然而随着我国加入世界贸易组织，今后要生产象自动化物流系统这样的高技术机电设备时，就必须面向国际市场，参与国际竞争，因此要实行我国高技术烟草设备的产业化，整个开发工作需要从技术和管理两大方面采取相应的策略。

　　1坚持“技术驱动，市场导向”的原则

　　烟草企业的高技术设备研究、开发和应用时，必须坚持“技术驱动，市场导向”的原则，针对企业需要的关键技术和设备进行重点攻关，为企业解决实际问题。过去我们的很多研究项目，也包括部分“863”项目都是以纯技术为导向，研究者思考问题的方法不是考虑用户需要什么，而是我能做什么就做什么。研究一些没有明确应用背景的理论或技术，其目的是为了通过鉴定，撰写论文，申报成果奖。这样导致了许多研究成果无法走出实验室，没有为社会带来经济效益，造成了人力、物力、财力的极大浪费。更有一些成果通过论文公开发表，让国外的一些研究机构所利用，迅速转化为产品。

　　2研究的关键是系统集成

　　在研制、开发和生产象自动化物流系统这类复杂的高技术机电一体化设备时，应该坚持“有所为、有所不为”的原则。实现整套设备的国产化，并不要求系统中每一个部件都是国内生产的，而关键在系统的集成。随着全球产业一体化的推进，世界产业分工的逐步形成，虚拟公司(工厂)的出现，许多国际性大公司在生产制造大型设备时，主要工作是根据用户的需要设计系统，并从世界范围内的各专业公司选购部件，完成系统的集成，这样既能节省大量的研制时间和费用，又能使系统具有先进的技术水平。例如韩国三星在制造AGV时，车体等硬件自己制造，而控制系统则采用目前世界上处于领先地位的瑞典NDC公司的自走车控制引导系统，这样就保证了其AGV达到世界先进水平。而沈阳自动化研究所生产的AGV虽然具有较高的技术指标，但其控制系统采用较为落后的STD总线工控机，对其性能和可靠性，很容易让用户产生怀疑。总之，要让烟草企业采用国产的自动化物流系统，生产企业应把重点放在物流系统的管理调度系统上，而对其它的部件则能自己制造就自己制造，目前还不能制造的，特别对一些智能机器人的关键控制系统，最好先采用进口，待用户接受整个系统后，各部件再逐步国产化。     

　　3可靠性是用户选择设备的主要指标

　　目前的卷烟生产过程已基本是一个高度自动化的连续生产过程，长时间可靠运行，是对各台设备的一个最基本的要求，设备出现故障会对生产造成很大的影响，其经济损失往往会大大超过设备本身的价值，因此各大烟厂都不惜重金购买高可靠性的进口设备，更换不可靠的部件。例如烟厂每年都要更换很多电器开关元件，而且大多数采用进口件，以保证设备可靠运行，减少停车事故。过去，我国的许多产品研究中，往往把重点放到技术的先进性上，系统的性能指标上，导致许多产品或项目只能通过技术鉴定，而无法进入市场。要使自动化物流这样复杂的系统具有较高的可靠性，首先在设计时应认真研究系统的整体结构和可靠性目标MTBF。有高可靠性的设计还远远不够，在生产制造过程中还必须有严格的质量保证体系。最后，必须给用户提供准确、详细的技术资料，对设备的操作和使用环境作出明确的说明，对用户进行认真的培训，让用户真正领会各项具体要求，自觉地按规章制度进行操作和维护，使系统的可靠性在应用中得以实现。

　　4厂、学、研的有机结合是开发高技术产品的有效途径

　　我国高技术产业的发展还存在着一些与市场经济不相适应的地方。建国后我国一直采用苏联体制，新技术和产品研究、开发和生产分别由科学院或高校、研究所及企业承担，它们各隶属不同的部门，存在着严重的脱节现象，从而导致研究工作重理论、轻应用，开发工作较少考虑生产工艺，产品生产则几年甚至十几年一贯制。改革开放以来，这种情况在一些地区和一些行业有所改善，出现了一些具有加强自主开发能力的高科技企业，但从整体来讲，我国目前人数最多、实力最强的科技力量仍集中于高等院校和科研机构。虽然它们每年都有一定的研究成果，但真正能应用于实际的成果却很少。造成这种情况除有技术方面的原因外，还与企业与研究机构、高校之间的相互不信任及利益分配等问题有关。包括“863”高技术研究成果在内，研究机构不愿意将成果轻易转让给企业。由于存在有市场风险，企业也不愿意出大价钱购买成果。即使一些技术成果被转让，但只要企业与研究机构之间没有形成长期的合作关系，不能对技术进行不断地更新、改造，一项新技术、新产品几年后将落后了。因此国家有必要在政策上引导、鼓励，在资金上支持、帮助，加强生产企业与研究机构、高校的横向联合，实现研究、开发、生产的一条龙。

　　5加强宣传，改变用户观念

　　从理论上讲，选择产品的基本原则是其实用性和性能价格比，在满足使用要求的条件下，性能价格比好的产品应当是首选产品。但由于我国的一些高技术产品在性能质量、可靠性、工艺水平、外观安装、使用的简便性、维护的方便性等方面与国外产品相比还存在一定的差距，进口货优于国产货的观念在烟草企业已根深蒂固。要改变这种状况，除设计生产部门需不断努力，逐步克服国内产品的不足，缩小与国外产品的差距外，还需进行大量的产品宣传和爱国主义宣传，同时在政策上加以适当的引导。目前我国烟草行业由于技改资金比较雄厚，对系统、设备的运行效率和可靠性要求较高，因此特别希望选用进口产品。并非所有的进口产品就一定比国产的好，如韩国三星公司的AGV会出现一些误动作，其管理调度系统存在明显不足，其整体技术水平并不优于我国“863”的技术。由于我国拥有这样一些高技术的部门未能进行有效的广告宣传和开展适当的促销活动，这些高技术产品不为用户所知。如果我国一些高技术产品也象国外电控产品代理商一样进行大量的广告宣传和促销，那么，我国高技术产品的产业化将会有较大的发展。