從綜合角度看，軟件定義的物流硬件可以分為單元級、系統(tǒng)級和平臺級。

  通過軟件定義的單元級物流硬件。單元級物流硬件應(yīng)該是具有不可分割性的智能物流硬件最小單元?？梢允且粋€部件或一個產(chǎn)品；通過“一硬（硬件）”和“一軟（軟件）”構(gòu)成“感知-分析-決策-執(zhí)行”的數(shù)據(jù)閉環(huán)，具備了可感知、可計算、可交互、可延展、自決策功能的物流硬件。如：AGV、物流機(jī)器人、配送機(jī)器人、無人叉車等。

  通過軟件定義的系統(tǒng)級物流硬件系統(tǒng)，是“一硬、一軟、一網(wǎng)”有機(jī)組合。是多個最小單元的物流智能硬件，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)更大范圍、更寬領(lǐng)域的數(shù)據(jù)自動流動，實現(xiàn)了多個單元級物流硬件的互聯(lián)、互通和互操作。系統(tǒng)級物流硬件基于多個單元級物流硬件的狀態(tài)感知、信息交互、實時分析，實現(xiàn)了局部自組織、自配置、自決策、自優(yōu)化。如：由機(jī)器人、AGV小車、傳送帶等構(gòu)成的智能物流系統(tǒng)是系統(tǒng)級智慧物流系統(tǒng)；

  通過軟件定義的平臺級智慧物流系統(tǒng)，是多個系統(tǒng)級智能硬件集成系統(tǒng)的有機(jī)組合，涵蓋了“一硬、一軟、一網(wǎng)、一平臺”四大要素，通過大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)了跨系統(tǒng)、跨平臺的互聯(lián)、互通和互操作，在全局范圍內(nèi)實現(xiàn)信息全面感知、深度分析、科學(xué)決策和精準(zhǔn)執(zhí)行。菜鳥智慧物流系統(tǒng)、京東智慧物流系統(tǒng)具備了初級智能的平臺級智慧物流系統(tǒng)。

  五、軟件定義物流硬件的創(chuàng)新模式分析

  1、軟件定義無人叉車

  叉車AGV系統(tǒng)是符合軟件定義硬件的創(chuàng)新方向。在叉車上加載各種導(dǎo)引技術(shù)，構(gòu)建地圖算法，輔以避障安全技術(shù)，可以實現(xiàn)叉車的無人化作業(yè)。其中叉車導(dǎo)引系統(tǒng)、構(gòu)建地圖算法、安全避障系統(tǒng)、自動感知系統(tǒng)等是無人化叉車的技術(shù)進(jìn)化主體，需要實現(xiàn)控制層、數(shù)據(jù)層、與硬件層的邏輯分層，可以實現(xiàn)相關(guān)軟件系統(tǒng)的迭代升級和不斷進(jìn)化。

  叉車智能化技術(shù)是將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)叉車，以提高駕駛安全、提高工作效率和降低保養(yǎng)維修費用等運營費用，實現(xiàn)更全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和分析應(yīng)用，進(jìn)而實現(xiàn)與其他物流設(shè)備、倉儲設(shè)備之間的互聯(lián)，從單一產(chǎn)品走向系統(tǒng)化應(yīng)用的智能硬件系統(tǒng)。

  與傳統(tǒng)叉車相比，智能化和無人化叉車主要有四個方面的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢：一是叉車的感知技術(shù)，如車載超高頻RFID讀寫技術(shù)，與巷道標(biāo)簽、貨位標(biāo)簽、貨物標(biāo)簽有效識別感知，實現(xiàn)出入庫系統(tǒng)自動確認(rèn)。二是與信息系統(tǒng)調(diào)度指令的交互技術(shù)，最典型的是車載電腦和手持的應(yīng)用，大大提高物流效率。三是叉車的各類傳感器的應(yīng)用，如速度、重量、碰撞、溫度、油壓、電量等傳感技術(shù)，使得叉車總線控制數(shù)據(jù)更加豐富，配以系統(tǒng)安全預(yù)警，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。四是將智能化叉車的位置、任務(wù)、狀態(tài)、效率等信息匯集“工業(yè)車輛遠(yuǎn)程平臺”，進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理和輸出，實現(xiàn)叉車的遠(yuǎn)程運維和租賃運營。

  作為獨立的智能單元的無人叉車，應(yīng)該具有操作系統(tǒng)和計算系統(tǒng)，有軟件運算的內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲空間，其智慧晉級方向是不斷升級控制系統(tǒng)軟件，優(yōu)化導(dǎo)航系統(tǒng)，升級調(diào)度和運作的算法，通過軟件升級不斷進(jìn)化大腦系統(tǒng)。當(dāng)然，目前的智能叉車不僅僅需要軟件進(jìn)化，更需要硬件的不斷進(jìn)化。

  作為智能單元的無人叉車，還應(yīng)該具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知與硬件單元互聯(lián)與互操作功能，當(dāng)多臺無人叉車組建叉車車隊系統(tǒng)時，可以實現(xiàn)系統(tǒng)級的進(jìn)化，形成叉車車隊智慧系統(tǒng)；此外，叉車還應(yīng)該可以與其他的物流智能硬件互聯(lián)互通與互操作。

  在上海CeMAT亞洲國際物流技術(shù)與運輸系統(tǒng)展覽會上，林德等許多叉車企業(yè)展示了自己的叉車智能硬件系統(tǒng)。

  2、軟件定義輸送分揀

  通過軟件定義的理念，可以讓物流分揀更智慧，讓分揀機(jī)械更智能。先進(jìn)的智能物流輸送分揀系統(tǒng)應(yīng)該是一個智慧化、相互高度協(xié)同的有機(jī)整體，它由許多個智能單元設(shè)備和智能零部件組成，在大數(shù)據(jù)分析和指導(dǎo)下，各個單元自主而協(xié)同地完成復(fù)雜任務(wù)。

  軟件定義智能分揀系統(tǒng)，首先需要將分揀系統(tǒng)按功能模塊分類，設(shè)計智能分揀模塊和智能零部件。智能零部件要包含感知系統(tǒng)實現(xiàn)可感知，使每個包裹成為可感知的智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)自動識別物料、自動揀選物品，讓每件貨物沿著智能規(guī)劃后的路徑，找到工位上的操作人員。聰明的物流機(jī)器人就像貼心管家一樣，代替人工完成物流中心一系列繁瑣的揀選及搬運工序，高效省心。

  根據(jù)我的了解，目前中國智能輸送分揀領(lǐng)域，蘇州金峰物聯(lián)網(wǎng)、華南新海等企業(yè)正在大力推進(jìn)的智能分揀系統(tǒng)功能的模塊化分類、管理過程的可編程調(diào)度，向根據(jù)不同的場景隨時排列組合成滿足需求的智能分揀系統(tǒng)方向發(fā)展，具有了軟件定義物流分揀系統(tǒng)的先進(jìn)理念。

  在國際上，最近看到“軟件定義”思想在萬向細(xì)胞傳送帶Celluveyor上有充分體現(xiàn)，比較經(jīng)典推薦給大家。這一技術(shù)是德國不萊梅大學(xué)生產(chǎn)與物流研究所（BIBA）創(chuàng)造性的發(fā)明，是一套極為靈活的模塊化輸送和定位系統(tǒng)，它借助單元化與軟件定義思想，實現(xiàn)了分揀系統(tǒng)的高度柔性化。一是以單元理念為基礎(chǔ)，設(shè)計了單元化的六邊形細(xì)胞模塊，每個模塊都包含了三個特定安排的全向輪，每個輪子都可以單獨和有選擇性的工作，便于被軟件控制與調(diào)用。二是將萬象細(xì)胞傳送到的模塊化智能硬件虛擬化，通過通訊網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)（大腦）鏈接，通過對各個六邊形細(xì)胞模塊的編程控制，實現(xiàn)了各種分揀需求場景下的分揀方案自動生成，自動組合，自動運作。

  這個分揀系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

  一是輸送過程的靈活性，整體功能僅僅需要按一個鍵盤按鈕就可以進(jìn)行調(diào)整和適應(yīng)。不需要任何的機(jī)械改變，只需要簡單的軟件調(diào)整和升級。

  二是布局的靈活，添加和分離都極為容易。另外，其布局的變化完全依靠控制軟件的操作和調(diào)整，將可以大大減少停機(jī)時間，

  三是吞吐量的靈活性，你只需要通過增減模塊，就可以適應(yīng)不同的運送量。

  四是運送對象的靈活性，輸送的對象可以是多種形狀和尺寸，僅僅只需要它擁有平坦的接觸表面即可五是維保極為方便，哪塊壞了會立馬被控制電腦偵測到，出問題的細(xì)胞模塊或被貨物繞行，而不影響整條線的持續(xù)運作。六是節(jié)能高效，只有在和貨物短暫接觸的時候才會運作耗能，機(jī)械部件之間的內(nèi)部摩擦非常小，可以說是能源友好型系統(tǒng)的典范之作。

  再看一個具有軟件定義理念的一個輸送分揀系統(tǒng)的重大發(fā)明：不久前的歐洲最大自動化展會SPS IPC Drives上，德國倍福（beckhoff）發(fā)布了創(chuàng)造性的XPlanar平面輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于倍福的 TwinCAT 自動化軟件平臺來進(jìn)行編程控制，移動托盤利用磁懸浮技術(shù)自由懸浮在由傳輸平面模塊拼接組成的任意形狀的傳輸平面上運動，可以實現(xiàn)極其靈活、精確且高動態(tài)的定位任務(wù)。每個模塊的尺寸為 240 x 240 mm，用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用需要自由拼接成任意幾何形狀。每個平面模塊都配有完整而獨立的電子元器件，并支持 EtherCAT G 通信協(xié)議，動子托盤內(nèi)集成了永磁體，因此其上方可以懸浮任意數(shù)量的動子。動子不僅可以水平運動，也可以垂直運動，甚至還可以上下晃動。

  XPlanar平面磁懸浮輸送系統(tǒng)的靈活度極高，可以在二維平面上進(jìn)行無摩擦、無接觸的運動，最高速度可達(dá) 4 m/s，加速度可達(dá) 2 g，重復(fù)定位精度可達(dá) 50 µm；運行過程中幾乎不會產(chǎn)生任何噪音或機(jī)械磨損，動子托盤有四種不同規(guī)格可供選擇。該系統(tǒng)適用于通用機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其適合用于實現(xiàn)包裝、裝配、分揀和訂單揀選過程的自動化。

   3、軟件定義物流機(jī)器人

  軟件定義物流硬件在物流機(jī)器人領(lǐng)域是引導(dǎo)創(chuàng)新的重要理念，物流機(jī)器人是一個智能單元，是由一硬（硬件）和一軟（軟件）組成，目前硬件在機(jī)器人設(shè)計中已經(jīng)不占據(jù)主導(dǎo)地位了，機(jī)器人的軟件系統(tǒng)才是決定機(jī)器人水平高低的根本。

  機(jī)器人的軟件系統(tǒng)主要有控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)與計算系統(tǒng)，算法分為感知算法和控制算法，導(dǎo)航技術(shù)目前有定位導(dǎo)航、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、視覺輪廓的自然導(dǎo)航等等；機(jī)器人的智能作業(yè)包括搬運、分揀、拆垛、碼垛、上料、混雜物體分類。

  目前機(jī)器人在軟件系統(tǒng)進(jìn)化很快，在3D視覺分辨、高速分揀、無序堆碼垛、復(fù)雜場景導(dǎo)航與調(diào)度等方面新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。此外，通過一硬、一軟、一網(wǎng)集成的物流機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)也成為電子商務(wù)物流黑科技的關(guān)注焦點。

  4、軟件定義柔性自動化

  傳統(tǒng)的物流自動化系統(tǒng)具有整體性、系統(tǒng)性，具有牽一發(fā)而動全身的剛性，對物流自動化的實際應(yīng)用帶來阻礙。如果一個物流處理量非常巨大的物流自動化配送中心，僅僅因為某一個零部件的損壞就可能帶來全系統(tǒng)的癱瘓，這對物流系統(tǒng)的應(yīng)用方就是個災(zāi)難。

  如何提升物流自動化柔性，讓物流自動化系統(tǒng)也具有智能，這就需要應(yīng)用軟件定義理念，將硬件資源虛擬化，將管理過程可編程，實現(xiàn)軟件系統(tǒng)可以隨機(jī)、柔性的調(diào)度與管理整個物流自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)物流作業(yè)場景的柔性切換和自動的調(diào)整，讓系統(tǒng)單個節(jié)點出現(xiàn)問題不影響整個系統(tǒng)。

  基于軟件定義物流硬件的理念，對物流系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，實現(xiàn)易搬遷與部署；通過排列組合式擴(kuò)展，可以很快部署新的機(jī)器人與自動化設(shè)備，處理更多訂單，同時單節(jié)點出現(xiàn)故障不影響整個系統(tǒng)；通過業(yè)務(wù)流程的程序化管控與調(diào)整，可根據(jù)訂單商品的特點，不停地改變物流作業(yè)模式，以快速適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展變化，讓物流作業(yè)更靈活和智能。

  根據(jù)報道，菜鳥無人倉就已經(jīng)實現(xiàn)全鏈路柔性自動化。菜鳥利用了計算機(jī)的軟件定義硬件的思路，提出了模塊化的多區(qū)并行的自動化物流解決方案，將大數(shù)據(jù)處理框架映射到倉儲系統(tǒng)中，將倉儲作業(yè)中不同的分區(qū)、不同的作業(yè)模式，以及不同的自動化模式進(jìn)行并行操作、并行生產(chǎn)后再合并打包出庫。

  軟件定義無人倉項目既不是純軟件工程，也不是純硬件工程，而是一個系統(tǒng)工程，從流程設(shè)計到硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，都需要綜合考慮，才能夠?qū)崿F(xiàn)高效率作業(yè)。物流柔性自動化技術(shù)具體包括軟硬件協(xié)同、端到端設(shè)計，以及可轉(zhuǎn)換性、魯棒性、靈活性等。

  大規(guī)模多智能體規(guī)劃和調(diào)度技術(shù)是柔性自動化的重要技術(shù)，智能規(guī)劃調(diào)度部分涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括Swarm Intelligence（群體智能）、Resource Allocation（資源配置）、Path Planning（路徑規(guī)劃）、TrafficControl（流量控制）等，未來大規(guī)模智能體的技術(shù)會向群體智能方向發(fā)展。如：優(yōu)化算法里的蟻群算法便是通過模擬螞蟻行為進(jìn)行的算法——單個螞蟻不會搭橋，但是螞蟻之間可以互相搭橋讓其他螞蟻通過。這些概念可以引入智能體在倉庫中的應(yīng)用，未來當(dāng)每一個智能體有了足夠強(qiáng)大的智能導(dǎo)航及決策功能后，群體智能將成為柔性自動化技術(shù)的發(fā)展方向。

  軟件定義無人倉儲，實現(xiàn)柔性自動化物流作業(yè)，具有擴(kuò)展性強(qiáng)、易部署、模塊化、算法高效智能、魯棒性強(qiáng)等突出優(yōu)勢，將會對整個物流行業(yè)帶來巨大革命。