如何最佳化內部物流，以簡化和加快工業 4.0 供應鏈 – 第一篇 (共兩篇)

內部物流 (Intra logistics) 會運用自主行動機器人(AMR) 和無人搬運車 (AGV)，在工業 4.0 倉庫和生產設施內有效搬運物料。本文將探討與如何在系統層面上運用 AMR 和 AGV 來實施內部物流，以便在需要時快速安全地搬運物料。此文章系列的第二篇將重點說明使用案例、AMR 和 AGV 如何利用感測器來識別和追蹤品項，以及 ML 和 AI 如何在整個倉庫和生產設施內支援物料的識別、搬運和交付。

將材料從倉庫收貨平台快速搬運到出貨平台，或在製造廠中任意位置間搬運，這過程就稱為內部物流，是簡化和加速工業 4.0 供應鏈作業的關鍵環節之一。內部物流講究的不單只有速度而已，還要兼具效率和準確度，並減少浪費，以發揮最大效益。自主行動機器人 (AMR) 和無人搬運車 (AGV)，對改善內部物流至關重要。

自主行動機器人和無人搬運車看似相近，但操作上則不一樣。傳統的 AGV 為了盡可能壓低成本，都經過預先編程，只能執行有限的功能，新款 AGV 則搭載 AMR 等感測器，因此兩者變得更相似。基於安全考量，傳統的 AGV 都是在無人區工作，新款則搭配防撞感測器，可確保更高的安全性。

本文會先說明內部物流及其運用方式，以加快供應鏈。接著會比較 AGV 和 AMR 之間的操作和用途，並概述兩者在行進與避障能力、靈活性、安全性、部署難度、維護與持有成本方面的差異。同時也會探討 AMR 和 AVG 之間愈趨模糊的差異，最後探討數位分身技術如何增進未來的內部物流作業。本系列第二篇文章會進一步探討 AMR 和 AGV 所需的多種感測器技術。DigiKey 針對這兩種情況下的內部物流提供全套的自動化產品。

內部物流的定義

內部物流的部署會使用網路實體系統，可將內部的配送與生產流程達到最佳化。為了充分發揮作用，內部物流系統還要透過網際網路和本地作業流程，與更大的供應鏈互相整合。

在倉庫中，此系統要掌握的資訊包括：廠區中所有材料的位置、履行未完成訂單所需的材料、完成訂單可能缺少的材料，以及進料目前在整個供應鏈中所處的階段。

在工廠中，內部物流包括瞭解特定生產流程需要哪些材料，以及協調不同的資訊，以達到最大的排程效率；這些資訊包括廠區目前有哪些材料、其他材料何時送達，以及可用的機台與操作人員。

在完全整合材料可用性、人員、人員技能及位置，以及機台和機台可用性的相關資訊後，便可將存貨量降至最低、提高大規模客製化的靈活性並改善品質，進而降低成本 (圖 1)。

圖 1：內部物流可以整合材料、人員及機器的相關資訊，達到最佳化的工業 4.0 作業。(圖片來源：Getty Images)

內部物流會影響製程設計、系統設計、專案管理、材料需求規劃和其他許多職能。在整個廠區內自動化搬運材料，是讓內部物流發揮最大效益的關鍵。

材料搬運選項

AMR 和 AGV 可將材料從甲地移至乙地，因此可提高內部物流作業的效率、準確度、生產力和安全性。這些系統可依照載重配置進行區分。AMR 和 AGV 有多種配置，適用於特定的內部物流任務：

• 推車又稱為載重車，在待搬運物品下方移動，然後垂直抬升物品並運送到目的地。這些推車可抬升與運送的重量達 1 噸以上。
• 牽引車又稱牽引機，可連接一或多部裝載材料的自動或非自動推車，並將推車從一個地方送往另一個地方。額定載重量大多為 1 噸左右，也有額定 20 噸的型號。有些型號還能自駕或由操作人員手動駕駛。
• 機器人堆高機有多種配置，包括棧板搬運機、平衡配重式推高機，以及窄巷道堆高機。依設計而定，有些型號可搬運數噸，並將載重抬升到 10 公尺以上。
• 負載運輸機是一種自動化移動平台，可從輸送帶生產線末端、機器人裝載站及其他自動化系統揀取材料。載重量往往不如其他類型的 AMR 和 AGV。

AGV 和 AMR 有何不同？

AGV 和 AMR 可能有類似的配置，但能力有所不同。基本差異包括：

• 無人搬運車需利用外部軌道在各地行進，軌道的組成包含磁條、地面上的膠帶／油漆，或是地面內的電線；若沒有這些外部軌道，就無法移動。
• AMR 則綜合運用內部感測器、無線連線的外部感測器、人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 技術，來規劃最有效率的路線並動態避開障礙。

AGV 是在工業 4.0 倉庫和工廠出現前就已開發，但近期有所演進，以配合工業 4.0 的應用，因此差異不像以前那麼明顯。相似和差異之處如下：

行進與避障。最大的差異在於行進。AGV 只能在預先定義的路徑上行進，AMR 則可在預先定義的區域或環境中選擇不同的路線行進。由於 AMR 可以自主移動，因此具有廣泛的避障能力，包括辨識新的障礙物，例如原先清空的走道上有放置棧板，也可感測路徑上的人員並加以閃避。早期的 AGV 款式避障能力有限，可採用的區域也特別設計成無人區。新款的 AGV 含有更多種感測器，可在周圍有人時更安全使用。然而，雖然 AGV 可以識別障礙物，但無法像 AMR 一樣繞過障礙物行進，而是會停下來，直到障礙物清除。有些款式可在障礙物移開之後自動恢復行進。

靈活性。AMR 可提供更大的靈活性，並可重新編程，直接部署到新環境，無需實體改裝。但在新環境中引進 AGV 時，則須安裝或修改導引軌道以支援所需的行進路線。此外，AGV 也僅限用於將材料從某個預定點移至另一預定點的單一任務，並可能因環境變化而被迫中斷，例如增添設備後需要調整行進路線。

安全性。AMR 的避障能力更高，因此一般認為比 AGV 更安全。但這件事並沒那麼簡單。這兩種設備都可以配備緊急停止開關和感測器，以辨識障礙物並加以閃避 (包括人員)。AMR 專為有人員的區域而設計，並含有多種安全措施。AGV 則按預定路線行進，人員已事先知道搬運車的路徑，因此更容易避開接觸。這兩種技術都具有很高的安全性。

部署的難度。AGV 和 AMR 都需搭配特定的基礎設施才能支援部署。一般來說，AMR 比 AGV 更快完成部署，而且也更少引起中斷。AGV 必須安裝導軌，才能在各點之間移動。AMR 則需在整個廠區內安裝各式感測器，以便提供詳細的情境感知及導航支援。AMR 適用於更為複雜的環境和應用。例如，AMR 可加以編程，在「跟隨人員指示」的應用中，與訂單揀料人員協同工作。基於這些差異，AMR 通常更適合用於工業 4.0 環境，因為早就預期會有變化，並且有提供有效的支援 (圖 2)。

圖 2：AGV 沿著固定路線行進，因此不太適合許多工業 4.0 應用。(圖片來源：Getty Images)

維護。這個情況較為複雜。相較於 AMR，AGV 是較簡單的機器，使用的感測器較少，因此需要的維護也更少。但 AGV 需要的輔助基礎設施可能會受損，需要額外的維護。對 AMR 而言，則需要維護整套感測器，還須定期更新軟體。AGV 的行進區域須與人員分隔，因此比起 AMR，要多走一段距離才能到達目的地。行進距離較長會增加 AGV 的磨損，有可能會增加維護成本。因此，AGV 與 AMR 之間哪個需要更多的維護，需視應用而定。

成本。相較於 AMR，AGV 是較簡易的機器，成本也更低。安裝成本的差異則更難定義，原因在於 AGV 需要安裝導引軌道，AMR 則需搭配一套外部感測器並建立無線連線。AGV 的作業成本較高，因為相較於 AMR 所需的支援基礎設施，導引軌道需要的維護更多。最後，AMR 通常部署速度更快，可降低廠區停機所帶來的成本，因此更適合用於工業 4.0 應用。

數位分身、數位線程與內部物流

數位分身和數位線程是部署內部物流的寶貴工具。數位分身是將內部物流等應用的複雜網路實體系統轉變成詳細虛擬模型的技術。數位分身以以多種來源提供的資料建立而成，包括廠區感測器、廠區的電腦輔助設計 (CAD) 模型以及廠區設備的感測器回饋等。數位分身可用於即時模擬倉庫或工廠的運作，協助達成最佳化流程，並提早指出潛在的問題 (圖 3)。數位線程與數位分身相輔相成，可完整記錄數位分身在整個運作期間的所有活動。

圖 3：數位分身 (左) 可提供即時模擬，協助提高工業 4.0 工廠的生產力。(圖片來源：Getty Images)

內部物流的數位分身與數位線程，目前還在開發初期階段。要達到高效的內部物流系統，具備作業預測能力很重要。AMR、AGV 和機器人都具有很高的可預測性和重現性，若用於工業 4.0，可簡化數位分身技術的運用。將這些設備納入數位分身中，將有助於廠區的車隊最佳化和管理，並可促成預防性維護，將營運效率的衝擊降至最低。

數位分身由大量的即時資料提供支援，包括環境條件資料，以及有關機器和製程狀態的功能及操作資料等。數位分身會使用這些資料來模擬實際的系統，並預測整體機器和個別元件的狀況，例如 AGV 和 AMR 的電池組，以便效能達到最佳化。

數位分身越能真實地模擬現實世界，獲益就越多。內部物流系統通常會將自動化系統與人員整合在一起。將人員活動納入數位分身中，可進一步提高模擬準確度和內部物流的獲益。內部物流、數位分身及數位線程，搭配人工智慧及機器學習技術，有望成為全自動化工業 4.0 工廠與倉庫誕生的重要推手。

結論

內部物流是指材料在倉庫或工廠等工業設施內的移動。AGV 和 AMR 都是讓材料搬運達到自動化並加速的重要工具。兩者雖各有優劣，但自 AMR 更適用於工業 4.0 應用。搭配數位分身、AI 及 ML 技術後，內部物流就可支援全自動化的工廠和倉庫的開發。