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智能制造_ERP百科
智能工廠物流構(gòu)建應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
來源:本站 作者:匿名 發(fā)布:2022/12/30 瀏覽次數(shù):1246
在智能工廠環(huán)境下,一個高效的物流系統(tǒng)需要采用集成化、系統(tǒng)化、一體化的組合思維,將各種物流軟硬件技術(shù)有機(jī)結(jié)合,應(yīng)用在不同場景中。在此過程中,咨詢公司、系統(tǒng)集成商、設(shè)備供應(yīng)商及軟件企業(yè)等相關(guān)各方,應(yīng)充分發(fā)揮各自的資源優(yōu)勢,共同進(jìn)行智能化物流建設(shè)。
在智能工廠中,一個運(yùn)營卓越的智能物流系統(tǒng),不僅僅需要選擇合理、可靠、穩(wěn)定、性價比高的技術(shù)設(shè)備,更需在規(guī)劃時從場景出發(fā),通過對不同物料或產(chǎn)品的包裝單元、作業(yè)特點、流程節(jié)點進(jìn)行詳細(xì)分析,選擇出匹配度最佳的物流技術(shù)。在智能工廠復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境下,一種物流技術(shù)已無法滿足其運(yùn)作要求,需采用集成化的思維,將不同功能特點的多種物流技術(shù)進(jìn)行集成組合應(yīng)用。
智能工廠內(nèi)的物流技術(shù)主要包括物流硬技術(shù)和物流軟技術(shù)兩方面。物流硬技術(shù)是指物料活動過程中涉及的包裝單元技術(shù)、搬運(yùn)技術(shù)、自動裝卸貨技術(shù)、
存儲
技術(shù)、揀選技術(shù)、碼垛技術(shù)等,比如貨架、堆垛機(jī)、穿梭車、
機(jī)器人
(機(jī)械手)、AGV/AMR等。物流軟技術(shù)是指組成高效率的物流系統(tǒng)而應(yīng)用的物流軟件、自動識別技術(shù)、多維監(jiān)控及可視化技術(shù)、物流
仿真
技術(shù)等。
一、智能工廠的關(guān)鍵物流技術(shù)
1.包裝單元技術(shù)
智能工廠內(nèi),物流包裝作為物料集裝單元,在運(yùn)輸、搬運(yùn)、裝卸、存儲、揀選、配送等諸多物流作業(yè)環(huán)節(jié)中,需全程保障信息的有效與順暢傳遞,因此需要包裝單元具備“會說話”、“會聽話”、“會指揮”的能力。
包裝單元智能化設(shè)計過程中,既要滿足智能工廠全過程場景的要求,又要遵循包裝單元通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、單元化、安全性、環(huán)保和符合人機(jī)工程等基本規(guī)則。包裝單元化技術(shù)要求主要包括以下三類。
(1)包裝單元標(biāo)準(zhǔn)化
針對小件且通用物料的單元化包裝,需要重點考慮符合人機(jī)工程學(xué)、物流包裝合理化、有助于物流作業(yè)高效化等要素。比如在家電產(chǎn)品中通用性強(qiáng)的中小件物料,其特點為供應(yīng)商每次到料批量大且物料通用性強(qiáng),在進(jìn)行單元化包裝規(guī)劃時通常會考慮使用料箱(歐標(biāo)D/H箱)作為裝載單元,并為每類物料制定相應(yīng)的擺放規(guī)則,從而達(dá)到過目知數(shù)的目的。
(2)包裝單元數(shù)字化
包裝單元作為信息傳遞的載體,通過在包裝單元上加裝智能感知與控制單元,實現(xiàn)對各工序間信息(物料信息、生產(chǎn)信息、品質(zhì)信息、工位信息等)的采集、傳遞與追溯。
(3)包裝單元智能化
包裝單元的智能化更多的是強(qiáng)調(diào)包裝單元在設(shè)計與應(yīng)用時,需滿足與自動化物流設(shè)備對接的要求。比如,包裝單元在料箱的設(shè)計與選擇上,與掃描設(shè)備對接時,料箱四周需粘貼條碼或嵌入RFID,方便掃描設(shè)備能夠快速采集信息,并向上位系統(tǒng)及時報告包裝單元的運(yùn)行狀態(tài);與穿梭車對接時,需考慮料箱的外形與凸臺尺寸、加工精度、材質(zhì)設(shè)計等滿足穿梭車的搬運(yùn)要求;與輸送機(jī)對接時,需考慮底部整體平整且減少輸送噪聲的要求;與工位機(jī)器人對接時,需設(shè)計相應(yīng)的隔襯或孔洞,方便機(jī)械手能夠靈活、高效抓取物料或產(chǎn)品。
2.搬運(yùn)技術(shù)
搬運(yùn)技術(shù)可分為連續(xù)型搬運(yùn)和離散型搬運(yùn)兩類。
(1)連續(xù)型搬運(yùn)
指設(shè)備連續(xù)不斷地搬運(yùn)物料或產(chǎn)品,在工作過程中,設(shè)備不停地作業(yè),如輸送線、分揀機(jī)、有軌穿梭小車RGV(直線或環(huán)形)、地鏈、懸掛鏈、空中懸掛小車(EMS)、垂直提升機(jī)等設(shè)備。連續(xù)搬運(yùn)主要是對批量大、效率要求高的器具或產(chǎn)品進(jìn)行搬運(yùn),主要在裝卸點、自動化立體庫前后端、倉庫至工位間硬匹配連接、跨樓層間等固定的場所運(yùn)用較多。其優(yōu)點是效率高、線體固定受外界環(huán)境影響較小、輸送批量大、可在立體空間上拓展等;缺點是柔性較差、往往一次性投入大、后期移動需進(jìn)行改造并可能會增加部分重復(fù)投入。
(2)離散型搬運(yùn)
指在一定時間內(nèi)只能進(jìn)行一次搬運(yùn),在運(yùn)行過程中有滿和空兩個階段,主要如叉車、AGV/AMR等設(shè)備。其特點為具有較強(qiáng)的機(jī)動性與柔性,一般在平面上進(jìn)行運(yùn)作與擴(kuò)展。其優(yōu)點是搬運(yùn)柔性、設(shè)備投入時可根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化靈活增減使用數(shù)量;缺點是受人為或環(huán)境影響較大,在相同場景條件下其搬運(yùn)效率比連續(xù)型搬運(yùn)要低。
3.裝卸貨技術(shù)
在智能工廠中,物料卸貨與成品裝貨兩個環(huán)節(jié)的智能化升級相對最難,其難點主要為運(yùn)作場景復(fù)雜、包裝標(biāo)準(zhǔn)化程度低、運(yùn)輸車輛尺寸與樣式(平板、廂式、高欄、低欄、飛翼等)較多、車輛所有權(quán)分類多、車輛改造難度大、對裝載率有較高的訴求等。但是隨著智能物流相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,物料或產(chǎn)品的裝卸貨也找到了相對應(yīng)的解決方案。針對料箱或紙箱類包裝物料與產(chǎn)品,可采用伸縮皮帶機(jī)與機(jī)械手協(xié)作的集成裝卸貨系統(tǒng)、桁架機(jī)械手與滑板集成裝卸貨系統(tǒng)等技術(shù)設(shè)備。針對托盤類運(yùn)輸?shù)奈锪吓c產(chǎn)品的裝卸貨,可采用滑鏈類、鏈板類、伸縮貨叉類、滑輪類、AGV(夾抱式AGV、貨叉式AGV)等裝卸貨技術(shù)設(shè)備。
4.存儲技術(shù)
在智能工廠中,為滿足實時響應(yīng)、快速配送與交付、柔性化的生產(chǎn)需求,存儲技術(shù)需具備庫位靈活分配、庫存快速識別和定位、庫存數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、信息實時交互與可視、柔性化存儲等特點。自動化存儲技術(shù)主要包括堆垛機(jī)立體庫(托盤式、料箱式)、多層穿梭車系統(tǒng)、多層料箱機(jī)器人存儲系統(tǒng)(CTU)、自動貨柜、Autostore、無貨架式垂直立體庫等。在實際應(yīng)用中,需要根據(jù)物料或產(chǎn)品的特點、存儲要求、應(yīng)用場景等,選取不同的存儲技術(shù)。
典型的幾種存儲技術(shù)介紹如下:
(1)堆垛機(jī)立體庫
主要是由高層立體貨架、堆垛機(jī)、輸送設(shè)備、信息采集設(shè)備及信息系統(tǒng)等組成,其特點為充分利用空間、效率高、成熟且穩(wěn)定。立體庫根據(jù)場景及設(shè)備形式有多種分類,比如按搬運(yùn)包裝單元分類可分為料箱式(miniload)與托盤式(AS/RS),按貨架深度分類可分為單深位與雙深位,按載貨臺數(shù)量分類可分為單工位與雙工位等。
(2)多層穿梭車系統(tǒng)(料箱/托盤)
主要是由立體貨架、穿梭車、提升機(jī)、輸送設(shè)備、信息采集設(shè)備、信息系統(tǒng)等組成。主要優(yōu)點為柔性化程度高、靈活性強(qiáng)、可拓展性好;缺點為貨架高度普遍不高、調(diào)度系統(tǒng)復(fù)雜。
(3)多層料箱機(jī)器人存儲系統(tǒng)(CTU)
主要由多層貨架、多層料箱機(jī)器人、信息采集設(shè)備及信息系統(tǒng)等組成,可實現(xiàn)多個料箱的智能揀選、存取、搬運(yùn)。主要優(yōu)點為建設(shè)周期短、靈活性高、擴(kuò)展性強(qiáng),在智能工廠的線邊庫有較好的應(yīng)用場景;缺點為效率相對較低、貨架往往布置不超過10m、運(yùn)作受環(huán)境或人員影響較大。
(4)自動貨柜
主要包括水平旋轉(zhuǎn)式貨柜和垂直式貨柜。自動貨柜實現(xiàn)了“貨到人”和智能化管理,充分利用了倉庫空間的高度,并且有相對封閉的存放環(huán)境,對于有恒溫恒濕存儲要求的物料,如電子盤料等較為適用。
(5)Autostore
是一種高密度的自動化料箱存儲系統(tǒng),料箱存放于立式貨架內(nèi),從地面垂直向上堆疊,所有的存取動作都由貨架頂端的多臺機(jī)器人完成。機(jī)器人借助提升裝置,可以向下抓取料箱;而貨架既用于料箱存儲,同時又是機(jī)器人運(yùn)行的軌道。其特點是存儲密度大、空間利用高,但成本也相對較高。
(6)無貨架式垂直立體庫
通過在存儲區(qū)上方安裝高架龍門機(jī)械手,機(jī)械手將料箱或物料直接從地面向上自身堆疊作業(yè)達(dá)到密集存儲目的。此種系統(tǒng)需要上下料箱之前可以嵌套,以便節(jié)約空間并保證其穩(wěn)定性。主要運(yùn)用于SKU數(shù)量少、單SKU存儲批量大的場景。
5.揀選技術(shù)
按照揀選方式分類,主要分為“人到貨”、分布式“人到貨”、“貨到人”、閉環(huán)“貨到人”等揀選方法。揀選作業(yè)需要借助不同工具,按照揀選設(shè)備的不同,可以分為手持移動
終端
揀選、語音揀選、燈光揀選、
AR
視覺揀選等類型。
(1)“人到貨”揀選
通過人工或者相應(yīng)設(shè)備移動到分揀對象位置來揀取物料或產(chǎn)品,系統(tǒng)構(gòu)成簡單、柔性高,但勞動強(qiáng)度高、補(bǔ)貨不方便。分揀作業(yè)策略主要分為順序揀選、邊揀邊分、接力揀選、分區(qū)揀選等。
(2)分布式“人到貨”揀選
作業(yè)區(qū)被輸送機(jī)分開,揀出的物料或產(chǎn)品可以直接由揀貨人員放至輸送機(jī)上,并自動輸送至集貨點。其勞動強(qiáng)度相對較低、揀貨效率相對較高,但柔性較差、補(bǔ)貨不方便。
(3)“貨到人”揀選
分揀人員不動,分揀對象“移動”到指定的分揀人員面前,通過可視化看板提示進(jìn)行揀取作業(yè),揀出的物料或產(chǎn)品集中在集貨點的容器中。此方法效率高、工作面緊湊、補(bǔ)貨容易,但其分揀周期較長、柔性較差。
(4)閉環(huán)“貨到人”揀選
物料容器放在固定位置,輸送機(jī)將分揀單元送到揀選區(qū);揀貨人員根據(jù)揀貨單揀取貨架中的物料或產(chǎn)品,放到載貨容器中;然后移動分揀單元,再由其他分揀人員揀選;最后通過另一條輸送機(jī)將揀空后的分揀單元送回。其優(yōu)點:揀貨路線短、揀選效率高、系統(tǒng)柔性好;但作業(yè)時間長,出貨和返回問題處理復(fù)雜。
6.碼垛技術(shù)
碼垛技術(shù)應(yīng)用于將同一品種或批次的產(chǎn)品按照提前在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定好的垛型規(guī)則進(jìn)行碼垛。一般而言,自動碼垛的產(chǎn)品生產(chǎn)批量大、碼垛規(guī)則簡單、碼垛效率高。碼垛技術(shù)主要分為機(jī)械手碼垛系統(tǒng)、桁架機(jī)器人碼垛系統(tǒng)、高位碼垛系統(tǒng)等。對于智能工廠而言,客戶需求往往呈現(xiàn)小批量、多樣化的特點,對碼垛技術(shù)提出了對多品種、多批次的產(chǎn)品進(jìn)行混合碼垛的要求。主要運(yùn)行邏輯為:通過識別產(chǎn)品外箱的條碼自動區(qū)分產(chǎn)品的品種與批次,對于同一訂單產(chǎn)品分至不同道口,碼垛機(jī)根據(jù)系統(tǒng)垛型設(shè)計規(guī)則,自動將不同產(chǎn)品碼垛至相同托盤上。
7.物流軟技術(shù)
關(guān)鍵物流軟技術(shù)包括物流軟件、多維監(jiān)控及可視化技術(shù)、自動識別技術(shù)、物流系統(tǒng)仿真技術(shù)等。
(1)物流軟件
由于智能工廠中物流場景具有復(fù)雜化與柔性化、物流設(shè)備具有自動化與智能化的特點,傳統(tǒng)物流相關(guān)軟件(如WMS、WCS等)的功能已無滿足智能工廠物流運(yùn)行的需求。因此在智能工廠中,迫切需要一個能夠滿足多樣化、柔性化、復(fù)雜化的場景需求,能夠?qū)崿F(xiàn)對廠內(nèi)所有物料、在制品、產(chǎn)成品、容器具等進(jìn)行統(tǒng)一管理,能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家、不同種類的物流設(shè)備之間多維度、立體化、多元化互聯(lián)互通的物流軟件平臺。
(2)多維監(jiān)控及可視化技術(shù)
需要對物流運(yùn)行過程、
倉儲管理
、配送運(yùn)輸、物料或產(chǎn)品追溯等每一個步驟進(jìn)行跟蹤。并實現(xiàn)可視化,保證整個物流過程信息的流暢與準(zhǔn)確。
(3)自動識別技術(shù)
通過自動采集、識別、讀取標(biāo)識載體承載的標(biāo)識信息,并自動上傳至上位系統(tǒng)的技術(shù)。主要包括條形碼技術(shù)、語音識別技術(shù)、圖像識別技術(shù)與射頻技術(shù)等。
(4)物流系統(tǒng)仿真技術(shù)
工廠物流仿真根據(jù)其應(yīng)用場景主要分為以下3類:虛擬現(xiàn)實流程動畫仿真、物流離散事件數(shù)據(jù)仿真、物流系統(tǒng)運(yùn)營仿真。虛擬現(xiàn)實流程動畫仿真主要展示物流系統(tǒng)的物理空間位置以及與生產(chǎn)線體等其他相關(guān)設(shè)施的相對關(guān)系、工廠物流運(yùn)作場景展示等。物流離散事件數(shù)據(jù)仿真主要研究多種約束條件下,計算物流系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效率、物流設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點的負(fù)荷情況等,其中物流系統(tǒng)布局優(yōu)化分析、物料全流程方案優(yōu)化、作業(yè)排序與調(diào)度、物流設(shè)備負(fù)荷等方面有較多應(yīng)用。物流系統(tǒng)運(yùn)營仿真是建立在運(yùn)作計劃驅(qū)動下的物流系統(tǒng)仿真模型,通過對工廠生產(chǎn)全流程進(jìn)行建模,以排程系統(tǒng)的運(yùn)作計劃為驅(qū)動,以生產(chǎn)
制造執(zhí)行系統(tǒng)
的生產(chǎn)環(huán)境資源作為約束,并結(jié)合物流隨機(jī)事件的動態(tài)調(diào)度策略,來運(yùn)行整個生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真模型,并進(jìn)行分析優(yōu)化的過程。
二、物流系統(tǒng)集成的必要性
在智能工廠環(huán)境下,為了滿足復(fù)雜、多場景、多模式的應(yīng)用需求,通常需要將多種物流技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用,使物流軟硬技術(shù)有機(jī)結(jié)合并發(fā)揮其整體效益,同時通過一體化的規(guī)劃、實施與運(yùn)營,使智能工廠物流系統(tǒng)運(yùn)作高效。物流系統(tǒng)集成的必要性主要體現(xiàn)為以下幾點。
1.由物流系統(tǒng)具有的系統(tǒng)化屬性決定
物流系統(tǒng)需要整合多種物流技術(shù),通過集成化應(yīng)用確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效,實現(xiàn)物流系統(tǒng)一體化運(yùn)作。否則,即使采用全球頂尖的堆垛機(jī)、輸送機(jī)、AGV等物流設(shè)備,也未必能產(chǎn)生系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行效果。
2.由物流系統(tǒng)具有的項目集屬性決定
物流系統(tǒng)集成項目可以理解為交鑰匙工程,類似于家庭裝修的整裝形式。物流系統(tǒng)集成除了物流功能集成外,還包括
項目管理
集成。而物流系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)/項目構(gòu)成,各個子項目相互關(guān)聯(lián)、互有接口、綜合性高。
3.可規(guī)避物流系統(tǒng)建設(shè)中的誤區(qū)
物流系統(tǒng)建設(shè)過程中,往往容易出現(xiàn)誤區(qū)。通過物流系統(tǒng)的功能集成和項目管理集成,可以較好地規(guī)避誤區(qū)。主要的誤區(qū)如下:
(1)缺乏系統(tǒng)性、一體化思維
在方案設(shè)計階段主要存在三個問題:一是流程分段規(guī)劃不銜接,比如先規(guī)劃完入庫活動、再規(guī)劃存儲及出庫活動,導(dǎo)致整個物流作業(yè)過程存在斷點,運(yùn)作不暢通;二是分工設(shè)計不統(tǒng)一,將物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計分包給不同的企業(yè)或個人,但規(guī)劃或?qū)嵤┻^程中采用的標(biāo)準(zhǔn)不同,導(dǎo)致整體方案無法進(jìn)行有序連接;三是分時間段規(guī)劃,比如今年規(guī)劃一部分,明年再規(guī)劃剩下部分,由于規(guī)劃的時間差異,規(guī)劃的人員及原則不一致,導(dǎo)致最終前后之間存在差異。在方案落地階段,問題表現(xiàn)為:采用割裂式的分段招標(biāo)模式,由于不同的設(shè)備供應(yīng)商的產(chǎn)品規(guī)范性不一致,信息接口可能存在差異,如果供應(yīng)商之間相互推諉,將導(dǎo)致物流系統(tǒng)無法有效對接。
(2)缺乏場景化研究
每個制造企業(yè)物流都有其特殊性,不同場景下選取的物流技術(shù)差異較大,例如在入廠物流、生產(chǎn)物流、成品物流中,每段物流所運(yùn)用的物流技術(shù)各有特點。缺乏場景化研究,容易導(dǎo)致設(shè)備性能無法發(fā)揮、集成方案落地困難等問題。
(3)未對物料流動性進(jìn)行分析
每個物料因其包裝、尺寸、用量的不同,呈現(xiàn)出不同的流動性。比如某些大件物料,單元包裝數(shù)量相對較小,流動性較強(qiáng),選用的物流技術(shù)應(yīng)匹配其高流量要求。而某些小件物料,流動性相對偏弱,選取的物流技術(shù)可能是人工作業(yè)或者半自動作業(yè)。在物流技術(shù)設(shè)備選取時如果忽略了物料流動性分析,容易導(dǎo)致設(shè)備能力不匹配或者能力富余(造成投資浪費)等問題,影響物流系統(tǒng)的整體運(yùn)作效果。
三、物流系統(tǒng)集成的原則
為確保物流系統(tǒng)合理有效、系統(tǒng)最優(yōu),物流系統(tǒng)集成過程中需要遵循以下原則:
1.尊重規(guī)劃方案的原則
物流系統(tǒng)集成需要尊重規(guī)劃方案,一般而言,規(guī)劃方案是在充分調(diào)研企業(yè)實際情況,基于企業(yè)戰(zhàn)略定位,經(jīng)多方討論和論證后確定的,方案具有相對的客觀性和合理性。因此,物流系統(tǒng)建設(shè)需要尊重規(guī)劃方案,并在此基礎(chǔ)上深刻理解方案。
2.高可靠性和安全性的原則
可靠性和安全性是物流解決方案規(guī)劃和物流設(shè)備設(shè)計的首位考慮因素。比如,物流系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備如輸送機(jī)的所有關(guān)鍵元器件需要采用可靠性高的產(chǎn)品。在方案規(guī)劃和軟件開發(fā)時,應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的自恢復(fù)能力和冗余設(shè)計,確保系統(tǒng)強(qiáng)大的抗干擾能力。
3.預(yù)留迭代升級空間的原則
物流系統(tǒng)在方案規(guī)劃、項目實施等方面,應(yīng)充分考慮預(yù)留迭代升級的空間,以支持制造企業(yè)的業(yè)務(wù)拓展、產(chǎn)能提高等需要。
4.可行性、系統(tǒng)性和完整性原則
物流系統(tǒng)集成中選取的技術(shù)需要是在多個工程案例使用過的成熟的先進(jìn)技術(shù),以確保其可行性。同時,物流系統(tǒng)集成需要充分考慮物流技術(shù)的系統(tǒng)性和完整性,避免遺漏而導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行。
5.先進(jìn)性和實用性原則
采用的物流技術(shù)設(shè)備,既要具有先進(jìn)性,又要有很強(qiáng)的實用性,避免項目實施過程的盲目性和不必要的損失。
6.經(jīng)濟(jì)性原則
物流系統(tǒng)集成需要在選取高性能設(shè)備的基礎(chǔ)上,控制好總體投入成本,盡量減少不必要的支出,應(yīng)選擇具有良好性價比的物流技術(shù)設(shè)備和系統(tǒng)集成服務(wù)。
7.有效運(yùn)營的原則
物流系統(tǒng)集成需要以有效運(yùn)營為原則,充分重視智能工廠物流邏輯和作業(yè)場景需求,選取可支撐有效運(yùn)營的物流技術(shù),并通過項目管理助力智能工廠建設(shè)及運(yùn)營全過程。
總之,在智能工廠環(huán)境下,一個高效的物流系統(tǒng)需要采用集成化、系統(tǒng)化、一體化的思維,將不同特點、要求、適應(yīng)性的物流軟硬件技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,并應(yīng)用在不同運(yùn)行的場景中。這不單單是選擇和購買物流技術(shù)設(shè)備的問題,智能工廠物流規(guī)劃與落地離不開物流技術(shù)鏈上相關(guān)方的參與,如物流咨詢公司、系統(tǒng)集成商、物流設(shè)備供應(yīng)商及軟件企業(yè)等。他們各具核心能力,充分發(fā)揮各自的資源優(yōu)勢,共同進(jìn)行智能化物流建設(shè)。
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工業(yè)智能傳感器應(yīng)用前景
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