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无人仓技术要点盘点

发布时间:2018-11-27 来源:未知 编辑:admin 点击量:
无人仓在2016年备受瞩目,很大一部分原因在于京东、阿里等电商巨头将智慧物流作为重要发力点之一,在无人仓方面进行布局并取得重大进展。 2016年10月26日,京东无人仓首度曝光,AGV搬运机器人、shuttle货架穿梭车、DELTA分拣机器人、六轴机器人等黑科技悉数亮
无人仓在2016年备受瞩目,很大一部分原因在于京东、阿里等电商巨头将智慧物流作为重要发力点之一,在无人仓方面进行布局并取得重大进展。​

2016年10月26日,京东“无人仓”首度曝光,AGV搬运机器人、shuttle货架穿梭车、DELTA分拣机器人、六轴机器人等黑科技悉数亮相;
“双 11”期间,菜鸟网络的“无人仓”神秘面纱也掀开一角,高度自动化的机器人立体库走进人们视野。
无人仓作为自动化仓储物流系统的发展方向和目标,很长一段时间都停留在概念阶段,如今随着京东和菜鸟网络的大力投入,无人仓技术取得重大突破,正式进入落地实施阶段。

究竟什么是无人仓?实现无人仓的关键技术有哪些?难点又是什么?无人仓是否具备广泛的应用前景?这些问题都是业界关注的焦点。

对于无人仓的概念,目前业内并没有统一的看法。单从字面意思理解,无人仓指的是货物从入库、上架、拣选、补货,到包装、检验、出库等物流作业流程全部实现无人化操作,是高度自动化、智能化的仓库。

还有观点认为,基于高度自动化、信息化的物流系统,在仓库内即便有少量工人,实现人机高效协作,仍然可以视为无人仓。京东、菜鸟目前打造的无人仓便是如此。

甚至有部分人士认为,在货物搬运、上架、拣选、出库等主要环节逐步实现自动化作业,也是无人仓的一种表现形式。综合以上观点,无人仓的发展方向是明确的,即以自动化设备替代人工完成仓库内部作业。其实,并不是所有仓库都要实现自动化,无人仓是有适用条件的。究竟为什么要发展无人仓?有哪些因素促进无人仓落地?

首先从市场需求来看,一方面随着以智能制造为代表的制造业物流升级发展,以及电商行业海量订单处理对更高效率自动化系统的需求越来越大、要求越来越高,传统的物流系统已经难以满足;另一方面,随着土地成本以及人工成本的不断上涨,“机器换人”、“空间换地”成为趋势,仓库无人化成为必然趋势。

其次从物流技术本身的发展来看,随着仓储系统自动化、信息化、智能化程度的不断提高,不仅大幅降低了物流作业人员的劳动强度,甚至替代人工实现更加准确、高效的作业,因此其作业效率、准确性优势不断凸显。同时,以设备大量替代人工,使得物流作业成本大幅降低,并且随着无人仓技术越来越成熟、应用越来越广泛,其成本也将得到有效降低,投资回报率不断提高。

可以说,智能制造特别是电商企业的需求直接推动了无人仓技术的发展升级,无人仓是市场需求和物流技术发展双重作用的结果,是供需双方联合创新的典范。​​​

​无人仓所需技术

事实上,目前无人仓里的大部分物流技术设备早就开始应用,并非无人仓专属或为其专门研发的,而是基于已有的物流设备、物流软件及系统的功能增强、拓展或补充。

无人仓所需技术主要包括以下几方面:​

1、自动化立体库(AS/RS系统)

一套集存储和拣选功能于一体的自动化立体仓库是无人仓的主要组成部分,实现自动存取和拣货。目前,以Miniload、多层穿梭车技术为代表的“货到人”(包括机器人)技术是最为高效、成熟的自动化仓储解决方案。在京东展示的无人仓中,采用的是多层穿梭车自动化立体库,其穿梭车速度达到6m/s,吞吐量高达1600箱/小时。多层穿梭车又分为单通道作业的单向穿梭车系统和可以多通道同时作业的四向穿梭车系统。由于可以跨通道作业,解决作业节奏不均衡等问题,四向穿梭车系统应用越来越多。

2、机器人

在无人仓中,各种类型、不同功能的机器人将取代人工成为主角,如AGV自动搬运机器人、码垛机器人、拣选机器人、包装机器人等。就连自动化立体仓库中的穿梭车也可以看做搬运机器人的一种。

这些机器人以最高的效率、昼夜不歇地在无人仓内作业,完成货物搬运、拣选、包装等作业。以近两年备受关注的类Kiva机器人为例,因其自动化程度高、实施周期短、灵活性强等特点成为越来越多无人仓自动化仓储解决方案的选择;对于替代人工作业效果最为显著的码垛机器人,也得到越来越广泛的应用。

3、输送系统

输送系统如同整个无人仓的血管,连通着机器人、自动化立体库等物流系统,实现货物的高效自动搬运。相比较自动化立体库和机器人系统而言,输送系统技术更趋成熟。只不过在无人仓里,输送系统需要跟拣选机器人、码垛机器人等进行有效地配合,同时为了保证作业准确性,输送线也需要配备更多的自动检测、识别、感知技术。例如,目前京东曝光的无人仓中,输送线的末端、拣货机器人的前端增加了视觉检测工作站,通过信息的快速扫描和读取,为拣货机器人提供拣货指令。

除此之外,还有输送线两侧的开箱、打包机器人等,这些新增加的智能设备都需要与输送系统进行有效衔接和配合。

4、人工智能算法与自动感知识别技术

即无人仓的大脑与神经系统。前面多次强调机器人之间、机器人与整个物流系统之间、机器人与工人之间的紧密配合、协同作业,必须依靠功能强大的软件系统操纵与指挥。其中,数据感知技术和人工智能算法可谓重中之重。因为,在无人仓模式下,数据将是所有动作产生的依据,数据感知技术如同为机器安装了“眼睛”,通过将所有的商品、设备等信息进行采集和识别,并迅速将这些信息转化为准确有效的数据上传至系统,系统再通过人工智能算法、机器学习等生成决策和指令,指导各种设备自动完成物流作业。其中,基于数据的人工智能算法需要在货物的入库、上架、拣选、补货、出库等各个环节发挥作用,同时还要随着业务量及业务模式的变化不断调整优化作业。因此可以说算法是无人仓技术的核心与灵魂所在。​

无人仓实现难点​

国内最早公开无人仓细节的京东认为,与传统仓储或者仅在单个环节实现自动化的仓储模式相比,无人仓最大的特点在于机器人融入生产,改变生产模式,以及人工智能算法指导生产。

机器人的融入,毫无疑问使得传统仓储物流作业方式发生了巨大的变革,而人工智能算法则无疑使得这种变革更加智能、精准。但是,越有独特过人之处,越是说明其实现难度非比寻常。正因为此,机器人技术、人工智能算法、海量商品的精准识别成为实现无人仓的主要技术瓶颈。

1、机器人技术

无论搬运机器人、码垛机器人还是拣选机器人、包装机器人,真正应用于无人仓时对机器人技术的要求均高于普通仓库。在完全无人化的环境下,不仅要求机器人完全代替人工进行高效的作业,还要保证精度和准确性,即作业质量。相比较而言,无人仓对于拣选机器人的挑战更大,既要保证读取信息的及时准确,又要适用于不同包装、不同大小、不同材质的海量商品,对机器人拣货技术而言不得不说是个巨大的挑战。在“CeMAT Asia 2016”展会现场,德马泰克展示的机器人虽然可以准确地识别商品进行拣货作业,但其针对的仅为硬表面包装商品。京东无人仓内的Delta拣货机器人虽然装载有针对不同规格商品的三个端拾器,但仍难以将所有商品类型囊括。单从这一点来看,要想以合适的成本解决机器人自动识别和准确抓取的技术,使其在无人仓内大规模应用,无疑还有一段路要走。

2、人工智能算法

前文提到,无人仓的实现并不仅仅是各种自动化物流设备的应用,更重要的是信息技术的应用。尤其是人工智能算法,它贯穿于无人仓整个物流作业的始末,从商品如何布局、拣选区如何分布、机器人如何调度和定位都需要有先进的算法。例如,基于海量的数据,通过算法分析、判断商品拣选区和存储区的布局,应该配备的商品以及配置的数量等;通过调度算法和定位算法为搬运机器人规划最优路径指导机器人高效地作业。此外,当成百上千台AGV智能搬运机器人同时作业时,如何依赖优化的算法避免拥堵和碰撞也是一大技术难点。

3、精准的自动识别技术

由于无人仓的一切作业都需要依赖数据,因此商品信息的快速、准确识别和读取至关重要,但这也最难实现,特别是在海量商品的运动过程中准确读取。例如,一瓶普通的矿泉水,它有大、中、小不同型号,不同型号的条形码可能相差甚微,当商品条码出现污损、褶皱、光线反射等情况时,读取难度进一步加大。这样的局面与传统人工作业的优势正好相反:对于人工作业而言,商品的识别非常容易,难点在于搬运;机器人很好地解决了搬运问题,却难以准确读取信息。或许,依据现有的技术也可以做到海量商品的准确识别,但是其成本自然不低。如何以最低的成本达到同样的效果,成为无人仓实现的瓶颈所在。

京东表示,对海量商品的精准识别需要通过深度学习的方式,不断地对系统进行锻炼、迭代和优化升级。换句话说,需要庞大的商品规模进行支持。而这一点,也正是为何只有亚马逊、京东、菜鸟这样拥有庞大业务规模的企业能够在无人仓布局中先人一步的重要原因。

4、标准化

事实上,除了以上三个无人仓面临的显著技术瓶颈外,要真正实现无人仓,还需要解决物料标准化问题。德马有关负责人表示,如今的商品包装千奇百怪,只有当所有进入无人仓的商品都是标准化的物件或包装时,无人仓才有可能实现并高效率地运行。

当然,与传统物流系统相比,尽管无人仓技术具备无可比拟的优势,但目前业内还并没有真正意义上的无人仓,短期内也较难实现。原因除了以上几方面突出的技术瓶颈之外,还在于无人仓建设高昂的成本。因为对于需求方而言,选择一套适合的自动化物流系统需要综合考虑并平衡效率、质量、成本三大方面。尽管无人仓技术在作业效率与质量方面独具优势,但从建设与运维成本来看,无人仓的高投入并不是一般企业能够负担得起的。​

无人仓应用前景​

尽管存在以上诸多瓶颈,但很多人相信无人仓将成为行业发展的必然趋势。

首先,中国的人力成本上升很快,机器人与人工成本的临界点将会出现,并且在不久的将来,很多简单重复性物流工作岗位(如重体力搬运环节)将面临无人可用的局面,用机器人代替人已经成为行业共识。其次,无人仓采用标准流程作业,在管理方面的难度相较于人员管理而言将大大降低。

电商行业作为对物流系统自动化程度要求最高的行业,已经率先进行了无人仓布局。一方面,像“双11”这样的大促日,海量订单给电商物流中心带来巨大压力,半自动化物流系统下的物流作业流程瓶颈凸显,系统线性产能变为非线性,既影响高峰时期作业效率,又增加了人工成本。2016年“双11”的物流作业效率大幅提升,再次刷新纪录的同时避免了大范围爆仓等问题,使得各电商企业及快递公司捷报频传,很大程度上是依赖于无人仓技术的不断发展。

另一方面,在仓储资源越来越紧张的情况下,订单大幅增长需要系统具有更大的商品存储容量和订单处理能力,而传统人工仓库或半自动化仓库难以满足。电商行业对完全自动化与智能化的仓储系统诉求越来越迫切。除了电商行业以外,随着无人仓技术的逐渐成熟和成本的降低,无人仓还将在制造业、医药等行业展开应用。

事实上,一直有声音质疑无人仓只是一个噱头而已,难以真正落地。因为高昂的成本摆在那里,目前无人仓的投入产出比并不高。同时,不可否认的是,机器人技术还不够成熟,特别是现有软件能力的不足,如算法等。因此,全流程自动化的无人仓还难以实现。

可期的是,随着京东、菜鸟的试水和陆续明确发布的无人仓计划,无人仓已不再是纸上谈兵的空想,而是逐渐走出实验室开始落地实施。记者了解到,菜鸟联合德马集团打造的机器人立体库——由机器人代替穿梭车从货架上拣货并放上传送带的方案已经正式投入使用;占地超过3万平方米的京东无人仓将于2017年正式投入运营。此外,苏宁也不断加速这方面的技术布局,并表示未来将大规模应用机器人,计划将日常运营作业能力的30%由智能机器人取代。

从几大电商的动作不难看出,无人仓技术将迎来快速发展。未来虽远,但终会来临!

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