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從物流機器人系統看智能倉庫升級發展

2025China.cn   2022年06月14日

  摘要:物流機器人基于成本較低、易于部署且極具柔性等特點,成為近幾年物流裝備領域發展最為快速的技術之一。物流機器人系統的應用加速了倉庫智能化程度的升級,讓倉庫從傳統走向智能。本文梳理了智能倉庫的市場需求及關鍵技術,并通過具體案例分享了其帶來的價值,最終對其發展趨勢進行了展望。

一、 智能倉庫升級發展

  在制造業智能制造步伐加快,流通業零售模式變革等諸多因素影響下,倉庫的物流作業難度和復雜度都在不斷增加,繼而對智能倉庫提出了更大的需求。智能倉庫近幾年在技術上迎來蓬勃發展,筆者認為主要有以下幾大原因:

  第一,市場需求越來越大。傳統的物流自動化設備更多側重于儲存,因為傳統倉庫的物流需求多為整進整出。但是隨著電商的發展和新零售的興起,倉庫對整進散出的需求越來越大,原有的自動化設備不能夠完全滿足不斷變化的需求,并且大都只能實現“人到貨”作業。

  第二,對系統的柔性化需求更強。傳統倉庫(特別是電商倉庫)有一個很典型的特點:“雙11”、“雙12”等類似大促活動較多,在大促期間,訂單作業量的波峰波谷波動明顯,在生產中,我們也稱之為系統的Capacity Fluctuation(產能波動)非常高,顯然傳統自動化設備的產能難以適應這種巨大的業務波動。如果倉庫按照波峰時期的需求設計系統產能,那么平日就會有至少一半的產能閑置;如果以平時的業務量設計系統產能,則無法應對業務量的迅速增長。因此柔性化是智能倉庫升級的迫切需要和主要方向之一。

  第三,要求更低的系統成本。盡管諸如多層穿梭車系統(Multishuttle)等傳統自動化系統能夠滿足整進散出的作業需求,同時能夠實現“貨到人”作業,但是相對來說,這類系統投資成本巨大。

  除此之外,企業業務量的巨大波動以及業務類型的不斷調整,對項目的實施周期也提出了更高的要求,需要系統快速部署、實施和交付。

  而近幾年備受關注的物流機器人系統則能夠滿足以上市場的新需求,不僅具備高度柔性化,而且系統魯棒性很強,還能夠以相對低廉的成本實現智能倉儲等功能。綜合這些因素我們認為,如果說傳統的自動化系統所構建的是智能倉庫1.0時代。那么物流機器人加上后臺強大的R-WMS系統則帶領行業進入了智能倉庫2.0時代。

二、機器人智能倉庫的關鍵技術及規劃

  1.設計要點

  硬件本體主要包括各種類型的物流機器人,如潛伏式移動機器人、搬運機器人、料箱式機器人、分揀機器人、智能無人叉車等等。通常來說,硬件技術需要關注以下三方面內容。

  第一,硬件安全。不論倉儲企業還是制造業企業,硬件的核心要求是安全,不單單是硬件對人的安全,也包括硬件對周邊環境、倉庫以及其自身的安全。因此,通常物流機器人需要擁有CE、ETL、KC等世界主流的硬件產品認證。此外,其所使用的材質(包括材質的阻燃性等)、機器人電池、電池管理系統等都需要擁有單獨的相關認證。

  第二,硬件要有其創新性與引領性,在性能領先的前提下,還必須保證硬件模組設計支持產品簡單易用。不同于制造業通常有自己的設備維護人員,具有一定的設備維保能力;倉庫中具備設備維保能力的人并不多,因此硬件模組設計是否簡單易,是否易于維保甚至免維保,對于倉儲領域的客戶更加重要。

  第三,硬件成本,這始終是行業關注的焦點。

  2. 軟件系統

  通常包括機器人硬件的驅動系統以及管理系統,我們稱之為叫RMS,即Robot Management System(機器人管理系統),通過該系統實現機器人的統一管理及調度。此外,還需要與機器人倉庫相匹配的倉儲管理系統。

  值得一提的是,由于傳統倉庫中,貨架是固定的;但是機器人倉庫中,貨架和貨位都可以移動,對于WMS軟件訂單優化、算法優化而言提供了巨大的改善空間。因此,機器人倉庫的WMS系統功能需求更加強大,結合不同的存儲方式、訂單結構、訂單執行策略、當前人員狀態和訂單組合方式等實現多重維度的優化組合及執行。

  軟件系統的關鍵技術在于其算法能力及功能模塊的多樣化,系統需要熟悉倉儲的需求,要在不同的需求情況下通過不同的算法調用不同的模塊,通過不同模塊參數的調整匹配以及簡易的二次開發實現能夠滿足客戶需要的功能。

  我們認為在智能倉庫中,軟件管理系統還需要具備一定的自決策性和自我優化能力。我們常說“機器替代人”,其實機器人系統不僅僅是代替一線產業工人,它也需要能夠去幫到生產主管、一線班組長等做出決策,降低其對過往經驗的依賴度,避免因為各種干擾、失察而導致的失誤及差錯的發生。

  3. 方案設計能力

  方案設計能力是所有倉庫項目都需要具備的,對于智能倉庫而言更加重要。需要升級改造的倉庫原有系統是怎樣的?原有流程有哪些問題?上線自動化、智能化的系統以后是否需要重新梳理和優化流程?我們上線的目標是什么…這些都是需要重點考慮的問題。

  我們堅持“自動化及智能化”僅是實現客戶價值的手段,而非目的。 在倉儲方案規劃設計方面,我們遵照OSKKK五步法則,五步整體循序漸進,步步為營。

  對于智能化倉儲項目而言,并非僅僅改變客戶倉儲及揀選環節的運營模式,也需要對業務模式、操作習慣、管理方式的整體改善。因此,對于倉儲方案規劃設計而言,不僅需要考量基于項目范圍內運營參數的宏觀分析,更需要結合客戶作業全流程的整體分析與局部微觀觀察,最終梳理出運營及管理的關鍵節點。在描述客戶現狀的基礎上,優先標準化現有的倉儲操作流程,形成完整的價值流圖譜,為后續的優化指明方向與著重區域。

  改善項目的設備選型及布局設計,應當服從于流程改善的需求。在倉儲方案規劃設計的過程中,經過前期對客戶現有流程的標準化全面梳理,此時的重點是針對客戶的流程痛點,展開新流程的方案設計。綜合考量產能、庫容及人員安排、績效管理等,做細節的設備選型及布局設計。例如:針對客戶存儲商品的產品特點,有針對性的設計貨架結構;基于客戶的訂單及揀選流程,客制化設計揀貨工作站及分撥墻布局;針對客戶的流程需求,選擇其他輔助或協作設備等。

  此外,我們也需要充分考慮人工系統和機器人系統的優勢與不足,如,人的優勢體現在具有高度主觀能動性,但當其負責的作業區域較大時,行走會浪費大部分時間,作業效率會急劇下降,同時當訂單較為復雜時,差錯率也會升高;而機器人系統(如類Kiva倉)中,機器人替代了人的行走,作業人員在工位上即可完成揀選等作業,同時機器人系統會配合電子標簽等自動化輔助設備,作業差錯率得到有效降低。

  因此,通過以上步驟,我們可以優化并重塑出新的操作流程,并在此基礎上匹配對應的軟件功能,通過軟硬件產品的配合使用,驅動倉儲流程的整體優化。協助客戶管理方式的升級,從而保證最終項目目標達成,實現項目順利交付。

三、如何做好智能倉庫升級

  以牧星智能為國內某著名電商平臺提供的解決方案為例,在該項目中,我們在方案設計時充分考慮到客戶對上線周期、效率以及柔性等方面的要求引入最適合的硬件及系統。同時如前所述,為了讓人工系統和機器人系統充分發揮各自的優勢,我們設置有微量的人工倉與巨大的機器人倉,將人的柔性和機器人系統的準確性有機結合,合二為一,完美實現1+1>2的效果。

  具體來說,機器人倉負責全品類作業,布局有200+臺物流機器人(AGV),人工倉只做整個倉庫的爆品(top1000~1500的SKU)訂單揀選。系統優先將爆品訂單落在人工倉,由于這類訂單結構簡單,揀選面較小,補貨也方便,人工揀選效率相較于全品類揀選大幅度提升;多SKU的復雜訂單則自動落到機器人倉,由機器人系統來保證它的揀選效率及揀選的準確性。

  從項目的實施效果來看,我們認為基于物流機器人系統的智能倉庫2.0在以下兩方面有顯著成效。

  一是在短時間內完成系統上線,幫助客戶業務平穩過渡。牧星智能于2021年9月中旬首次與客戶接觸,各用時一周完成方案制定、現場施工及系統部署工作,10月5日系統便正式投入使用,從11月1日起按照“雙11”業務需求滿負荷運行,“雙11”結束后,整個項目團隊便全部撤場,整套系統完全交付客戶自我管理運行,并在“雙十二”再創發貨量新高。如此快速的項目交付,依靠的就是豐富的倉儲項目方案設計經驗、強大的軟硬件技術儲備和系統多模塊快速配置能力,整個項目在60天內實現完美交付,其中系統上線時間僅一個月左右。

  二是能夠在比較經濟合理的投資情況下,幫助客戶應對靈活的產能需求。在不是為了自動化而自動化的理念下,該項目通過發揮人工系統和機器人系統各自所長,一方面滿足了覆蓋倉庫大幅度產能波動的需求;另一方面還實現了最優的經濟收益。系統根據訂單量的高低,系統自動、靈活地在人工倉和機器人倉之間進行訂單量調節,如在業務繁忙時,通過調整人工倉SKU種類從top1500擴展到top1800,自動的實現訂單劃撥,非常柔性地應對產能波動需求。

四、智能倉庫未來發展展望

  隨著物流機器人技術的發展,已不單單只是可以搬運貨物了,我更愿意說這已經成為一個“移動底盤”,它的應用領域也正在進一步快速擴展中。首先,其導航技術已不再局限于磁條、二維碼、激光、視覺等,而是以一種多模態的方式進行導航,它能夠應用在更多的場景,其運行路線也可以更加復雜,環境適應性大大提高。第二,作為一個移動底盤,就意味著可以在底盤上加載各種各樣的設備,如輥筒、皮帶、協作機械臂以及特殊的工裝設備等。因此,在某些程度上,物流機器人正變成一個“人”,他有手有腳有大腦,通過與人配合,在物流領域和制造業領域正迎來越來越廣泛的應用。

  隨著物流機器人技術的發展和應用的拓展,未來的智能倉庫到底會變成什么樣子呢?

  首先,在目前的智能倉庫2.0階段,我們看到的是由各種各樣類型的物流機器人和一些傳統的自動化設備組成的系統,但是它們彼此之間的交互協作、信息溝通交流并不是特別充分,特別是上層統一的管理系統還不是特別的完善。換句話說,目前倉庫內的自動化系統間還是一座座信息孤島。那么接下來智能倉庫的進一步發展升級,就是要打破所有的信息孤島、系統孤島,實現系統間的合作。而且這種合作也不僅僅是簡單的把兩個系統連接在一起,而是讓它們有所交疊,設備和設備之間有深度的交互協作,發揮各自優勢最終實現1+1>2的功能。

  其次,智能倉庫的升級發展需要將目光從單個倉庫提升到整個供應鏈層面,將倉庫的建設放到供應鏈中去考慮。從供應鏈角度來看,現在有B2C、C2C等模式,將來可能更多的是F2C模式,該模式下倉庫如何跟工廠進行關聯互動,C端與F端之間需要經過幾個倉庫,是中央倉、區域倉還是前置倉?在進行物流系統規劃和自動化設備配置時,都需要綜合全局來考慮,實現多倉庫的協同、多系統的合作。

  因此在我看來,智能倉對內它是多系統、多設備間的高度融合,是系統的自決策、自優化能力的高度提升;對外是多倉庫之間的協同配合和策略自適應、自調整能力的提升,最終實現真正的節能降本增效,在多維度結合的概念下升級發展。

(文章來源:牧星智能)

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