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智能物流:机器人、无人机和智能系统成标配

发布时间:2017-10-07 作者:佚名  来源:机器视觉
关键字:智能物流 无人机 
全球范围技术进步将开启智能物流新时代:智能物流是利用集成智能化技术、智能设备等使物流系统能模仿人的智能,具有思维,感知,学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。
    核心观点:
 
    全球范围技术进步将开启智能物流新时代:智能物流是利用集成智能化技术、智能设备等使物流系统能模仿人的智能,具有思维,感知,学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。在世界范围内,随着物联网、机器视觉、仓储机器人、无人机等新技术的应用,物流自动化技术正在以较快的速度发生变革。我们认为,物流领域是自动化技术发展最活跃、进步最迅速的板块之一,并且海外先进技术正在向国内外溢,进一步刺激国内物流自动化率快速提升。近年来,物流自动化主要技术创新包括三大方向:KIVA式“货到人”拣选,高效分拣抓取和无人货物配送;
 
    “货找人”订单拣选:实现对传统仓储作业的颠覆:电商快递业的迅速发展将带动“货到人”智能设备的需求。我们认为如何实现订单的高效精准拣选和快速响应,是电商仓储物流发展所面临的关键问题。近两年来以亚马逊为主的主流电商快递龙头企业纷纷加大对仓储自动化技术的投入,不断加大创新,如亚马逊推出的KIVA机器人,实现货找人的订单拣选,国内外一些企业纷纷在KIVA的基础上陆续推出“货找人”订单拣选系统,如海康威视最近推出的阡陌系统,以达到成本的节约和效益的提升;
 
    分拣抓取机器人:实现无人仓储的重要一步:机器人拣选作业是由机器人来进行品种拣选,如果品种多,形状各异,机器人需要带有图象识别系统和多功能机械手,机器人每到一种物品托盘就可根据图象识别系统“看到”的物品形状,采用与之相应的机械手抓取,然后放到搭配托盘上。分拣抓取机器人要进入市场仍需一段时间,一旦这些智能化的分拣机器人应用于电子商务、工厂、物流等行业,将极大地提高仓储管理的工作效率,压缩人工成本;
 
    货物配送:无人机及机器人都将成为可能:无人机送货可以实现同城物流的加急业务和偏远地区快递业务,进一步开辟物流行业的细分市场,使物流网点、终端之间的流转获得更高效率,提升企业在配送领域的竞争能力。另一方面,庞大的快递队伍以及用工难已经成为众多快递企业发展的一大障碍。而无人机送货,在运营成本大幅降低后,可以实现大量人力的节约。近两年来,亚马逊、顺丰、京东、淘宝等主流电商快递企业纷纷开始进行无人机配送的实地测试。机器人送货,2015年11月,Skype旗下的Starship公司推出了一种专门用来小件货物配送的“盒子机器人”。“机器人盒子”配置了一系列摄像头和传感器,99%都是的自动操作,能够安全行走在人行道上,会在指定时间从物流中心出发,穿越大街小巷,来到顾客家门口完成快递任务。经过3000小时的测试之后,2016年3月,该种机器人将首先在纽约实现交付使用,计划在2017年启动全面商业运作。
 
    一、新技术新应用 - 开启智能物流新时代 
 
    从全球来看,自动化物流系统的产生和发展是社会生产和科研技术发展的结果,并伴随着劳动力成本、土地成本的增加等而得到迅速发展。与传统物流系统相比,新技术新应用大大提升企业经营效益与效率,形成对传统生产作业模式的一种颠覆:
 
    1)提高生产与配送的效率和准确性。自动化物流系统采用先进的信息管理系统、自动化物料存储、分拣和搬运设备等,使货物在仓库内按需要自动存取与分拣。
 
    2)实现企业信息一体化。物流信息化是企业信息化重要组成部分,物流信息管理系统通过与企业其他管理系统无缝对接,实现信息在企业的各个系统之间自动传递与接收,使企业实现信息一体化,避免物流系统成为“信息孤岛”,对供产销全过程进行计划、控制和物料跟踪。
 
    3)提高空间利用率,降低土地成本;减少人工需求,降低人工成本。
 
    4)提高物流管理水平。自动化物流系统可以对库存的入库、出库、移库、盘点等操作进行全面的控制和管理,不但反映了物品进销存的全过程,而且可对物品进行实时分析与控制,为企业管理者作出正确决策提供依据,平衡企业生产、储存、销售各个环节。
 
    未来新技术新应用的普及将带动物流从自动化走向智能化。智能物流是利用集成智能化技术、智能设备等使物流系统能模仿人的智能,具有思维,感知,学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。智能物流的未来发展将会体现出四个特点:智能化,一体化和层次化,柔性化与社会化。
 
    随着中国物流应用市场的不断拓展,包含物流机器人在内的细分市场得到更大的关注。搬运、码垛、分拣、AGV等均属于物流机器人行业,它们已经在为工厂的自动化物流仓储改造贡献力量。而在世界范围内,随着物联网、机器视觉、仓储机器人、无人机等新技术的应用,物流自动化技术正在以较快的速度发生变革。
 
    目前来看自动化领域巨头们纷纷加大在物流自动化的创新,为新的制造和物流应用场景提供解决方案,加入人工智能、数据分析等新的技术提升,主要出现三类创新方向:
 
    1)“货找人”订单拣选:随着物流业的发展,物件的位置、摆放方向、种类、形状和大小也越来越多样,通过采用视觉识别技术给机器人 “装上眼睛”,实现货架找人的订单拣选,如亚马逊的KIVA机器人。
 
    2)分拣抓取机器人。机器人依据订单完成物品的拣选,这一方向对机器人视觉识别技术要求非常高,目前这一方向也面临着一些挑战和机遇,主要体现为是否能为客户提供达标的识别准确度和精度以及满意的性价比。
 
    3)无人送货系统,主要分为无人机和机器人系统,解决物流最后一公里问题。目前亚马逊、谷歌、京东等纷纷加大在一方向的投入。
 
    二、“货找人”订单拣选:对传统仓储作业的颠覆
 
    电商快递业的迅速发展将带动“货到人”智能设备的需求:首先,电商配送中心的业务特点为以分拣为主、以存储为辅,难点在于大规模的高效精准拆零拣选。其次,电商配送中心目前主要采用“人到货”分区组合拣选的方式,即作业人员穿越仓库访问某个区域的相关货位进行货物拣选和合单。这种作业方式占地面积大、拣选效率低、人员数量多。
 
    部分电商配送中心也采用了半自动化系统,借助电子标签、PDA、输送设备等辅助拣选,使用自动分拣机分拨。半自动化物流设备的使用有助于提高订单分拣的效率和准确性,但随着人工成本的不断上升和仓库租金的持续增长,配送中心运营成本高的问题并没有从根本上得到解决。
 
    针对以上问题,业内也有其他尝试。例如,集中式自动化物流系统,采用堆垛机及输送设备实现货物的集中连续处理,这一模式对单一设备的依赖性比较大,适用于以仓储为主、分拣为辅的仓库。我们认为如何实现订单的高效精准拣选和快速响应,是电商仓储物流发展所面临的关键问题。
 
    近两年来以亚马逊为主的主流电商快递龙头企业纷纷加大对仓储自动化技术的投入,不断加大创新,如亚马逊推出的KIVA机器人,实现“货找人”的订单拣选,是对传统仓储“人找货”拣选方式的颠覆,国内外一些企业纷纷在KIVA的基础上陆续推出“货找人”订单拣选系统,如海康威视最近推出的阡陌系统,以达到成本的节约和效益的提升。
 
    2.1亚马逊KIVA机器人:实现“货找人”的订单拣选
 
    2.1.1 收购Kiva Systems,提升仓储配送中心自动化率
 
    2012年,亚马逊以7.75亿美元收购了自动化物流提供商Kiva的机器人仓储业务。Kiva Systems公司整合硬件及软件,使整个取货,包装,运输产品的过程更加流畅,公司利用自制移动机器人及精密的控制软件,为零售商提供一套完整系统。
 
    Kiva systems成立于2003年1月, 首席执行官Mick Mountz 曾先后在CIM系统公司、苹果电脑公司、Webvan公司工作。虽然Webvan公司由于物流自动化搬运系统使用的复杂性及订单执行系统的高成本性而最终破产,但正是因为在Webvan公司工作,Mick获得了物料处理和分配的宝贵经验,从而创立了Kiva Systems公司。
 
    公司成立之初,Kiva Systems就致力于打造一个“货到人”系统来优化拣选、包装、配送等流程,并且它能够根据指令在任何时间内提供任何物品给任何操作人员。在两位自动化领域专家的协助下,公司正式成立并在20个月内提出了第一套原型方案。公司瞄准千亿美元的电商市场,在网络零售市场快速增长的带动下,到2009年,在美国成长最快的公司排名中公司位居第六名,并且公司的高增速仍在持续。
 
    目前亚马逊第八代配货中心:1.5万台Kiva机器人成主角。2012年,亚马逊以7.75亿美元收购了自动化物流提供商Kiva的机器人仓储业务,这家初创企业专注于如何利用机器人在仓库里完成网上巨量订单的分配工作。通过使用KIVA机器人,亚马逊改变了货物配货和包装的方式,从原来的“人到货物”变成“货物到人”,试图提高仓库运行速度。亚马逊目前有1.5万台Kiva机器人被部署在全美的10家配货仓库,负责管理、分配数量庞大的库存产品,成为亚马逊仓库中最忙的“员工”。
 
Kiva系统实现“货到人”拣选,大幅提升仓储效率
 
    2.1.2  Kiva系统实现“货到人”拣选,大幅提升仓储效率
 
    KIVA机器人实现“货找人、货架到人”的机器人拣选:Kiva仓管机器人呈方形,顶部中间有一个可以升降的圆盘,可抬起重达750磅(340千克)的货物。Kiva机器人的“眼睛”位于顶部中央位置,它可以识别出货架,之后与“眼睛”平齐的黑色平面将会上升,将货架举起来并交付给工作人员。Kiva仓管机器人能根据订单找到合适的产品,将货物所在的货架从巨大的仓库存储区搬运至员工处理区,大大提高处理效率。之后分检人员能够从Kiva搬运过来的货架中挑选客户订单要求的货物,进行处理分发。
 
    货架到人的核心思路就是把专门的初道拣选搬运人员取消,直接把货架搬到复核包装人员的边上,由复核打包人员完成拣选,二次分拣,打包复核三项工作,把人员压到最低,同时也取消了原来传输线完成的位移动作。
 
    从亚马逊第八代物流中心作业流程看Kiva作业模式:
 
    1) 收货
 
    根据批量拣选(Batch Picking)和拆零拣(Split Picking)选需要来选择不同收货入库方式。一般收货作业位有三层输送线,中间层辊道输送线连接门口送货卡车的卸货输送机,将采购的商品纸箱输送到作业工位,作业人员从辊道机上拿取整箱货品,拆除货品外包装纸箱,对每件货品贴条码扫描后将货品信息录入系统,所有货品放到边侧的手推车和料箱中,手推车由人工送至Kiva机器人入库装载区,料箱推入底层辊道机,通过输送机送到阁楼存储区,拆箱后的废纸箱扔到上层皮带机上回收。
 
    2) 上架
 
    在商品入库装载区一台Kiva机器人载着存储料架刚驶入站台,站台自动读取料架上的条码,存储区作业人员捡取从收货端过来手推车上的各种货物,扫描后随机放入料架的储位格子上,再扫描对应料架格子上的二维码,货物存储信息即存入计算机系统,料架格子中的商品各不相同,只要有空间同一格子也可以放不同的商品,这就是亚马逊随机存储(Random Storage)货物管理系统的能力。Kiva机器人将装满货物的货料架送入储存区存放,机器人可以从料架底部穿行,不需要很大的通道,因此这些料架可以密集存放,大幅减少库存面积。
 
    每个料架有各种大小的分区和分层,分区(同层)用数字1、2、3...表示,分层用一个字母(从下到上)A、B、C...表示,如格子代码1A加一个二维码表示料架的一个存储位pod,一个pod可以存放不同的SKU,从料架四周都可以存放商品入pod或取出商品。料架底部四周横档上各有一个条形码,到站台时自动读取。
 
    3) 拣货
 
    与传统配送中心将货物存放在静态货架、旋转货架或者自动化立体仓库中不同,Kiva 系统将货物存放在可移动的货架中;订单容器也放置在可移动货架中,每个订单容器对应一个订单的拣选。Kiva 系统是一种货至人的拣选系统,作业人员边侧是Kiva机器人载货料架到达拣选站,正面是双层输送机线,上层积放式输送线供应空料箱,下层输送线输送拣货后的订单箱。
 
    之前人到货架区的拣货方式每天要行走20公里左右的路程,现在货到人的方式,作业人员只需在拣选区几平米的区域作业活动,而且作业区域敷设防疲劳脚垫,可移动爬梯用于拣选料架上层的商品。在每个拣选站台处通常有5-10 个货架成U 型排队等待拣选,保证拣选工作人员始终处于拣选的状态。所有的货品在Kiva 系统中都是可移动的,都能在任何时间到达工人处来完成订单的拣选。
 
    Kiva 系统采用一种交叉拣货的方式进行拣选作业。所谓交叉拣选,是指一个拣选工作站可以从多个存货货架拣货,一个存货货架可以向多个工作站台供货。Kiva 系统采用按单拣选方式进行,实现对订单的实时响应,缩短订单处理周期。
 
    Kiva机器人载着料架进入站台时,显示屏即自动显示要拣选商品的信息,显示屏左边显示需拣选商品在料架上的货位格子代码如1A,中间图片显示商品照片,右上角大号数字显示需拣选的数量,让作业人员轻松准确地拣货。
 
    阁楼三层拣选商品后的料箱向二层输送,和二层拣选后的料箱进入汇流输送机,并排的积放辊道机将料箱汇总到一条主线上,准备进入滑块分拣线。滑块分拣机将拣选商品的料箱分拣进入各包装区
 
    4) 包装
 
    包装区作业区上层辊子输送机将拣选好商品的料箱送到各包装工位,作业人员将料箱从辊道机上拖入到工作台,逐一扫描料箱中的货物,确认订单信息后系统会提示包装盒的尺寸和打印商品条码标签,将多件商品包装在纸盒中,贴好标签后将包装箱放入下层皮带输送机,此处包装线全部处理一个订单一个包装件. 包装箱在输送线上贴标签、扫描和分流。
 
    5)出货作业。从各包装线送过来的大量包装箱汇总到皮带机主线,经特殊的倾斜辊道靠边机、滑道和返回皮带机处理,将包装箱有序排队(Singulator),最终进入左侧的滑块分拣机分拣,每个分拣道口与螺旋滑道连接。
 

Kiva系统实现“货到人”拣选,大幅提升仓储效率
 

    KIVA机器人能够带来成本的大幅降低和效益的提升:KIVA机器人作业颠覆传统电商物流中心作业“人找货、人找货位”模式,通过作业计划调动机器人,实现“货找人、货位找人”的模式,整个物流中心库区无人化,各个库位在Kiva机器人驱动下自动排序到作业岗位。
 

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