無人倉需求在望技術(shù)有待突破

本刊記者 任 芳/文

無人倉需求在望技術(shù)有待突破

本刊記者 任 芳/文

可360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人

無人倉發(fā)展前景廣闊，但機(jī)器人技術(shù)、人工智能算法、海量商品的精準(zhǔn)識別成為實(shí)現(xiàn)無人倉的主要技術(shù)瓶頸。

無人倉在2016年備受矚目，很大一部分原因在于京東、阿里等電商巨頭將智慧物流作為重要發(fā)力點(diǎn)之一，在無人倉方面進(jìn)行布局并取得重大進(jìn)展。2016年10月26日，京東“無人倉”首度曝光，AGV搬運(yùn)機(jī)器人、shuttle貨架穿梭車、DELTA分揀機(jī)器人、六軸機(jī)器人等黑科技悉數(shù)亮相；“雙 11”期間，菜鳥網(wǎng)絡(luò)的“無人倉”神秘面紗也掀開一角，高度自動化的機(jī)器人立體庫走進(jìn)人們視野。無人倉作為自動化倉儲物流系統(tǒng)的發(fā)展方向和目標(biāo)，很長一段時間都停留在概念階段，如今隨著京東和菜鳥網(wǎng)絡(luò)的大力投入，無人倉技術(shù)取得重大突破，正式進(jìn)入落地實(shí)施階段。

究竟什么是無人倉？實(shí)現(xiàn)無人倉的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？難點(diǎn)又是什么？無人倉是否具備廣泛的應(yīng)用前景？這些問題都是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

菜鳥智能倉內(nèi)的機(jī)器人立體庫

無人倉發(fā)展背景

對于無人倉的概念，目前業(yè)內(nèi)并沒有統(tǒng)一的看法。單從字面意思理解，無人倉指的是貨物從入庫、上架、揀選、補(bǔ)貨，到包裝、檢驗(yàn)、出庫等物流作業(yè)流程全部實(shí)現(xiàn)無人化操作，是高度自動化、智能化的倉庫。

還有觀點(diǎn)認(rèn)為，基于高度自動化、信息化的物流系統(tǒng)，在倉庫內(nèi)即便有少量工人，實(shí)現(xiàn)人機(jī)高效協(xié)作，仍然可以視為無人倉。京東、菜鳥目前打造的無人倉便是如此。

甚至有部分人士認(rèn)為，在貨物搬運(yùn)、上架、揀選、出庫等主要環(huán)節(jié)逐步實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)，也是無人倉的一種表現(xiàn)形式。綜合以上觀點(diǎn)，無人倉的發(fā)展方向是明確的，即以自動化設(shè)備替代人工完成倉庫內(nèi)部作業(yè)。其實(shí)，并不是所有倉庫都要實(shí)現(xiàn)自動化，無人倉是有適用條件的。究竟為什么要發(fā)展無人倉？有哪些因素促進(jìn)無人倉落地？

首先從市場需求來看，一方面隨著以智能制造為代表的制造業(yè)物流升級發(fā)展，以及電商行業(yè)海量訂單處理對更高效率自動化系統(tǒng)的需求越來越大、要求越來越高，傳統(tǒng)的物流系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足；另一方面，隨著土地成本以及人工成本的不斷上漲，“機(jī)器換人”、“空間換地”成為趨勢，倉庫無人化成為必然趨勢。

其次從物流技術(shù)本身的發(fā)展來看，隨著倉儲系統(tǒng)自動化、信息化、智能化程度的不斷提高，不僅大幅降低了物流作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，甚至替代人工實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確、高效的作業(yè)，因此其作業(yè)效率、準(zhǔn)確性優(yōu)勢不斷凸顯。同時，以設(shè)備大量替代人工，使得物流作業(yè)成本大幅降低，并且隨著無人倉技術(shù)越來越成熟、應(yīng)用越來越廣泛，其成本也將得到有效降低，投資回報率不斷提高。

可以說，智能制造特別是電商企業(yè)的需求直接推動了無人倉技術(shù)的發(fā)展升級，無人倉是市場需求和物流技術(shù)發(fā)展雙重作用的結(jié)果，是供需雙方聯(lián)合創(chuàng)新的典范。

無人倉所需技術(shù)

事實(shí)上，目前無人倉里的大部分物流技術(shù)設(shè)備早就開始應(yīng)用，并非無人倉專屬或?yàn)槠鋵ｉT研發(fā)的，而是基于已有的物流設(shè)備、物流軟件及系統(tǒng)的功能增強(qiáng)、拓展或補(bǔ)充。無人倉所需技術(shù)主要包括以下幾方面。

1. 自動化立體庫（AS/RS系統(tǒng)）

一套集存儲和揀選功能于一體的自動化立體倉庫是無人倉的主要組成部分，實(shí)現(xiàn)自動存取和揀貨。目前，以Miniload、多層穿梭車技術(shù)為代表的“貨到人”（包括機(jī)器人）技術(shù)是最為高效、成熟的自動化倉儲解決方案。在京東展示的無人倉中，采用的是多層穿梭車自動化立體庫，其穿梭車速度達(dá)到6m/s，吞吐量高達(dá)1600箱/小時。多層穿梭車又分為單通道作業(yè)的單向穿梭車系統(tǒng)和可以多通道同時作業(yè)的四向穿梭車系統(tǒng)。由于可以跨通道作業(yè)，解決作業(yè)節(jié)奏不均衡等問題，四向穿梭車系統(tǒng)應(yīng)用越來越多。

2. 機(jī)器人

在無人倉中，各種類型、不同功能的機(jī)器人將取代人工成為主角，如AGV自動搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、揀選機(jī)器人、包裝機(jī)器人等。就連自動化立體倉庫中的穿梭車也可以看做搬運(yùn)機(jī)器人的一種。

這些機(jī)器人以最高的效率、晝夜不歇地在無人倉內(nèi)作業(yè)，完成貨物搬運(yùn)、揀選、包裝等作業(yè)。以近兩年備受關(guān)注的類Kiva機(jī)器人為例，因其自動化程度高、實(shí)施周期短、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)成為越來越多無人倉自動化倉儲解決方案的選擇；對于替代人工作業(yè)效果最為顯著的碼垛機(jī)器人，也得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3. 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)如同整個無人倉的血管，連通著機(jī)器人、自動化立體庫等物流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨物的高效自動搬運(yùn)。相比較自動化立體庫和機(jī)器人系統(tǒng)而言，輸送系統(tǒng)技術(shù)更趨成熟。只不過在無人倉里，輸送系統(tǒng)需要跟揀選機(jī)器人、碼垛機(jī)器人等進(jìn)行有效地配合，同時為了保證作業(yè)準(zhǔn)確性，輸送線也需要配備更多的自動檢測、識別、感知技術(shù)。例如，目前京東曝光的無人倉中，輸送線的末端、揀貨機(jī)器人的前端增加了視覺檢測工作站，通過信息的快速掃描和讀取，為揀貨機(jī)器人提供揀貨指令。

除此之外，還有輸送線兩側(cè)的開箱、打包機(jī)器人等，這些新增加的智能設(shè)備都需要與輸送系統(tǒng)進(jìn)行有效銜接和配合。

4. 人工智能算法與自動感知識別技術(shù)

即無人倉的大腦與神經(jīng)系統(tǒng)。前面多次強(qiáng)調(diào)機(jī)器人之間、機(jī)器人與整個物流系統(tǒng)之間、機(jī)器人與工人之間的緊密配合、協(xié)同作業(yè)，必須依靠功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)操縱與指揮。其中，數(shù)據(jù)感知技術(shù)和人工智能算法可謂重中之重。因?yàn)?，在無人倉模式下，數(shù)據(jù)將是所有動作產(chǎn)生的依據(jù)，數(shù)據(jù)感知技術(shù)如同為機(jī)器安裝了“眼睛”，通過將所有的商品、設(shè)備等信息進(jìn)行采集和識別，并迅速將這些信息轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，系統(tǒng)再通過人工智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等生成決策和指令，指導(dǎo)各種設(shè)備自動完成物流作業(yè)。其中，基于數(shù)據(jù)的人工智能算法需要在貨物的入庫、上架、揀選、補(bǔ)貨、出庫等各個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，同時還要隨著業(yè)務(wù)量及業(yè)務(wù)模式的變化不斷調(diào)整優(yōu)化作業(yè)。因此可以說算法是無人倉技術(shù)的核心與靈魂所在。

無人倉實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)

國內(nèi)最早公開無人倉細(xì)節(jié)的京東認(rèn)為，與傳統(tǒng)倉儲或者僅在單個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化的倉儲模式相比，無人倉最大的特點(diǎn)在于機(jī)器人融入生產(chǎn)，改變生產(chǎn)模式，以及人工智能算法指導(dǎo)生產(chǎn)。

機(jī)器人的融入，毫無疑問使得傳統(tǒng)倉儲物流作業(yè)方式發(fā)生了巨大的變革，而人工智能算法則無疑使得這種變革更加智能、精準(zhǔn)。但是，越有獨(dú)特過人之處，越是說明其實(shí)現(xiàn)難度非比尋常。正因?yàn)榇?，機(jī)器人技術(shù)、人工智能算法、海量商品的精準(zhǔn)識別成為實(shí)現(xiàn)無人倉的主要技術(shù)瓶頸。

1. 機(jī)器人技術(shù)

京東無人倉內(nèi)的自動化立體庫

無論搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人還是揀選機(jī)器人、包裝機(jī)器人，真正應(yīng)用于無人倉時對機(jī)器人技術(shù)的要求均高于普通倉庫。在完全無人化的環(huán)境下，不僅要求機(jī)器人完全代替人工進(jìn)行高效的作業(yè)，還要保證精度和準(zhǔn)確性，即作業(yè)質(zhì)量。相比較而言，無人倉對于揀選機(jī)器人的挑戰(zhàn)更大，既要保證讀取信息的及時準(zhǔn)確，又要適用于不同包裝、不同大小、不同材質(zhì)的海量商品，對機(jī)器人揀貨技術(shù)而言不得不說是個巨大的挑戰(zhàn)。在“CeMAT Asia 2016”展會現(xiàn)場，德馬泰克展示的機(jī)器人雖然可以準(zhǔn)確地識別商品進(jìn)行揀貨作業(yè)，但其針對的僅為硬表面包裝商品。京東無人倉內(nèi)的Delta揀貨機(jī)器人雖然裝載有針對不同規(guī)格商品的三個端拾器，但仍難以將所有商品類型囊括。單從這一點(diǎn)來看，要想以合適的成本解決機(jī)器人自動識別和準(zhǔn)確抓取的技術(shù)，使其在無人倉內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用，無疑還有一段路要走。

2. 人工智能算法

前文提到，無人倉的實(shí)現(xiàn)并不僅僅是各種自動化物流設(shè)備的應(yīng)用，更重要的是信息技術(shù)的應(yīng)用。尤其是人工智能算法，它貫穿于無人倉整個物流作業(yè)的始末，從商品如何布局、揀選區(qū)如何分布、機(jī)器人如何調(diào)度和定位都需要有先進(jìn)的算法。例如，基于海量的數(shù)據(jù)，通過算法分析、判斷商品揀選區(qū)和存儲區(qū)的布局，應(yīng)該配備的商品以及配置的數(shù)量等；通過調(diào)度算法和定位算法為搬運(yùn)機(jī)器人規(guī)劃最優(yōu)路徑指導(dǎo)機(jī)器人高效地作業(yè)。此外，當(dāng)成百上千臺AGV智能搬運(yùn)機(jī)器人同時作業(yè)時，如何依賴優(yōu)化的算法避免擁堵和碰撞也是一大技術(shù)難點(diǎn)。

3. 精準(zhǔn)的自動識別技術(shù)

由于無人倉的一切作業(yè)都需要依賴數(shù)據(jù)，因此商品信息的快速、準(zhǔn)確識別和讀取至關(guān)重要，但這也最難實(shí)現(xiàn)，特別是在海量商品的運(yùn)動過程中準(zhǔn)確讀取。例如，一瓶普通的礦泉水，它有大、中、小不同型號，不同型號的條形碼可能相差甚微，當(dāng)商品條碼出現(xiàn)污損、褶皺、光線反射等情況時，讀取難度進(jìn)一步加大。這樣的局面與傳統(tǒng)人工作業(yè)的優(yōu)勢正好相反：對于人工作業(yè)而言，商品的識別非常容易，難點(diǎn)在于搬運(yùn)；機(jī)器人很好地解決了搬運(yùn)問題，卻難以準(zhǔn)確讀取信息?；蛟S，依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)也可以做到海量商品的準(zhǔn)確識別，但是其成本自然不低。如何以最低的成本達(dá)到同樣的效果，成為無人倉實(shí)現(xiàn)的瓶頸所在。

京東表示，對海量商品的精準(zhǔn)識別需要通過深度學(xué)習(xí)的方式，不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行鍛煉、迭代和優(yōu)化升級。換句話說，需要龐大的商品規(guī)模進(jìn)行支持。而這一點(diǎn)，也正是為何只有亞馬遜、京東、菜鳥這樣擁有龐大業(yè)務(wù)規(guī)模的企業(yè)能夠在無人倉布局中先人一步的重要原因。

4. 標(biāo)準(zhǔn)化

事實(shí)上，除了以上三個無人倉面臨的顯著技術(shù)瓶頸外，要真正實(shí)現(xiàn)無人倉，還需要解決物料標(biāo)準(zhǔn)化問題。德馬有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，如今的商品包裝千奇百怪，只有當(dāng)所有進(jìn)入無人倉的商品都是標(biāo)準(zhǔn)化的物件或包裝時，無人倉才有可能實(shí)現(xiàn)并高效率地運(yùn)行。

當(dāng)然，與傳統(tǒng)物流系統(tǒng)相比，盡管無人倉技術(shù)具備無可比擬的優(yōu)勢，但目前業(yè)內(nèi)還并沒有真正意義上的無人倉，短期內(nèi)也較難實(shí)現(xiàn)。原因除了以上幾方面突出的技術(shù)瓶頸之外，還在于無人倉建設(shè)高昂的成本。因?yàn)閷τ谛枨蠓蕉?，選擇一套適合的自動化物流系統(tǒng)需要綜合考慮并平衡效率、質(zhì)量、成本三大方面。盡管無人倉技術(shù)在作業(yè)效率與質(zhì)量方面獨(dú)具優(yōu)勢，但從建設(shè)與運(yùn)維成本來看，無人倉的高投入并不是一般企業(yè)能夠負(fù)擔(dān)得起的。

無人倉應(yīng)用前景

盡管存在以上諸多瓶頸，但很多人相信無人倉將成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。首先，中國的人力成本上升很快，機(jī)器人與人工成本的臨界點(diǎn)將會出現(xiàn)，并且在不久的將來，很多簡單重復(fù)性物流工作崗位（如重體力搬運(yùn)環(huán)節(jié)）將面臨無人可用的局面，用機(jī)器人代替人已經(jīng)成為行業(yè)共識。其次，無人倉采用標(biāo)準(zhǔn)流程作業(yè)，在管理方面的難度相較于人員管理而言將大大降低。

電商行業(yè)作為對物流系統(tǒng)自動化程度要求最高的行業(yè)，已經(jīng)率先進(jìn)行了無人倉布局。一方面，像“雙11”這樣的大促日，海量訂單給電商物流中心帶來巨大壓力，半自動化物流系統(tǒng)下的物流作業(yè)流程瓶頸凸顯，系統(tǒng)線性產(chǎn)能變?yōu)榉蔷€性，既影響高峰時期作業(yè)效率，又增加了人工成本。2016年“雙11”的物流作業(yè)效率大幅提升，再次刷新紀(jì)錄的同時避免了大范圍爆倉等問題，使得各電商企業(yè)及快遞公司捷報頻傳，很大程度上是依賴于無人倉技術(shù)的不斷發(fā)展。

另一方面，在倉儲資源越來越緊張的情況下，訂單大幅增長需要系統(tǒng)具有更大的商品存儲容量和訂單處理能力，而傳統(tǒng)人工倉庫或半自動化倉庫難以滿足。電商行業(yè)對完全自動化與智能化的倉儲系統(tǒng)訴求越來越迫切。除了電商行業(yè)以外，隨著無人倉技術(shù)的逐漸成熟和成本的降低，無人倉還將在制造業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)展開應(yīng)用。

事實(shí)上，一直有聲音質(zhì)疑無人倉只是一個噱頭而已，難以真正落地。因?yàn)楦甙旱某杀緮[在那里，目前無人倉的投入產(chǎn)出比并不高。同時，不可否認(rèn)的是，機(jī)器人技術(shù)還不夠成熟，特別是現(xiàn)有軟件能力的不足，如算法等。因此，全流程自動化的無人倉還難以實(shí)現(xiàn)。

可期的是，隨著京東、菜鳥的試水和陸續(xù)明確發(fā)布的無人倉計(jì)劃，無人倉已不再是紙上談兵的空想，而是逐漸走出實(shí)驗(yàn)室開始落地實(shí)施。記者了解到，菜鳥聯(lián)合德馬集團(tuán)打造的機(jī)器人立體庫——由機(jī)器人代替穿梭車從貨架上揀貨并放上傳送帶的方案已經(jīng)正式投入使用；占地超過3萬平方米的京東無人倉將于2017年正式投入運(yùn)營。此外，蘇寧也不斷加速這方面的技術(shù)布局，并表示未來將大規(guī)模應(yīng)用機(jī)器人，計(jì)劃將日常運(yùn)營作業(yè)能力的30%由智能機(jī)器人取代。

從幾大電商的動作不難看出，無人倉技術(shù)將迎來快速發(fā)展。未來雖遠(yuǎn)，但終會來臨！