大數(shù)據(jù)技術(shù)在京東倉儲(chǔ)中的應(yīng)用與實(shí)踐
——“大數(shù)據(jù)與智慧物流”連載之五

王天文/文

大數(shù)據(jù)技術(shù)在京東倉儲(chǔ)中的應(yīng)用與實(shí)踐
——“大數(shù)據(jù)與智慧物流”連載之五

王天文/文

在未來倉庫中，人工智能與設(shè)備的結(jié)合將會(huì)取代大部分物流作業(yè)，機(jī)器的智能會(huì)超越人的智能，做出比人更“聰明”的決策，追求倉庫效率與成本的最優(yōu)化。而對(duì)于擁有海量包裹物流需求的未來，機(jī)器與智能在物流領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐將會(huì)越來越廣泛。

隨著電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，物流需求日益膨脹，同時(shí)人力成本日益攀升，物流從業(yè)人員數(shù)量供給不足，從而導(dǎo)致倉配產(chǎn)能漸趨不足。據(jù)預(yù)測，到2020年，中國的包裹量將達(dá)到日均1.45億個(gè)，這已不是單純擴(kuò)張人數(shù)和倉庫面積就可以解決的問題。通過技術(shù)手段支持產(chǎn)能并降本增效迫在眉睫。

京東推出“無人倉”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化時(shí)代到智能化時(shí)代的大躍遷，其智能化體現(xiàn)在，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人將不再只是執(zhí)行手臂，還將被賦予大腦智慧，使其具備自主判斷和行為能力，從而完成復(fù)雜多變的倉儲(chǔ)任務(wù)，為客戶更快更好地提供物流服務(wù)。下面京東倉庫搬運(yùn)機(jī)器人——天狼系統(tǒng)的幾方面“智慧”所在。

智能商品布局

《孫子兵法·勢篇》中寫道：“強(qiáng)弱，形也?！?，這里的“強(qiáng)”字是一個(gè)動(dòng)詞，是“使其強(qiáng)大”的意思。我的理解是：要讓有限軍隊(duì)變得堅(jiān)不可摧，需要精心布置陣形、精心布局、精心安排兵力。運(yùn)用在倉儲(chǔ)物流管理的生產(chǎn)中，要想用有限庫容和產(chǎn)能等資源達(dá)到高出庫效率，需要精心安排商品庫存分布和產(chǎn)能調(diào)配；因此，庫存分布將變得尤為重要，我們在京東天狼系統(tǒng)中分別從如下幾個(gè)方面，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，對(duì)倉庫的庫存分布進(jìn)行“精心安排”。

1.熱銷度

應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，預(yù)測商品近期熱銷程度。對(duì)于熱銷商品（出庫頻次高的商品），存儲(chǔ)于距離出庫工作臺(tái)近的位置，降低出庫搬運(yùn)總成本，同時(shí)提升出庫效率。

圖1 ：AGV

圖2 ：貨到人

圖3 ：熱銷度

圖4 ：相關(guān)度

2.相關(guān)度

目前不同商品之間在庫內(nèi)的存儲(chǔ)區(qū)域分布是相關(guān)獨(dú)立的，是互不影響的。然而，針對(duì)海量歷史訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，我們得出結(jié)論——兩商品同步下單的幾率存在一定的耦合性。根據(jù)這種商品相關(guān)度的分析，設(shè)計(jì)商品之間的存儲(chǔ)規(guī)律，令相關(guān)度高的商品存儲(chǔ)于相同貨架，達(dá)到優(yōu)化揀貨路徑，減少機(jī)器人貨架搬運(yùn)次數(shù)，從而節(jié)省倉儲(chǔ)設(shè)備資源，提高機(jī)器人人效。京東通過應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和遺傳算法等優(yōu)化算法，計(jì)算得出最優(yōu)商品組合，即哪些商品存儲(chǔ)在一起，能使得倉內(nèi)貨架整體內(nèi)聚度（貨架上商品之間相關(guān)度）最高。

3.分散存儲(chǔ)

應(yīng)用運(yùn)籌優(yōu)化等技術(shù)，追求全倉庫存分散程度最大化，將相同或相似商品，在庫區(qū)一定程度的分散存儲(chǔ)，從而避免由于某區(qū)域暫時(shí)擁堵影響包含該商品訂單出庫，這樣可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度生產(chǎn)，實(shí)時(shí)均衡各區(qū)生產(chǎn)熱度；同時(shí)，庫區(qū)生產(chǎn)還可以支持并行生產(chǎn)，可無限平行擴(kuò)展。

將以上原則制定為最優(yōu)庫存存儲(chǔ)規(guī)則，一旦由于因素變化（比如熱銷度變化、相關(guān)度變化）或貨架上商品庫存變化等，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整庫存分布圖，并對(duì)出庫、入庫、在庫作業(yè)產(chǎn)生相應(yīng)的最優(yōu)決策指導(dǎo)。小車將自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)搬運(yùn)指令，將對(duì)的貨架（庫存）送至對(duì)的位置，完成庫存分布的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

圖5 ：分散存儲(chǔ)

圖6 ：倉庫動(dòng)態(tài)分區(qū)

圖7 ：倉庫動(dòng)態(tài)分區(qū)

圖8 ：資源匹配

圖9 ：搬運(yùn)小車路徑規(guī)劃

倉庫動(dòng)態(tài)分區(qū)

當(dāng)訂單下傳到庫房后，如果沒有一個(gè)合理的訂單分區(qū)調(diào)度，可能會(huì)帶來不同區(qū)域訂單熱度不均問題，這個(gè)問題會(huì)導(dǎo)致以下兩個(gè)現(xiàn)象：

現(xiàn)象1：各區(qū)產(chǎn)能不均衡，從而導(dǎo)致部分區(qū)域產(chǎn)能暫時(shí)跟不上。

現(xiàn)象2：部分區(qū)域過于擁擠，從而導(dǎo)致部分區(qū)域出庫效率混亂且效率較低。

為解決這個(gè)問題，我們實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析倉庫訂單分布，應(yīng)用沃羅諾伊圖分區(qū)技術(shù)，動(dòng)態(tài)劃分邏輯區(qū)，從而達(dá)到各區(qū)產(chǎn)能均衡的目的，使得設(shè)備資源利用率達(dá)到最大化和避免擁堵，進(jìn)而提升倉庫整體出庫效率。

資源匹配

當(dāng)WMS從ERP接受客戶訂單時(shí)，運(yùn)用生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)籌優(yōu)化模型，建立倉內(nèi)供需最優(yōu)匹配關(guān)系，使得全倉整體出庫效率達(dá)到最大化。

搬運(yùn)小車路徑規(guī)劃

當(dāng)搬運(yùn)小車接收搬運(yùn)指令時(shí)，要將貨物快速準(zhǔn)確送達(dá)目的地，需要規(guī)劃合理最優(yōu)路徑。那么,如何利用倉庫優(yōu)先的道路資源，為全倉搬運(yùn)小車規(guī)劃合理的搬運(yùn)路線？京東應(yīng)用時(shí)空大數(shù)據(jù)等技術(shù)，協(xié)調(diào)規(guī)劃全倉搬運(yùn)小車整體搬運(yùn)路線，使得全倉小車有條不紊有序進(jìn)行，最大程度減少擁堵。

智能化是物流行業(yè)發(fā)展必然趨勢，我們可以通過技術(shù)手段來解決更多的物流問題，達(dá)到降本增效的效果。在未來倉庫中，人工智能與設(shè)備結(jié)合將會(huì)取代大部分物流作業(yè)，機(jī)器的智能會(huì)超越人的智能，做出比人更“聰明”的決策，追求倉庫效率與成本的最優(yōu)化。而對(duì)于擁有海量包裹物流需求的未來，機(jī)器與智能在物流領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐將會(huì)越來越廣泛。

作者為京東商城運(yùn)營研發(fā)部高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理