無人倉技術(shù)應用與發(fā)展趨勢

文/邢琳琳

無人倉是一個包含多個子系統(tǒng)的復雜工程，需要各參與方密切配合、高效協(xié)同，實現(xiàn)物流系統(tǒng)的有機集成和逐步優(yōu)化。隨著機器人、自動化設(shè)備技術(shù)的提升，大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能和運籌學相關(guān)算法的應用，在需求、技術(shù)、資本的多方促進下，我國無人倉技術(shù)發(fā)展迅速，應用逐步落地，未來市場前景廣闊。

春秋時期的管仲曾提出“積于不涸之倉，藏于不竭之府”，指的是那個年代老百姓的需求是吃飽，倉庫主要功能是存儲。到了電商迅速發(fā)展的今天，分揀、流通加工、包裝等更多的倉庫功能被挖掘出來，隨著機器人、自動化、信息系統(tǒng)等技術(shù)全方位的創(chuàng)新與提升，使倉儲作業(yè)變得更流程化、專業(yè)化和精細化，使各類智能設(shè)備更便捷地投入到各作業(yè)環(huán)節(jié)中，倉庫里的人越來越少。

所謂無人倉，不是為了“無人”而不要人，而是上述需求功能實現(xiàn)后，設(shè)備的作業(yè)效率已經(jīng)大大超越了人所能達到的效率，無法再用人了。也就是說，隨著機器人、自動化設(shè)備的技術(shù)提升，大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能和運籌學相關(guān)算法的應用，在需求、技術(shù)、資本的多方促進下，我國無人倉技術(shù)提升迅速，應用逐步落地。

無人倉核心技術(shù)及主要實現(xiàn)形式

1. 無人倉主要構(gòu)成及核心技術(shù)

心怡科技“未來一號”倉，實現(xiàn)了500臺機器人同時聯(lián)動高效作業(yè)

無人倉的目標是實現(xiàn)入庫、存儲、揀選、出庫等倉庫作業(yè)流程的無人化操作，這就需要具備自主識別貨物、追蹤貨物流動、自主指揮設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)、無須人工干預等條件；此外還要有一個“智慧大腦”，針對無數(shù)傳感器感知的海量數(shù)據(jù)進行分析，精準預測未來的情況，自主決策后協(xié)調(diào)智能設(shè)備的運轉(zhuǎn)，根據(jù)任務(wù)執(zhí)行反饋的信息及時調(diào)整策略，形成對作業(yè)的閉環(huán)控制，即具備智能感知、實時分析、精準預測、自主決策、自動控制、自主學習的特征。

心怡科技機器人進行單貨匹配

心怡科技天津自動化立體庫

無人倉的構(gòu)成包括硬件與軟件兩大部分。

硬件：對應存儲、搬運、揀選、包裝等環(huán)節(jié)有各類自動化物流設(shè)備，其中，存儲設(shè)備典型代表是自動化立體庫；搬運典型設(shè)備有輸送線、AGV、穿梭車、類kiva機器人、無人叉車等；揀選典型設(shè)備有機械臂、分揀機（不算自動化設(shè)備）等；包裝典型設(shè)備有自動稱重復核機、自動包裝機、自動貼標機等。

軟件：主要是倉庫控制系統(tǒng)WCS和倉庫管理系統(tǒng)WMS。

WMS——時刻協(xié)調(diào)存儲、調(diào)撥貨物、揀選、包裝等各個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，根據(jù)不同倉庫節(jié)點的業(yè)務(wù)繁忙程度動態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)的波次和業(yè)務(wù)執(zhí)行順序，并把需要做的動作指令發(fā)送給WCS，使得整個倉庫高效運行；此外，WMS記錄著貨物出入庫的所有信息流、數(shù)據(jù)流，知曉貨物的位置和狀態(tài)，確保庫存準確。

WCS——接收WMS的指令，調(diào)度倉庫設(shè)備完成業(yè)務(wù)動作。WCS需要支持靈活對接倉庫各種類型、各種廠家的設(shè)備，并能夠計算出最優(yōu)執(zhí)行動作，例如計算機器人最短行駛路徑、均衡設(shè)備動作流量等，以此來支持倉庫設(shè)備的高效運行。WCS的另一個功能是時刻對現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，出現(xiàn)問題立即報警提示維護人員。

此外，支撐WMS、WCS進行決策，讓自動化設(shè)備有條不紊地運轉(zhuǎn)，代替人進行各類操作（行走、抓放貨物等），背后依賴的是智慧大腦，運用人工智能、大數(shù)據(jù)、運籌學等相關(guān)算法和技術(shù)，實現(xiàn)作業(yè)流、數(shù)據(jù)流和控制流的協(xié)同。智慧大腦既是數(shù)據(jù)中心，也是監(jiān)控中心、決策中心和控制中心，從整體上對全局進行調(diào)配和統(tǒng)籌安排，最大化設(shè)備的運行效率，充分發(fā)揮設(shè)備的集群效應。

總之，無人倉是在整合倉庫業(yè)務(wù)、設(shè)備選型定制化、軟件系統(tǒng)定制化前提下實現(xiàn)倉庫作業(yè)無人化的結(jié)果。理論上來說，倉庫內(nèi)的每個業(yè)務(wù)動作都可以用機器替代人，關(guān)鍵是要把所有不同業(yè)務(wù)節(jié)點的設(shè)備連通，形成一套完整高效的無人倉解決方案。

2. 無人倉的主要實現(xiàn)形式

無人倉雖然代表了物流技術(shù)發(fā)展趨勢，但真正實現(xiàn)倉儲作業(yè)全流程無人化并不容易，從倉儲作業(yè)環(huán)節(jié)來看，當前無人倉的主要實ww現(xiàn)形式如下：

自動化存儲：卸貨機械臂抓取貨物投送到輸送線，貨物自動輸送到機械臂碼垛位置，自動碼垛后，系統(tǒng)調(diào)度無人叉車送至立體庫入口，由堆垛機儲存到立體庫中。需要補貨到揀選區(qū)域時，系統(tǒng)調(diào)度堆垛機從立體庫取出貨物，送到出庫口，再由無人叉車搬運貨物到揀選區(qū)域。

類Kiva機器人揀選：類Kiva機器人方案完全減去補貨、揀貨過程中員工行走動作，由機器人搬運貨物到指定位置，作業(yè)人員只需要在補貨、揀選工作站根據(jù)電子標簽燈光顯示屏指示完成動作，省人、效率高、出錯少。類Kiva機器人方案分“訂單到人”和“貨到人”兩種模式。

輸送線自動揀選：貨物在投箱口自動貼條碼標簽后，對接輸送線投放口，由輸送線調(diào)度貨物到揀選工作站，可通過機械臂完全無人化揀選，或者人工根據(jù)電子標簽燈光顯示屏進行揀貨。

自動復核包裝分撥：揀選完成的訂單箱子輸送到自動包裝臺，通過重量+X光射線等方式進行復核，復核成功由自動封箱機、自動貼標機進行封箱、貼面單，完成后輸送到分揀機自動分撥到相應道口。

無人倉主要應用領(lǐng)域及實踐

隨著各類自動化物流設(shè)備的快速普及應用，機器代人的成本越來越低，各行各業(yè)對于無人倉的需求越來越強烈。尤其是具備如下幾個特征的行業(yè)對無人倉需求更加突出：

（1）勞動密集型且生產(chǎn)波動比較明顯的行業(yè)，如電商倉儲物流，對物流時效性要求不斷提高，受限于企業(yè)用工成本的上升，尤其是臨時用工的難度加大，采用無人技術(shù)能夠有效提高作業(yè)效率，降低企業(yè)整體成本。

（2）勞動強度比較大或勞動環(huán)境惡劣的行業(yè)，如港口物流、化工企業(yè)，通過引入無人技術(shù)能夠有效降低操作風險，提高作業(yè)安全性。

（3）物流用地成本相對較高的企業(yè)，如城市中心地帶的快消品批發(fā)中心，采用密集型自動存儲技術(shù)能夠有效提高土地利用率，降低倉儲成本。

（4）作業(yè)流程標準化程度較高的行業(yè)，如煙草、汽配行業(yè)，標準化的產(chǎn)品更易于銜接標準化的倉儲作業(yè)流程，實現(xiàn)自動化作業(yè)。

（5）對于管理精細化要求比較高的行業(yè)，如醫(yī)藥行業(yè)、精密儀器，可以通過軟件+硬件的嚴格管控，實現(xiàn)更加精準的庫存管理。

其中，電商行業(yè)是無人倉落地相對較多的行業(yè)。首先，電商行業(yè)對于無人倉是剛性需求，這主要體現(xiàn)在隨著電商物流的飛速發(fā)展，人工成本一直占據(jù)著所有成本里的最大比例，而成熟的無人倉技術(shù)可以有效降低這一成本；其次，電商行業(yè)對各類無人倉技術(shù)響應積極，電商領(lǐng)域是一個對創(chuàng)新思維相對開放的行業(yè)，一直不斷地在進行著各類新設(shè)備的引進和先進技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)；第三，電商行業(yè)也是無人倉技術(shù)的最佳實驗場景，各類特征表明，如果能夠解決電商領(lǐng)域的高流量、多品類的復雜場景，則無人倉技術(shù)的全面推廣就相對比較容易。

目前，電商領(lǐng)域多家企業(yè)均在積極布局無人倉。特別是進入2018年，行業(yè)無人倉建設(shè)不斷提速，AGV機器人倉在全國各地上線。心怡科技作為專業(yè)第三方倉儲服務(wù)企業(yè)，見證了中國電商物流的輝煌發(fā)展，正積極投身于新一代無人倉的建設(shè)，將無人倉作為心怡智能化戰(zhàn)略的重要舉措，以技術(shù)驅(qū)動引領(lǐng)行業(yè)變革。心怡科技在天津、上海嘉定、嘉興、杭州等地都有智能自動化倉在運營，集成了自動化立體庫、堆垛機、高速箱式輸送線、高速分揀機、搬運機器人、AGV等智能設(shè)備，實現(xiàn)了存儲、搬運、揀選、分揀等環(huán)節(jié)的自動化，不同程度減少現(xiàn)場操作人員，大大提高了作業(yè)效率。

例如：位于天津的智能自動化倉，是心怡的“未來一號”倉，包括有高密度存儲的自動化立體庫，實現(xiàn)了存儲的無人化操作，可節(jié)省80%以上的人力；還有500臺機器人（訂單到人機器人、貨到人機器人、叉車式AGV3種類型）用以實現(xiàn)自動化揀選，大幅減少了對揀選人員的需求，直接降低了運營、管理成本，同時提升了揀選效率，在面對訂單量的突增和驟減時，可以通過增減機器人來應對，真正實現(xiàn)了產(chǎn)能的柔性化。

無人倉實現(xiàn)難點

目前，在倉儲、分揀、集貨、輸送環(huán)節(jié)都已經(jīng)有了比較好的無人倉解決方案，但是在拆零揀選及包裝環(huán)節(jié)，雖有不少自動化方案，卻無法突破復雜場景的限制，還主要依靠人員進行相應的操作。這也是無人倉技術(shù)的突破難點。比如對于電商行業(yè)來說，實現(xiàn)數(shù)萬個品規(guī)商品的自動識別就是難題之一，目前國內(nèi)外的技術(shù)尚不能通過單一的方法，而是需要通過綜合的解決方案來實現(xiàn)，但是這樣成本會很高；另外，數(shù)十臺AGV的調(diào)度相對容易，但是成百上千臺AGV的調(diào)度就非常復雜了，既要保障AGV間互不影響、還要考慮訂單時效，計算量和復雜度都是呈指數(shù)級增長的。

無人倉是一個包含多個子系統(tǒng)的復雜工程，需要各參與方密切配合、高效協(xié)同，實現(xiàn)物流系統(tǒng)的有機集成和逐步優(yōu)化。

1.規(guī)劃與硬件方面

無人倉的規(guī)劃，需要在一定的建筑面積下達到產(chǎn)出最大化，如果設(shè)備的各項主要指標能夠得到進一步的提升，無人倉的坪效和人效將會相應的提升，如：

（1）電池：容量和充電速度的提升可以使物流設(shè)備的有效工作時間延長，一方面減少設(shè)備的使用數(shù)量，降低成本，另一方面處于工作狀態(tài)的設(shè)備增多，可以提升坪效；

（2）驅(qū)動：設(shè)備速度和加速度的提升、電池能量更有效的利用，都可以提升設(shè)備的搬運效率和續(xù)航能力，對空間和人員的有效利用率都有很大的提升；

（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：提升網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的覆蓋范圍和深度可以減少AGV在不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間切換的頻次，減少設(shè)備的通訊延遲、失位等故障，從而提升生產(chǎn)人效。

2. 技術(shù)方面

無人倉融合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化背景下的資源協(xié)同作業(yè)平臺，是算法智能決策驅(qū)動下的實時自治系統(tǒng)。其中需要解決的難點問題包括：

（1）人機協(xié)同，人和設(shè)備完美結(jié)合的背后，是各類資源的數(shù)據(jù)化，以及設(shè)備調(diào)度系統(tǒng)的智能決策算法；

（2）集群處理，在無人倉里的每個設(shè)備都不是孤立的，而是不斷產(chǎn)生各類數(shù)據(jù)，并及時響應外界指令，同時具備自我感知和智能決策能力的設(shè)備集群；

（3）異常響應，設(shè)備也有出現(xiàn)故障的時候，設(shè)備間的配合更是如此，系統(tǒng)層面要判定并解決各類預知和未知的異常場景，并智能做出合適決策進行異常隔離，以確保系統(tǒng)的整體運行順暢。

無人倉發(fā)展前景及趨勢

眾所周知，我國物流成本占GDP的比重還很高，物流節(jié)點的產(chǎn)能、運轉(zhuǎn)效率都有很大提升空間，無論企業(yè)還是個人對于物流服務(wù)水平提升的需求將是長期持續(xù)的，無人倉在高效率、省人力、降成本等方面都顯示出優(yōu)勢，是倉儲技術(shù)領(lǐng)域一個很好的發(fā)展方向，市場前景廣闊。當然，無人倉市場的良性發(fā)展離不開相關(guān)政策的引導與行業(yè)的規(guī)范，也離不開技術(shù)的不斷創(chuàng)新升級。未來，有以下幾個趨勢值得關(guān)注。

第一，無人倉的發(fā)展會推動商業(yè)模式的創(chuàng)新，給資本市場、技術(shù)市場帶來一個有活力的新領(lǐng)域，為新技術(shù)的研發(fā)與應用提供了土壤，市場將更加細分化。

第二，無人倉將從電商行業(yè)向其他行業(yè)延伸，應用在處理海量訂單的電商物流中心的機器人作業(yè)系統(tǒng)也會出現(xiàn)在供應鏈上下游的各個場景，對于加速傳統(tǒng)行業(yè)物流理念的革新、人才梯隊的建設(shè)、產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型有一定推動作用。

第三，人工智能、大數(shù)據(jù)、運籌學等領(lǐng)域的技術(shù)將在無人倉得到更廣泛的應用，驅(qū)動適應和探索新的更復雜多樣的解決方案不斷涌現(xiàn)。

早在幾年前，心怡科技就開始了無人倉建設(shè)方面的戰(zhàn)略布局，一方面推進覆蓋范圍廣的大型綜合無人化物流中心的建設(shè)，通過智能硬件、智能系統(tǒng)、智能算法等手段的高效協(xié)作，實現(xiàn)全鏈路作業(yè)流程的數(shù)據(jù)化、運營決策的智慧化，優(yōu)化物流作業(yè)，最終達成提升客戶體驗的目的。另一方面發(fā)掘了很多復雜的場景并投入巨資研發(fā)物流機器人及其他自動化物流設(shè)備，并推進物流系統(tǒng)柔性化升級。接下來，我們將探索無人倉建設(shè)、無人倉技術(shù)與服務(wù)的產(chǎn)品化，期望能將部分比較成熟的無人倉方案、無人倉技術(shù)向電商行業(yè)、流通領(lǐng)域、制造行業(yè)等全面推廣，服務(wù)更多客戶，實現(xiàn)“讓科技物流為企業(yè)創(chuàng)造價值”的企業(yè)愿景。