產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究

鐘寧

摘要：本文對(duì)阿里智能倉(cāng)庫(kù)、京東物流、蘇寧物流、申通和EMS進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，了解分揀機(jī)器人的功能、歷史和不足，以目前使用的機(jī)器人為出發(fā)點(diǎn)使用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法理論研究可實(shí)施的外型與功能設(shè)計(jì)方案。EMS、申通使用翻斗卸貨式的分揀機(jī)器人，代替了分揀的人力，但是仍然需要人工將5kg以下的包裹放在機(jī)器人的貨盤(pán)內(nèi)，申通對(duì)于大型包裹啟用了專用的大型包裹分揀機(jī)器人。物流自動(dòng)分揀機(jī)器人作為快速發(fā)展的一種技術(shù)，它是以單體小型運(yùn)載機(jī)器人為基礎(chǔ)，運(yùn)用智能化處理系統(tǒng)。主要應(yīng)用范圍是物流中轉(zhuǎn)和物流集散領(lǐng)域等。自動(dòng)分揀機(jī)器人和機(jī)器臂以及傳送帶分揀共同組成了當(dāng)今的物流包裹分揀方式。而自動(dòng)分揀機(jī)器人是屬于小型件分揀方式，就是用來(lái)彌補(bǔ)傳送帶和機(jī)器臂分揀的缺陷。無(wú)法分揀超重以及大型件依然是物流自動(dòng)分揀機(jī)器人急需克服的難題。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計(jì);工業(yè)設(shè)計(jì);智慧物流;分揀機(jī)器人

設(shè)計(jì)的根源在于工業(yè)的發(fā)展、勞動(dòng)分工來(lái)提高生產(chǎn)力，設(shè)計(jì)的最原始目的也是為了提高生產(chǎn)力。就中國(guó)的工業(yè)化現(xiàn)狀來(lái)看，創(chuàng)新設(shè)計(jì)正在為發(fā)展做出可觀的貢獻(xiàn)，例如產(chǎn)品立足于功能的設(shè)計(jì)定位，與原創(chuàng)性的設(shè)計(jì)等因素促成了國(guó)產(chǎn)品牌的崛起。這正是設(shè)計(jì)的目的——?jiǎng)?chuàng)新生產(chǎn)的方式方法，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文從研究課題出發(fā)，對(duì)阿里智能倉(cāng)庫(kù)、京東物流、蘇寧物流、申通和EMS進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，了解分揀機(jī)器人的功能、發(fā)展和現(xiàn)在，以目前使用的機(jī)器人為出發(fā)點(diǎn)研究可實(shí)施的外型與功能設(shè)計(jì)方案。

當(dāng)今社會(huì)處于一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，自動(dòng)分揀機(jī)器人技術(shù)在物流和垃圾分揀領(lǐng)域都有很多的應(yīng)用。從垃圾自動(dòng)分揀機(jī)器人機(jī)到快遞自動(dòng)分揀機(jī)器人，以網(wǎng)上商城和物流的迅猛發(fā)展為基礎(chǔ)，自動(dòng)分揀機(jī)器人在物流分揀領(lǐng)域大放異彩，節(jié)約了大量的人力物力。在當(dāng)今的社會(huì)大背景下，自動(dòng)分揀機(jī)器人技術(shù)由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展而日益壯大。信息時(shí)代網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物以及物流配送的發(fā)展，使得自動(dòng)分揀機(jī)器人為主導(dǎo)的自動(dòng)分揀技術(shù)成為當(dāng)今取代人力的技術(shù)。對(duì)物流行業(yè)的智能化與互聯(lián)網(wǎng)加戰(zhàn)略有重要意義。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析

國(guó)內(nèi)自動(dòng)分揀機(jī)器人的發(fā)展主要在于爆滿的物流公司，對(duì)于小型物流轉(zhuǎn)運(yùn)中心來(lái)說(shuō)還是使用人力分揀，對(duì)于自動(dòng)分揀機(jī)器人，自動(dòng)分揀機(jī)器人具有三大優(yōu)點(diǎn)：一、實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷分揀;二、占地面積小，分揀效率高，可減少70%人工;三、精準(zhǔn)、高效，提升工作效率，降低物流成本?；ヂ?lián)網(wǎng)與自動(dòng)分揀機(jī)器人的組合甚至可以再未來(lái)改變?nèi)虻奈锪黧w制。早在2012年初，亞馬遜就收購(gòu)了一家創(chuàng)業(yè)公司的Kiva機(jī)器人系統(tǒng)，Kiva某種程度上媲美圣誕老人的馴鹿，可以為每個(gè)用戶分揀訂單，并且能靜悄悄地工作，極大提升了分管效率。這種機(jī)器人主要針對(duì)長(zhǎng)不超60cm、寬不超50cm，重量在5kg以下的小件包裹，集掃碼、稱重、分揀功能“三合一”，能夠?qū)崿F(xiàn)快遞單信息識(shí)別，以最優(yōu)的路線進(jìn)行投遞，每次掃碼時(shí)間在1秒以內(nèi)，運(yùn)行速度可達(dá)到3米/秒，每小時(shí)可完成18000件分揀。[1]

二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的本質(zhì)與方法

從本質(zhì)上分析，設(shè)計(jì)的首要目的的確是為了滿足特定功能，這是無(wú)需否認(rèn)的事實(shí);但另一方面，滿足同一功能則可能找到多種全然相異的解決方式，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中常說(shuō)的科學(xué)幻想、觀念設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、改良設(shè)計(jì)之間的差別，就是指技術(shù)因素對(duì)設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的影響和限制。創(chuàng)新設(shè)計(jì)也是解決問(wèn)題的新策略，針對(duì)分揀機(jī)器人發(fā)展至今面臨的問(wèn)題，必定要使用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的手段來(lái)解決。

產(chǎn)品是工業(yè)化以后的產(chǎn)物，也就是商品，服務(wù)于商業(yè)，可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益是它存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。重新組合是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，在工業(yè)設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)為材質(zhì)、功能或結(jié)構(gòu)之間的新組合。[2]分揀機(jī)器人即可按照以上理論進(jìn)行功能的打散與重組，針對(duì)分揀物體的大小限制的問(wèn)題，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，突破對(duì)于物體長(zhǎng)寬高的限制，使其可以分揀更大的快遞，進(jìn)一步優(yōu)化勞動(dòng)分工結(jié)構(gòu)。

在設(shè)計(jì)中針對(duì)設(shè)計(jì)本身工作而提出的方法有很多，而對(duì)于本篇論文的研究對(duì)象而言，使用多種方法并行的方式來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。采用調(diào)查法，從網(wǎng)絡(luò)獲取信息，得出現(xiàn)在面臨的問(wèn)題，針對(duì)其中一個(gè)問(wèn)題也就是分揀包裹的大小，立足于組合法，使用頭腦風(fēng)暴法提出設(shè)計(jì)方案，最終深入表達(dá)與修改。

三、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究應(yīng)用

在以往的認(rèn)知中，各大電商的全國(guó)倉(cāng)庫(kù)里已全部堆滿了各類商品，上百名工作人員馬不停蹄全場(chǎng)揀選貨物，每時(shí)每刻都是對(duì)腳力和眼力的最大考驗(yàn)。京東物流早在2016年就在華南麻涌分揀中心與立駕機(jī)器人有限公司首度合作，推廣應(yīng)用智能快遞分揀機(jī)器人。施工周期45天，一期工程搶在雙11之前完成并投入使用，整體工程在2017年5月完工，在京東2017年“618”大促期間，生產(chǎn)產(chǎn)能達(dá)到12000件/小時(shí)，單日處理包裹達(dá)15萬(wàn)件以上，充分體現(xiàn)了智能化物流的高效率。[3]共投入使用280臺(tái)分揀機(jī)器人，日均產(chǎn)能達(dá)到5萬(wàn)件以上，主要針對(duì)5KG以下小件包裹進(jìn)行目的地分揀。阿里智能倉(cāng)庫(kù)，使用機(jī)器人、流水線、與分揀機(jī)械臂相結(jié)合，整個(gè)中心倉(cāng)庫(kù)只有20人管理就運(yùn)行得有條不素。京東商城的倉(cāng)庫(kù)全程使用傳送帶似的流水線。申通公司每年可以省下至少100萬(wàn)元人民幣的費(fèi)用。[4]

分揀機(jī)器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人，可以快速進(jìn)行貨物分揀。隨著中國(guó)近年的高度發(fā)展，分揀機(jī)器人因其降低了人工成本和風(fēng)險(xiǎn)等各種各樣的優(yōu)勢(shì)而迅速發(fā)展并應(yīng)用在了國(guó)內(nèi)大部分的物流中心。因此，將物流分揀、機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合是現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。企業(yè)形象展示，現(xiàn)在的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)很大程度是靠科技，而很多世界500強(qiáng)的大型集團(tuán)和企業(yè)也越來(lái)越看重科技所帶來(lái)的新的生產(chǎn)力變革，因此都在加大研發(fā)的資金投入。而對(duì)于物流公司、郵政和電商來(lái)說(shuō)速度就是生產(chǎn)力。因此近年來(lái)越來(lái)越多的智能倉(cāng)庫(kù)和物流中心都采用了新的技術(shù)——分揀機(jī)器人。第一，分揀機(jī)器人是企業(yè)向外宣傳的良好因素。第二，減少企業(yè)資金投入，每年省下大量資金。第三，増加工作效率，利用機(jī)器人24小時(shí)可以不停工作。第四，利于公司轉(zhuǎn)型升級(jí)，利于結(jié)構(gòu)性改革。[5]如今的物流分揀速度越來(lái)越快，相比于大部分國(guó)家，我們國(guó)家的物流分揀速度在40年的速度里不斷提升，大部分得益于第三次科技革命，將計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器相結(jié)合。

從運(yùn)送方式上對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)器人機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，改變其因?yàn)橥ǖ肋^(guò)窄導(dǎo)致的機(jī)器人堵塞造成的時(shí)間阻礙，希望能在運(yùn)送方式上進(jìn)行新的嘗試。以配送貨物多樣和快速為出發(fā)點(diǎn)對(duì)物流自動(dòng)分揀機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，在前期設(shè)計(jì)調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的外觀造型千篇一律的情況，使外觀造型設(shè)計(jì)更加符合人們的審美。希望該產(chǎn)品可以同時(shí)兼顧企業(yè)形象設(shè)計(jì)與實(shí)用性，為全球物流的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

四、研究成果

八邊形幾何線衍生出圓角八棱柱，在工作中越接近圓形的形體越有利于轉(zhuǎn)彎，因此八邊形的選擇符合實(shí)際需求，而上半部分則交給了傳送帶的形狀，屬于圓角四棱臺(tái)既保護(hù)了傳送帶又為多個(gè)機(jī)器人之間的合作提供了連接平臺(tái)。

不同的材質(zhì)會(huì)給人帶來(lái)不同的感受，機(jī)器人的主要外亮是塑料材質(zhì)，有利于制作。同時(shí)減少資金投入，散熱網(wǎng)為金屬，利于吸熱散熱，輪子采用硬橡膠利于功能360°轉(zhuǎn)彎，傳送帶采用磨砂黑色傳送帶，信號(hào)燈采用透明塑料。除了材質(zhì)之外，分揀機(jī)器人的色彩設(shè)計(jì)也顯得尤為重要。因?yàn)楹玫纳誓芙o人以強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力，讓人留下深刻的印象。在做了多種顏色搭配后，最終選擇黑白為主色調(diào)，丹青色為燈光顏色，極富科技感。

分揀機(jī)器人利用無(wú)線技術(shù)傳達(dá)信息，計(jì)算機(jī)會(huì)計(jì)算最優(yōu)路線以及大型包裹組合的最優(yōu)方案。整個(gè)分揀中心只需幾名技術(shù)人員就可以運(yùn)作，節(jié)省大量的人力。此外，分揀機(jī)器人也是物流公司可以對(duì)外開(kāi)放的宣傳點(diǎn)，市場(chǎng)之中的大型企業(yè)全部使用黑科技來(lái)博人眼球。有利于企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展。上部分寬360mm，高74mm，傳送帶寬339mm。下部分寬360mm，高160mm，散熱網(wǎng)長(zhǎng)163mm，寬75mm。大小尺寸符合分揀包裹的一般大小。對(duì)自動(dòng)分揀機(jī)器人機(jī)的操控系統(tǒng)以及細(xì)節(jié)進(jìn)行揣摩，使產(chǎn)品在造型上突破現(xiàn)有的自動(dòng)分揀機(jī)器人。結(jié)構(gòu)上滿足功能性要求，靈活易操控，可以實(shí)現(xiàn)智能化實(shí)時(shí)監(jiān)控。

五、總結(jié)

目前的分揀機(jī)器人有很大局限，比如重量限制、大小限制。需要再次分類并重新建造一個(gè)廠房，用來(lái)分揀大型包裹，不僅浪費(fèi)了場(chǎng)地，而且增加投入的資金?！癑OIN”卻可以突破這些限制，只需要一個(gè)場(chǎng)地就可以分揀所有的包裹，普通包裹一個(gè)機(jī)器人運(yùn)送，大型包裹多個(gè)機(jī)器人組合協(xié)作運(yùn)送。

創(chuàng)新思維是人們突破傳統(tǒng)限制的有效方法，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，吸取其他款式的教訓(xùn)至關(guān)重要，而反映到商品中就產(chǎn)生了商品的迭代設(shè)計(jì)，很少有產(chǎn)品可以達(dá)到完全擺脫其他同類品的影響。而創(chuàng)新的方法也不是單一使用，而是針對(duì)不同的需求與問(wèn)題來(lái)進(jìn)行總體布局。借鑒其他產(chǎn)品，取其精華，基于同時(shí)代的技術(shù)水平，不同的需求來(lái)進(jìn)行不同因素的重組，我們可以稱之為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]栗俊艷.一種基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人分揀系統(tǒng)[J].電子科技，2016，29（1）：105-107.

[2]張焱.設(shè)計(jì)的故事[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[3]鳴金網(wǎng).阿里的倉(cāng)庫(kù)[EB/OL].http：//www.sohu.com/a/140677018_172964，2017-05-15.

[4]賴正友.關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分揀技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[EB/OL].http：//www.docin.com/p-1945449898.html，2016.

[5]陳琳.機(jī)器人助力自動(dòng)化操作效率大增[N].北京晨報(bào)，2018-01-08.