任芳:基于柔性自动化的菜鸟无人仓

2019-03-13 10:35

  编者按:向大家推荐中国物流领域著名的记者任芳撰写的这篇文章,文章介绍了菜鸟柔性自动化的无人仓技术。目前智慧物流发展很快,智慧物流执行系统中柔性自动化是一个重要的技术趋势,值得关注。

  

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  柔性自动化物流系统需要应用大量机器人以及人工智能技术。人工智能为智慧物流带来了多样化的技术,同时智慧物流给人工智能提供了广阔的应用场景。在菜鸟无人仓中,应用了无人叉车、拣选AGV、分拨AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备,在入库、拣选、打包、分拔等物流全链路都体现了柔性自动化的特点。

  随着物流逐渐成为电商核心竞争力,阿里巴巴对物流愈加重视。2017年9月,阿里巴巴集团宣布以53亿元人民币增资旗下菜鸟网络的股份,并将在之后五年内继续投入1000亿元建设菜鸟网络物流体系。在5月底召开的2018全球智慧物流峰会上,阿里巴巴集团董事局主席马云再次强调,上千亿元投资仅仅只是开始,未来还将持续投入,全力以赴打造国家智能物流骨干网。其中,推进智能仓库的建设便是重点之一。

  在此背景下,菜鸟不断加大对无人仓技术的研发与应用,从打造高度自动化的流水线,实现仓库拣选环节的自动化开始,逐步引入各种类型的机器人,如AGV搬运机器人、拣选机器人、缓存系统等,建成智能无人拣选仓,随后,能够实现全流程无人化作业的无人仓也最终落地。

  菜鸟无人仓解决方案

  

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  近日,菜鸟与圆通速递联合宣布,超级机器人分拨中心在圆通杭州转运中心正式启用,350台机器人昼夜工作,每天可分拣超过50万个包裹,这一效率引起行业的广泛关注。菜鸟表示,今年“双11”之前还将在南京上线下一代机器人分拨中心,全面为行业自动化提速。

  事实上,早在今年“618”期间,菜鸟无锡无人仓单仓便已投入超过500台类KIVA机器人(新型AGV,与传统AGV相比,导航方式更加先进,行驶路径不受限制,拥有更加强大的上位软件系统),成为国内同类仓库中机器人使用规模最大、运作效率最高的项目。从菜鸟在机器人仓上的投入和进程不难看出其打造“无人仓”的态度和决心。

  菜鸟无人仓(如无锡仓)主要分为四大功能区域,即:立体存储仓、机器人拣选仓、机械臂拣选仓及机器人分拨区域。

  立体存储仓:采用AS/RS系统,商品由机器人自动码放在托盘上,并由无人叉车送至输送线,堆垛机按指令实现商品自动入库存储以及自动出库。

  机器人拣选仓:分为A、B两大区域,A/B区中间设置播种工作站,即货物合流区,通过“货到人”和“车到人”两种方式并行,配合人工完成订单商品拣选作业。订单商品拣选完毕后,包裹被送上输送线完成面单的全自动张贴以及全自动封箱。

  机械臂拣选仓:主要针对中型包裹,通过无人叉车将货物送上传送带,3D相机完成箱体的自动识别,机械臂从托盘上准确抓取包裹,逐一将其投入传送带,通过交叉带分拣机实现包裹自动分拣

  机器人分拨区域:主要针对小件商品,通过高效的调度算法系统,结合工业相机快速读码技术和机器人智能调度系统,实现机器人自主运行、读码、分拣包裹等作业,并将包裹送往指定格口,包裹经螺旋升降机等设备落入集包袋。

  最后,包裹通过无人叉车等设备装车后发运。

  在无人仓的整个作业区域,各种物流设备的状态可实时监控,一旦遇到突发问题及时处理,以确保整个物流系统的高效可靠运行。

  人工智能时代下的柔性自动化

  从菜鸟无人仓中使用的各类自动化物流设备来看,整个物流系统具备更大柔性及大量 AI(人工智能)技术的应用,这也是菜鸟无人仓的最大特点之一。菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱礼君表示,人工智能时代自动化物流系统的新变化即柔性自动化。

  

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  菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱礼君

  在他看来,柔性自动化物流系统具有四大特点:

  第一,扩展性强、鲁棒性强。系统可以很快部署新的机器人等自动化设备,从而处理更多的订单;同时系统鲁棒性非常强,当单个节点出现问题时不会影响整个仓库的作业。

  第二,模块化设计,易部署和搬迁。随着电商的快速发展,商品种类越来越多,其具有各种各样的物流属性和销售属性,不同的商品需要不同的作业模式,物流系统需要模块化的设计。正是因为模块化的设计,柔性自动化物流系统能轻松实现部署和搬迁,如,菜鸟某个面积为5000平方米的机器人仓库仅用1小时便在正常拣货作业的情况下完成了搬仓作业。

  第三,便于根据业务变化调整作业流程。仓库需要根据订单商品的特点,不停地改变物流作业模式,以快速适应业务发展变化。

  第四,在物流全链路大部分实现自动化的情况下,物流作业的可预测性更强。

  菜鸟无人仓实现全链路柔性自动化

  柔性自动化物流系统需要应用大量机器人以及人工智能技术,可以说,人工智能为智慧物流带来了多样化的技术,同时智慧物流给人工智能提供了广阔的应用场景。在菜鸟无人仓中,应用了无人叉车、拣选AGV、分拨AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备,在入库、拣选、打包、分拔等物流全链路都体现了柔性自动化的特点。

  1.多区并行柔性自动化方案的提出

  据朱礼君介绍,仓储作业跟计算机的工作原理非常类似。如,仓库做物品的存储,计算机做数据的存储;仓库进行订单生产时是把货物从货架上取出,这与计算机做数据提取、计算非常类似;仓库存储商品,这类似于计算机硬盘;计算机有很多文件,有些文件可能很长时间不会访问,这和仓库备货区一样;仓库拣选区则和计算机内存差不多;而电商仓库中的爆品区域则相当于计算机的高速运转。因此,仓库作业总能在计算机结构里找到映射。在电商时代,仓库变得非常大,每天要处理的商品种类和订单量非常多,映射到计算机结构里面就相当于大数据处理。大数据处理最有名的框架是MapReduce,它包含三个重要操作——Map(将工作并行化)、Shuffle(再次合并)、Reduce(最终产生结果)。

  基于该想法,菜鸟提出了模块化的多区并行的自动化物流解决方案,将大数据处理框架映射到仓储系统中,MAP代表不同的订单与不同的生产作业模式,Shuffle表示暂存与合单,Reduce表示播种在不同的订单中,即将仓储作业中不同的分区、不同的作业模式,以及不同的自动化模式进行并行操作、并行生产后再合并,流入Rebin Zone(合流区,即菜鸟无人仓中的播种工作站),订单商品合流到一个箱子后进行打包出库。

  2.柔性自动化方案在菜鸟无人仓的实践

  (1)多方式并行拣选。在前文提到的菜鸟无人仓内的机器人分拣仓,A区机器人针对低流动量的商品,即“冷品”,采用货架到人的类Kiva系统进行拣选作业;B区机器人针对高流动量商品,即“爆品”,采用车到人(订单到人)拣选。这两种方式采用的并行拣选作业是模块化的,不会影响其他区的作业,同时打破了原有AGV系统仅能单区作业的局限,提升整个系统的作业效率,这背后提供支撑的无疑是菜鸟先进的算法。

  (2)柔性分拨。即,将仓库生产好的包裹按照不同流向和目的地进行分拣,机器人非常适合完成该作业,因为机器人有固定的运动轨迹,适合做点对点的物品搬运。

  

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  2018全球智慧物流峰会上展示的菜鸟无人仓柔性分拨解决方案

  对此,菜鸟设计了新的柔性分拨系统解决方案,即通过机械手臂(目前为人工,未来将替代为机械手臂)将包裹放到AGV上;AGV在经过扫描台时,包裹上的信息被自动扫描,AGV按照上位系统的指令前往目的地,然后将包裹倒入对应的集包篓;集包篓装满后,会被另外一台AGV带到对应的出库月台。这是非常柔性的自动化分拨系统。

  需要注意的是,由于既有运送集包篓的大型AGV,也有分拣用的小型AGV,它们的路径规划非常复杂;此外,每一个集包篓的目的地也需要规划,不同目的地的集包篓流量不同,如何使它既不拦路,又能缩短AGV的行走时间非常关键,这是整个系统的关键所在。

  (3)机械臂的应用。机械臂在菜鸟无人仓内被应用于拆/码垛及拣货作业,基于RGB-D数据的三维物体识别、定位、姿态估计激发、箱体分割算法等技术,采用工业生产线标准,具有高效率、高可靠性、高鲁棒性等特点。

  柔性自动化方案关键技术及其发展方向

  1.软硬结合&系统工程

  无人仓建设项目既不是纯软件工程,也不是纯硬件工程,而是一个系统工程,从流程设计到硬件设计、软件设计,都需要综合考虑,才能够实现高效率作业。物流柔性自动化技术具体包括软硬件协同、端到端设计,以及可转换性、鲁棒性、灵活性等。

  2.IoT(物联网)与 Edge Computing(边缘计算)

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