从物流机器人系统看智能仓库升级发展
摘要：物流机器人基于成本较低、易于部署且极具柔性等特点，成为近几年物流装备领域发展最为快速的技术之一。物流机器人系统的应用加速了仓库智能化程度的升级，让仓库从传统走向智能。本文梳理了智能仓库的市场需求及关键技术，并通过具体案例分享了其带来的价值，最终对其发展趋势进行了展望。
一、 智能仓库升级发展
在制造业智能制造步伐加快，流通业零售模式变革等诸多因素影响下，仓库的物流作业难度和复杂度都在不断增加，继而对智能仓库提出了更大的需求。智能仓库近几年在技术上迎来蓬勃发展，笔者认为主要有以下几大原因：
第一，市场需求越来越大。传统的物流自动化设备更多侧重于储存，因为传统仓库的物流需求多为整进整出。但是随着电商的发展和新零售的兴起，仓库对整进散出的需求越来越大，原有的自动化设备不能够完全满足不断变化的需求，并且大都只能实现“人到货”作业。
第二，对系统的柔性化需求更强。传统仓库（特别是电商仓库）有一个很典型的特点：“双11”、“双12”等类似大促活动较多，在大促期间，订单作业量的波峰波谷波动明显，在生产中，我们也称之为系统的Capacity Fluctuation（产能波动）非常高，显然传统自动化设备的产能难以适应这种巨大的业务波动。如果仓库按照波峰时期的需求设计系统产能，那么平日就会有至少一半的产能闲置；如果以平时的业务量设计系统产能，则无法应对业务量的迅速增长。因此柔性化是智能仓库升级的迫切需要和主要方向之一。
第三，要求更低的系统成本。尽管诸如多层穿梭车系统（Multishuttle）等传统自动化系统能够满足整进散出的作业需求，同时能够实现“货到人”作业，但是相对来说，这类系统投资成本巨大。
除此之外，企业业务量的巨大波动以及业务类型的不断调整，对项目的实施周期也提出了更高的要求，需要系统快速部署、实施和交付。
而近几年备受关注的物流机器人系统则能够满足以上市场的新需求，不仅具备高度柔性化，而且系统鲁棒性很强，还能够以相对低廉的成本实现智能仓储等功能。综合这些因素我们认为，如果说传统的自动化系统所构建的是智能仓库1.0时代。那么物流机器人加上后台强大的R-WMS系统则带领行业进入了智能仓库2.0时代。
二、机器人智能仓库的关键技术及规划设计要点
硬件本体
主要包括各种类型的物流机器人，如潜伏式移动机器人、搬运机器人、料箱式机器人、分拣机器人、智能无人叉车等等。通常来说，硬件技术需要关注以下三方面内容。
第一，硬件安全。不论仓储企业还是制造业企业，硬件的核心要求是安全，不单单是硬件对人的安全，也包括硬件对周边环境、仓库以及其自身的安全。因此，通常物流机器人需要拥有CE、ETL、KC等世界主流的硬件产品认证。此外，其所使用的材质（包括材质的阻燃性等）、机器人电池、电池管理系统等都需要拥有单独的相关认证。
第二，硬件要有其创新性与引领性，在性能领先的前提下，还必须保证硬件模组设计支持产品简单易用。不同于制造业通常有自己的设备维护人员，具有一定的设备维保能力；仓库中具备设备维保能力的人并不多，因此硬件模组设计是否简单易，是否易于维保甚至免维保，对于仓储领域的客户更加重要。
第三，硬件成本，这始终是行业关注的焦点。
2. 软件系统
通常包括机器人硬件的驱动系统以及管理系统，我们称之为叫RMS，即Robot Management System（机器人管理系统），通过该系统实现机器人的统一管理及调度。此外，还需要与机器人仓库相匹配的仓储管理系统。
值得一提的是，由于传统仓库中，货架是固定的；但是机器人仓库中，货架和货位都可以移动，对于WMS软件订单优化、算法优化而言提供了巨大的改善空间。因此，机器人仓库的WMS系统功能需求更加强大，结合不同的存储方式、订单结构、订单执行策略、当前人员状态和订单组合方式等实现多重维度的优化组合及执行。
软件系统的关键技术在于其算法能力及功能模块的多样化，系统需要熟悉仓储的需求，要在不同的需求情况下通过不同的算法调用不同的模块，通过不同模块参数的调整匹配以及简易的二次开发实现能够满足客户需要的功能。
我们认为在智能仓库中，软件管理系统还需要具备一定的自决策性和自我优化能力。我们常说“机器替代人”，其实机器人系统不仅仅是代替一线产业工人，它也需要能够去帮到生产主管、一线班组长等做出决策，降低其对过往经验的依赖度，避免因为各种干扰、失察而导致的失误及差错的发生。
3. 方案设计能力
方案设计能力是所有仓库项目都需要具备的，对于智能仓库而言更加重要。需要升级改造的仓库原有系统是怎样的？原有流程有哪些问题？上线自动化、智能化的系统以后是否需要重新梳理和优化流程？我们上线的目标是什么…这些都是需要重点考虑的问题。
我们坚持“自动化及智能化”仅是实现客户价值的手段，而非目的。?在仓储方案规划设计方面，我们遵照OSKKK五步法则，五步整体循序渐进，步步为营。
对于智能化仓储项目而言，并非仅仅改变客户仓储及拣选环节的运营模式，也需要对业务模式、操作习惯、管理方式的整体改善。因此，对于仓储方案规划设计而言，不仅需要考量基于项目范围内运营参数的宏观分析，更需要结合客户作业全流程的整体分析与局部微观观察，最终梳理出运营及管理的关键节点。在描述客户现状的基础上，优先标准化现有的仓储操作流程，形成完整的价值流图谱，为后续的优化指明方向与着重区域。
牧星为国内某电商平台提供的物流机器人系统解决方案
改善项目的设备选型及布局设计，应当服从于流程改善的需求。在仓储方案规划设计的过程中，经过前期对客户现有流程的标准化全面梳理，此时的重点是针对客户的流程痛点，展开新流程的方案设计。综合考量产能、库容及人员安排、绩效管理等，做细节的设备选型及布局设计。例如：针对客户存储商品的产品特点，有针对性的设计货架结构；基于客户的订单及拣选流程，客制化设计拣货工作站及分拨墙布局；针对客户的流程需求，选择其他辅助或协作设备等。
此外，我们也需要充分考虑人工系统和机器人系统的优势与不足，如，人的优势体现在具有高度主观能动性，但当其负责的作业区域较大时，行走会浪费大部分时间，作业效率会急剧下降，同时当订单较为复杂时，差错率也会升高；而机器人系统（如类Kiva仓）中，机器人替代了人的行走，作业人员在工位上即可完成拣选等作业，同时机器人系统会配合电子标签等自动化辅助设备，作业差错率得到有效降低。
因此，通过以上步骤，我们可以优化并重塑出新的操作流程，并在此基础上匹配对应的软件功能，通过软硬件产品的配合使用，驱动仓储流程的整体优化。协助客户管理方式的升级，从而保证最终项目目标达成，实现项目顺利交付。
三、如何做好智能仓库升级
以牧星智能为国内某著名电商平台提供的解决方案为例，在该项目中，我们在方案设计时充分考虑到客户对上线周期、效率以及柔性等方面的要求引入最适合的硬件及系统。同时如前所述，为了让人工系统和机器人系统充分发挥各自的优势，我们设置有微量的人工仓与巨大的机器人仓，将人的柔性和机器人系统的准确性有机结合，合二为一，完美实现1+1＞2的效果。
具体来说，机器人仓负责全品类作业，布局有200+台物流机器人（AGV），人工仓只做整个仓库的爆品（top1000～1500的SKU）订单拣选。系统优先将爆品订单落在人工仓，由于这类订单结构简单，拣选面较小，补货也方便，人工拣选效率相较于全品类拣选大幅度提升；多SKU的复杂订单则自动落到机器人仓，由机器人系统来保证它的拣选效率及拣选的准确性。
从项目的实施效果来看，我们认为基于物流机器人系统的智能仓库2.0在以下两方面有显著成效。
一是在短时间内完成系统上线，帮助客户业务平稳过渡。牧星智能于2021年9月中旬首次与客户接触，各用时一周完成方案制定、现场施工及系统部署工作，10月5日系统便正式投入使用，从11月1日起按照“双11”业务需求满负荷运行，“双11”结束后，整个项目团队便全部撤场，整套系统完全交付客户自我管理运行，并在“双十二”再创发货量新高。如此快速的项目交付，依靠的就是丰富的仓储项目方案设计经验、强大的软硬件技术储备和系统多模块快速配置能力，整个项目在60天内实现完美交付，其中系统上线时间仅一个月左右。
二是能够在比较经济合理的投资情况下，帮助客户应对灵活的产能需求。在不是为了自动化而自动化的理念下，该项目通过发挥人工系统和机器人系统各自所长，一方面满足了覆盖仓库大幅度产能波动的需求；另一方面还实现了最优的经济收益。系统根据订单量的高低，系统自动、灵活地在人工仓和机器人仓之间进行订单量调节，如在业务繁忙时，通过调整人工仓SKU种类从top1500扩展到top1800，自动的实现订单划拨，非常柔性地应对产能波动需求。
四、智能仓库未来发展展望
随着物流机器人技术的发展，已不单单只是可以搬运货物了，我更愿意说这已经成为一个“移动底盘”，它的应用领域也正在进一步快速扩展中。首先，其导航技术已不再局限于磁条、二维码、激光、视觉等，而是以一种多模态的方式进行导航，它能够应用在更多的场景，其运行路线也可以更加复杂，环境适应性大大提高。第二，作为一个移动底盘，就意味着可以在底盘上加载各种各样的设备，如辊筒、皮带、协作机械臂以及特殊的工装设备等。因此，在某些程度上，物流机器人正变成一个“人”，他有手有脚有大脑，通过与人配合，在物流领域和制造业领域正迎来越来越广泛的应用。
随着物流机器人技术的发展和应用的拓展，未来的智能仓库到底会变成什么样子呢？
首先，在目前的智能仓库2.0阶段，我们看到的是由各种各样类型的物流机器人和一些传统的自动化设备组成的系统，但是它们彼此之间的交互协作、信息沟通交流并不是特别充分，特别是上层统一的管理系统还不是特别的完善。换句话说，目前仓库内的自动化系统间还是一座座信息孤岛。那么接下来智能仓库的进一步发展升级，就是要打破所有的信息孤岛、系统孤岛，实现系统间的合作。而且这种合作也不仅仅是简单的把两个系统连接在一起，而是让它们有所交叠，设备和设备之间有深度的交互协作，发挥各自优势最终实现1+1>2的功能。
其次，智能仓库的升级发展需要将目光从单个仓库提升到整个供应链层面，将仓库的建设放到供应链中去考虑。从供应链角度来看，现在有B2C、C2C等模式，将来可能更多的是F2C模式，该模式下仓库如何跟工厂进行关联互动，C端与F端之间需要经过几个仓库，是中央仓、区域仓还是前置仓？在进行物流系统规划和自动化设备配置时，都需要综合全局来考虑，实现多仓库的协同、多系统的合作。
因此在我看来，智能仓对内它是多系统、多设备间的高度融合，是系统的自决策、自优化能力的高度提升；对外是多仓库之间的协同配合和策略自适应、自调整能力的提升，最终实现真正的节能降本增效，在多维度结合的概念下升级发展。
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牧星智能是以算法为核心，以智能仓储机器人为载体的智能仓储整体解决方案提供者和践行者，主要从事智能仓储系统的开发、仓储项目的系统集成实施以及仓储系统相关的规划、设计和咨询业务。
团队核心成员来自于亚马逊、庞巴迪、中国软件等国内外业内顶尖企业，拥有丰富的仓储运营，物流规划、物流系统集成经验和强大的系统软件开发能力，尤其擅长电商仓库的规划设计、系统开发和集成实施。
