致力于解决日益突出的仓储问题, 从而降低物流总成本和提高作业效率, 一直是物流行业待解决的问题。特别是随着大数据、云计算以及物联网时代的到来, 物流快速发展, 竞争不断激烈, 对无人仓的需求越来越迫切, 无人仓技术也是近几年来各大电商巨头重点投入发展之一。无人仓的投入使用效果是毋庸置疑的, 与普通的仓库比降低了物流成本并提高了作业效率。但国内外关于无人仓技术的研究成果屈指可数。在无人仓技术成为大数据和智慧物流时代主力军的情况下, 关注并研究无人仓技术具有重要的现实意义。本文运用案例研究法, 以京东无人仓为主线, 相关电商巨头为辅进行深入研究, 研究分析无人仓技术的现状、发展的难点以及前景。

关于无人仓技术的概述, 世界各行业以及组织到今天依然没有一个标准以及专业的说法。单从字面去解释, 和传统的仓库相比, 整个仓储作业流程都利用机器人等智能化设施设备来代替传统的人工作业;广泛的定义, 就是在大数据、云计算以及物联网等高科技的基础上, 加以人工的辅助来实现整个仓储作业流程的方式, 以至于实现人机高效协助[1]。

以京东物流为例, 京东副总裁肖军, 在接受采访时说, 可以将物流仓储作业划分为三个发展阶段;第一个阶段, 也就是物流仓储业发展的初期阶段, 仓储的整个作业流程都是围绕着人工来进行, 放眼于当今的整个物流行业, 依然是这个模式为主;第二个阶段, 总体来说, 就是类似近几年亚马逊、菜鸟网络以及京东自己相继亮相的“无人仓”, 都只是实现部分自动化而已。如京东2014年在上海建成的“亚洲一号”, 只是在仓储作业过程中的其中一些关键环节实现自动化旋转360°的分拣机器人;第三个阶段是当今物流业发展的大方向及无人仓技术的作业模式, 仓储的智能覆盖率达到100%。

目前电商巨头大力发展、引进及研究无人仓技术, 理由很明确, 无人仓可以很好的解决各大电商行业堆积如山的订单, 在处理费用上做到成本最低, 作业时间最短, 精准性最高。无人仓作业采用全自动化、智能化, 大大降低了人工的劳动强度。高效、精准的作业效率, 实现了企业的第三利润源泉。近年各大电商平台在自动化、信息化以及智能化大力地投入以及发展, 直接推动了无人仓时代的到来, 无人仓是物流行业发展的必经之路, 是市场需求以及物流仓储技术发展的一个方向[2]。

无人仓技术主要由以下几个方面组成:

自动化立体仓库包括自动存储以及分拣的功能, 在无人仓里面扮演着一个不可替代的角色。自动化立体仓库系统是基于大数据、控制技术及计算机通信技术等发展起来的综合应用系统, 是现代物流观念与现代计算机及自动控制技术相结合的产物[3], 一般的自动化立体库主要由货物、货架、穿梭车、输送系统和控制系统等部分所组成的, 立体仓库是实现高效智能的快速存取。[4]

目前, 在自动化立体库里面大多数以各种自动化机器为主, 如自动分拣的小黄人、多层穿梭车技术为代表。如京东在全国各地的“亚洲一号”库, 里面使用了多层穿梭车机器人、AGV搬运机器人, 机器人的使用可多通道同时作业, 自动导引载货物等等, 解决了传统人工带来的作用节奏不均衡等问题。[3]图1是一般自动化立体库的作业流程。

机器人作业是无人仓最大的特征, 物流仓储工作是靠各种各样的机器人来支撑, 如AGV搬运机器人、AGV搬运机器人、shuttle货架穿梭车、DELTA分拣机器人、六轴机器人等黑科技。没有机器人的无人仓根本不是无人仓, 在京东物流亮相的无人仓当中, 整个仓储作业流程的每一个环节, 如入库、码垛、分拣等, 都根据机器人的功能和特性进行了分工作业。机器人不分日夜的作业, 高效率、高准确率的完成物流仓储中相关工作。Kiva机器人是典型的机器人代表, Kiva机器人具有高度的自动化、最短的作业周期、最强的灵活性等特点, 是建设和完善自动化立体仓库的必备选择;其中与人工相比效率大幅度提升的码垛机器人, 同样也得到了行业的认可[4]。京东在去年的“双11”以及今年的“618”期间, 将机器人投入到全国各地的“亚洲一号”仓库, 所得到的效果、反响是惊人的, 社会、行业、顾客给予很高的评价和肯定。公司内部也避免了像往年“618”、“双11”那样如:京东物流仓库临时增加十几万的物流员工仍无法完成物流相关作业。无人仓机器人的使用提高了作业效率、准确率和用户体验。

图1 自动化立体库作业流程   下载原图

下面详细介绍京东的四大机器人[4]:

1) AGV搬运机器人:

a) 作用:能做到自动导引载货物, 即自动根据控制系统发出的指令把货物从一个位置搬到另一位置, 在这个过程中还可以自动做到灵活更改路径, 实现相互之间避让与路径的优化。

b) 重要数据:搬运货物的重量最重达到300公斤, 作业过程中运行速度可超过每秒2米。

2) 自动多层穿梭车机器人:

a) 作用:多层穿梭车又分为单通道作业和多通道同时作业穿梭车系统, 作业区域主要在各高层的立体货架之间, 对高层立体货架的货物进行搬运, 作业效率高并且能够精准定位, 同时比较性能稳定, 还发单向和多向两种。

b) 重要数据:自动做到精准配货架的货箱件数在400-630mm, 每小时进出库吞吐量达1600箱, 作业运行速度高达6m/s。

3) DELTA型分拣机器人:

a) 作用:这些机器根据作业内容的不同都被分别装上了2D、3D识别以及2.5D视觉技术, 使得机器人与环境做到有效配合。能自动更换端拾器, 实现快速以及不间断地拣选[7]。

b) 重要数据:155ppm的作业节拍, 一个机器人的承载重量最大值为5kg, 作业运行空间直径只要1600mm。

4) 六轴机器人6-AXIS:

a) 作用:只要作用于仓库货物的快速搬运、拆码垛等工作。

b) 重要数据:其中单轴速度的做到每秒200度, 但臂展空间只需要267毫米, 搬运重量高达165kg, 如此笨重的机器但它的灵活性一点也不差, 能够把定位精准度保持在±0.05mm。

无人仓是由输送系统连接而成的, 输送系统是一个把所有的机器人以及自动化立体库等环节连接起来的物流系统, 从而实现货物在无人仓里高速运转。相对于自动化立体库和机器人系统等一些新兴技术来说, 输送系统应用的历史更加悠久、更加广泛, 技术也更加完善。如今在无人仓里可以对原有的输送系统加以装饰, 在以前的基础上安装了自动检测、自动识别以及感知技术等, 使输送系统更加有效地与各种机器人进行配合, 另外在京东无人仓的输送系统中, 在输送线的末端安装了视觉检测工作站, 同时也在拣选机器人的前端也安装了, 从而保证高效率以及高准确率的作业。

整个无人仓的设计运作人工智能算法、自动感应识别技术, 技术创新使京东走在物流行业的最前端, 真正的无人仓、无人化。机器人在智能算法与自动感知识别技术的支持下获取所有商品以及设备的信息, 从而进行采集和识别。同时系统会根据传送回来的信息生成决策和指令, 机器人再根据这些决策和指令分别对货物的入库、上架、拣选、补货、出库等各个环节进行自动作业。随着海量订单的出现以及用户要求自动做出调整以及优化作业。

无人仓带来了双重效益, 实现了社会和企业的双重价值, 京东的无人仓是绿色物流的主要体现。外界普遍认为建设无人仓需要天价成本, 京东用实践证明了天价成本的背后是对未来物流发展的预测和可持续发展战略的理解, 京东的无人仓作业过程实现了低碳节能, 使“小商品大包装”或者“大商品小包装”造成过度包装或纸箱破损的问题得到缓解。数据显示, 中国快递行业每年消耗的包装袋、运单和纸箱数量均在百亿以上, 由此产生大量的快递垃圾, 给环境和整个社会带来重大的负担。无人仓的投入使用提高了纸箱、包装袋的利用率, 致力于让每一厘米纸箱的价值都能发挥得淋漓尽致, 助力绿色快递的发展。[5]预计到2020年, 京东将减少供应链中一次性包装纸箱使用量100亿个。

无人仓作为自动化仓储物流系统的发展方向和目标, 很长一段时间都停留在概念阶段, 如今随着京东和菜鸟网络的大力投入, 无人仓技术取得重大突破, 正式进入落地实施阶段。以设备替代人工, 使得物流作业成本大幅降低, 并且随着无人仓技术越来越成熟、应用越来越广泛, 企业成本也将得到有效降低, 投资回报率不断提高。[1]

机器人技术、人工智能算法、海量商品的精准识别成为实现无人仓的主要技术瓶颈。技术的可靠性、安全性, 机器人作业中无缝隙的衔接、高难度的配合是目前的无人仓的一大难点。离真正物流作业过程的“无人化”, 还需在技术创新上不断的完善和突破。难点一:机器人技术——机器人做到完全替代人工, 并高效、精准的完成工作, 并不是一蹴而就, 如何保证机器人的可靠性和稳定性需要有更强大的技术支撑。难点二:人工智能算法——人工智能算法是无人仓的核心技术, 是无人仓的大脑。成千上万的机器人同时作业时, 如何相互识别, 互相礼让而避免拥堵, 全靠人工智能算法技术。电商物流跟传统物流不一样, 电商物流复杂程度更高一些, 整个仓库物流如何实现无人作业, 从仓库设计、商品分布、到拣选区的范围等都给我们提出了新的难题。难点三:建立无人仓成本、维护成本巨大, 推广更慢, 在国内一般建立无人仓的公司是一些比较大的电商平台公司, 如京东、阿里、苏宁等, 他们有雄厚的资金做后盾, 着眼于对物流未来的成效。总而言之, 机会与挑战总是并存的, 在电商高速发展的今天, 必将会促使无人仓机器人的快速发展。

无人仓技术的发展所需要面对的难题不仅仅是这些, 要想真正实现仓储无人化, 还需要在物料标准化问题实行标准化管理。加快标准化建设, 扩大智能化仓库应用范围。根据每个商品的特性进行标准制定, 如:对商品进行物流属性采集、汇总, 以便于系统根据这些商品属性进行分类及规划, 将其纳入智能化仓储体系中。对商品的包装、存放等建立标准, 使得每一个入库商品规范化, 这是进行自动化拣选的基础。对仓库的通道宽度进行统一量定, 对每一个货架摆放点进行定点定位, 并将地标纳入GPS系统, 为AGV机器人拣选的应用提供可行性[6]。如今托盘、集装箱再到商品包装等尺寸大小都是千奇百怪的, 所以只有当所有的大小尺寸都有统一的标准了, 无人仓作业才有可能实现并高效率、准确地运行。面对这些问题, 京东让机器人更加熟悉场景, 提高作业效率以及精准度。

本论文在查阅大量国内最新参考文献的基础上, 采用案例研究, 主要以京东物流为例, 详细阐述了无人仓技术在目前的应用与发展情况, 以及对当今世界物流行业来说无人仓技术研究发展的必要性。通过结合京东物流建成的亚洲首个“无人仓”研究分析, 初步解决了以往对无人仓技术一无所知的问题, 分析了无人仓现状存在的问题以及根据研究京东物流的无人仓技术给出解决这些问题的方向, 这些在无人仓技术未来的发展当中将会起着不可替代的作用。

无人仓技术已经成为一种发展趋势, 未来是“智能+无人”。我国物流行业仓储成本的普遍提高, 加上各领域机器人技术的成熟, 机器替代人的时代已成为不争的事实。像京东物流、菜鸟网络以及亚马逊等电商行业的巨头也早已加入无人仓的建设和应用, 作业效率大幅度地提升。正如京东总裁刘强东所说, 在不久的将来, 在世界整个零售领域里面, 所有的基础设施, 不管是硬件设备还是软件设备, 都将会变得如此可塑化、智能化和普遍化, 无人化时代、智慧物流时代再也不是遥不可及而是触手可及了。