智能化仓储的发展启示

物流业是推动国民经济发展的基础产业, 是连接生产与消费、城市和乡村的纽带。仓储作为其中的一个重要环节, 对整个物流活动的成本和效率都有着重大的影响。近年来, 国内电子商务产业的蓬勃发展改变了人们的消费模式, 推动了物流行业的发展。同时, 土地和人力成本不断上涨, 给仓储物流环节带来新的需求与挑战。

相对来讲, 发达国家的仓储行业发展起步更早、发展更为成熟, 机械化与信息化水平以及管理模式也更为先进。近年来, 我国越来越重视仓储物流发展, 但整体发展水平仍与发达国家存在一定差距。本文旨在通过对目前国外一些智能仓储先进做法的介绍, 给予国内智能仓储的发展以借鉴和启示。

智能化仓储的技术应用

仓储的主要功能可以分为存储、搬运、拣选和包装4个部分。随着电商物流的迅速发展, 仓储的传统存储功能在逐渐弱化, 流通功能在不断加强。对于流通式仓储来说, 拣选环节是对生产效率和成本影响程度较大的环节, 也是仓储智能化水平体现较为突出的环节。随着技术的发展, 在智能仓储中出现了用技术手段将存储、搬运和拣选环节紧密结合的趋势。在目前国外的先进仓储中, 无论是传统的“人到货”拣选模式还是新兴起的“货到人”拣选模式, 都有其不同的适用性和先进的技术应用代表。

“人到货”拣选模式。

“人到货”模式是传统的拣选模式, 即人在拣货区行走, 按照订单进行拣选。因为拣选作业环节过程较多, 所以人工作业和判断依然有存在必要。传统的依据拣货单进行人工拣选的模式有着无法及时同步库存信息、信息无法追溯、无法保证作业质量和效率低等缺点。如今在智能化仓储中, 不同的技术手段已经被应用来辅助人工作业, 一些代表性的做法如下。

PDA人工拣选。这是当前应用非常广泛的拣选方式之一, 作业人员使用PDA (掌上电脑) 进行拣选作业。

亚马逊仓库里的人工拣选作业更好地利用了科技手段来提高人工效率。人工分拣员的手持终端不仅仅具有扫描功能, 它的仓库大数据系统会根据记录的货物信息和分配给每个员工的订单信息, 自动优化出最佳拣货路线, 通过手持终端引导员工到相应分拣区域, 完成一系列分拣工作, 选择模型甚至可以显示检索每个货品的具体用时。

RFID (无线射频识别) 人工拣选。通常与PDA配合使用, 有设置货位RFID标签和设置商品RFID标签两种方式, 在实际应用中多采用前者。拣选作业时, 拣选人员在读取到货位标签后, 在PDA上确认拣选作业内容。

语音拣选。这是国外应用较为广泛的一种拣选方式。员工在拣选时按照系统发出的语音指令到达相应货位, 拣取相应的商品, 同时通过语音应答方式来确认拣选作业的完成。

智能眼镜拣选。这是智能化仓储的标志性企业亚马逊在智能仓储领域的一项创新专利。隔空识物智能眼镜内置传感器, 可在仓库中识别商品的位置、邮寄地址、条形码、二维码等标记, 具体作业信息全部显示在镜片上。眼镜在识出目标物体后, 将员工导航至拣选货位, 同时可以自动扫描货位与商品条形码。

智能科技手段的应用使得“人到货”拣选方式突破了对货位熟悉情况、拣选路线等一些效率限制因素, 大大减轻了人工工作负担, 有效地帮助拣选人员提高了工作效率和准确性。另外, 管理系统可以实时获得作业环节信息, 便于作业信息的追溯、分析和管理, 对于异常情况可以及时记录和处理, 提高了仓储管理效率。

“货到人”拣选模式。

近年来兴起的“货到人”模式, 可以更有效地减少人工投入, 提高作业效率。所谓“货到人”, 就是从传统的人找货, 变成利用先进的集成软硬件技术实现货找人。在此模式下, 工作人员只需在固定位置进行拣选、配货等工作, 节省了工作人员走动的通道空间和时间, 提高了仓库存储空间效率和订单处理效率。一些先进的智能仓储利用自动化立体库与拣选站配合构成货到人拣选系统, 还有以亚马逊机器人等为代表的实现货到人的智能设备。另外, 利用机械手臂替代人力拣选的技术也在迅速发展。

货到人拣选系统。系统主要由自动化立体仓库和拣选站两大核心部分组成, 把仓储的存储移动和拣选更紧密高效地结合了起来。

具有代表性的有目前发展已较为成熟的穿梭车技术。货物在货架上高密度存储, 穿梭车在货架的高精度导轨上运行, 在货架内实现货物存取, 节省了其他存取设备的移动通行空间, 提高了仓库的空间利用率, 减少了劳动力的投入, 提高了生产效率和质量。

系统其他智能功能帮助更好地进行作业管理。比如德马泰克的系统具有订单排序功能和自我修复功能, 系统可以按照商品品类、易碎程度等各种设定标准进行订单排序, 提高作业效率;可以自动根据系统取货情况对物品被需要频次进行评级, 将取货频次高的物品自动放到系统前端。自动取下的货物通过传送带传递到拣选站, 工作人员通过语音或显示屏等手段接收工作指令, 将指定数量的货物放到指定位置。整个系统大大节省了劳动力投入, 同时提高了工作效率与准确性, 创造了环境更良好、安全的生产环境。

经过几代的改进, 穿梭小车已经可以实现多向移动, 自由度大大增加, 突破了传送梯等原因导致的吞吐量限制瓶颈。工作人员只需站在拣选货位进行操作, 效率非常高。同时, 代替人力的机械手臂技术也在不断研究, 主要技术难点在于夹取能力、货物形状和摆放角度识别等设备柔性问题。

移动和取货机器人。通过机器人实现货到人模式, 机器人能将货物运送到工作人员面前。亚马逊是通过机器人实现货到人模式的典型代表, 其机器人可以实现货物定位和货架移动, 发展已经成熟。随着技术的发展, 除了移动功能外, 可以拣货, 设备柔性更高的机器人也在逐渐诞生。

亚马逊于2012年收购了kiva systems, 开始在其仓库中布局机器人。客户下单后, 订单调度系统将订单分配给机器人, 通过植入地面的代码对机器人实行路径导航, 在移动过程中相互不会碰撞。机器人移动至目标货架, 识别货架信息后升降平台将货架举起, 再移动至工作人员处。过程并不复杂, 主要是对于路径导航、后端系统等相关方面技术要求较高。

据说, 这些机器人每小时可移动30英里, 准确率达到99.99%, 将工作效率提升2~4倍, 每年给亚马逊节约成本约10亿美元。但这类机器的使用对于物品的存放方式、重量和体积等条件会有一定要求。其他代表性的有Swisslog的carrypick系统, 跟亚马逊类似, 由自动引导车AGV+移动货架单元构成。

此外, 与亚马逊机器人相比, Fetch Robotics机器人不仅能运输货物, 还能直接从货架上取下物品。Fetch Robotics由Fetch移动机械手臂和Freight移动基座组成, 通过导航fetch机器人在货架间移动, 识别物品将其取下货架, 放到freight机器人里, freight机器人再将物品移动至工作人员。机器人可以自动寻找电源进行充电。

取货机器人的技术难点和分拣手臂一样, 不能识别多种尺寸、重量、形状的物品, 但是相关方面的技术也正在不断地突破。

德国公司Magazino的TORU机器人, 根据三维地图模型穿梭于货架间, 通过激光技术和摄像头识别周围环境和货架物品的状态, 可以一次性抓取多个物品进行递送, 提高了订单处理效率。此外, 该公司还设计了专门抓取长方形、盒子等容器类和不规则形状物品的机器人, 增强了机器人的适用性。

智能机器人的应用可以帮助仓储节省更多人工劳动力, 提高工作效率。但是, 由于机器人投入需要一定成本, 应该根据实际情况具体分析, 根据不同情况选择合适的模式。

除了主要的存储、移动和分拣环节外, 智能仓储在其他装卸、复核和包装等环节也有不同程度的技术应用。在标准化程度较高的仓储, 会使用一些装卸设备来进行装卸。在亚马逊仓库的包装流水线上, 工人面前有系统对应不同订单的货架, 工人按照系统指示将商品放入不同货架, 进行包装贴单等工作, 系统则会根据订单和商品录入的大小、重量信息自动挑选大小合适的包装。

经验启示

通过国外先进智能仓储情况可以看出, 合理更新及引进先进仓储软硬件设施, 打造智能化仓储, 能够更好地提高仓储资源利用率, 节约成本并提高仓储运行及管理的效率和准确性, 给予客户更好的体验。但是, 实际情况中不同仓储有不同的特点, 国外不同的先进智能仓储也分别选择了不同模式和技术手段。所以, 打造智能仓储不能盲目崇拜先进技术, 应对实际需求及投资回报等进行合理分析。

利用科技手段, 优化和平衡仓储的人工工作。

虽然智能技术可以代替人工进行很多工作, 但是, 由于仓储中仍具有不标准过程和不确定因素, 因此人工的判断、管理以及劳动仍然是必不可少的。

因此, 只有充分利用科技手段, 提供最优人工工作方案, 提高整体工作的效率和准确率, 同时, 对不同的人工工作进行有效的预测、计量、评估和管理, 平衡技术设备和人工的使用, 建立科学工作机制, 才能保持整个仓储系统的稳定、灵活和高效运行。

建设智能仓储统一集成管理体系。

打造多功能集成的后台管理体系是建立智能仓储的关键。对于一个成功的智能仓储来说, 先进的硬件设施仅仅只是一部分, 后端的软件系统才是将仓储中的设备和环节联通起来并进行监测、计算、控制、分析和管理等功能集成的关键。系统通过无限网络将智能仓储内的硬件设备互连互通, 对每一环节进行把控, 进行大数据采集分析、智能计算、指令发送, 以及异常问题的及时报告和修正, 从而保持其整体的高效准确运行。

重视标准化工作建设。

在智能仓储中使用不同的自动化、智能化设施设备, 对标准化的工作要求将更高。比如想要利用装卸机器人、搬运机器人或者分拣机器人等, 对物品的包装、重量、条码粘贴位置等都会有一定的标准化要求。如果仓储中的物品标准化程度较低, 会影响相关设备的使用。重视标准化工作, 是提高自动化、智能化操作水平, 提高仓储运行效率和管理质量的前提。