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货到机器人拣选还有多远?

2018/6/15 10:29:22来源:作者:

  随着以智能制造为代表的制造业物流升级发展以及智慧物流的不断推进,无论从市场需求还是技术本身,都为“货到机器人”技术的发展和应用奠定了一定基础。不过,从全球来看,目前“货到机器人”拣选技术还存在一定瓶颈,未来要实现更大范围应用,还有很长的路要走。

  5月24日,京东首次对媒体公开其已正式运营的无人仓,并首次公布无人仓世界级标准,即“三极”、“五自”和“一优”原则。5月30日,由菜鸟网络主办的2018全球智慧物流峰会上,菜鸟网络也展示了包括不同类型智能仓储机器人及机械手臂等在内的无人仓技术。

  无人仓是高度自动化、智能化的仓库,通过各种自动化设备代替人来完成货物入库、上架、存储、拣选、补货、包装、出库等全部仓储作业。近两年,正是京东、阿里等电商巨头将智慧物流作为重要发力点之一,无人仓相关技术得到大范围布局。由于拆零拣选是物流中心最耗费人力和时间的工作,因而围绕这一关键环节的技术创新不断涌现。“货到机器人”拣选作为“无人仓”的核心技术,随着“无人仓”项目逐步落地,也受到越来越多的关注。

  三大拣选方式及其特点

  订单拣选(特别是拆零拣选)是物流配送中心最重要、最复杂的作业之一,拣选方式和技术直接影响着整个仓库的拣选效率,关系到仓库成本的高低,因此备受关注。

 

  德马泰克2016年推出的Rapidpick XT 货到机器人拣选系统,可以配合德马泰克多层穿梭车系统, 实现高效拆零拣选;可以 365 天、7×24 小时连续作业,具有稳定的工作效率和可靠性

  根据拣选方式的自动化程度高低,主要分为人工拣选、半自动拣选、全自动拣选三种。

  1.人工拣选

  即拣货人员通过纸质拣货单,以及条码扫描枪等简单的设备进行拣选。一般来说,人工拣选都是“人到货”拣选(PTG)的方式。目前,随着技术的进步和行业的发展,采用全人工拣选的场景已经变得越来越少,或多或少会结合一定的自动化设备。

  2.半自动拣选

  半自动拣选主要采用“货到人”(GTP)方式,即通过自动化设备或系统按照一定的规则将货物运送至拣货人员所在区域,由人工完成拣选作业。通常来说货到人系统由存储系统、输送系统、拣选工作站以及信息系统构成,这种“货动,人不动”的拣选方式,大幅度减少了拣选作业人员的行走距离,不仅实现了高于“人到货”模式数倍的拣选效率,大幅度降低了劳动强度,同时在存储密度、节省人力等方面拥有突出优势。

  货到人拣选也是近两年最受关注的拣选方式,在新建成的物流中心尤其电商行业应用较多,并在其他行业不断拓展中,成为主要应用趋势之一。据苏州牧星智能科技有限公司创始人刘明介绍,货到人拣选具有多种类型的解决方案,包括:

  (1)旋转货架/Miniload系统+拣选工作站;

  (2)多穿系统(包括四向穿梭车系统)+拣选工作站;

  (3)AGV系统+拣选工作站;

  (4)多种类型的扩展及组合。

  其中,AGV系统这种“货到人”拣选方式在电商的快速发展下,其应用得到进一步的拓展,形式也多种多样,如这两年大量涌入市场的类Kiva机器人拣选系统;以及国自机器人推出的STAR SYSTEM拣选系统——根据货物被拣选频率分成热销品拣选区和慢销品拣选区,分别以“车陪人找货”和“车带货找人”的“动静结合”方式拣选;等等。

  3.全自动拣选

  随着智慧物流的发展,工业机器人作为智慧物流的核心设备,开始尝试在物流作业中最为复杂的拆零拣选环节应用,即“货到机器人”拣选系统。目前,行业内对于“货到机器人”拣选并没有明确统一的定义,约定俗成的说法是指拣选环节全部依靠自动化设备来实现,或者说,在货到人的基础上进一步采用机器人替代人力实现全自动拣选。

  从系统构成上来看,“货到机器人”拣选通常由智能仓储系统、AGV或输送线等输送系统、机器人系统构成,解决自动化搬运和自动化拣选两大问题。也就是说,在搬运环节,“货到机器人”和“货到人”系统的实现方式相同,即完成货物的自动搬运;在拣选环节,“货到机器人”拣选采用机器人替代人,即通过机器人来识别、抓取商品并放在指定位置。但值得注意的是,由于“货到机器人”采用的是与“货到人”系统完全不同的设计逻辑­——通过上位信息系统或者管理软件将物流系统的各个组成部分进行串联,因此前者并不能简单地视为后者的智能化升级,而是分属不同的拣选工艺。

  与“货到人”拣选系统下的人工拣选方式相比较,“货到机器人”拣选系统下的机器人不仅能够长时间重复拣选动作,节省人力,还可以大幅度提高拣选效率,保证准确率。因此,在人力成本越来越高的趋势下,“货到机器人”拣选无疑具有独特优势。

  “货到机器人”拣选逐步落地应用

  可以说,随着以智能制造为代表的制造业物流升级发展以及智慧物流的不断推进,无论从市场需求还是技术本身,都为“货到机器人”技术的发展和应用奠定了一定基础,而无人仓的落地,更为“货到机器人”提供了良好应用场景。不过,从全球范围来看,目前“货到机器人”拣选技术还存在着一定瓶颈。未来要实现更大范围的应用,还有很长的路要走。近两年,各种“货到机器人”解决方案开始涌现,并逐步落地。例如,在近两年的 CeMAT Asia展会上,德马泰克、Swisslog、华章、德马、西斯特姆等企业纷纷展示相关技术。

 

  华章在2017 CeMAT Asia展会上展示的货到机器人系统,目前该技术已经在国内某电商企业落地应用

  据江苏华章物流科技股份有限公司总经理华聚良介绍,华章自主研发的基于机器视觉的货到机器人拣选系统,不仅在现场成功演示,并已在国内某著名电商企业无人仓内实现了落地应用。不过,这项应用主要针对的是硬质盒装包装且重量在3千克内的商品的全自动拣选。

  西斯特姆的货到机器人自动化立体货柜也在2017 CeMAT Asia现场吸引了不少观众驻足。据该公司华东区销售总监倪锴介绍,目前已有24台货到机器人自动化立体货柜成功应用于西班牙福特工厂,作为线边库自动拣选作业的高效组合;该产品在国内杭州某电梯公司也有项目落地。

 

  多台西斯特姆货到机器人自动化立体货柜已成功应用于西班牙福特工厂,作为线边库自动拣选作业的高效组合

  早在2016年CeMAT Asia展上,德马泰克便展示了其研发的可以配合Dematic多层穿梭车系统的货到机器人拣选方案,实现高效的拆零拣选。德马泰克有关负责人表示,在未来的智能制造中,机器人将扮演越来越重要的角色。今年3月,德马泰克宣布将成立机器人卓越中心事业部,专门开发机器人自动化技术,以流程改进、机器人技术、视觉识别和软件为基础,为市场提供包括“货到机器人”拣选在内的自动化解决方案。据介绍,德马泰克目前正在研发AGV和机器人相结合,兼具自动导航及抓取功能的“货到机器人”系统,如自主导航摘果机器人,既拥有机器的特点,又拥有人的柔性。

  “货到机器人”拣选技术瓶颈有待突破

  尽管“货到机器人”拣选系统已经开始在行业内逐步落地应用,但受访专家普遍表示,从全球范围来看,目前“货到机器人”拣选技术并不成熟,应用案例非常少,大多数企业的相关技术仅仅停留在展示阶段。

  以电商行业来说,SKU数量往往十分庞大,商品包装各式各样,大小不一,并且订单量巨大,对拣选效率或者拣选频次要求较高,对夹具的技术要求更高。因此,这些不规则商品拣选对“货到机器人”系统的稳定性提出了巨大的挑战。华聚良表示,目前机器人控制理论有待进一步提升,同时机器人控制技术及视觉识别技术也有待提高,因此“货到人拣选”解决方案极少有成熟的落地项目,在电商行业大范围应用更是难上加难。

  刘明则表示,除此之外,机器人夹具也是“货到机器人”拣选难以大范围落地应用的最大痛点。据他介绍,机器人拣选作业通常包含三个环节:一是识别商品,采用条码扫描、视觉识别等技术;二是抓取商品,需要相应的算法进行支撑,同时需要依靠不同的夹具来实现;三是抓取商品的数量。其中,抓取是最大难点,一方面,对于不同规格、形状的商品,抓取方式也会不同;另一方面还受制于货物存放的规则程度,如商品如果不是采用一位一品的方式存放而是混合在一起,加之商品之间的相互遮挡,无疑增加了机器人识别商品与拣取的难度。

  从货到机器人自动化立体货柜来看,尽管处理的SKU数量相对较小,拣选量也不及电商大,但是对硬件和软件的要求都相对较高。在硬件方面,为了跟机器人配合作业,自动化立体货柜的存取口需要外置,而传统货柜存取口内置,限制了机器人的作业;在软件方面,要求则更高,也是“货到机器人”系统的最大难点,即实现智能仓储设备与机器人的对接。以自动化立体货柜为例,机器人到位信息(0mm误差)、托盘内的物料库位信息、和机器人通讯系统实时精准交互,是对接工作的核心步骤。同时,机器人抓取的精准性和夹具的合理性也是关键。

  “货到机器人”未来应用趋势

  从以上几位专家的分析来看,很明显目前拣选机器人还存在诸多技术瓶颈,受制于此,市场尽管有全自动拣选的需求,却很难针对全品类商品实现全自动拣选。但是可以肯定的是,随着技术瓶颈突破与设备成本下降,当人力成本上升到一定程度,并且物流仓库用工难问题进一步凸显时,某些行业或将针对部分SKU进行“货到机器人”全自动拣选。

  1.助力制造业线边物料高效拣选

  倪锴表示,货到机器人自动化立体货柜这种全自动拣选方式可以很好地支持智能制造项目中线边物流的高效拣选,如应用于航空航天、汽车制造、医药等行业。通常来说,一个自动化立体货柜拣货工位需要配备2~3个人,机器人不仅可以24小时作业,还能够提高拣选准确度,拣选效率比人工作业大致提高1.5倍。随着全球范围内掀起智能制造风潮,以及《中国制造2025》战略的实施,智能制造项目大量涌现,将会为货到机器人自动化立体货柜进一步打开市场。

  因此,西斯特姆将货到机器人自动化立体货柜作为重点推广的产品,预计未来该产品比例将达到30%~40%。在技术方面,西斯特姆已经开发出将拣选机器人内置到自动货柜内实现存储+拣选一体化,并能同时拣选多种商品的MODULA OnePick货柜。据悉,该产品将于近期发布,并将在2018 CeMAT Asia 展会上展出。

 

  MODULA OnePick货柜,该产品将拣选机器人内置到自动货柜内实现存储拣选一体化,能同时拣选多种商品

  2.高附加值行业的针对性应用

  刘明表示,一方面,“货到机器人”可以应用于SKU数量少,包装规则的行业(如乳品行业);另一方面,可以改变传统“货到人”拣选的思路,即将货物运送到拣选工作站——拣选——货物归位的方式,转变为AGV与拣选机器人相结合,直接到货架储位去拣选商品,也就是将“货到人”与“拣选”这两个过程合二为一。不过他也指出,为了实现这种方式的自动化拣选,需要具备几个条件:首先,商品形状必须是规则的,便于机器人夹取或者用吸盘吸出;其次,为了便于拣选,对商品存取方式有一定要求。但如此一来,必然造成存储空间的浪费,降低仓库空间利用率。因此,这种方式只适合于仓库成本较低的应用场景。

  除了以上两种形式外,刘明预计,随着人力人本的上升,未来进口医药、奢侈品等高附加值行业还将出现一系列“专机”,即针对某一类商品的全自动化拣选系统,将自动存储和自动拣选集成在一起(类似于MODULA ONE-PICK货柜),实现部分SKU的全自动拣选。

  因此,总的来看,由于“货到机器人”拣选存在一定的技术瓶颈有待突破,市场需求并不迫切。华聚良表示,至少需要5年时间,对于不规则物品的全自动拣选技术才有可能真正成熟。但是在某些特殊领域,“货到机器人”拣选技术将得到良好的发展。未来,倪锴认为,“货到机器人”拣选要实现更大范围的应用,还需要做到智能仓储设备和拣选机器人的实时通讯互联,同时提高智能仓储设备和拣选机器人的工作精准度和稳定性。软件系统是所有智能化拣选解决方案的第一要素,其次选择成熟的硬件设备是保证系统稳定运行的基础。

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