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灵活的自动化物流系统
来源：物流技术与应用
时间：2021-11-25
柔性物流系统需要应用大量的机器人和人工智能技术。人工智能为智慧物流带来了多样化的技术，智慧物流为人工智能提供了广阔的应用场景。菜鸟无人仓应用了无人叉车、拣货AGV、配送AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备，仓储、拣货、包装、分拣、拉货等所有物流环节都具有柔性化、自动化的特点。
随着物流逐渐成为电子商务的核心竞争力，阿里巴巴更加重视物流。2017年9月，阿里巴巴集团宣布增持菜鸟网络股份53亿元，未来五年将继续投入1000亿元建设菜鸟网络物流体系。在5月底举行的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，千亿元的投入只是开始，未来还将继续投入，全力打造全国智慧物流骨干网络。其中，推进智能仓库建设是重点之一。
在这种背景下，菜鸟们不断加大对无人仓库技术的研究和应用。从搭建高度自动化的流水线实现仓库拣选自动化开始，他们逐渐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。打造智能无人仓，然后，能够实现全流程无人操作的无人仓最终会落地。
菜鸟无人仓库解决方案
近日，菜鸟与YTO快递联合宣布，超级机器人配送中心在童渊杭运中心正式启用，350台机器人昼夜不停工作，每天分拣超过50万件包裹。这种效率引起了业界的广泛关注。菜鸟表示，在今年“双11”之前，下一代机器人配送中心将在南京上线，全面加快行业自动化。
事实上，早在今年的“618”期间，菜鸟无锡无人仓单仓就已经投入了500多台类似KIVA的机器人(新型AGV，相比传统AGV，导航方式更先进，行驶路径不限，上层软件系统更强大)，成为国内同类仓库机器人规模大、作业效率高的项目。从菜鸟对机器人仓库的投入和进步，不难看出他对打造“无人仓库”的态度和决心。
菜鸟仓库(如无锡仓库)主要分为四个功能区，即立体仓储仓库、机器人拣货仓库、机械臂拣货仓库和机器人配送区。
立体仓库：采用AS/RS系统，由机器人将货物自动堆放在托盘上，由无人叉车送至输送线，堆垛机根据指令实现货物的自动存储和交付。
机器人拣货仓：分为A、B两个区域，A/B区域中间设有播种工作站，即货物合流区，可以通过“货到人”和“车到人”的方式并行使用，人工完成订单货物拣货作业。订单拣出后，包裹被送到输送线，完成面板的自动过账和盒子的自动封口。机械臂分拣仓：主要针对中型包裹，由无人叉车将货物送到传送带上，3D摄像头自动识别箱子，机械臂从托盘中精准抓取包裹并逐一放入传送带，通过跨带分拣机实现包裹的自动分拣。
机器人配送区：主要针对小商品，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，机器人可以自主操作、读码、分拣包裹等。并将包裹送到指定的大门，包裹将通过螺旋升降机等设备落入集袋袋中。
*之后，包裹将在装运前由无人叉车等设备装载。
在无人仓库的整个作业区域，可以实时监控各种物流设备的状态，一旦遇到突发问题，可以及时处理，保证整个物流系统高效可靠的运行。
人工智能时代的柔性自动化
从菜鸟无人仓使用的各种自动化物流设备来看，整个物流系统具有更大的灵活性和大量的AI(人工智能)技术应用，这也是菜鸟无人仓的*大特色之一。菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱丽君表示，人工智能时代自动化物流系统的新变化是柔性自动化。
在他看来，灵活的自动化物流系统有四个特点：
首先，它具有很强的可扩展性和健壮性。该系统可以快速部署新的机器人和其他自动化设备来处理更多的订单。同时，系统非常健壮，当单个节点出现问题时，不会影响整个仓库的运行。
第二，模块化设计，易于部署和搬迁。随着电子商务的快速发展，商品种类越来越多，具有各种物流属性和销售属性。不同的商品需要不同的运作模式，物流系统需要模块化设计。正是因为模块化设计，灵活的自动化物流系统可以轻松部署和重新定位。比如菜鸟面积5000平方米的机器人仓库，在正常拣货操作下，只需一个小时就能完成移仓操作。
三是便于根据业务变化调整操作流程。仓库需要根据所订货物的特点不断改变物流运作模式，以快速适应业务发展的变化。
第四，在整个物流环节大部分自动化的情况下，物流作业的可预测性更强。
无人值守菜鸟仓库实现全链路柔性自动化
柔性物流系统需要应用大量的机器人和人工智能技术。可以说，人工智能给智能物流带来了多样化的技术，智能物流为人工智能提供了广阔的应用场景。菜鸟无人仓应用了无人叉车、拣货AGV、配送AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备，仓储、拣货、包装、配送、拉货等所有物流环节都具有柔性化、自动化的特点。1.多区域并行柔性自动化方案的提出
根据朱丽君的说法，仓储操作与计算机的工作原理非常相似。例如，仓库存储项目，计算机存储数据；在订单生产中，仓库将货物从货架中取出，这与计算机进行数据提取和计算非常相似。仓库储存货物，类似电脑硬盘；电脑上文件多，有些文件可能长时间不被访问，和仓库备货区一样；仓库领料区类似于电脑内存；电商仓库中的爆炸区相当于电脑的高速运转。因此，仓库作业总能在计算机结构中找到映射。在电子商务时代，仓库变得非常大，每天要处理的商品和订单种类繁多，映射到计算机结构中相当于大数据处理。大数据处理*的著名框架是MapReduce，它包含三个重要的操作：——Map(并行化工作)、Shuffle(再次合并)和Reduce(*最终产生结果)。
基于这一思想，菜鸟提出了模块化多区域并行自动化物流解决方案，将大数据处理框架映射到仓库系统。MAP代表不同的订单和不同的生产模式，Shuffle代表暂存和合并，Reduce代表不同订单的播种，即仓库作业中不同分区、不同作业模式、不同自动化模式并行作业后合并，再流入若宾区(合流区，即菜鸟无人仓内)。
2.灵活自动化方案在菜鸟无人仓库的实践
(1)多模式并行拣货。在前面提到的菜鸟无人仓的机器人分拣仓中，A区的机器人使用类似货架到人的Kiva系统分拣低流量货物，即“冷货”；B区机器人采用车对人(订单对人)分拣高流量货物，即“爆品”。这两种方式采用的平行拣货作业是模块化的，不会影响其他区域的作业。同时打破了原有AGV系统只能在单一区域作业的限制，提高了整个系统的作业效率。毫无疑问，菜鸟的高级算法在这背后提供了支持。
(2)灵活配置。也就是仓库里生产的包裹按照不同的流向和目的地进行分拣，机器人非常适合完成这个操作，因为机器人有固定的轨迹，适合点对点的货物搬运。
对此，菜鸟设计了新的柔性配送系统解决方案，即通过机械臂将包裹放置在AGV上(目前为手动，未来将由机械臂代替)；当AGV通过扫描台时，包裹上的信息被自动扫描，AGV根据主机系统的指令前往目的地，然后将包裹倒入相应的包裹筐中；当篮子装满时，它将被另一辆自动导引车带到相应的出站平台。这是一个非常灵活的自动分配系统。需要注意的是，搬运吊篮的大型AGV和分拣的小型AGV都有，它们的路径规划非常复杂。此外，每个篮子的目的地需要规划，不同目的地的篮子流量不同。如何使AGV在不停车的同时还能缩短行走时间是非常关键的，也是整个系统的关键。
(3)机械臂的应用。机械臂用于菜鸟无人仓库的开箱/码垛和拣货操作。基于RGB-D数据、三维物体识别、定位、姿态估计与激励、箱体分割算法等技术，采用工业生产线标准，具有高效、高可靠、高鲁棒性的特点。
柔性自动化方案的关键技术及发展方向
1.软硬系统工程
无人仓库建设项目既不是纯软件项目，也不是纯硬件项目，而是一个系统工程。从工艺设计到硬件设计和软件设计，需要综合考虑，实现高效运行。柔性物流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、健壮性、灵活性等。
2.物联网和边缘计算
菜鸟在物联网上有很多投资。在2018年全球智慧物流峰会上，新秀宣布全面启动物流物联网战略，发布了全球首个基于物流物联网的“未来园区”，这是物联网、边缘计算、人工智能等技术首次大规模应用于物流领域。
无人仓库是未来物流园区的标配，也是物联网技术非常好的投资点，包括数据采集、数据分析、预测性维护等。
3.机器人技术
各种类型和功能的机器人无疑是无人仓库中的主角。无人仓库内有500多辆AGV在多个库区作业。机器人的三个要点是感知、规划和执行。
4.大规模多智能体规划调度技术
要实现仓库的柔性自动化，机器人必须协同工作。为了最大化存储效率，缩短订单处理时间，需要对AGV进行联合动员、任务分配、路径规划、资源合理分配和优化，这涉及到大规模规划和分配技术。
资源分配通常有两种解决方案。一个是中央计划解决方案。首先要建立模型，收集各种数据，包括每个机器人和每个货物的位置，通过数据分布分析解决单位时间*大出库量。菜鸟在相对较小的仓库中使用这种解决方案。
在大型仓库中，如菜鸟和无人仓库，采用另一种解决方案，——资源分布式竞价。大仓库里有很多机器人和货架，可以通过各种方式组合完成拣货任务。而且机器人货架可以模拟成一个任务，谁赢谁就做任务。关键技术是竞价策略的设计，适用于大型仓库上下游联系紧密、难以耦合的环境，因为上游的决策可能会影响到后者的决策，所以很难做出所有贯穿上下游的决策。智能规划调度涉及的关键技术主要有群体智能、资源分配、路径规划、交通控制等。
朱丽君表示，未来大规模智能体的许多技术将朝着群体智能的方向发展，并向自然生物的行为学习。例如，优化算法中的蚁群算法就是模拟蚂蚁行为的算法。——单只蚂蚁不会绕过，但蚂蚁可以互相绕过让其他蚂蚁通过。这些概念可以引入到仓库中代理的应用中。未来，当每个智能体具有足够强大的智能导航和决策功能时，群体智能将成为柔性自动化技术的发展方向。此外，基于其可扩展性强、易于部署、模块化、算法高效智能、鲁棒性强等突出优势，柔性自动化物流系统将为整个物流行业带来巨大的变革。
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随着物流逐渐成为电子商务的核心竞争力，阿里巴巴更加重视物流。2017年9月，阿里巴巴集团宣布增持菜鸟网络股份53亿元，未来五年将继续投入1000亿元建设菜鸟网络物流体系。在5月底举行的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，千亿元的投入只是开始，未来还将继续投入，全力打造全国智慧物流骨干网络。其中，推进智能仓库建设是重点之一。
在这种背景下，菜鸟们不断加大对无人仓库技术的研究和应用。从搭建高度自动化的流水线实现仓库拣选自动化开始，他们逐渐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。打造智能无人仓，然后，能够实现全流程无人操作的无人仓最终会落地。
菜鸟无人仓库解决方案
近日，菜鸟与YTO快递联合宣布，超级机器人配送中心在童渊杭运中心正式启用，350台机器人昼夜不停工作，每天分拣超过50万件包裹。这种效率引起了业界的广泛关注。菜鸟表示，在今年“双11”之前，下一代机器人配送中心将在南京上线，全面加快行业自动化。
事实上，早在今年的“618”期间，菜鸟无锡无人仓单仓就已经投入了500多台类似KIVA的机器人(新型AGV，相比传统AGV，导航方式更先进，行驶路径不限，上层软件系统更强大)，成为国内同类仓库机器人规模大、作业效率高的项目。从菜鸟对机器人仓库的投入和进步，不难看出他对打造“无人仓库”的态度和决心。
菜鸟仓库(如无锡仓库)主要分为四个功能区，即立体仓储仓库、机器人拣货仓库、机械臂拣货仓库和机器人配送区。
立体仓库：采用AS/RS系统，由机器人将货物自动堆放在托盘上，由无人叉车送至输送线，堆垛机根据指令实现货物的自动存储和交付。
机器人拣货仓：分为A、B两个区域，A/B区域中间设有播种工作站，即货物合流区，可以通过“货到人”和“车到人”的方式并行使用，人工完成订单货物拣货作业。订单拣出后，包裹被送到输送线，完成面板的自动过账和盒子的自动封口。机械臂分拣仓：主要针对中型包裹，由无人叉车将货物送到传送带上，3D摄像头自动识别箱子，机械臂从托盘中精准抓取包裹并逐一放入传送带，通过跨带分拣机实现包裹的自动分拣。
机器人配送区：主要针对小商品，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，机器人可以自主操作、读码、分拣包裹等。并将包裹送到指定的大门，包裹将通过螺旋升降机等设备落入集袋袋中。
*之后，包裹将在装运前由无人叉车等设备装载。
在无人仓库的整个作业区域，可以实时监控各种物流设备的状态，一旦遇到突发问题，可以及时处理，保证整个物流系统高效可靠的运行。
人工智能时代的柔性自动化
从菜鸟无人仓使用的各种自动化物流设备来看，整个物流系统具有更大的灵活性和大量的AI(人工智能)技术应用，这也是菜鸟无人仓的*大特色之一。菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱丽君表示，人工智能时代自动化物流系统的新变化是柔性自动化。
在他看来，灵活的自动化物流系统有四个特点：
首先，它具有很强的可扩展性和健壮性。该系统可以快速部署新的机器人和其他自动化设备来处理更多的订单。同时，系统非常健壮，当单个节点出现问题时，不会影响整个仓库的运行。
第二，模块化设计，易于部署和搬迁。随着电子商务的快速发展，商品种类越来越多，具有各种物流属性和销售属性。不同的商品需要不同的运作模式，物流系统需要模块化设计。正是因为模块化设计，灵活的自动化物流系统可以轻松部署和重新定位。比如菜鸟面积5000平方米的机器人仓库，在正常拣货操作下，只需一个小时就能完成移仓操作。
三是便于根据业务变化调整操作流程。仓库需要根据所订货物的特点不断改变物流运作模式，以快速适应业务发展的变化。
第四，在整个物流环节大部分自动化的情况下，物流作业的可预测性更强。
无人值守菜鸟仓库实现全链路柔性自动化
柔性物流系统需要应用大量的机器人和人工智能技术。可以说，人工智能给智能物流带来了多样化的技术，智能物流为人工智能提供了广阔的应用场景。菜鸟无人仓应用了无人叉车、拣货AGV、配送AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备，仓储、拣货、包装、配送、拉货等所有物流环节都具有柔性化、自动化的特点。1.多区域并行柔性自动化方案的提出
根据朱丽君的说法，仓储操作与计算机的工作原理非常相似。例如，仓库存储项目，计算机存储数据；在订单生产中，仓库将货物从货架中取出，这与计算机进行数据提取和计算非常相似。仓库储存货物，类似电脑硬盘；电脑上文件多，有些文件可能长时间不被访问，和仓库备货区一样；仓库领料区类似于电脑内存；电商仓库中的爆炸区相当于电脑的高速运转。因此，仓库作业总能在计算机结构中找到映射。在电子商务时代，仓库变得非常大，每天要处理的商品和订单种类繁多，映射到计算机结构中相当于大数据处理。大数据处理*的著名框架是MapReduce，它包含三个重要的操作：——Map(并行化工作)、Shuffle(再次合并)和Reduce(*最终产生结果)。
基于这一思想，菜鸟提出了模块化多区域并行自动化物流解决方案，将大数据处理框架映射到仓库系统。MAP代表不同的订单和不同的生产模式，Shuffle代表暂存和合并，Reduce代表不同订单的播种，即仓库作业中不同分区、不同作业模式、不同自动化模式并行作业后合并，再流入若宾区(合流区，即菜鸟无人仓内)。
2.灵活自动化方案在菜鸟无人仓库的实践
(1)多模式并行拣货。在前面提到的菜鸟无人仓的机器人分拣仓中，A区的机器人使用类似货架到人的Kiva系统分拣低流量货物，即“冷货”；B区机器人采用车对人(订单对人)分拣高流量货物，即“爆品”。这两种方式采用的平行拣货作业是模块化的，不会影响其他区域的作业。同时打破了原有AGV系统只能在单一区域作业的限制，提高了整个系统的作业效率。毫无疑问，菜鸟的高级算法在这背后提供了支持。
(2)灵活配置。也就是仓库里生产的包裹按照不同的流向和目的地进行分拣，机器人非常适合完成这个操作，因为机器人有固定的轨迹，适合点对点的货物搬运。
2018全球智慧物流峰会展示菜鸟无人仓灵活配置解决方案
对此，菜鸟设计了新的柔性配送系统解决方案，即通过机械臂将包裹放置在AGV上(目前为手动，未来将由机械臂代替)；当AGV通过扫描台时，包裹上的信息被自动扫描，AGV根据主机系统的指令前往目的地，然后将包裹倒入相应的包裹筐中；当篮子装满时，它将被另一辆自动导引车带到相应的出站平台。这是一个非常灵活的自动分配系统。需要注意的是，搬运吊篮的大型AGV和分拣的小型AGV都有，它们的路径规划非常复杂。此外，每个篮子的目的地需要规划，不同目的地的篮子流量不同。如何使AGV在不停车的同时还能缩短行走时间是非常关键的，也是整个系统的关键。
(3)机械臂的应用。机械臂用于菜鸟无人仓库的开箱/码垛和拣货操作。基于RGB-D数据、三维物体识别、定位、姿态估计与激励、箱体分割算法等技术，采用工业生产线标准，具有高效、高可靠、高鲁棒性的特点。
柔性自动化方案的关键技术及发展方向
1.软硬系统工程
无人仓库建设项目既不是纯软件项目，也不是纯硬件项目，而是一个系统工程。从工艺设计到硬件设计和软件设计，需要综合考虑，实现高效运行。柔性物流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、健壮性、灵活性等。
2.物联网和边缘计算
菜鸟在物联网上有很多投资。在2018年全球智慧物流峰会上，新秀宣布全面启动物流物联网战略，发布了全球首个基于物流物联网的“未来园区”，这是物联网、边缘计算、人工智能等技术首次大规模应用于物流领域。
无人仓库是未来物流园区的标配，也是物联网技术非常好的投资点，包括数据采集、数据分析、预测性维护等。
3.机器人技术
各种类型和功能的机器人无疑是无人仓库中的主角。无人仓库内有500多辆AGV在多个库区作业。机器人的三个要点是感知、规划和执行。
4.大规模多智能体规划调度技术
要实现仓库的柔性自动化，机器人必须协同工作。为了最大化存储效率，缩短订单处理时间，需要对AGV进行联合动员、任务分配、路径规划、资源合理分配和优化，这涉及到大规模规划和分配技术。
资源分配通常有两种解决方案。一个是中央计划解决方案。首先要建立模型，收集各种数据，包括每个机器人和每个货物的位置，通过数据分布分析解决单位时间*大出库量。菜鸟在相对较小的仓库中使用这种解决方案。
在大型仓库中，如菜鸟和无人仓库，采用另一种解决方案，——资源分布式竞价。大仓库里有很多机器人和货架，可以通过各种方式组合完成拣货任务。而且机器人货架可以模拟成一个任务，谁赢谁就做任务。关键技术是竞价策略的设计，适用于大型仓库上下游联系紧密、难以耦合的环境，因为上游的决策可能会影响到后者的决策，所以很难做出所有贯穿上下游的决策。智能规划调度涉及的关键技术主要有群体智能、资源分配、路径规划、交通控制等。
朱丽君表示，未来大规模智能体的许多技术将朝着群体智能的方向发展，并向自然生物的行为学习。例如，优化算法中的蚁群算法就是模拟蚂蚁行为的算法。——单只蚂蚁不会绕过，但蚂蚁可以互相绕过让其他蚂蚁通过。这些概念可以引入到仓库中代理的应用中。未来，当每个智能体具有足够强大的智能导航和决策功能时，群体智能将成为柔性自动化技术的发展方向。此外，基于其可扩展性强、易于部署、模块化、算法高效智能、鲁棒性强等突出优势，柔性自动化物流系统将为整个物流行业带来巨大的变革。
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