柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)需要應(yīng)用大量機(jī)器人以及人工智能技術(shù)。人工智能為智慧物流帶來(lái)了多樣化的技術(shù)，同時(shí)智慧物流給人工智能提供了廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。在菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)中，應(yīng)用了無(wú)人叉車(chē)、揀選AGV、分撥AGV、自動(dòng)封箱機(jī)、碼垛機(jī)器人等多種物流設(shè)備，在入庫(kù)、揀選、打包、分拔等物流全鏈路都體現(xiàn)了柔性自動(dòng)化的特點(diǎn)。

　　隨著物流逐漸成為電商核心競(jìng)爭(zhēng)力，阿里巴巴對(duì)物流愈加重視。2017年9月，阿里巴巴集團(tuán)宣布以53億元人民幣增資旗下菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)的股份，并將在之后五年內(nèi)繼續(xù)投入1000億元建設(shè)菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)物流體系。在5月底召開(kāi)的2018全球智慧物流峰會(huì)上，阿里巴巴集團(tuán)董事局主席馬云再次強(qiáng)調(diào)，上千億元投資僅僅只是開(kāi)始，未來(lái)還將持續(xù)投入，全力以赴打造國(guó)家智能物流骨干網(wǎng)。其中，推進(jìn)智能倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)便是重點(diǎn)之一。

　　在此背景下，菜鳥(niǎo)不斷加大對(duì)無(wú)人倉(cāng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，從打造高度自動(dòng)化的流水線，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)揀選環(huán)節(jié)的自動(dòng)化開(kāi)始，逐步引入各種類(lèi)型的機(jī)器人，如AGV搬運(yùn)機(jī)器人、揀選機(jī)器人、緩存系統(tǒng)等，建成智能無(wú)人揀選倉(cāng)，隨后，能夠?qū)崿F(xiàn)全流程無(wú)人化作業(yè)的無(wú)人倉(cāng)也最終落地。

　　菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)解決方案

　　近日，菜鳥(niǎo)與圓通速遞聯(lián)合宣布，超級(jí)機(jī)器人分撥中心在圓通杭州轉(zhuǎn)運(yùn)中心正式啟用，350臺(tái)機(jī)器人晝夜工作，每天可分揀超過(guò)50萬(wàn)個(gè)包裹，這一效率引起行業(yè)的廣泛關(guān)注。菜鳥(niǎo)表示，今年“雙11”之前還將在南京上線下一代機(jī)器人分撥中心，全面為行業(yè)自動(dòng)化提速。

　　事實(shí)上，早在今年“618”期間，菜鳥(niǎo)無(wú)錫無(wú)人倉(cāng)單倉(cāng)便已投入超過(guò)500臺(tái)類(lèi)KIVA機(jī)器人（新型AGV，與傳統(tǒng)AGV相比，導(dǎo)航方式更加先進(jìn)，行駛路徑不受限制，擁有更加強(qiáng)大的上位軟件系統(tǒng)），成為國(guó)內(nèi)同類(lèi)倉(cāng)庫(kù)中機(jī)器人使用規(guī)模最大、運(yùn)作效率最高的項(xiàng)目。從菜鳥(niǎo)在機(jī)器人倉(cāng)上的投入和進(jìn)程不難看出其打造“無(wú)人倉(cāng)”的態(tài)度和決心。

　　菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)（如無(wú)錫倉(cāng)）主要分為四大功能區(qū)域，即：立體存儲(chǔ)倉(cāng)、機(jī)器人揀選倉(cāng)、機(jī)械臂揀選倉(cāng)及機(jī)器人分撥區(qū)域。

　　立體存儲(chǔ)倉(cāng)：采用AS/RS系統(tǒng)，商品由機(jī)器人自動(dòng)碼放在托盤(pán)上，并由無(wú)人叉車(chē)送至輸送線，堆垛機(jī)按指令實(shí)現(xiàn)商品自動(dòng)入庫(kù)存儲(chǔ)以及自動(dòng)出庫(kù)。

　　機(jī)器人揀選倉(cāng)：分為A、B兩大區(qū)域，A/B區(qū)中間設(shè)置播種工作站，即貨物合流區(qū)，通過(guò)“貨到人”和“車(chē)到人”兩種方式并行，配合人工完成訂單商品揀選作業(yè)。訂單商品揀選完畢后，包裹被送上輸送線完成面單的全自動(dòng)張貼以及全自動(dòng)封箱。

　　機(jī)械臂揀選倉(cāng)：主要針對(duì)中型包裹，通過(guò)無(wú)人叉車(chē)將貨物送上傳送帶，3D相機(jī)完成箱體的自動(dòng)識(shí)別，機(jī)械臂從托盤(pán)上準(zhǔn)確抓取包裹，逐一將其投入傳送帶，通過(guò)交叉帶分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)包裹自動(dòng)分揀。

　　機(jī)器人分撥區(qū)域：主要針對(duì)小件商品，通過(guò)高效的調(diào)度算法系統(tǒng)，結(jié)合工業(yè)相機(jī)快速讀碼技術(shù)和機(jī)器人智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主運(yùn)行、讀碼、分揀包裹等作業(yè)，并將包裹送往指定格口，包裹經(jīng)螺旋升降機(jī)等設(shè)備落入集包袋。

　　最后，包裹通過(guò)無(wú)人叉車(chē)等設(shè)備裝車(chē)后發(fā)運(yùn)。

　　在無(wú)人倉(cāng)的整個(gè)作業(yè)區(qū)域，各種物流設(shè)備的狀態(tài)可實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦遇到突發(fā)問(wèn)題及時(shí)處理，以確保整個(gè)物流系統(tǒng)的高效可靠運(yùn)行。

　　人工智能時(shí)代下的柔性自動(dòng)化

　　從菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)中使用的各類(lèi)自動(dòng)化物流設(shè)備來(lái)看，整個(gè)物流系統(tǒng)具備更大柔性及大量 AI（人工智能）技術(shù)的應(yīng)用，這也是菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)的最大特點(diǎn)之一。菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)資深算法專(zhuān)家、柔性自動(dòng)化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱禮君表示，人工智能時(shí)代自動(dòng)化物流系統(tǒng)的新變化即柔性自動(dòng)化。

菜鳥(niǎo)網(wǎng)絡(luò)資深算法專(zhuān)家、柔性自動(dòng)化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱禮君

　　在他看來(lái)，柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)具有四大特點(diǎn)：

　　第一，擴(kuò)展性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)。系統(tǒng)可以很快部署新的機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備，從而處理更多的訂單；同時(shí)系統(tǒng)魯棒性非常強(qiáng)，當(dāng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不會(huì)影響整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)。

　　第二，模塊化設(shè)計(jì)，易部署和搬遷。隨著電商的快速發(fā)展，商品種類(lèi)越來(lái)越多，其具有各種各樣的物流屬性和銷(xiāo)售屬性，不同的商品需要不同的作業(yè)模式，物流系統(tǒng)需要模塊化的設(shè)計(jì)。正是因?yàn)槟K化的設(shè)計(jì)，柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)能輕松實(shí)現(xiàn)部署和搬遷，如，菜鳥(niǎo)某個(gè)面積為5000平方米的機(jī)器人倉(cāng)庫(kù)僅用1小時(shí)便在正常揀貨作業(yè)的情況下完成了搬倉(cāng)作業(yè)。

　　第三，便于根據(jù)業(yè)務(wù)變化調(diào)整作業(yè)流程。倉(cāng)庫(kù)需要根據(jù)訂單商品的特點(diǎn)，不停地改變物流作業(yè)模式，以快速適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展變化。

　　第四，在物流全鏈路大部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的情況下，物流作業(yè)的可預(yù)測(cè)性更強(qiáng)。

　　菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)實(shí)現(xiàn)全鏈路柔性自動(dòng)化

　　柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)需要應(yīng)用大量機(jī)器人以及人工智能技術(shù)，可以說(shuō)，人工智能為智慧物流帶來(lái)了多樣化的技術(shù)，同時(shí)智慧物流給人工智能提供了廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。在菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)中，應(yīng)用了無(wú)人叉車(chē)、揀選AGV、分撥AGV、自動(dòng)封箱機(jī)、碼垛機(jī)器人等多種物流設(shè)備，在入庫(kù)、揀選、打包、分拔等物流全鏈路都體現(xiàn)了柔性自動(dòng)化的特點(diǎn)。

　　1.多區(qū)并行柔性自動(dòng)化方案的提出

　　據(jù)朱禮君介紹，倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)跟計(jì)算機(jī)的工作原理非常類(lèi)似。如，倉(cāng)庫(kù)做物品的存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)做數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行訂單生產(chǎn)時(shí)是把貨物從貨架上取出，這與計(jì)算機(jī)做數(shù)據(jù)提取、計(jì)算非常類(lèi)似；倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)商品，這類(lèi)似于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)；計(jì)算機(jī)有很多文件，有些文件可能很長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)訪問(wèn)，這和倉(cāng)庫(kù)備貨區(qū)一樣；倉(cāng)庫(kù)揀選區(qū)則和計(jì)算機(jī)內(nèi)存差不多；而電商倉(cāng)庫(kù)中的爆品區(qū)域則相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，倉(cāng)庫(kù)作業(yè)總能在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)里找到映射。在電商時(shí)代，倉(cāng)庫(kù)變得非常大，每天要處理的商品種類(lèi)和訂單量非常多，映射到計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)里面就相當(dāng)于大數(shù)據(jù)處理。大數(shù)據(jù)處理最有名的框架是MapReduce，它包含三個(gè)重要操作——Map（將工作并行化）、Shuffle（再次合并）、Reduce（最終產(chǎn)生結(jié)果）。

　　基于該想法，菜鳥(niǎo)提出了模塊化的多區(qū)并行的自動(dòng)化物流解決方案，將大數(shù)據(jù)處理框架映射到倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，MAP代表不同的訂單與不同的生產(chǎn)作業(yè)模式，Shuffle表示暫存與合單，Reduce表示播種在不同的訂單中，即將倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)中不同的分區(qū)、不同的作業(yè)模式，以及不同的自動(dòng)化模式進(jìn)行并行操作、并行生產(chǎn)后再合并，流入Rebin Zone（合流區(qū)，即菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)中的播種工作站），訂單商品合流到一個(gè)箱子后進(jìn)行打包出庫(kù)。

　　2.柔性自動(dòng)化方案在菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)的實(shí)踐

　?。?）多方式并行揀選。在前文提到的菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)內(nèi)的機(jī)器人分揀倉(cāng)，A區(qū)機(jī)器人針對(duì)低流動(dòng)量的商品，即“冷品”，采用貨架到人的類(lèi)Kiva系統(tǒng)進(jìn)行揀選作業(yè)；B區(qū)機(jī)器人針對(duì)高流動(dòng)量商品，即“爆品”，采用車(chē)到人（訂單到人）揀選。這兩種方式采用的并行揀選作業(yè)是模塊化的，不會(huì)影響其他區(qū)的作業(yè)，同時(shí)打破了原有AGV系統(tǒng)僅能單區(qū)作業(yè)的局限，提升整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)效率，這背后提供支撐的無(wú)疑是菜鳥(niǎo)先進(jìn)的算法。

　?。?）柔性分撥。即，將倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)好的包裹按照不同流向和目的地進(jìn)行分揀，機(jī)器人非常適合完成該作業(yè)，因?yàn)闄C(jī)器人有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，適合做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物品搬運(yùn)。

2018全球智慧物流峰會(huì)上展示的菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)柔性分撥解決方案

　　對(duì)此，菜鳥(niǎo)設(shè)計(jì)了新的柔性分撥系統(tǒng)解決方案，即通過(guò)機(jī)械手臂（目前為人工，未來(lái)將替代為機(jī)械手臂）將包裹放到AGV上；AGV在經(jīng)過(guò)掃描臺(tái)時(shí)，包裹上的信息被自動(dòng)掃描，AGV按照上位系統(tǒng)的指令前往目的地，然后將包裹倒入對(duì)應(yīng)的集包簍；集包簍裝滿(mǎn)后，會(huì)被另外一臺(tái)AGV帶到對(duì)應(yīng)的出庫(kù)月臺(tái)。這是非常柔性的自動(dòng)化分撥系統(tǒng)。

　　需要注意的是，由于既有運(yùn)送集包簍的大型AGV，也有分揀用的小型AGV，它們的路徑規(guī)劃非常復(fù)雜；此外，每一個(gè)集包簍的目的地也需要規(guī)劃，不同目的地的集包簍流量不同，如何使它既不攔路，又能縮短AGV的行走時(shí)間非常關(guān)鍵，這是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

　　（3）機(jī)械臂的應(yīng)用。機(jī)械臂在菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)內(nèi)被應(yīng)用于拆/碼垛及揀貨作業(yè)，基于RGB-D數(shù)據(jù)的三維物體識(shí)別、定位、姿態(tài)估計(jì)激發(fā)、箱體分割算法等技術(shù)，采用工業(yè)生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)，具有高效率、高可靠性、高魯棒性等特點(diǎn)。

　　柔性自動(dòng)化方案關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展方向

　　1.軟硬結(jié)合&系統(tǒng)工程

　　無(wú)人倉(cāng)建設(shè)項(xiàng)目既不是純軟件工程，也不是純硬件工程，而是一個(gè)系統(tǒng)工程，從流程設(shè)計(jì)到硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，都需要綜合考慮，才能夠?qū)崿F(xiàn)高效率作業(yè)。物流柔性自動(dòng)化技術(shù)具體包括軟硬件協(xié)同、端到端設(shè)計(jì)，以及可轉(zhuǎn)換性、魯棒性、靈活性等。

　　2.IoT（物聯(lián)網(wǎng)）與 Edge Computing（邊緣計(jì)算）

　　菜鳥(niǎo)在IoT方面有非常多的投入。在2018全球智慧物流峰會(huì)上，菜鳥(niǎo)宣布全面啟動(dòng)物流IoT戰(zhàn)略，并發(fā)布全球首個(gè)基于物流IoT的“未來(lái)園區(qū)”，這也是IoT、邊緣計(jì)算和人工智能等技術(shù)首次大規(guī)模應(yīng)用于物流領(lǐng)域。

　　無(wú)人倉(cāng)是未來(lái)物流園區(qū)的標(biāo)配，也是IoT技術(shù)非常好的投入點(diǎn)，具體技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、預(yù)見(jiàn)性維護(hù)等。

　　3.機(jī)器人技術(shù)

　　各種類(lèi)型及功能的機(jī)器人是無(wú)人倉(cāng)中毫無(wú)疑問(wèn)的主角。菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)內(nèi)有超過(guò)500臺(tái)AGV在多個(gè)庫(kù)區(qū)作業(yè)，機(jī)器人技術(shù)最重要的三點(diǎn)分別是Perception（感知）、Planning（規(guī)劃）、Execution（執(zhí)行）。

　　4.大規(guī)模多智能體規(guī)劃和調(diào)度技術(shù)

　　倉(cāng)庫(kù)要實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，機(jī)器人必須協(xié)同作業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)最大化的倉(cāng)儲(chǔ)生產(chǎn)效率，縮短訂單處理時(shí)間，需要對(duì)AGV進(jìn)行聯(lián)合調(diào)動(dòng)、任務(wù)分配、路徑規(guī)劃，對(duì)資源進(jìn)行合理分配優(yōu)化等，這就涉及大規(guī)模的規(guī)劃和分配技術(shù)。

　　資源分配通常有兩種解決方法，一種是中央規(guī)劃解法，首先要建立模型，收集各類(lèi)數(shù)據(jù)，包括每一個(gè)機(jī)器人及每個(gè)貨物的位置等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)分布分析求解單位時(shí)間內(nèi)的最大出庫(kù)量，菜鳥(niǎo)在相對(duì)較小的倉(cāng)庫(kù)采用這種解法。

　　在大型倉(cāng)庫(kù)，如菜鳥(niǎo)無(wú)人倉(cāng)，則采用另一種解法——資源分布式競(jìng)價(jià)，大倉(cāng)庫(kù)內(nèi)有非常多的機(jī)器人和貨架，可以進(jìn)行各種組合完成揀選任務(wù)。機(jī)器人和貨架可以模擬成一個(gè)任務(wù)，誰(shuí)贏了誰(shuí)做任務(wù)。這其中的關(guān)鍵技術(shù)便是競(jìng)價(jià)策略的設(shè)計(jì)，在大型倉(cāng)庫(kù)上下游之間銜接比較緊密、很難解耦的環(huán)境比較適合，因?yàn)樽钌嫌蔚臎Q策可能影響到最后一個(gè)決策，所以貫穿上下游的決策全部做下來(lái)是難點(diǎn)所在。

　　智能規(guī)劃調(diào)度部分涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括Swarm Intelligence（群體智能）、Resource Allocation（資源配置）、Path Planning（路徑規(guī)劃）、Traffic Control（流量控制）等。

　　朱禮君表示，未來(lái)很多大規(guī)模智能體的技術(shù)會(huì)向群體智能方向發(fā)展，借鑒自然界生物的行為，如優(yōu)化算法里的蟻群算法便是通過(guò)模擬螞蟻行為進(jìn)行的算法——單個(gè)螞蟻不會(huì)搭橋，但是螞蟻之間可以互相搭橋讓其他螞蟻通過(guò)。這些概念可以引入智能體在倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，未來(lái)當(dāng)每一個(gè)智能體有了足夠強(qiáng)大的智能導(dǎo)航及決策功能后，群體智能將成為柔性自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。并且，柔性自動(dòng)化物流系統(tǒng)基于其擴(kuò)展性強(qiáng)、易部署、模塊化、算法高效智能、魯棒性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)，將會(huì)對(duì)整個(gè)物流行業(yè)帶來(lái)巨大革命。