杭州?？禉C器人技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：“?？禉C器人”），是面向全球的移動(dòng)機器人、機器視覺(jué)產(chǎn)品提供商。公司依托近千人的高水平研發(fā)團隊，布局移動(dòng)機器人、機器視覺(jué)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，通過(guò)對軟硬件產(chǎn)品及平臺的研發(fā)創(chuàng )新，致力于持續推動(dòng)行業(yè)智能化，引領(lǐng)智能制造進(jìn)程，幫助制造企業(yè)實(shí)現倉儲物流環(huán)節與生產(chǎn)環(huán)節智能化升級改造。?？禉C器人為杭州?？低晹底旨夹g(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：?？低暎┮肓俗灾餮邪l(fā)的智能移動(dòng)機器人系統，并將其率先應用在桐廬生產(chǎn)基地智能工廠(chǎng)項目建設中，為?？低晫?shí)現了智能化的內物流運作。

1、項目背景

?？低暿且砸曨l為核心的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和數據運營(yíng)服務(wù)提供商，面向全球提供安防系統、可視化管理與大數據服務(wù)。截至2019年，?？低曇堰B續4年穩居全球安防50強首位。在網(wǎng)絡(luò )攝像機、模擬和高清監控攝像機、DVR/NVR、視頻編碼器等多個(gè)細分市場(chǎng)均排名第一。

2014年，為應對國內外市場(chǎng)對安防視頻監控產(chǎn)品的強勁增長(cháng)，?？低暃Q定在杭州桐廬經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區新建安防產(chǎn)業(yè)基地，用于建設生產(chǎn)工廠(chǎng)、倉儲物流中心，以及其他配套區域，以滿(mǎn)足主要產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲和物流配送需求，支撐未來(lái)業(yè)務(wù)的持續穩定發(fā)展。2015年，?？低曂]安防產(chǎn)業(yè)基地（簡(jiǎn)稱(chēng)“桐廬基地”）項目全面啟動(dòng)，總投資超30億元，其中一期、二期用地面積約854畝。2016年初，項目一期正式建成投產(chǎn)，建筑面積達26萬(wàn)平方米。2019年，項目二期建成，建筑面積達28萬(wàn)平方米。為實(shí)現建設智能工廠(chǎng)的設想，從2015年起引進(jìn)并實(shí)施了智能移動(dòng)機器人系統，由機器人代替人工來(lái)完成收貨、分揀、搬運、入庫、出庫等物流作業(yè)，大大提高了倉儲管理效率。為整個(gè)制造行業(yè)實(shí)現倉儲物流的自動(dòng)化、信息化、智能化做出表率。

2、系統構成

桐廬基地所使用的這套智能移動(dòng)機器人系統由?？禉C器人提供，該系統主要包括智能移動(dòng)機器人、機器人調度系統（RCS）、智能倉儲管理系統（iWMS）三大核心模塊。以“貨到人”的理念為核心，將倉庫分為“無(wú)人區”和“工作區”兩大區域，員工只需要在工作臺操作端就可以實(shí)現物料的準確入庫與出庫，便捷有效。

2.1　智能移動(dòng)機器人

智能移動(dòng)機器人采用視覺(jué)或激光SLAM+慣性等混合導航，定位精度達到毫米級，支持差速、全向、舵輪等多種驅動(dòng)底盤(pán)，運行順暢智能避障，最大負重能達到1000公斤（也可定制更大負載額的機器人）。另外，其還采用激光、紅外、超聲、碰撞條等多種防護方式，具備自主避讓功能；在動(dòng)力方面，機器人配備大容量磷酸鐵鋰電池，循環(huán)壽命長(cháng)。

2.2　機器人調度系統（RCS）

該系統負責控制范圍內的全部機器人的任務(wù)分配、調度及運行維護。其功能包括：（1）采用多種先進(jìn)算法，將倉儲地圖轉換成機器人能夠識別的模型數據，從而實(shí)現任務(wù)的最優(yōu)分配、路徑的最優(yōu)規劃、自主充電、規避障礙物等；（2）在保證不出現擁堵的前提下，提供最短路徑、避讓控制、路徑重新規劃控制等多種處理機制；（3）監控機器人的運行狀態(tài)，當機器內部出現故障，系統將會(huì )自動(dòng)生成信息發(fā)送預警通知至運維人員，并給出相應的處理意見(jiàn)，真正做到智能運維，實(shí)時(shí)反饋。

2.3　智能倉儲管理系統（iWMS）

該系統支持包括采購入庫、生產(chǎn)入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、成品出庫等各項倉儲業(yè)務(wù)需求。作為最終的執行系統，集成了多種倉儲優(yōu)化技術(shù)，可實(shí)現如下功能：（1）倉庫儲位的冷熱度分析，實(shí)時(shí)調整貨架位置，減少貨架搬運距離；（2）通過(guò)對海量訂單信息的大數據分析，挖掘物料之間的細微聯(lián)系，并制定相應的入庫策略，滿(mǎn)足訂單快速齊套發(fā)貨需求；（3）實(shí)現對物料包規、尺寸等信息的精細化管理，合理選擇最優(yōu)貨架存儲，充分利用庫容空間；（4）實(shí)現動(dòng)態(tài)波次與靜態(tài)波次相結合，提高出庫效率；（5）與視頻監控系統互聯(lián)互通，可實(shí)時(shí)查看現場(chǎng)工作動(dòng)態(tài)；（6）與企業(yè)ERP、MES、SRM等系統全功能對接，實(shí)現業(yè)務(wù)信息實(shí)時(shí)交互。

圖1 智能倉儲系統架構示意圖

3、關(guān)鍵流程

目前桐廬基地的布局主要由原材料庫、半成品庫、備件庫、成品庫和生產(chǎn)車(chē)間等功能區域構成，智能移動(dòng)機器人系統結合其他配套子系統，應用范圍涵蓋從原料進(jìn)廠(chǎng)到成品發(fā)貨的所有倉儲內物流環(huán)節，其中包括原材料采購收貨、質(zhì)檢、上架儲存、外協(xié)發(fā)貨、生產(chǎn)訂單發(fā)貨、內部調撥轉儲、產(chǎn)線(xiàn)物料配送、在制品存儲及轉運、外協(xié)收貨、成品下線(xiàn)入庫、成品發(fā)貨、備件管理以及各類(lèi)逆向物流等業(yè)務(wù)流程。

圖2 智能倉儲解決方案示意圖

3.1　原材料管理

作為典型的3C電子制造企業(yè)，?？低暤脑牧蟼}庫業(yè)務(wù)具有物料種類(lèi)繁雜、品質(zhì)管控要求高、收貨業(yè)務(wù)峰值明顯、發(fā)貨業(yè)務(wù)頻次高等業(yè)務(wù)特點(diǎn)，傳統的管理模式下，對作業(yè)人員熟練程度要求高，收發(fā)貨效率低且出錯率較高。在導入智能倉儲解決方案的同時(shí)，除引入移動(dòng)機器人設備外，?？禉C器人團隊與?？低旾T團隊、供應鏈倉儲部門(mén)協(xié)同工作，在功能區規劃、業(yè)務(wù)流程設計、IT系統整合等方面對未來(lái)業(yè)務(wù)方案做了全新設計。

3.2　采購入庫流程

（1）流程簡(jiǎn)述

供應商提前在SRM供應商管理平臺維護送貨單據，原材料碼頭收貨人員根據送貨單號拉取明細核對清點(diǎn)物料。清點(diǎn)完的物料通過(guò)PDA進(jìn)行收貨過(guò)賬。在入庫上架之前物料需要經(jīng)過(guò)IQC專(zhuān)人檢驗，檢驗合格后的物料經(jīng)由工作臺呼叫移動(dòng)機器人搬運入庫，庫存狀態(tài)變更為可用狀態(tài)。

（2）流程設計亮點(diǎn)

針對到貨時(shí)間集中這一特點(diǎn)（收貨業(yè)務(wù)峰值明顯），規劃團隊充分利用月臺空間大的優(yōu)勢，規劃較大的暫收區域，從而可以快速卸貨，縮短司機的等待時(shí)間。

打通iWMS系統與SRM及ERP系統的接口，倉庫人員掃描送貨單據，即可獲取貨物及單據信息，快速完成貨物接收，賬務(wù)實(shí)時(shí)同步。

開(kāi)發(fā)了托盤(pán)指示器，通過(guò)與貨物信息的綁定，一是代替托盤(pán)標識，二是指示器本身具有聲光功能，系統根據貨物狀態(tài)（是否需要檢驗、上哪種類(lèi)型的貨架等）自動(dòng)控制指示器亮燈顏色，方便現場(chǎng)目視化管理，三是品質(zhì)人員可使用手持設備輸入需要查找的物料，系統控制對應的指示器蜂鳴和閃爍，從而便于快速查找需要檢驗的貨物。

開(kāi)發(fā)了貨物重量尺寸測量裝置，可自動(dòng)采集貨物的重量尺寸等信息并上傳系統，在推薦貨架時(shí)根據實(shí)際尺寸選擇最優(yōu)貨架，充分利用庫存空間。

從掃描送貨單收貨、托盤(pán)綁定至上架掃描，物料、數量信息多環(huán)節校驗，確保庫存信息的準確性；全程條碼掃描，無(wú)需手工輸入，員工作業(yè)難度低；通過(guò)機器人實(shí)現“貨架到人”，員工只需將物料搬運至上架工位，按界面提示上架掃描，系統選擇最優(yōu)儲位，機器人自動(dòng)搬運貨架入庫；根據物料出庫頻次及發(fā)貨預測計算貨架熱度，機器人將貨架擺放在最合理的儲位，即熱度高的貨架靠近發(fā)貨工作臺，方便快速出庫。

3.3　生產(chǎn)發(fā)料流程

（1）流程簡(jiǎn)述

計劃下達生產(chǎn)訂單后，MES根據產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能進(jìn)行排產(chǎn)。MES排單的呼叫備料排程信息推送至iWMS。倉庫人員通過(guò)排程信息提前完成備料，并將對應的工單物料綁定籠車(chē)。原材料需要上線(xiàn)時(shí)，產(chǎn)線(xiàn)人員呼叫指定工單的籠車(chē)，并由移動(dòng)機器人運送至工廠(chǎng)。

（2）流程設計亮點(diǎn)

打通iWMS與MES的接口，實(shí)時(shí)從MES接收訂單排程信息。

JIT方式備料：工作臺根據訂單需求時(shí)間、優(yōu)先級等條件自動(dòng)啟動(dòng)出庫任務(wù)，結合備料前置時(shí)間設定，確保備料的及時(shí)性，同時(shí)線(xiàn)邊物料不至于大量積壓。

通過(guò)機器人實(shí)現“貨到人”分揀，員工無(wú)需走動(dòng)，僅在工作臺根據界面提示取貨并掃描條碼校核，減輕勞動(dòng)強度、降低熟練度要求、提高發(fā)貨準確性。

上線(xiàn)物料采用標準籠車(chē)裝載，RCS系統自動(dòng)控制提升機/貨梯，機器人搬運籠車(chē)實(shí)現物料的跨樓層轉運，直送工廠(chǎng)線(xiàn)邊。

通過(guò)信息化和自動(dòng)化實(shí)現流程再造，將原材料倉庫備料作業(yè)配置成車(chē)間生產(chǎn)的前置工序，將倉儲、分揀、配送、上線(xiàn)、生產(chǎn)等環(huán)節整合為一個(gè)完整的業(yè)務(wù)流。

3.4　成品入庫流程

（1）流程簡(jiǎn)述

成品組裝線(xiàn)完成，線(xiàn)尾工作人員掃描貨物集成碼進(jìn)行綁定托盤(pán)。綁定過(guò)程會(huì )對托盤(pán)貨物總重量進(jìn)行校驗，防止貨物超重。綁定完進(jìn)行線(xiàn)尾呼叫移動(dòng)機器人的動(dòng)作，機器人背負成品完成成品的跨樓層直接入庫。

（2）流程設計亮點(diǎn)

iWMS系統集成工業(yè)相機、碼垛機器人、輸送線(xiàn)、提升機、移載機器人（滾筒類(lèi)）、潛伏機器人等硬件設備，實(shí)現全自動(dòng)調度及信息交互。

產(chǎn)品在線(xiàn)尾包裝完成后，經(jīng)由滾筒輸送、滾筒AGV轉運、碼垛、掃描、潛伏機器人跨樓層搬運、入庫存儲等環(huán)節，全程無(wú)人參與。

作業(yè)時(shí)效（包括實(shí)物入庫和賬務(wù)處理）由人工模式的2小時(shí)縮短為全自動(dòng)模式下的10分鐘；與傳統作業(yè)相比，全自動(dòng)模式省去了單據打印、人工碼垛、人工搬運、復核交接、單據錄入等作業(yè)環(huán)節。

3.5　售后備件庫出庫流程

（1）流程簡(jiǎn)述

售后備件庫根據各個(gè)分公司的調撥需求，生成出庫訂單。通過(guò)ERP推送至iWMS系統，iWMS根據出庫單據的屬性，按照一定的策略匯總成波次。經(jīng)由移動(dòng)機器人搬運出庫，工作臺先揀后播完成訂單的揀選。

（2）流程設計亮點(diǎn)

售后備件倉庫物料SKU多，多為散件，無(wú)標簽，人工作業(yè)極易混淆。iWMS設置指定的上架策略，保證物料不混放，極大減少了出錯率。

iWMS將訂單池的訂單按照一定的波次策略合并成一個(gè)波次，匯總揀貨，大大減少機器人的搬運頻次。

出庫工作臺與分播墻結合應用，根據訂單明細分揀至對應貨格，作業(yè)流程明確清晰，出庫效率得到很大的提升。

4、多設備對接場(chǎng)景

（1）移載機器人（滾筒類(lèi)）對接碼垛機械臂

成品組裝線(xiàn)完成裝箱之后，成品箱由員工放置在滾筒線(xiàn)上。MES監測滾筒線(xiàn)PLC下位機狀態(tài)，發(fā)現滿(mǎn)箱時(shí)立即通知RCS調度機器人完成成品箱的接駁。移載機器人（滾筒類(lèi)）背負成品箱至封箱機前輸送線(xiàn)，自動(dòng)封箱機完成封箱。封箱完的成品在輸送線(xiàn)緩存位置排隊，機械臂依次抓取進(jìn)行成品碼垛。每一個(gè)托盤(pán)最后1箱完成碼垛后，MES通知RCS完成成品的整托入庫搬運。

圖3 成品箱接駁

圖4 機械臂抓取成品碼垛

（2）叉取式機器人對接立體庫入庫

成品存儲由立體庫和機器人智能倉組成，采用存揀分離的策略。立體庫完成高密度存儲，機器人智能倉完成快速高頻的揀選。機器人智能倉設置安全庫存高低水位，當庫存低于低水位時(shí)，觸發(fā)請求立體庫進(jìn)行庫存補貨，補貨至安全庫存為止。當出現緊急需求時(shí)，觸發(fā)緊急補貨策略，請求立體庫完成緊急補貨。立體庫出庫口，RCS與立體庫對接，當成品出庫至立體庫出庫口時(shí)，叉取式機器人進(jìn)行成品的轉移，將整托成品從立體庫出口轉移至潛伏機器人的貨架上，完成補貨。

圖5 叉取式機器人進(jìn)行成品的轉移

（3）跨樓層對接提升機電梯

原材料配送以及成品入庫等場(chǎng)景中，產(chǎn)線(xiàn)與倉庫分屬不同樓層時(shí)，通過(guò)WCS與提升機和電梯的對接，完成跨樓層配送的業(yè)務(wù)。解決了跨樓層配送時(shí)效性低的痛點(diǎn)。并且通過(guò)綜合監控管理平臺，實(shí)時(shí)檢測所有提升機的狀態(tài)，保證后期運維的高效和直觀(guān)程度。電梯的移動(dòng)機器人模式與人工模式也支持任意切換，保證了物流動(dòng)線(xiàn)規劃的靈活性。

圖6 移動(dòng)機器人系統與提升機對接

圖7 移動(dòng)機器人系統與電梯對接

（4）貨箱到人機器人（CTU）對接播種墻揀選

針對小訂單，標準周轉箱的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。創(chuàng )新性地將傳統“人找貨”、“貨架到人”的倉儲作業(yè)模式升級為“貨到人”，無(wú)論是高位密集存儲或是窄巷道作業(yè)場(chǎng)景，貨物均能輕松就位，目標作業(yè)更精準，揀選效率更高。首次在機器人方案中實(shí)現了倉庫多層立體空間利用，讓柔性、高效的物流機器人系統擁有了能與多層穿梭車(chē)匹敵的密集存儲能力。

圖8 CTU對接播種墻揀選

5、項目亮點(diǎn)及成效

與傳統作業(yè)流程相比，以“貨到人”模式為核心的智能移動(dòng)機器人系統自動(dòng)化、信息化、智能化程度高。一方面，通過(guò)使用移動(dòng)機器人，可大幅降低工人勞動(dòng)強度，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量；另一方面，配套的機器人調度系統和智能倉儲管理系統采用人工智能、大數據分析技術(shù)對倉儲進(jìn)行布局，能大幅提升倉儲的作業(yè)效率和跨產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的安全性。

此外，該系統的擴展性強，可接入移載、叉取式等多系列內物流機器人，實(shí)現全工廠(chǎng)整體自動(dòng)化物流。它打破了“物流孤島”，打通原材料與產(chǎn)線(xiàn)、產(chǎn)線(xiàn)之間、線(xiàn)尾到成品倉庫等關(guān)鍵的物流節點(diǎn)，使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程變得高效、智能、安全。

其中的技術(shù)亮點(diǎn)包括：

（1）混合導航：視覺(jué)/Slam+慣性導航，室內高精度導航技術(shù)；

（2）柔性布局：布局可靈活規劃，方便項目實(shí)施；

（3）實(shí)時(shí)通信：近千臺設備的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信；

（4）優(yōu)化調度：近千臺設備的調度管理，任務(wù)分配，涉及多個(gè)算法的配合使用；

（5）混行協(xié)同：不同系列、不同型號的移動(dòng)機器人在項目中根據不同業(yè)務(wù)需求支持協(xié)同配合，極大提升作業(yè)效率；

（6）大數據分析：倉庫冷熱區貨架調整，最優(yōu)出庫效率；

（7）系統集成：上層財務(wù)系統、生產(chǎn)管理系統、下層電梯控制系統、產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化設備控制系統集成。

為生產(chǎn)帶來(lái)了以下變革：

（1）搬運無(wú)人化：大大降低工人的工作強度；

（2）全程無(wú)紙化：打通各個(gè)環(huán)節的物料交接信息流，省去了大量人工交接時(shí)的紙質(zhì)單據；

（3）生產(chǎn)節能：倉庫實(shí)現無(wú)燈作業(yè)，節能減排；

（4）提高生產(chǎn)管理：解決倉儲人員管理痛點(diǎn)，做到倉庫人員培訓半小時(shí)上崗；

在桐廬智能移動(dòng)機器人系統實(shí)踐過(guò)程中，產(chǎn)品提供方?？禉C器人，巧妙利用工業(yè)相機、傳感器和智能化決策系統等多種關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢，使得機器人具有更多智能范圍的能力。這一創(chuàng )新應用也有望幫助更多制造企業(yè)實(shí)現“智造”升級。

截止目前，桐廬基地共建成3個(gè)原材料庫（面積：30000㎡）、6個(gè)半成品庫（面積：36000㎡）、2個(gè)成品庫（面積：40000㎡）、1個(gè)備件庫和12個(gè)工廠(chǎng)車(chē)間，共投入使用近1300臺移動(dòng)機器人，累計管理庫存SKU數量60萬(wàn)余條。構建從原材料、半成品倉庫、成品生產(chǎn)、成品倉庫、全流程物流自動(dòng)化系統，借助智能移動(dòng)機器人系統，實(shí)現物料、半成品、成品的智能化搬運，倉儲物流人員節省35%，效率提升40%，是滿(mǎn)足1.5億元日出貨需求的強大倉儲物流支持。

在超過(guò)20萬(wàn)平方米的生產(chǎn)區域配置了超過(guò)250臺移動(dòng)機器人，實(shí)現每天3000多筆訂單、超過(guò)7500搬運頻次的原材料、半成品、成品搬運需求。與之前人工搬運相比，使用移動(dòng)機器人系統后，生產(chǎn)搬運節約人力約58%，作業(yè)效率提升約84%。

在超過(guò)1萬(wàn)平方米的原材料倉儲區域（網(wǎng)絡(luò )工廠(chǎng)原材料倉）配置了超過(guò)90臺移動(dòng)機器人，實(shí)現每天900多筆訂單、超過(guò)6000行原材料配送需求。與之前人工搬運相比，使用移動(dòng)機器人系統后，原材料管理人員節約人力約60%，作業(yè)效率提升約60%。

6、應用前景

倉儲物流是智能制造中一個(gè)非常細分且發(fā)展空間巨大的領(lǐng)域，具有整合流程、協(xié)調上下游、優(yōu)化庫存、降低成本等重要作用。桐廬基地目前已經(jīng)借助移動(dòng)機器人系統實(shí)現了原材料、半成品、成品的一體化管理運作，未來(lái)?？低晻?huì )不斷嘗試增加機器人的應用環(huán)節，在智能倉儲與智能制造上更進(jìn)一步。

在桐廬項目基礎上，?？禉C器人得以為其他制造企業(yè)輸出行之有效的智能產(chǎn)品和解決方案。2018年，華域視覺(jué)武漢通暢生產(chǎn)基地在大規模采用移動(dòng)機器人后，物流人員減少30%，發(fā)貨效率提高35%以上，物料配送及時(shí)率提升95%以上。截至2019年底，基于移動(dòng)機器人的智能倉儲系統已為3C、電子半導體、汽車(chē)制造、電商快遞、第三方物流、零售、食品飲料、光伏、醫藥、煙草、鞋服等行業(yè)打造了眾多標桿案例。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年7月刊