編者按：向大家推薦中國物流領域著名的記者任芳撰寫的這篇文章，文章介紹了菜鳥柔性自動化的無人倉技術。目前智慧物流發展很快，智慧物流執行系統中柔性自動化是一個重要的技術趨勢，值得關注。

　　柔性自動化物流系統需要應用大量機器人以及人工智能技術。人工智能為智慧物流帶來了多樣化的技術，同時智慧物流給人工智能提供了廣闊的應用場景。在菜鳥無人倉中，應用了無人叉車、揀選AGV、分撥AGV、自動封箱機、碼垛機器人等多種物流設備，在入庫、揀選、打包、分拔等物流全鏈路都體現了柔性自動化的特點。

　　隨著物流逐漸成為電商核心競爭力，阿里巴巴對物流愈加重視。2017年9月，阿里巴巴集團宣布以53億元人民幣增資旗下菜鳥網絡的股份，并將在之后五年內繼續投入1000億元建設菜鳥網絡物流體系。在5月底召開的2018全球智慧物流峰會上，阿里巴巴集團董事局主席馬云再次強調，上千億元投資僅僅只是開始，未來還將持續投入，全力以赴打造國家智能物流骨干網。其中，推進智能倉庫的建設便是重點之一。

　　在此背景下，菜鳥不斷加大對無人倉技術的研發與應用，從打造高度自動化的流水線，實現倉庫揀選環節的自動化開始，逐步引入各種類型的機器人，如AGV搬運機器人、揀選機器人、緩存系統等，建成智能無人揀選倉，隨后，能夠實現全流程無人化作業的無人倉也最終落地。

　　菜鳥無人倉解決方案

　　近日，菜鳥與圓通速遞聯合宣布，超級機器人分撥中心在圓通杭州轉運中心正式啟用，350臺機器人晝夜工作，每天可分揀超過50萬個包裹，這一效率引起行業的廣泛關注。菜鳥表示，今年“雙11”之前還將在南京上線下一代機器人分撥中心，全面為行業自動化提速。

　　事實上，早在今年“618”期間，菜鳥無錫無人倉單倉便已投入超過500臺類KIVA機器人(新型AGV，與傳統AGV相比，導航方式更加先進，行駛路徑不受限制，擁有更加強大的上位軟件系統)，成為國內同類倉庫中機器人使用規模最大、運作效率最高的項目。從菜鳥在機器人倉上的投入和進程不難看出其打造“無人倉”的態度和決心。

　　菜鳥無人倉(如無錫倉)主要分為四大功能區域，即：立體存儲倉、機器人揀選倉、機械臂揀選倉及機器人分撥區域。

　　立體存儲倉：采用AS/RS系統，商品由機器人自動碼放在托盤上，并由無人叉車送至輸送線，堆垛機按指令實現商品自動入庫存儲以及自動出庫。

　　機器人揀選倉：分為A、B兩大區域，A/B區中間設置播種工作站，即貨物合流區，通過“貨到人”和“車到人”兩種方式并行，配合人工完成訂單商品揀選作業。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張貼以及全自動封箱。

　　機械臂揀選倉：主要針對中型包裹，通過無人叉車將貨物送上傳送帶，3D相機完成箱體的自動識別，機械臂從托盤上準確抓取包裹，逐一將其投入傳送帶，通過交叉帶分揀機實現包裹自動分揀。

　　機器人分撥區域：主要針對小件商品，通過高效的調度算法系統，結合工業相機快速讀碼技術和機器人智能調度系統，實現機器人自主運行、讀碼、分揀包裹等作業，并將包裹送往指定格口，包裹經螺旋升降機等設備落入集包袋。

　　最后，包裹通過無人叉車等設備裝車后發運。

　　在無人倉的整個作業區域，各種物流設備的狀態可實時監控，一旦遇到突發問題及時處理，以確保整個物流系統的高效可靠運行。

　　人工智能時代下的柔性自動化

　　從菜鳥無人倉中使用的各類自動化物流設備來看，整個物流系統具備更大柔性及大量 AI(人工智能)技術的應用，這也是菜鳥無人倉的最大特點之一。菜鳥網絡資深算法專家、柔性自動化項目負責人朱禮君表示，人工智能時代自動化物流系統的新變化即柔性自動化。

　　菜鳥網絡資深算法專家、柔性自動化項目負責人朱禮君

　　在他看來，柔性自動化物流系統具有四大特點：

　　第一，擴展性強、魯棒性強。系統可以很快部署新的機器人等自動化設備，從而處理更多的訂單;同時系統魯棒性非常強，當單個節點出現問題時不會影響整個倉庫的作業。

　　第二，模塊化設計，易部署和搬遷。隨著電商的快速發展，商品種類越來越多，其具有各種各樣的物流屬性和銷售屬性，不同的商品需要不同的作業模式，物流系統需要模塊化的設計。正是因為模塊化的設計，柔性自動化物流系統能輕松實現部署和搬遷，如，菜鳥某個面積為5000平方米的機器人倉庫僅用1小時便在正常揀貨作業的情況下完成了搬倉作業。

　　第三，便于根據業務變化調整作業流程。倉庫需要根據訂單商品的特點，不停地改變物流作業模式，以快速適應業務發展變化。

　　第四，在物流全鏈路大部分實現自動化的情況下，物流作業的可預測性更強。

　　菜鳥無人倉實現全鏈路柔性自動化

　　柔性自動化物流系統需要應用大量機器人以及人工智能技術，可以說，人工智能為智慧物流帶來了多樣化的技術，同時智慧物流給人工智能提供了廣闊的應用場景。在菜鳥無人倉中，應用了無人叉車、揀選AGV、分撥AGV、自動封箱機、碼垛機器人等多種物流設備，在入庫、揀選、打包、分拔等物流全鏈路都體現了柔性自動化的特點。

　　1.多區并行柔性自動化方案的提出

　　據朱禮君介紹，倉儲作業跟計算機的工作原理非常類似。如，倉庫做物品的存儲，計算機做數據的存儲;倉庫進行訂單生產時是把貨物從貨架上取出，這與計算機做數據提取、計算非常類似;倉庫存儲商品，這類似于計算機硬盤;計算機有很多文件，有些文件可能很長時間不會訪問，這和倉庫備貨區一樣;倉庫揀選區則和計算機內存差不多;而電商倉庫中的爆品區域則相當于計算機的高速運轉。因此，倉庫作業總能在計算機結構里找到映射。在電商時代，倉庫變得非常大，每天要處理的商品種類和訂單量非常多，映射到計算機結構里面就相當于大數據處理。大數據處理最有名的框架是MapReduce，它包含三個重要操作——Map(將工作并行化)、Shuffle(再次合并)、Reduce(最終產生結果)。

　　基于該想法，菜鳥提出了模塊化的多區并行的自動化物流解決方案，將大數據處理框架映射到倉儲系統中，MAP代表不同的訂單與不同的生產作業模式，Shuffle表示暫存與合單，Reduce表示播種在不同的訂單中，即將倉儲作業中不同的分區、不同的作業模式，以及不同的自動化模式進行并行操作、并行生產后再合并，流入Rebin Zone(合流區，即菜鳥無人倉中的播種工作站)，訂單商品合流到一個箱子后進行打包出庫。

　　2.柔性自動化方案在菜鳥無人倉的實踐

　　(1)多方式并行揀選。在前文提到的菜鳥無人倉內的機器人分揀倉，A區機器人針對低流動量的商品，即“冷品”，采用貨架到人的類Kiva系統進行揀選作業;B區機器人針對高流動量商品，即“爆品”，采用車到人(訂單到人)揀選。這兩種方式采用的并行揀選作業是模塊化的，不會影響其他區的作業，同時打破了原有AGV系統僅能單區作業的局限，提升整個系統的作業效率，這背后提供支撐的無疑是菜鳥先進的算法。

　　(2)柔性分撥。即，將倉庫生產好的包裹按照不同流向和目的地進行分揀，機器人非常適合完成該作業，因為機器人有固定的運動軌跡，適合做點對點的物品搬運。

　　2018全球智慧物流峰會上展示的菜鳥無人倉柔性分撥解決方案

　　對此，菜鳥設計了新的柔性分撥系統解決方案，即通過機械手臂(目前為人工，未來將替代為機械手臂)將包裹放到AGV上;AGV在經過掃描臺時，包裹上的信息被自動掃描，AGV按照上位系統的指令前往目的地，然后將包裹倒入對應的集包簍;集包簍裝滿后，會被另外一臺AGV帶到對應的出庫月臺。這是非常柔性的自動化分撥系統。

　　需要注意的是，由于既有運送集包簍的大型AGV，也有分揀用的小型AGV，它們的路徑規劃非常復雜;此外，每一個集包簍的目的地也需要規劃，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的行走時間非常關鍵，這是整個系統的關鍵所在。

　　(3)機械臂的應用。機械臂在菜鳥無人倉內被應用于拆/碼垛及揀貨作業，基于RGB-D數據的三維物體識別、定位、姿態估計激發、箱體分割算法等技術，采用工業生產線標準，具有高效率、高可靠性、高魯棒性等特點。

　　柔性自動化方案關鍵技術及其發展方向

　　1.軟硬結合&系統工程

　　無人倉建設項目既不是純軟件工程，也不是純硬件工程，而是一個系統工程，從流程設計到硬件設計、軟件設計，都需要綜合考慮，才能夠實現高效率作業。物流柔性自動化技術具體包括軟硬件協同、端到端設計，以及可轉換性、魯棒性、靈活性等。

　　2.IoT(物聯網)與 Edge Computing(邊緣計算)

　　菜鳥在IoT方面有非常多的投入。在2018全球智慧物流峰會上，菜鳥宣布全面啟動物流IoT戰略，并發布全球首個基于物流IoT的“未來園區”，這也是IoT、邊緣計算和人工智能等技術首次大規模應用于物流領域。

　　無人倉是未來物流園區的標配，也是IoT技術非常好的投入點，具體技術包括數據采集、數據分析、預見性維護等。

　　3.機器人技術

　　各種類型及功能的機器人是無人倉中毫無疑問的主角。菜鳥無人倉內有超過500臺AGV在多個庫區作業，機器人技術最重要的三點分別是Perception(感知)、Planning(規劃)、Execution(執行)。

　　4.大規模多智能體規劃和調度技術

　　倉庫要實現柔性自動化，機器人必須協同作業。為了實現最大化的倉儲生產效率，縮短訂單處理時間，需要對AGV進行聯合調動、任務分配、路徑規劃，對資源進行合理分配優化等，這就涉及大規模的規劃和分配技術。

　　資源分配通常有兩種解決方法，一種是中央規劃解法，首先要建立模型，收集各類數據，包括每一個機器人及每個貨物的位置等信息，通過數據分布分析求解單位時間內的最大出庫量，菜鳥在相對較小的倉庫采用這種解法。

　　在大型倉庫，如菜鳥無人倉，則采用另一種解法——資源分布式競價，大倉庫內有非常多的機器人和貨架，可以進行各種組合完成揀選任務。機器人和貨架可以模擬成一個任務，誰贏了誰做任務。這其中的關鍵技術便是競價策略的設計，在大型倉庫上下游之間銜接比較緊密、很難解耦的環境比較適合，因為最上游的決策可能影響到最后一個決策，所以貫穿上下游的決策全部做下來是難點所在。

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

　　朱禮君表示，未來很多大規模智能體的技術會向群體智能方向發展，借鑒自然界生物的行為，如優化算法里的蟻群算法便是通過模擬螞蟻行為進行的算法——單個螞蟻不會搭橋，但是螞蟻之間可以互相搭橋讓其他螞蟻通過。這些概念可以引入智能體在倉庫中的應用，未來當每一個智能體有了足夠強大的智能導航及決策功能后，群體智能將成為柔性自動化技術的發展方向。并且，柔性自動化物流系統基于其擴展性強、易部署、模塊化、算法高效智能、魯棒性強等突出優勢，將會對整個物流行業帶來巨大革命。