基于智能盤點機器人的徽商物流 S 倉服務(wù)升級研究

杜麗蘋 馮睿 汪斌 徐興娟 張青

摘要：科技創(chuàng)新高速推動物流向自動化、智慧化方向發(fā)展，大件倉庫在市場需求和技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動下革新倉儲管理方式，應(yīng)用機械化、智能化設(shè)備提升服務(wù)能力應(yīng)運而生。文章研究了智能盤點機器人在大件倉儲中的應(yīng)用，并以徽商物流S盤整庫倉儲管理為例，針對人工庫位盤點效率不高、準(zhǔn)確率不高、數(shù)據(jù)延遲時間較長、人工成本較高等問題，提出解決措施。

關(guān)鍵詞：智能機器人;盤點;徽商物流;倉儲管理

中圖法分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on service upgrading of Huishang logistics S warehousebased on intelligent inventory robot

DU Liping， FENG Rui，WANGBin，XUXingjuan，ZHANG Qing

（Anhui University Qingyuan Campus，Hefei 230601，China）

Abstract：With the rapid development of logistics automation and intelligence promoted by scientific and technological innovation，large cargo warehouse innovates the warehouse management mode driven by market demand and technological development， and applys mechanized and intelligent equipment to improve service capacity came into being. This paper studies the application of intelligent inventory robot in large goods storage， takes the warehouse management of Huishang logistics S inventory warehouse as an example， and puts forward the solutions to the problems of low efficiency， low accuracy， long data delay time and high labor cost of manual warehouse location inventory.

Key words： intelligent robot， stocktaking， Huishang logistics， warehouse management

1引言

徽商物流是一家提供綜合性服務(wù)的物流企業(yè)，在經(jīng)營好自有倉庫之余，近年來積極拓展盤整廠房加以改造，開展倉儲租賃、倉儲管理、貨物包裝、分揀、加工等活動，提供貨物從進(jìn)到出、從收到發(fā)的全流程服務(wù)的倉儲業(yè)務(wù)。以長豐縣 S 盤整庫為例，針對設(shè)施自動化程度低、人工搬運倉儲成本較高的大件平庫，挖掘倉庫盤點環(huán)節(jié)之短板，探索應(yīng)用倉儲服務(wù)機器人開展盤點業(yè)務(wù)活動，以提高效益。

2智能盤點機器人的應(yīng)用原理

2.1機器人構(gòu)造

一個完整的智能盤點機器人主要由上位機系統(tǒng)、移載裝置、可伸縮機械臂、CMOS 相機和車載控制系統(tǒng)組成[1]。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能盤點機器人主要實現(xiàn)四個功能，即移動功能、圖像采集功能、盤點功能以及自動控制功能，各個功能之間相互協(xié)調(diào)配合，共同完成對平庫的盤點以及監(jiān)管工作。

2.2倉儲服務(wù)的應(yīng)用原理

2.2.1移動功能實現(xiàn)

移動功能主要由 AGV 移載裝置提供支持，實現(xiàn)對不同庫位以及同一庫位不同區(qū)域掃描的操作，保持整個機器人的穩(wěn)定性。通過在成本和精確度方面比較多種導(dǎo)引方式，發(fā)現(xiàn)采用慣性導(dǎo)引技術(shù)作為主導(dǎo)引方式，RFID 技術(shù)是最適合進(jìn)行輔助定位的方式。 RFID 定位是通過修正定點誤差，在地面設(shè)立地標(biāo)，通過 AGV 來確定當(dāng)前的實時位置信息，然后通過讀取到的信息對慣性導(dǎo)引系統(tǒng)進(jìn)行直接糾正。

智能盤點機器人的期望路徑跟蹤是在 RFID 處使用傳感器測量偏差數(shù)據(jù)，并配合 RFID 所包含的位置信息，計算得出控制執(zhí)行數(shù)據(jù)回傳給智能盤點機器人控制系統(tǒng)，輸出控制動作改變驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行差速轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)對智能盤點機器人整體的速度大小和方向的控制，以不斷逼近目標(biāo)軌跡，最終完成工作。在行進(jìn)過程中對于可能出現(xiàn)的障礙物，采用紅外傳感器檢測，蜂鳴報警器提示。

2.2.2視覺功能實現(xiàn)

視覺功能是通過移載裝置、機械臂和 CMOS 相機完成相關(guān)操作。移載裝置通過讀取地面信息，判斷庫位位置，調(diào)整整體位置，發(fā)送采集信號;機械臂通過調(diào)整相機位置實現(xiàn)對庫位內(nèi)貨垛圖像的充分采集;CMOS 相機通過補光系統(tǒng)與廣角功能采集高質(zhì)量的貨垛圖像。

2.2.3自動控制功能實現(xiàn)

自動控制功能是采用單片機對整個全自動無人卸貨車進(jìn)行控制，并與倉庫管理系統(tǒng)進(jìn)行連接。采用基于 STM32的控制系統(tǒng)控制智能盤點機器人運動。為實現(xiàn)小車自動控制，將 L298N 連接在電機上，通過單片機與 L298N 相連，以達(dá)到控制其運行的目的。

2.2.4盤點功能實現(xiàn)

盤點功能是智能盤點機器人的核心部分。通過上位機對圖像多種方式的處理分析實現(xiàn)精確盤點、貨損識別和計量盤點[2]。精確盤點的實現(xiàn)依靠判斷與識別采集圖像中的條碼信息;貨損識別依靠圖像數(shù)據(jù)庫的比對;計量盤點通過采集圖像進(jìn)行三維建模實現(xiàn)。上位機通過對采集的圖像進(jìn)行分析，從圖像中識別條形碼以獲得貨物的具體信息，實現(xiàn)計量盤點;通過對采集圖像預(yù)處理后與標(biāo)準(zhǔn)模板圖像配準(zhǔn)分析，實現(xiàn)貨物缺陷初步檢測，通過對圖像二值化，實現(xiàn)對貨物破損面積大小的精確測量;通過一系列圖像進(jìn)行貨垛三維重建，獲得貨垛體積，該體積與貨物體積的比值則是該貨垛的貨物數(shù)量，實現(xiàn)計量盤點。

3徽商物流 S 盤整倉

3.1簡介

徽商物流在合肥、蕪湖、蚌埠等地?fù)碛卸嗉曳肿庸?，其在蚌埠擁?個泊位的淮河港口和1條鐵路專用線，自有與管理各類倉庫面積達(dá)37萬平方米。S 盤整倉位于合肥北部開發(fā)區(qū)內(nèi)，占地面積100余畝，其中自有倉庫面積10萬平方米，主要從事大件家電、建材、木地板、電商服裝等倉儲租賃、運輸配送、貨物包裝、分揀、加工等，提供貨物從進(jìn)到出、從收到發(fā)的全流程服務(wù)的倉儲業(yè)務(wù)。同 TCL、海信、張裕、安徽電信器材、安徽省薄鋼科技有限公司、浙江納愛斯集團等眾多知名企業(yè)長期合作。徽商物流目前正按照“高起點、新業(yè)態(tài)、大發(fā)展”的總體思路，積極推進(jìn)“十二五”期間的跨越式發(fā)展。

3.2服務(wù)現(xiàn)狀

目前，倉庫主要由倉管員負(fù)責(zé)管理。當(dāng)有貨物即將到達(dá)時，倉管員會根據(jù)自己的經(jīng)驗為到達(dá)的各種貨物分配庫位，具有一定的隨機性，且效率不高。在 S 倉的倉儲人工盤點環(huán)節(jié)中，盤點人員往往根據(jù)個人經(jīng)驗，估計貨垛貨物的數(shù)目，計算出貨垛中的貨物數(shù)量后，再手工錄入盤點結(jié)果[3]。

倉管員很難對盤點工作進(jìn)行實時有效的監(jiān)督和管理，對于虛盤、虛報、磨洋工等消極怠工行為也很難及時發(fā)現(xiàn)、制止和追責(zé)處理，導(dǎo)致盤點結(jié)果與實際庫存情況出現(xiàn)偏差，進(jìn)而對入庫需求產(chǎn)生影響，造成呆滯庫存等問題。

3.3服務(wù)短板

3.3.1租賃方式簡單，適用性和靈活性差

企業(yè)根據(jù)用戶和顧客對倉庫數(shù)量和規(guī)模需求分為集中化和分散化出租，主要負(fù)責(zé)出租 S 倉庫廠房空閑空間以及提供客戶要求的倉儲作業(yè)服務(wù)，對廠房用途和顧客需求缺乏準(zhǔn)確定位和了解，難以滿足大型企業(yè)對特殊儲存和管理方式的貨物倉儲需求，用戶群體有限且收益較低。

3.3.2依賴人工作業(yè)，盤點效率低

這種極其不規(guī)范的方法很容易造成多盤、漏盤、錯填等問題。

倉管員需要同時管理多個庫房，無法實時監(jiān)控盤點作業(yè)的全過程。同時，由于盤點作業(yè)的特殊性，盤點作業(yè)得到的庫存記錄很難直接驗證。因此，倉管員很難對盤點工作進(jìn)行實時有效的監(jiān)督和管理，對于虛盤、虛報、磨洋工等消極怠工行為也很難及時發(fā)現(xiàn)、制止和追責(zé)處理，導(dǎo)致盤點結(jié)果與實際庫存情況有偏差，進(jìn)而對入庫需求產(chǎn)生影響，造成呆滯庫存等問題。

由于長期處在高負(fù)荷工作條件下，員工的工作效率會顯著降低。同時，人類視覺長期處在高強度、低光照的工作條件下極易產(chǎn)生疲勞，也會導(dǎo)致盤點效率下降。

3.3.3智能設(shè)備少，數(shù)字化、信息化程度低

倉庫多環(huán)節(jié)由人工作業(yè)，缺少智能設(shè)備配合實現(xiàn)全流程檢測和各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集，故多出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷點，數(shù)據(jù)延遲等問題或出庫、入庫信息未準(zhǔn)確核實，導(dǎo)致庫存差錯。而且，倉庫和車輛之間存在信息脫節(jié)，導(dǎo)致備貨區(qū)貨物積攢嚴(yán)重，車輛和司機排隊等候，延遲貨物裝車，影響配送時效。此外，倉庫的防火防盜管理缺乏溫控裝置、噴淋裝置、監(jiān)控裝置等信息技術(shù)支撐[4]。

4應(yīng)用智能盤點機器人服務(wù)于倉儲管理

4.1庫位優(yōu)化

為提高智能盤點機器人在倉內(nèi)盤點作業(yè)的效率，我們對庫位進(jìn)行優(yōu)化后，重新錄入系統(tǒng)便于智能盤點機器人自動調(diào)用和匹配。在庫位的重新設(shè)計中以一定數(shù)量的貨物入庫后的剩余庫位面積最小為原則，新設(shè)計的庫位保持庫位深度不變，庫位寬度在原來1.3米和1.6米兩種規(guī)格的基礎(chǔ)上擴展成1.3米、1.4米、1.5米、和1.6米四種規(guī)格，庫位規(guī)格也相應(yīng)地由原來的6種變成了12種。

在庫位設(shè)計中，根據(jù)調(diào)研得到的 S 倉服務(wù)企業(yè)徽商物流的出入庫數(shù)據(jù)及其大件產(chǎn)品的外包裝尺寸，使用 Excel 對數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，建立線性最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，最后使用 MATLAB 計算出各種寬度庫位的比例，以支持庫位匹配系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。

4.2準(zhǔn)備階段

基于智能盤點機器人的倉儲管理系統(tǒng)的入庫管理流程如下。

（1）首先，倉管員接收到入庫任務(wù)，填寫入庫貨物的相關(guān)信息。

（2）倉管員接收到貨物之后，按照供貨清單的信息對入庫的貨物進(jìn)行清點和審核。

（3）如果貨物與入庫任務(wù)顯示的信息匹配，則開始入庫，反之拒絕，同時系統(tǒng)進(jìn)行報錯。

（4）確認(rèn)信息完備且通過庫存容量審核，倉庫操作員通過手持閱讀器制作二維碼標(biāo)簽，并將其附于貨物包裝之外。同時，系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)前庫存狀況，計算出最佳入庫策略，包括入庫位置、入庫路徑等信息，并按照入庫清單生成詳細(xì)的入庫單。

（5）倉庫操作員按照入庫單的信息，將對應(yīng)貨物送達(dá)指定庫存位置，同時調(diào)度智能盤點機器人進(jìn)行對應(yīng)庫位貨物盤點，獲取貨物數(shù)量、破損情況以及對應(yīng)倉庫坐標(biāo)信息，同時在商品入庫之初就為商品加入流動參數(shù)，然后對每次商品的流動次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，以清晰地統(tǒng)計出所有商品的流動情況。

（6）當(dāng)倉庫管理系統(tǒng)在入庫時發(fā)現(xiàn)訂單上的商品數(shù)量與實際數(shù)量不符時，記錄商品差異并創(chuàng)建差異訂單，將有差異貨物進(jìn)行標(biāo)記，然后系統(tǒng)通知人工進(jìn)行核對，最后確認(rèn)入庫完畢。

（7）倉管員收到倉庫操作員入庫完畢指令，確認(rèn)更新數(shù)據(jù)庫信息。

在優(yōu)化庫內(nèi)作業(yè)流程和人工作業(yè)規(guī)范化基礎(chǔ)上，利用 RFID 標(biāo)簽和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化的叉車或夾抱車對貨物和庫內(nèi)庫位實現(xiàn)信息綁定和數(shù)據(jù)采集，利用智能盤點機器人采集分析倉內(nèi)貨物信息并上傳至系統(tǒng)，再經(jīng)系統(tǒng)處理設(shè)備采集貨物數(shù)據(jù)的變化，且引入庫內(nèi)地圖實現(xiàn)貨物移動狀態(tài)和在庫狀態(tài)的數(shù)字化。

4.3盤點階段

（1）首先，倉管員根據(jù)需求，生成盤點任務(wù)清單。

（2）倉庫操作員根據(jù)清單，操作智能盤點機器人進(jìn)行貨物盤點，盤點記錄包括庫存編號、貨物名稱、貨物數(shù)量、庫存位置、貨物破損情況等信息，并最終生成盤點清單。

（3）倉管員需要在后臺查詢庫存狀況，并結(jié)合對應(yīng)的盤點清單，進(jìn)行盤點審查。

（4）根據(jù)實際需要，判斷是否重新盤點。需要重新盤點，則倉庫操作員重新進(jìn)行盤點流程;否則，盤點結(jié)束。

（5）系統(tǒng)根據(jù)盤點清單，生成盤點日志，同時更新倉庫數(shù)據(jù)庫信息。后臺系統(tǒng)自動形成可視化界面，盤點整體流程結(jié)束。

4.4結(jié)束保障措施

每間倉庫在前端設(shè)置智能設(shè)備停放區(qū)，并配有充電區(qū)及中控機保證設(shè)備正常運行，倉管員能遠(yuǎn)程監(jiān)管設(shè)備操作且能與 WMS 系統(tǒng)完成實時數(shù)據(jù)交換和檢測。智能盤點機器人根據(jù)系統(tǒng)倉內(nèi)作業(yè)數(shù)據(jù)和流量分析動態(tài)制訂盤點周期和盤點數(shù)量，其在盤點結(jié)束后依靠慣性導(dǎo)引和 RFID 標(biāo)定位確定停放區(qū)位置，通過路徑追蹤找到最優(yōu)路線回到停放區(qū)，結(jié)束盤點任務(wù)[5]。智能盤點機器人耗電慢，設(shè)備選用材料既保證節(jié)約成本也實現(xiàn)最小損耗，一臺智能盤點機器人每年進(jìn)行一次修護和保養(yǎng)，半年配合企業(yè)進(jìn)行一次系統(tǒng)數(shù)據(jù)及算法更新，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和出錯率可控。

5預(yù)期效益

5.1標(biāo)準(zhǔn)化貨物倉儲流程

根據(jù)庫存周轉(zhuǎn)率、庫存量、貨物種類等指標(biāo)優(yōu)化庫位分區(qū)，合理設(shè)置系統(tǒng)庫位分配規(guī)則，入庫前通過 WMS 系統(tǒng)和庫位分配系統(tǒng)規(guī)劃分配貨物，由智能盤點機器人完成盤點，規(guī)范倉內(nèi)作業(yè)各環(huán)節(jié)全智能化，保證貨物實況與系統(tǒng)記錄一致。

5.2實現(xiàn)貨物及設(shè)備狀態(tài)信息化

解決貨物入庫、盤點環(huán)節(jié)依賴人工經(jīng)驗判斷致使操作錯誤率高和貨物入庫、在庫信息延遲問題，可以有效提高倉內(nèi)各環(huán)節(jié)作業(yè)效率和高效實現(xiàn)貨物入庫，在庫及出庫的狀態(tài)監(jiān)控，便于實現(xiàn)傳統(tǒng)大件倉庫智慧化升級。

5.3提高倉管員的綜合素質(zhì)

隨著倉儲設(shè)備的智能化、自動化的發(fā)展和逐步應(yīng)用擴大，會招聘更多具有專業(yè)知識和操作技能的管理和技術(shù)人員，提高倉管員文化水平和綜合素質(zhì)，同時定期在更新系統(tǒng)和設(shè)備時進(jìn)行知識學(xué)習(xí)和使用培訓(xùn)，雖然會在一定程度上增加用工成本，但可以減少因人工操作失誤帶來的貨損。

5.4實現(xiàn)降本增效，促進(jìn)數(shù)字化

目前，企業(yè)的平面?zhèn)}庫的布局設(shè)計大同小異，只需要對智能盤點機器人及倉庫進(jìn)行簡單調(diào)整和改造，并與倉儲管理信息系統(tǒng)對接，即可應(yīng)用于所有倉庫，減少了倉庫固定人工成本，同時能促進(jìn)倉內(nèi)作業(yè)自動化、智能化。

6總結(jié)

智能盤點機器人在盤點效率方面是人工的三倍，并且其使用成本僅高出信息化系統(tǒng)20%～30%，但是能提高50%～60%的作業(yè)效率。另外，自動化作業(yè)降低了對業(yè)務(wù)人員及培訓(xùn)的要求，且減少30%～50%的人工成本。

徽商物流應(yīng)用智能盤點機器人不僅能夠在入庫、盤點、出庫環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，實現(xiàn)降本增效，還有利于倉內(nèi)作業(yè)軌跡追蹤、標(biāo)準(zhǔn)化倉儲流程，利于實現(xiàn)大件倉庫貨物及設(shè)備數(shù)字化和狀態(tài)可視化，可追蹤溯源，有利于優(yōu)化企業(yè)供應(yīng)鏈服務(wù)模式，增強創(chuàng)新性和市場競爭力。

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作者簡介：

杜麗蘋（2000—），本科，研究方向：物流管理。

張青（2000—），本科，研究方向：物流管理。

汪斌（2000—），本科，研究方向：商貿(mào)物流。

徐興娟（1999—），本科，研究方向：運營與供應(yīng)鏈管理。馮睿（2001—），本科，研究方向：物流管理。