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仓储机器人的未来|Inspiring intelligent insight第 1 部分：仓储世界的变迁迄今为止，大多数仓库中部署的自主移动机器人(AMR)主要用于独立的工作模块，没有实现真正的跨多流程集成。但是，这种情况正在发生改变。疫情的大规模流行意味着仓库必须应对社交疏离和员工缺勤带来的挑战。疫情虽然推动了电子商务的快速发展，但也导致长期的劳动力短缺。这一切迫使仓库管理人员更深入地审视仓储自动化可提供的机会，并加速启动他们想要实施的自动化方案。这样做的目的不仅是在新竞争格局中提高业务效率，而且要通过改善员工工作条件来提高员工保留率。与此同时，疫情带来的不确定性愈加凸显，行业可以一夜之间天翻地覆。因此，灵活的部署以及不拘泥于与刚性基础设施长期捆绑至关重要。除了与COVID相关的挑战之外，行业市场也在发生其他重大变化。其中包括所谓的“大规模定制”，对于仓库来说，这意味着他们需存储和交付的产品线能在短时间内改变尺寸和形状，以及需要提供更快速的交付。与刚性自动化相比，AMR解决方案通常具备以下主要优势：成本效益更低、部署速度更快、更灵活、更易于扩展。新的移动机器人解决方案使机器人能够拣选单个货箱并将货箱送至拣货员处，而不是整个货架，从而显著提高效率。同时，复杂的软件管理系统结合现有可用的各种AMR平台，可以将不同类型的机器人组合到一个解决方案中。最终，这提供了用移动解决方案大规模替代固定自动化设备解决方案的可能性。坦白说：如果一个管理良好的移动机器人团队可以拣选任何物品并运送到仓库的任何位置，为什么要安装固定传送带？坦白说：如果一个管理良好的移动机器人团队可以拣选任何物品并运送到仓库的任何位置，为什么要安装固定传送带？|moving the world intelligently在全球范围内，仓储自动化未来增长潜力巨大，不仅仅是因为仓库数量的迅猛增长。根据Interact Analysis的数据，截至2020年底，全球共有150,000个仓库。到2025年，这一数字将增长到约180,000（见图 1）。这种增长大部分是由电子商务推动的，大致规律为，每增加10亿美元的在线销售额，需要额外增加100万平方英尺的仓储空间进行业务支持。其中超一半（57%）的仓库将位于中国、美国、日本、印度和德国这五个国家。而且，目前75%的仓库库存根本没有自动化，因此仓储自动化的市场潜力巨大。图 1 到2025年，全球将有大约180,000个仓库，高于2020年底的150,000个1000个仓库20182019202020212022202320242025020406080100120140160180200欧洲北美世界其他地区全球仓库数量第 2 部分：拥抱 Tote-to-Person(T2P)AMR和移动自动化解决方案什么是 T2P AMR？T2P AMR 技术是传统 G2P（货到人）解决方案的一种新变体，机器人将单个货箱而非整个货架带到拣选员工面前。与需要经常搬运整个货架的传统G2P解决方案相比，T2P AMR的关键优势在于保持主货架不动，从而可以将货架存储空间扩展至更高。在当今许多使用 G2P 的仓库中，仓库中较高的区域被浪费了。自动化 T2P AMR 解决方案可以显著增加这些场景中的仓库存储容量仓库天花板是存储的唯一限制。如果仓库已经使用高货架来充分利用空间，且拣货过程完全自动化，这通常是通过起重机和叉车的定制解决方案实现的。应对这种场景，T2P AMR 可以提供更便宜、更高效的“现成”自动化途径，这是以前完全缺乏的。是什么推动了 T2P AMR？Interact Analysis 的数据显示，T2P AMR 解决方案市场正在快速增长。T2P AMR 的收入预计将从 2021 年的约 1.54 亿美元增长到 2025 年的约 15 亿美元。T2P AMR在某些特定的仓库领域具有明显的优势。例如，在一些零售和鞋服仓库中，G2P自动化不适用于频繁爬高的拣选等操作，T2P AMR可为这些应用场景提供可行的自动化解决方案。其他趋势也推动了T2P AMR的应用。仓库跟企业一样，均致力于提高效率，但目前通过自动化提高仓库效率的压力巨大。部分原因可能是COVID-19导致的前所未有的全球劳动力短缺，而且它似乎并没有随着病毒的消散而消退的迹象。|moving the world intelligently使用T2P AMR解决方案，仓库天花板将是存储的唯一真正限制。|Inspiring intelligent insight电子商务的增长正在从根本上改变零售业的竞争格局。201120192020美国电子商务占零售总额的百分比4.5%10%15%另一个原因是电子商务的增长（同样主要与 COVID-19 相关）。美国人口普查局数据显示，2011年美国电子商务销售额占零售总额的4.5%。到2019年，这一比例已达到10%。到2020年，进一步增加到15%。这意味着美国的电子商务渗透率在2020年一年内的增长与过去十年的市场份额一样多：这种情况在大部分发达国家都有发生。|moving the world intelligently电子商务量的增长不但迫使电商公司尽可能提高效率，还从根本上改变了零售业的竞争格局。例如，快递公司的迅速崛起，他们主要靠自行车或汽车速递员在非常紧张的时间段内运送物品。快递也许不会直接与电子商务业务竞争，但它确实促使整个市场向越来越快的交付时间转变。大型电子商务公司对此做出回应的一个例子是微型配送中心的兴起，这些中心由大型集中配送中心提供服务。Interact Analysis 的研究表明，2021年有43个微型配送中心上线，2021年一年新增了一倍，使得到目前全球总存量达到86个。到 2030年，将有1,998个微型配送中心上线，届时全球总存量将达到7,338 个其中绝大多数将位于美国和欧洲。电子商务推进了仓储自动化的进程及发展：一个越来越成熟的仓储自动化市场随着整个仓储自动化市场的增长（从2020年的296亿美元增长到2025年的 690亿美元，见下图2），仓储自动化解决方案的普遍成熟扩大了客户群。这本质上是因为一旦自动化解决方案经过市场的考验，更保守的客户就愿意进行尝试。对于这样的客户，投资回报是首要问题。由于 T2P AMR 解决方案的回报周期短，市场的成熟有助于这些自动化系统的转变。一旦自动化解决方案经过市场的考验，更保守的客户就愿意进行尝试。图 2 仓储自动化市场将从 2020 年的 296 亿美元增长到 2025 年的 690 亿美元按设备类型划分的仓储自动化市场收入预测80,00060,00040,00020,0002018固定自动化设备20192020202120222023202420250集成设备移动自动化设备服务软件|Inspiring intelligent insight重要的是，电子商务市场的增长不仅会影响电子商务仓库，还会影响到产业链更下游的仓库。例如，极智嘉客户齐心集团提到了电子商务订单的“碎片化和随机化”，因为线上订购商品的频次越来越高，而单次采购的数量却趋于变小，甚至订购一些（在疫情大规模流行前）极少数人会考虑在线购买的商品。在预测需要拣选的产品和数量时，这一挑战促使仓库运营更需要灵活性。电子商务是较先进的仓储自动化解决方案的早期采用者，目前市场数据显示，许多其他领域的仓库正在迅速效仿。从下面的图3中可以看出，其他行业正在显著增加对仓储自动化的使用。例如，生鲜行业在2020年占仓储自动化收入的 12%，预计2025 年占比将增至16%。图 3 生鲜业在2020年占仓储自动化收入的12%，预计到2025年占比将增至16%。20182019202020212022202320242025010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,000百货生鲜快递食品与饮料鞋服耐用品制造非耐用品制造药品批发其他垂直领域仓储自动化市场收入预测RoboShuttle使用RS8机器人直接从存储架中拣选单个货箱到缓存位，然后P40机器人将货箱运送给操作员。|moving the world intelligently第 3 部分：真实案例研究T2P AMR的一个例子是极智嘉RoboShuttle解决方案，该解决方案通过RS8货箱机器人从高达8米的货架中拣选货箱，将仓库存储容量提高多达3倍。同时，可结合P40拣选机器人，实现高达400货箱/小时/工作站的拣货效率。该方案实施速度很快，可在不到一个月的时间内完成部署。灵活度极高的设计则意味着用户可以重复使用不同规格的货架。模块化、可扩展的方案意味着可以根据业务需求轻松增加或移除机器人。此外，RoboShuttle解决方案可灵活与其他自动化解决方案对接，例如G2P或拣选机器人，甚至可以接入多进程解决方案中（参见下面第4部分）。RoboShuttle方案平均投资回报周期仅需1-2年。法国的一家可持续建筑材料公司选择了极智嘉RoboShuttle全柔性货箱方案，其目标是确保所有交付给B2B和B2C客户的产品都能次日达。由于该公司在高峰时间每小时出货至少上千件产品，所以次日交付充满挑战。他们需要AMR解决方案来帮助他们提高吞吐量和拣选精度，并且降低劳动成本。他们选择与极智嘉合作来迎接挑战。极智嘉为该客户规划了RoboShuttle全柔性货箱方案，该方案中，RS机器人负责将货箱在存储位和缓存位间上下转移，P40机器人从缓存层取出货箱并将其带到工作站的操作员处。该解决方案使用5.1米高的货架远远高于标准G2P解决方案所能达到的水平，提供了更高的存储容量。此外，该方案还提高了拣选效率，因为拣选工作站能够调整到适应每一位操作员的最佳高度。同时，该方案使用P40机器人代替固定传送带，大幅降低运营成本。存储容量可增加3倍每个工作站每小时拣选400个货箱|Inspiring intelligent insight第 4 部分：G2P的革新重要的是要明白，T2P AMR的发展也促进了G2P技术的革新。对于很多客户来说，目前的G2P解决方案已经足够满足他们的需求。并且G2P本身也在不断发展。事实上，G2P正在继续推动仓储自动化革命，不断提高人类和机器人协同工作的效率。极智嘉的一个解决方案示例展示了G2P创新的深度和广度，即PopPick。另一个是机器人越库拣选解决方案。PopPickPopPick方案中，G2P机器人将整个货架运送到工作站，就像普通的G2P解决方案一样。但与众不同的是PopPick工作站，它是一个人工智能的自动化货箱拣选工作站。一旦货架到达，工作站内置的机械臂就会选择出命中的货箱，然后将这些货箱递送给操作员。该解决方案通过将12列货箱堆叠成一排，货箱之间只有2厘米的间隙，从而实现了高密度存储，使平均仓库存储密度提高了4倍。PopPick解决方案可实现650箱/小时/工作站的拣选效率，与传统解决方案相比，（平均）节省了50%的成本。使用 PopPick，整个货架被运送到工作站，工作站内置的机械臂就会选择出命中的货箱，然后将这些货箱递送给操作员。|Inspiring intelligent insight平均仓库存储量增加4倍节省了成本50%geek+deployment in progress越库拣选解决方案机器人越库是G2P技术的一种特殊演变，可以说是零售行业中任何越库需求的最佳实践。越库站点由用于接收入库商品的收货暂存区、用于分拣货物的中心区，及用于将分拣货物装载发往客户的出库暂存区组成。整个越库流程充满挑战，因为需求无法预测、节奏快、人为失误零容忍、没有空间长时间存储货物，所以任何流程上的滞留都会造成很大的问题。另一个真实的案例越库方案的客户案例是英国一家大型连锁超市。他们在10,490平方米的仓库中采用了极智嘉的越库拣选解决方案。该项目使用50台极智嘉P系列机器人以及30个拣选工作站来管理600套货架。该解决方案提供了灵活且可扩展的拣货存储区，以及智能订单和优先级调度。优势是提高了拣选效率，大大降低了劳动力需求和成本，并从根本上提高了拣选准确性和质量控制。部署AMR 组合方案对于许多移动机器人供应商来说，灵活性一直是一个关键卖点。移动机器人本质上是很灵活的，因为它们可以快速部署到任何仓库，快速适应新的工作流程，并且可以根据所需的吞吐量快速扩大或缩小规模。事实上，许多移动机器人供应商提供机器人即服务（Robot-as-a-Service）模式，允许客户在公共假期等需求高峰期临时扩大规模，需求减少后再缩减规模。在当前COVID-19疫情反弹导致需求快速增长的背景下，灵活性的概念变得越来越重要。对灵活性的需求，再加上劳动力短缺，促使仓库尽可能实现任何流程上的自动化，而这也将市场成熟度推向下一阶段：通过 AMR 实现整个（或接近整个）仓库作业的自动化。可以通过部署移动机器人组合方案来实现此目标，其中G2P、T2P AMR及其他类型的移动机器人平台可以协同工作。就机器人管理而言，这是一个很大的挑战，因为必须实现机器人集中管理，而这需要所有机器人以同步的方式工作。市场成熟度的下一步是通过 AMR 实现整个（或接近整个）仓库作业的自动化。|Inspiring intelligent insight99.99%50%虽然旧技术（例如用于传送货箱的固定传送带）确实是一种有效且经过验证的设备，但许多客户正在逐渐放弃它们。主要因为他们不能适应业务变化，安装起来相对昂贵且耗时。一个管理良好的移动机器人团队可以拣选任何东西并送至仓库的任何地方，根本不需要固定的传送带。与安装传送带相比，移动机器人不仅节约成本，还能实现更强大的功能，因为固定传送带不能抵达仓库的所有区域。AMR组合方案案例研究：移动机器人组合方案之旅尽管带移动机器人的仓储自动化市场相对成熟，但大多数客户通常还是选择从仓库的某一个区域开始，使用G2P解决方案作为最初的拣选自动化方案开始尝试。只有在他们确保仓储自动化正常运行并在其特定行业范围内提供强大的投资回报后，他们才会寻求扩展为更广泛的解决方案。一个更复杂的自动化解决方案的真实例子发生在中国领先的B2B办公用品和SaaS云服务公司齐心集团。该公司面临的挑战在于需要处理超过130,000个小型且高度多样化的SKU。为此，极智嘉提供了一种创新的T2P AMR解决方案，结合了极智嘉的两种移动机器人RS8机器人处理命中货箱在存储位和暂存位的转移，P40机器人负责将货箱搬运至工作站。结合两种机器人的优势，极智嘉为齐心集团独特的商业环境定制了这个解决方案。在齐心，这是一个非常有效的解决方案，因为它能够将热度高的SKU 缓存在最低货架上，从而从根本上加快拣货过程。齐心仓库的整体存储容量提升了200%，拣货效率提升了50%，准确率达到了99.99%。此外，该解决方案不仅提高了操作员的效率，还通过降低整体工作强度改善了他们的工作环境。1200%仓库存储容量提升拣选效率提升准确率|moving the world intelligently99.99%1.5-2倍20%25%4-6倍包装效率提高了存储容量提高了存储容量提高了存储利用率也提高了存储容量提高了准确率和准时交货率均达到32每10亿美元的在线销售额需要额外的100万平方英尺57%的新仓库将位于5个国家/地区|Inspiring intelligent insight另一个AMR组合方案案例研究同样在中国，是服装行业领先的3PL企业实粲。他们面临的挑战是需要应对大量 SKU（折叠存放的衣服），以及电子商务的大幅增长和重大的季节性库存变化。为了应对这些挑战，实粲部署了80台极智嘉RS5-S货箱机器人，最终实现包装效率提高了4-6倍，存储容量提高了1.5-2倍，准确率和准时交货率均达到99.99%。2最后一个案例研究是法国体育用品零售商迪卡侬，该公司在其中国昆山的仓库中采用了由RS8和P800机器人组成的极智嘉机器人集群方案。迪卡侬早前使用高架货架和叉车进行托盘存储，这严重限制了他们的库存管理能力，还需要大量昂贵的持照叉车司机。极智嘉解决方案将存储容量提高了20%，存储利用率也提高了25%。3模块化挑战不是每个客户都想要一个移动机器人组合方案，但这是一个重要且不断发展的领域。客户倾向于从较容易实现目标的自动化项目开始，只有在成功实施后，他们才会寻找下一个自动化机会。然而，无论这种趋势变得多么普遍，多机器人组合方案永远不会完全“现成”可用。一定程度的定制总是需要的，但模块化也是可能的，随着时间的推移，成本和实施时间将大幅下降。事实上，模块化是促使客户采用解决方案的关键驱动力，因为客户往往希望在尽可能短的时间内启动并运行一个新场地，同时尽量减少对其运营的干扰。而且，一旦模块化解决方案适应了特定客户的需求，通常可以轻松地将其复制到该客户的所有其他仓库。通常，与单一的集成供应商合作是在尽可能短的时间内做到这一点的最有效方式。客户倾向于从较容易实现目标的自动化项目开始，只有在成功实施后，他们才会寻找下一个自动化机会。第5部分：人工智能驱动的解决方案这些更复杂的移动机器人解决方案不仅仅取决是硬件问题。事实上，它们甚至不主要取决于硬件。与许多先进的工业设置一样，人工智能软件是他们的核心。没有人工智能，复杂的AMR解决方案可能根本无法工作，许多我们看到的，不断涌现的超大型移动机器人解决方案也无法工作。将多种类型的机器人集成到一个解决方案中会带来许多挑战。其中最重要的是管理挑战：如何确保这些机器人协同工作并有效沟通。仓库中连接所有机器人的统一软件接口是实现这一目标的关键。虽然大多数客户一开始会从多个供应商那里选择他们认为是同类中最佳的机器人，但他们通常很快意识到，他们更喜欢来自某个特定制造商的解决方案。最好的机器人软件系统将机器人管理与完整的仓库执行和仓库管理系统相结合（参见下图4），并提供全面的数据和仿真平台。此外，具有机器学习和运营优化能力的人工智能算法是建立可持续竞争优势的关键。这些算法构成了软件平台的大脑，可以规划和管理任意数量的应用，例如任务匹配、路径规划、订单分组、货架调整、3D装箱和智能补货。|moving the world intelligently图 4 极智嘉软件架构体系18智能仓储管理系统 iWMS智能仓储执行系统 WES服务层API业务层API控制层API搬运APK系统拣选系统机器人管理系统 RMS设备流程控制系统 MFC分拣系统存取系统合作伙伴：四向车AS/RSMiniLoadShuttle各类型机器人拣选分拣SLAM搬运叉车机械臂自动化设备电梯提升机辊道线打包机安全控制器电子标签RFID识别激光指引.人机协作设备客户MES/OMS/ERP/TMS客户 WMS/MES/ERP数据平台DP仿真系统算法库