文丨张齐齐 编辑丨秦丽

来源丨首席数字官

加快新一代信息技术和物流的深度融合，促使物流从劳动密集型向技术密集型转变，成为物流产业升级的新机会。12月10日下午，“2020中国数字化年会线上专题论坛”之【数字物流论坛】，以“科技创新赋能物流端到端智能化升级”为主题，在云端圆满举行。

论坛中，伊拉斯姆斯大学鹿特丹管理学院物流与运营管理教授René de Koster（雷内·阿科斯塔）带来以“Warehouse Robotics（仓库机器人）”为主题的精彩演讲。René de Koster教授 在OR, POM, JOM, TS等权威学术期刊发表论文230篇。他是Stichting Logistica主席,  Material Handling Forum成立者，鹿特丹大学技术运作管理系主席。根据美国仓储物流协会统计，他是全球仓储物流领域最有影响力的学者。Rene De Koster 和里昂商学院教授在机器人物流和供应链管理等方向开展合作紧密，和里昂商学院合作发表学术论文18篇。本文由【首席数字官】提炼嘉宾的精华观点编辑而成，欢迎阅读和分享。

仓库机器人技术如今已日益盛行，人们也一直在讨论机器人的性能和速度多么接近人类水平，机器人能否完成一些普通任务。例如，往传送带上搬箱子的机器人，它的速度是人类平均操作速度的三分之二，用到了双手和身体，采用步进式，所以是动力学、稳定性、移动操纵和移动感知的一个典范。波士顿动力公司是波士顿一家极其创新的机器人公司，设计出了各种新型机器人，大家可能已经有所了解。但是，这并不是仓库机器人技术目前的状况。

3个C促进仓储运营趋向自动化

第一个C是Control（控制），意味着更完善地控制流程、减少错误数量、确保准确性、能够跟踪和回溯流程等等。

第二个C是Compact（紧凑），意味着空间紧凑。在许多方面，空间都十分昂贵，包括土地和建筑物。为了减少仓库所需的面积，需要通过机器人技术实现紧凑设计，以便在更小的占地面积上运营，从而降低成本。

第三个C是Cost（成本），例如劳动力成本，仓库很难找到所需的劳动力。如果能够充分实现自动化，劳动力问题就能得到解决，而且可以全天候运作，无需支付更高的劳动力成本。同时还有助于改善人体工程学和安全性，减少产品损坏。

全自动化仓库食品零售的运转案例

完全自动化的仓库是否真的存在？雷内·阿科斯塔教授的回答是肯定的。世界各地的全机器人仓库数量正在日益增长。例如，全世界首个自动化仓库之一，位于德国；挪威的全自动化食品零售店COOP；荷兰最大的日用杂货零售商AH；还有位于京东的全自动化仓库，至少有部分流程已经完全机器人化。那么，全自动化仓库究竟如何运作？

以一家全自动化仓库食品零售商的运作流程为例。首先，货车为仓库运送来自供应商的新库存，以便为商店供货。货车到了卸货区，货车司机卸货，完全由自己在货车上操作。司机将商品放到货板上，然后将货板放上传送带。一切操作均由供应商雇佣的司机完成，无需零售企业自行操作。接着，系统检查货板，进行扫描和测量，如果预先送货通知、货板已知、数量已知、堆叠正确、包装等一切正常，则验收货板上的商品。否则将会拒收，司机可以将货物运回去。

验收后，传送带将货物运送到ASR系统，即自动化仓储与拣货系统。对于传统的单元货载自动化系统，起重机会提升起货板，将其储存在货架上。货物继续储存，直至需要补货为止。一段时间后，起重机将货板运输到传送带上，自动拆包，装入箱内。这就是堆叠环节，一切工作由机器人完成。

接下来，箱子进入AVSR系统，即自动化车辆仓储与拣货系统。货板上的每一个箱都操作完毕。一段时间后，可能会收到来自某个商店的订单，需要对订单进行拣货。订单内所需的所有箱子由系统内的穿梭车自动化拣货。根据商店布局排序，每个商店都有自己的序列，按顺序将箱子堆叠到货板或仓储笼中。因此，机器人可以根据商店的特定序列，将混合货板或混合仓储笼堆叠起来。

完成后，货板或仓储笼移动到另一个ASR自动仓储与拣货系统中。这个系统包含装好的货板或仓储笼，等待来自商店的货车提货，之后可以根据货车的特定路线，按照正确的顺序卸货。这就是过去15年中发生的重大革命，即混装货板或仓储笼堆叠，也正因为如此，货物进库到出库的整个流程，有可能实现完全自动化。

全机器人仓库具备一些优势，通过ASR系统机器自动堆叠仓储笼，堆叠质量很高，性能高于人工堆叠，同时还能减少仓储笼的数量。但同时也存在一些缺点，例如成本高昂，回收期极长。因此，并不是每一家企业都有能力自行建造全机器人仓库，这往往回报极低。AVSR系统能够储存单个箱子，然后使用各类穿梭车和升降机进行拣货。目前，这类系统有大量供应商。例如水平移动系统采用工业化货架，包括穿梭车和行驶通道，以便拣货。然后将货物放在升降机上，送往提货站，便于从那里提取商品。但穿梭车不会垂直移动，只会在轨道通道上移动。

OPEX 的Perfect Pick系统：可同时水平和垂直移动的新型系统

在OPEX 的Perfect Pick系统中，车辆沿着通道行驶，还能上下穿行，再回到某个提货站。法国供应商Exotec的系统也采用类似的运作模式，车辆在轨道下方穿行，在货架之间移动，然后回到货架外的提货站。它们是自由活动的机器人，在货架内则类似于穿梭车。十分著名的网格仓储系统，可以在网格顶部行驶。每个格子都可以拣货，因此可以从货堆中提起某个货包，然后送往拣货站。这些是最近10-20年极为盛行的AVS/R系统。尤其是线上零售仓库、电子商务仓库经常使用这类系统。

以往，企业认为Perfect Pick系统遥不可及，而Perfect Pick系统提供了货到人自动化的充分可行性。Perfect Pick一键式技术的核心是专利人工智能机器人，即能够在内部沿着路线行驶的智能无线车辆，根据仓储记录拣取库存货包或托盘，然后直接送往一体化工作站以便转运或提货。人工智能机器人可在通道内灵活触及各种库存，几分钟即可进出系统，大幅度提高吞吐量。

传统的AVS/R系统和Perfect Pick系统，哪种更有效？

是传统的只能使用穿梭车水平移动、使用升降机垂直运输的AVS/R系统更有效，还是车辆不仅可以行驶、还能上下移动的Perfect Pick系统更有效？为解决这个问题，必须优化两种系统，即为AVS/R系统选择适当的穿梭车数量、适当的通道长度和高度以及符合特定的系统类型；将PerfectPick系统优化到必要的特定仓储容量和吞吐量。

雷内·阿科斯塔教授带领团队建立模型。这个例子中要求仓储10,000个货包。其中包含一些参数，例如机器人的成本、仓储货位的成本、每平方米土地的成本等等。限制因素为系统每小时需要拣货300次，然后调整高度、长度和宽度的比率、机器人数量、A型和B型货包的占比等，以便优化成本。最终计算出年度总成本，将经典的AVS/R系统与Perfect Pick系统进行比较。接着选择特定的ABC曲线。在需求曲线上可以看到，只有约10%的产品占据80%的拣货，曲线极其陡峭。

可以得出结论：Perfect Pick的年度总成本随着吞吐量上升而下降，成本更低。其他情况下，AVS/R系统特别适用于电子商务运营，在实践中也很受欢迎，但随着数量迅速增长，成本也相当高。

AMR系统，即自动化移动机器人，也称协作式机器人，用于拣货支持

AMR系统有多种不同版本，包括由协作式机器人跟随人类、引导人类或者与多人配合的模式。同时，AMR系统也分为小型系统和大型系统，用于拣货。有些系统甚至可以载人，员工可以灵活乘坐和下车。AMR系统如何运作？

以美国公司LocusBots设计的其中一种系统为例。在仓库间里，所有拣货员都在一个区域内工作，一名拣货员可以使用多个机器人，一个机器人也可以配合多名拣货员，机器人等待拣货员下令。拣货员和机器人在同一区域内工作，共同拣货。假设一个机器人配合一名拣货员完成一份完整订单的拣货，回到停放处，然后拣货员开始使用另一个机器人。可以采用整体式仓库，也可以划分为圆形区域。如果不划分区域，则意味着由机器人完成完整订单的拣货，拣货员留在自身所在区域内。当这名拣货员完成拣货后，机器人驶往下一个区域，继续配合下一个拣货员工作。

显然，如果订单内容较多，拣货员必须四处走动，平行式拣货更有效；如果订单内容较少，分区式拣货更有效。而既有来自门店的大型订单，也有来自电子商务的小型订单时，实现分区式和平行式拣货之间动态切换，更能提高拣货性能。机器人得到指令，驶向下一个区域，可以轻松地将这种运作方式纳入操控软件中，从而创建出排队网络模型。根据模型得出结论，可以根据收到的订单，动态切换分区式和平行拣货。如果收到混合订单，那么与只采用两种策略之一相比，可节约大约40%的成本。因此升级将会带来效益。

促进定向型员工和预防定向型员工与自动化移动机器人协作时，产生不同的性能

在AMR系统仓库中，机器人无法独立运作，必须与人配合。经实验发现，性能不仅取决于员工如何控制机器人，还在于员工的性格特点。

雷内·阿科斯塔教授团队开展一些实验。实验中60名参与者在两种拣货情境下，每人工作2.5小时，使用多种工作方式。第一个情境中，参与者佩戴腕带式终端，显示拣货员需要执行的任务、需要拣货的商品，而机器人跟随拣货员；第二个情境中，由机器人引导拣货员，机器人上的显示屏告知拣货员需要拣货的商品，拣货员只需在相应地点停留即可。可以看到，拣货员的态度存在差异，他似乎对这种工作方式不太感兴趣，对必须配合机器人工作有些敏感。

将注意力放到一项行为学构念上，即调节定向，可以发现两种行为之间的差异。一种称为促进定向，促进定向型人努力实现目标，为此竭尽全力。这不同于预防定向，后者试图避免可能阻碍其实现目标的负面环境，从而努力实现目标。我们发现促进定向型人如果由机器人加以引导，就会降低绩效。机器人保持相同速度，其他一切条件都相同，唯一的差别在于机器人在前，而这类人立即会降低绩效。

对于工作相关的控制轨迹，被动型人如果由机器人加以引导，也会降低绩效。这类人在引导机器人时表现良好，哪怕机器人的情况完全相同，保持相同的速度，也会对操作人的自我感知产生影响。例如，拣货员如果不得不与机器人合作，会对其自尊心和自信心造成负面影响。因此，这种方式与人类独立工作相比，使人自尊心下降。所以有些积极影响，也有些负面影响，从而对质量产生影响。

AMR系统成本低，规模可灵活调整，但无法获得短期生产力提高

使用AMR系统，员工既可以步行让机器人跟随，也可以乘坐机器前往下一个地点、可以决定在哪里上车下车、决定在哪些路段步行或乘车。应该在哪里上下车、哪一段乘车、哪一段步行？

雷内·阿科斯塔教授团队也为此建立了一个模型，与只乘车或只步行相比，可以节约20%的总时间；还能提高人体工程学，因为频繁上下车会对人的膝盖造成压力；随着上下车的次数增多，还能缩短行程时间。例如，如果从30次上下车减少到20次上下车，对行程时间几乎没有影响。所以需要作出权衡。可以同时在这两项指标中实现良好性能，即总行程时间和上下车次数。

经研究得出，AMR系统成本较低，规模可灵活调整，可自由增减机器人数量，成本也不高，而且能够与人员配合工作。但是，AMR系统无法立即带来生产力的提高，因此缺乏采购的有力理由。

机器人分拣系统布局十分灵活，但处理包裹数量的灵活性较低

目前，货物也可以使用机器人进行分拣，而无需使用巨型分拣机器。货物可以从多个入口进入，并通过多个出口离开系统。期间将经过分拣。例如，第124号货物需要移动到标有数字124的红色单元格内。所有货物进入系统，例如通过传送带单元。这样可以避免死锁，切实有效。可以使用传送带，也可以使用AMR自动化移动机器人。哪种系统更有利于实施机器人分拣，例如双通道系统左右各一个还是上下各一个，或者其他布局。各种不同布局，相较传统的传送带分拣、托盘式或交叉传送带式，哪一种更适合进行订单拆包？

雷内·阿科斯塔教授团队再次使用排队网络模型，对其进行分别优化。对于年成本来说，机器人和空间成本相同，因为机器人分拣的重要优势之一是可以使用空间较小的建筑物。结果发现，传统的交叉传送带式系统，随着吞吐量的上升，成本几乎没有变化，只有这些地方出现小幅波动。机器人分拣系统的成本持续较低，直到达到约10,000个包裹以后，交叉传送带式系统开始成为成本较低的解决方案。两个系统都根据特定的吞吐量进行了成本优。

总而言之，机器人分拣系统在许多情况下布局十分灵活，但与传统的交叉传送带式分拣系统相比，其能够处理的包裹数量灵活性较低。

仓库总体绩效并非由仓库机器人技术决定，更取决于员工和机器人协作效果

仓库机器人技术的确为仓储行业带来了重大效益，许多技术都对物流实践和研究带来了影响。但是，人力资源依然十分重要，仓库的总体绩效并不仅仅取决于所部署的所有机器人系统的总和，而是主要取决于其管理方式以及如何管理与机器人互动的人员。这也为学术研究带来了重要机会。我们希望解答的问题是如何部署和控制机器人技术，最终将对绩效产生怎样的影响，尤其是对于协作式机器人系统而言，包括员工如何与系统协作，员工对总体绩效将会产生怎样的影响。