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杭州海康機器人技術有限公司（以下簡稱：“海康機器人”），是面向全球的移動機器人、機器視覺產品提供商。公司依托近千人的高水平研發團隊，布局移動機器人、機器視覺等業務領域，通過對軟硬件產品及平臺的研發創新，致力于持續推動行業智能化，引領智能制造進程，幫助制造企業實現倉儲物流環節與生產環節智能化升級改造。海康機器人為杭州海康威視數字技術股份有限公司（以下簡稱：海康威視）引入了自主研發的智能移動機器人系統，并將其率先應用在桐廬生產基地智能工廠項目建設中，為海康威視實現了智能化的內物流運作。

1、項目背景

海康威視是以視頻為核心的物聯網解決方案和數據運營服務提供商，面向全球提供安防系統、可視化管理與大數據服務。截至2019年，海康威視已連續4年穩居全球安防50強首位。在網絡攝像機、模擬和高清監控攝像機、DVR/NVR、視頻編碼器等多個細分市場均排名第一。

2014年，為應對國內外市場對安防視頻監控產品的強勁增長，海康威視決定在杭州桐廬經濟開發區新建安防產業基地，用于建設生產工廠、倉儲物流中心，以及其他配套區域，以滿足主要產品的生產、倉儲和物流配送需求，支撐未來業務的持續穩定發展。2015年，海康威視桐廬安防產業基地（簡稱“桐廬基地”）項目全面啟動，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，建筑面積達26萬平方米。2019年，項目二期建成，建筑面積達28萬平方米。為實現建設智能工廠的設想，從2015年起引進并實施了智能移動機器人系統，由機器人代替人工來完成收貨、分揀、搬運、入庫、出庫等物流作業，大大提高了倉儲管理效率。為整個制造行業實現倉儲物流的自動化、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機器人系統由海康機器人提供，該系統主要包括智能移動機器人、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現物料的準確入庫與出庫，便捷有效。

2.1　智能移動機器人

智能移動機器人采用視覺或激光SLAM+慣性等混合導航，定位精度達到毫米級，支持差速、全向、舵輪等多種驅動底盤，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；在動力方面，機器人配備大容量磷酸鐵鋰電池，循環壽命長。

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分配、調度及運行維護。其功能包括：（1）采用多種先進算法，將倉儲地圖轉換成機器人能夠識別的模型數據，從而實現任務的最優分配、路徑的最優規劃、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，當機器內部出現故障，系統將會自動生成信息發送預警通知至運維人員，并給出相應的處理意見，真正做到智能運維，實時反饋。

2.3　智能倉儲管理系統（iWMS）

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

圖1 智能倉儲系統架構示意圖

3、關鍵流程

目前桐廬基地的布局主要由原材料庫、半成品庫、備件庫、成品庫和生產車間等功能區域構成，智能移動機器人系統結合其他配套子系統，應用范圍涵蓋從原料進廠到成品發貨的所有倉儲內物流環節，其中包括原材料采購收貨、質檢、上架儲存、外協發貨、生產訂單發貨、內部調撥轉儲、產線物料配送、在制品存儲及轉運、外協收貨、成品下線入庫、成品發貨、備件管理以及各類逆向物流等業務流程。

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，海康威視的原材料倉庫業務具有物料種類繁雜、品質管控要求高、收貨業務峰值明顯、發貨業務頻次高等業務特點，傳統的管理模式下，對作業人員熟練程度要求高，收發貨效率低且出錯率較高。在導入智能倉儲解決方案的同時，除引入移動機器人設備外，海康機器人團隊與海康威視IT團隊、供應鏈倉儲部門協同工作，在功能區規劃、業務流程設計、IT系統整合等方面對未來業務方案做了全新設計。

3.2　采購入庫流程

（1）流程簡述

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物料。清點完的物料通過PDA進行收貨過賬。在入庫上架之前物料需要經過IQC專人檢驗，檢驗合格后的物料經由工作臺呼叫移動機器人搬運入庫，庫存狀態變更為可用狀態。

（2）流程設計亮點

針對到貨時間集中這一特點（收貨業務峰值明顯），規劃團隊充分利用月臺空間大的優勢，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，賬務實時同步。

開發了托盤指示器，通過與貨物信息的綁定，一是代替托盤標識，二是指示器本身具有聲光功能，系統根據貨物狀態（是否需要檢驗、上哪種類型的貨架等）自動控制指示器亮燈顏色，方便現場目視化管理，三是品質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。

開發了貨物重量尺寸測量裝置，可自動采集貨物的重量尺寸等信息并上傳系統，在推薦貨架時根據實際尺寸選擇最優貨架，充分利用庫存空間。

從掃描送貨單收貨、托盤綁定至上架掃描，物料、數量信息多環節校驗，確保庫存信息的準確性；全程條碼掃描，無需手工輸入，員工作業難度低；通過機器人實現“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，系統選擇最優儲位，機器人自動搬運貨架入庫；根據物料出庫頻次及發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貨工作臺，方便快速出庫。

3.3　生產發料流程

（1）流程簡述

計劃下達生產訂單后，MES根據產線產能進行排產。MES排單的呼叫備料排程信息推送至iWMS。倉庫人員通過排程信息提前完成備料，并將對應的工單物料綁定籠車。原材料需要上線時，產線人員呼叫指定工單的籠車，并由移動機器人運送至工廠。

（2）流程設計亮點

打通iWMS與MES的接口，實時從MES接收訂單排程信息。

JIT方式備料：工作臺根據訂單需求時間、優先級等條件自動啟動出庫任務，結合備料前置時間設定，確保備料的及時性，同時線邊物料不至于大量積壓。

通過機器人實現“貨到人”分揀，員工無需走動，僅在工作臺根據界面提示取貨并掃描條碼校核，減輕勞動強度、降低熟練度要求、提高發貨準確性。

上線物料采用標準籠車裝載，RCS系統自動控制提升機/貨梯，機器人搬運籠車實現物料的跨樓層轉運，直送工廠線邊。

通過信息化和自動化實現流程再造，將原材料倉庫備料作業配置成車間生產的前置工序，將倉儲、分揀、配送、上線、生產等環節整合為一個完整的業務流。

3.4　成品入庫流程

（1）流程簡述

成品組裝線完成，線尾工作人員掃描貨物集成碼進行綁定托盤。綁定過程會對托盤貨物總重量進行校驗，防止貨物超重。綁定完進行線尾呼叫移動機器人的動作，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

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

產品在線尾包裝完成后，經由滾筒輸送、滾筒AGV轉運、碼垛、掃描、潛伏機器人跨樓層搬運、入庫存儲等環節，全程無人參與。

作業時效（包括實物入庫和賬務處理）由人工模式的2小時縮短為全自動模式下的10分鐘；與傳統作業相比，全自動模式省去了單據打印、人工碼垛、人工搬運、復核交接、單據錄入等作業環節。

3.5　售后備件庫出庫流程

（1）流程簡述

售后備件庫根據各個分公司的調撥需求，生成出庫訂單。通過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。經由移動機器人搬運出庫，工作臺先揀后播完成訂單的揀選。

（2）流程設計亮點

售后備件倉庫物料SKU多，多為散件，無標簽，人工作業極易混淆。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，作業流程明確清晰，出庫效率得到很大的提升。

4、多設備對接場景

（1）移載機器人（滾筒類）對接碼垛機械臂

成品組裝線完成裝箱之后，成品箱由員工放置在滾筒線上。MES監測滾筒線PLC下位機狀態，發現滿箱時立即通知RCS調度機器人完成成品箱的接駁。移載機器人（滾筒類）背負成品箱至封箱機前輸送線，自動封箱機完成封箱。封箱完的成品在輸送線緩存位置排隊，機械臂依次抓取進行成品碼垛。每一個托盤最后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，觸發請求立體庫進行庫存補貨，補貨至安全庫存為止。當出現緊急需求時，觸發緊急補貨策略，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，叉取式機器人進行成品的轉移，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景中，產線與倉庫分屬不同樓層時，通過WCS與提升機和電梯的對接，完成跨樓層配送的業務。解決了跨樓層配送時效性低的痛點。并且通過綜合監控管理平臺，實時檢測所有提升機的狀態，保證后期運維的高效和直觀程度。電梯的移動機器人模式與人工模式也支持任意切換，保證了物流動線規劃的靈活性。

圖6 移動機器人系統與提升機對接

圖7 移動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，標準周轉箱的業務場景。創新性地將傳統“人找貨”、“貨架到人”的倉儲作業模式升級為“貨到人”，無論是高位密集存儲或是窄巷道作業場景，貨物均能輕松就位，目標作業更精準，揀選效率更高。首次在機器人方案中實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匹敵的密集存儲能力。

圖8 CTU對接播種墻揀選

5、項目亮點及成效

與傳統作業流程相比，以“貨到人”模式為核心的智能移動機器人系統自動化、信息化、智能化程度高。一方面，通過使用移動機器人，可大幅降低工人勞動強度，提升生產效率和質量；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、大數據分析技術對倉儲進行布局，能大幅提升倉儲的作業效率和跨產線生產的安全性。

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，實現全工廠整體自動化物流。它打破了“物流孤島”，打通原材料與產線、產線之間、線尾到成品倉庫等關鍵的物流節點，使得整個生產過程變得高效、智能、安全。

其中的技術亮點包括：

（1）混合導航：視覺/Slam+慣性導航，室內高精度導航技術；

（2）柔性布局：布局可靈活規劃，方便項目實施；

（3）實時通信：近千臺設備的實時無線通信；

（4）優化調度：近千臺設備的調度管理，任務分配，涉及多個算法的配合使用；

（5）混行協同：不同系列、不同型號的移動機器人在項目中根據不同業務需求支持協同配合，極大提升作業效率；

（6）大數據分析：倉庫冷熱區貨架調整，最優出庫效率；

（7）系統集成：上層財務系統、生產管理系統、下層電梯控制系統、產線自動化設備控制系統集成。

為生產帶來了以下變革：

（1）搬運無人化：大大降低工人的工作強度；

（2）全程無紙化：打通各個環節的物料交接信息流，省去了大量人工交接時的紙質單據；

（3）生產節能：倉庫實現無燈作業，節能減排；

（4）提高生產管理：解決倉儲人員管理痛點，做到倉庫人員培訓半小時上崗；

在桐廬智能移動機器人系統實踐過程中，產品提供方海康機器人，巧妙利用工業相機、傳感器和智能化決策系統等多種關鍵技術優勢，使得機器人具有更多智能范圍的能力。這一創新應用也有望幫助更多制造企業實現“智造”升級。

截止目前，桐廬基地共建成3個原材料庫（面積：30000㎡）、6個半成品庫（面積：36000㎡）、2個成品庫（面積：40000㎡）、1個備件庫和12個工廠車間，共投入使用近1300臺移動機器人，累計管理庫存SKU數量60萬余條。構建從原材料、半成品倉庫、成品生產、成品倉庫、全流程物流自動化系統，借助智能移動機器人系統，實現物料、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%，是滿足1.5億元日出貨需求的強大倉儲物流支持。

在超過20萬平方米的生產區域配置了超過250臺移動機器人，實現每天3000多筆訂單、超過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，使用移動機器人系統后，生產搬運節約人力約58%，作業效率提升約84%。

在超過1萬平方米的原材料倉儲區域（網絡工廠原材料倉）配置了超過90臺移動機器人，實現每天900多筆訂單、超過6000行原材料配送需求。與之前人工搬運相比，使用移動機器人系統后，原材料管理人員節約人力約60%，作業效率提升約60%。

6、應用前景

倉儲物流是智能制造中一個非常細分且發展空間巨大的領域，具有整合流程、協調上下游、優化庫存、降低成本等重要作用。桐廬基地目前已經借助移動機器人系統實現了原材料、半成品、成品的一體化管理運作，未來海康威視會不斷嘗試增加機器人的應用環節，在智能倉儲與智能制造上更進一步。

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

摘自《自動化博覽》2020年7月刊