杭州海康機(jī)器人技術(shù)有限公司(以下簡稱:“海康機(jī)器人”),是面向全球的移動機(jī)器人、機(jī)器視覺產(chǎn)品提供商。公司依托近千人的高水平研發(fā)團(tuán)隊,布局移動機(jī)器人、機(jī)器視覺等業(yè)務(wù)領(lǐng)域,通過對軟硬件產(chǎn)品及平臺的研發(fā)創(chuàng)新,致力于持續(xù)推動行業(yè)智能化,引領(lǐng)智能制造進(jìn)程,幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)倉儲物流環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化升級改造。海康機(jī)器人為杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司(以下簡稱:海康威視)引入了自主研發(fā)的智能移動機(jī)器人系統(tǒng),并將其率先應(yīng)用在桐廬生產(chǎn)基地智能工廠項目建設(shè)中,為海康威視實(shí)現(xiàn)了智能化的內(nèi)物流運(yùn)作。
1、項目背景
海康威視是以視頻為核心的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和數(shù)據(jù)運(yùn)營服務(wù)提供商,面向全球提供安防系統(tǒng)、可視化管理與大數(shù)據(jù)服務(wù)。截至2019年,海康威視已連續(xù)4年穩(wěn)居全球安防50強(qiáng)首位。在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、模擬和高清監(jiān)控攝像機(jī)、DVR/NVR、視頻編碼器等多個細(xì)分市場均排名第一。
2014年,為應(yīng)對國內(nèi)外市場對安防視頻監(jiān)控產(chǎn)品的強(qiáng)勁增長,海康威視決定在杭州桐廬經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)新建安防產(chǎn)業(yè)基地,用于建設(shè)生產(chǎn)工廠、倉儲物流中心,以及其他配套區(qū)域,以滿足主要產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲和物流配送需求,支撐未來業(yè)務(wù)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。2015年,海康威視桐廬安防產(chǎn)業(yè)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(chǎn),建筑面積達(dá)26萬平方米。2019年,項目二期建成,建筑面積達(dá)28萬平方米。為實(shí)現(xiàn)建設(shè)智能工廠的設(shè)想,從2015年起引進(jìn)并實(shí)施了智能移動機(jī)器人系統(tǒng),由機(jī)器人代替人工來完成收貨、分揀、搬運(yùn)、入庫、出庫等物流作業(yè),大大提高了倉儲管理效率。為整個制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)倉儲物流的自動化、信息化、智能化做出表率。
2、系統(tǒng)構(gòu)成
桐廬基地所使用的這套智能移動機(jī)器人系統(tǒng)由海康機(jī)器人提供,該系統(tǒng)主要包括智能移動機(jī)器人、機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)(RCS)、智能倉儲管理系統(tǒng)(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(qū)”和“工作區(qū)”兩大區(qū)域,員工只需要在工作臺操作端就可以實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)確入庫與出庫,便捷有效。
2.1 智能移動機(jī)器人
智能移動機(jī)器人采用視覺或激光SLAM+慣性等混合導(dǎo)航,定位精度達(dá)到毫米級,支持差速、全向、舵輪等多種驅(qū)動底盤,運(yùn)行順暢智能避障,最大負(fù)重能達(dá)到1000公斤(也可定制更大負(fù)載額的機(jī)器人)。另外,其還采用激光、紅外、超聲、碰撞條等多種防護(hù)方式,具備自主避讓功能;在動力方面,機(jī)器人配備大容量磷酸鐵鋰電池,循環(huán)壽命長。
2.2 機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)(RCS)
該系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制范圍內(nèi)的全部機(jī)器人的任務(wù)分配、調(diào)度及運(yùn)行維護(hù)。其功能包括:(1)采用多種先進(jìn)算法,將倉儲地圖轉(zhuǎn)換成機(jī)器人能夠識別的模型數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)的最優(yōu)分配、路徑的最優(yōu)規(guī)劃、自主充電、規(guī)避障礙物等;(2)在保證不出現(xiàn)擁堵的前提下,提供最短路徑、避讓控制、路徑重新規(guī)劃控制等多種處理機(jī)制;(3)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)機(jī)器內(nèi)部出現(xiàn)故障,系統(tǒng)將會自動生成信息發(fā)送預(yù)警通知至運(yùn)維人員,并給出相應(yīng)的處理意見,真正做到智能運(yùn)維,實(shí)時反饋。
2.3 智能倉儲管理系統(tǒng)(iWMS)
該系統(tǒng)支持包括采購入庫、生產(chǎn)入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、成品出庫等各項倉儲業(yè)務(wù)需求。作為最終的執(zhí)行系統(tǒng),集成了多種倉儲優(yōu)化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)如下功能:(1)倉庫儲位的冷熱度分析,實(shí)時調(diào)整貨架位置,減少貨架搬運(yùn)距離;(2)通過對海量訂單信息的大數(shù)據(jù)分析,挖掘物料之間的細(xì)微聯(lián)系,并制定相應(yīng)的入庫策略,滿足訂單快速齊套發(fā)貨需求;(3)實(shí)現(xiàn)對物料包規(guī)、尺寸等信息的精細(xì)化管理,合理選擇最優(yōu)貨架存儲,充分利用庫容空間;(4)實(shí)現(xiàn)動態(tài)波次與靜態(tài)波次相結(jié)合,提高出庫效率;(5)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通,可實(shí)時查看現(xiàn)場工作動態(tài);(6)與企業(yè)ERP、MES、SRM等系統(tǒng)全功能對接,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息實(shí)時交互。
圖1 智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
3、關(guān)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(chǎn)車間等功能區(qū)域構(gòu)成,智能移動機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)合其他配套子系統(tǒng),應(yīng)用范圍涵蓋從原料進(jìn)廠到成品發(fā)貨的所有倉儲內(nèi)物流環(huán)節(jié),其中包括原材料采購收貨、質(zhì)檢、上架儲存、外協(xié)發(fā)貨、生產(chǎn)訂單發(fā)貨、內(nèi)部調(diào)撥轉(zhuǎn)儲、產(chǎn)線物料配送、在制品存儲及轉(zhuǎn)運(yùn)、外協(xié)收貨、成品下線入庫、成品發(fā)貨、備件管理以及各類逆向物流等業(yè)務(wù)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(yè),海康威視的原材料倉庫業(yè)務(wù)具有物料種類繁雜、品質(zhì)管控要求高、收貨業(yè)務(wù)峰值明顯、發(fā)貨業(yè)務(wù)頻次高等業(yè)務(wù)特點(diǎn),傳統(tǒng)的管理模式下,對作業(yè)人員熟練程度要求高,收發(fā)貨效率低且出錯率較高。在導(dǎo)入智能倉儲解決方案的同時,除引入移動機(jī)器人設(shè)備外,海康機(jī)器人團(tuán)隊與海康威視IT團(tuán)隊、供應(yīng)鏈倉儲部門協(xié)同工作,在功能區(qū)規(guī)劃、業(yè)務(wù)流程設(shè)計、IT系統(tǒng)整合等方面對未來業(yè)務(wù)方案做了全新設(shè)計。
3.2 采購入庫流程
(1)流程簡述
供應(yīng)商提前在SRM供應(yīng)商管理平臺維護(hù)送貨單據(jù),原材料碼頭收貨人員根據(jù)送貨單號拉取明細(xì)核對清點(diǎn)物料。清點(diǎn)完的物料通過PDA進(jìn)行收貨過賬。在入庫上架之前物料需要經(jīng)過IQC專人檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格后的物料經(jīng)由工作臺呼叫移動機(jī)器人搬運(yùn)入庫,庫存狀態(tài)變更為可用狀態(tài)。
(2)流程設(shè)計亮點(diǎn)
針對到貨時間集中這一特點(diǎn)(收貨業(yè)務(wù)峰值明顯),規(guī)劃團(tuán)隊充分利用月臺空間大的優(yōu)勢,規(guī)劃較大的暫收區(qū)域,從而可以快速卸貨,縮短司機(jī)的等待時間。
打通iWMS系統(tǒng)與SRM及ERP系統(tǒng)的接口,倉庫人員掃描送貨單據(jù),即可獲取貨物及單據(jù)信息,快速完成貨物接收,賬務(wù)實(shí)時同步。
開發(fā)了托盤指示器,通過與貨物信息的綁定,一是代替托盤標(biāo)識,二是指示器本身具有聲光功能,系統(tǒng)根據(jù)貨物狀態(tài)(是否需要檢驗(yàn)、上哪種類型的貨架等)自動控制指示器亮燈顏色,方便現(xiàn)場目視化管理,三是品質(zhì)人員可使用手持設(shè)備輸入需要查找的物料,系統(tǒng)控制對應(yīng)的指示器蜂鳴和閃爍,從而便于快速查找需要檢驗(yàn)的貨物。
開發(fā)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(tǒng),在推薦貨架時根據(jù)實(shí)際尺寸選擇最優(yōu)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(shù)量信息多環(huán)節(jié)校驗(yàn),確保庫存信息的準(zhǔn)確性;全程條碼掃描,無需手工輸入,員工作業(yè)難度低;通過機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“貨架到人”,員工只需將物料搬運(yùn)至上架工位,按界面提示上架掃描,系統(tǒng)選擇最優(yōu)儲位,機(jī)器人自動搬運(yùn)貨架入庫;根據(jù)物料出庫頻次及發(fā)貨預(yù)測計算貨架熱度,機(jī)器人將貨架擺放在最合理的儲位,即熱度高的貨架靠近發(fā)貨工作臺,方便快速出庫。
3.3 生產(chǎn)發(fā)料流程
(1)流程簡述
計劃下達(dá)生產(chǎn)訂單后,MES根據(jù)產(chǎn)線產(chǎn)能進(jìn)行排產(chǎn)。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(yīng)的工單物料綁定籠車。原材料需要上線時,產(chǎn)線人員呼叫指定工單的籠車,并由移動機(jī)器人運(yùn)送至工廠。
(2)流程設(shè)計亮點(diǎn)
打通iWMS與MES的接口,實(shí)時從MES接收訂單排程信息。
JIT方式備料:工作臺根據(jù)訂單需求時間、優(yōu)先級等條件自動啟動出庫任務(wù),結(jié)合備料前置時間設(shè)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(jī)器人實(shí)現(xiàn)“貨到人”分揀,員工無需走動,僅在工作臺根據(jù)界面提示取貨并掃描條碼校核,減輕勞動強(qiáng)度、降低熟練度要求、提高發(fā)貨準(zhǔn)確性。
上線物料采用標(biāo)準(zhǔn)籠車裝載,RCS系統(tǒng)自動控制提升機(jī)/貨梯,機(jī)器人搬運(yùn)籠車實(shí)現(xiàn)物料的跨樓層轉(zhuǎn)運(yùn),直送工廠線邊。
通過信息化和自動化實(shí)現(xiàn)流程再造,將原材料倉庫備料作業(yè)配置成車間生產(chǎn)的前置工序,將倉儲、分揀、配送、上線、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)整合為一個完整的業(yè)務(wù)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(jìn)行綁定托盤。綁定過程會對托盤貨物總重量進(jìn)行校驗(yàn),防止貨物超重。綁定完進(jìn)行線尾呼叫移動機(jī)器人的動作,機(jī)器人背負(fù)成品完成成品的跨樓層直接入庫。
(2)流程設(shè)計亮點(diǎn)
iWMS系統(tǒng)集成工業(yè)相機(jī)、碼垛機(jī)器人、輸送線、提升機(jī)、移載機(jī)器人(滾筒類)、潛伏機(jī)器人等硬件設(shè)備,實(shí)現(xiàn)全自動調(diào)度及信息交互。
產(chǎn)品在線尾包裝完成后,經(jīng)由滾筒輸送、滾筒AGV轉(zhuǎn)運(yùn)、碼垛、掃描、潛伏機(jī)器人跨樓層搬運(yùn)、入庫存儲等環(huán)節(jié),全程無人參與。
作業(yè)時效(包括實(shí)物入庫和賬務(wù)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(tǒng)作業(yè)相比,全自動模式省去了單據(jù)打印、人工碼垛、人工搬運(yùn)、復(fù)核交接、單據(jù)錄入等作業(yè)環(huán)節(jié)。
3.5 售后備件庫出庫流程
(1)流程簡述
售后備件庫根據(jù)各個分公司的調(diào)撥需求,生成出庫訂單。通過ERP推送至iWMS系統(tǒng),iWMS根據(jù)出庫單據(jù)的屬性,按照一定的策略匯總成波次。經(jīng)由移動機(jī)器人搬運(yùn)出庫,工作臺先揀后播完成訂單的揀選。
(2)流程設(shè)計亮點(diǎn)
售后備件倉庫物料SKU多,多為散件,無標(biāo)簽,人工作業(yè)極易混淆。iWMS設(shè)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(jī)器人的搬運(yùn)頻次。
出庫工作臺與分播墻結(jié)合應(yīng)用,根據(jù)訂單明細(xì)分揀至對應(yīng)貨格,作業(yè)流程明確清晰,出庫效率得到很大的提升。
4、多設(shè)備對接場景
(1)移載機(jī)器人(滾筒類)對接碼垛機(jī)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(jiān)測滾筒線PLC下位機(jī)狀態(tài),發(fā)現(xiàn)滿箱時立即通知RCS調(diào)度機(jī)器人完成成品箱的接駁。移載機(jī)器人(滾筒類)背負(fù)成品箱至封箱機(jī)前輸送線,自動封箱機(jī)完成封箱。封箱完的成品在輸送線緩存位置排隊,機(jī)械臂依次抓取進(jìn)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(yùn)。
圖3 成品箱接駁
圖4 機(jī)械臂抓取成品碼垛
(2)叉取式機(jī)器人對接立體庫入庫
成品存儲由立體庫和機(jī)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(jī)器人智能倉完成快速高頻的揀選。機(jī)器人智能倉設(shè)置安全庫存高低水位,當(dāng)庫存低于低水位時,觸發(fā)請求立體庫進(jìn)行庫存補(bǔ)貨,補(bǔ)貨至安全庫存為止。當(dāng)出現(xiàn)緊急需求時,觸發(fā)緊急補(bǔ)貨策略,請求立體庫完成緊急補(bǔ)貨。立體庫出庫口,RCS與立體庫對接,當(dāng)成品出庫至立體庫出庫口時,叉取式機(jī)器人進(jìn)行成品的轉(zhuǎn)移,將整托成品從立體庫出口轉(zhuǎn)移至潛伏機(jī)器人的貨架上,完成補(bǔ)貨。
圖5 叉取式機(jī)器人進(jìn)行成品的轉(zhuǎn)移
(3)跨樓層對接提升機(jī)電梯
原材料配送以及成品入庫等場景中,產(chǎn)線與倉庫分屬不同樓層時,通過WCS與提升機(jī)和電梯的對接,完成跨樓層配送的業(yè)務(wù)。解決了跨樓層配送時效性低的痛點(diǎn)。并且通過綜合監(jiān)控管理平臺,實(shí)時檢測所有提升機(jī)的狀態(tài),保證后期運(yùn)維的高效和直觀程度。電梯的移動機(jī)器人模式與人工模式也支持任意切換,保證了物流動線規(guī)劃的靈活性。
圖6 移動機(jī)器人系統(tǒng)與提升機(jī)對接
圖7 移動機(jī)器人系統(tǒng)與電梯對接
(4)貨箱到人機(jī)器人(CTU)對接播種墻揀選
針對小訂單,標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱的業(yè)務(wù)場景。創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)“人找貨”、“貨架到人”的倉儲作業(yè)模式升級為“貨到人”,無論是高位密集存儲或是窄巷道作業(yè)場景,貨物均能輕松就位,目標(biāo)作業(yè)更精準(zhǔn),揀選效率更高。首次在機(jī)器人方案中實(shí)現(xiàn)了倉庫多層立體空間利用,讓柔性、高效的物流機(jī)器人系統(tǒng)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(diǎn)及成效
與傳統(tǒng)作業(yè)流程相比,以“貨到人”模式為核心的智能移動機(jī)器人系統(tǒng)自動化、信息化、智能化程度高。一方面,通過使用移動機(jī)器人,可大幅降低工人勞動強(qiáng)度,提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量;另一方面,配套的機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)和智能倉儲管理系統(tǒng)采用人工智能、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對倉儲進(jìn)行布局,能大幅提升倉儲的作業(yè)效率和跨產(chǎn)線生產(chǎn)的安全性。
此外,該系統(tǒng)的擴(kuò)展性強(qiáng),可接入移載、叉取式等多系列內(nèi)物流機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)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(chǎn)線、產(chǎn)線之間、線尾到成品倉庫等關(guān)鍵的物流節(jié)點(diǎn),使得整個生產(chǎn)過程變得高效、智能、安全。
其中的技術(shù)亮點(diǎn)包括:
(1)混合導(dǎo)航:視覺/Slam+慣性導(dǎo)航,室內(nèi)高精度導(dǎo)航技術(shù);
(2)柔性布局:布局可靈活規(guī)劃,方便項目實(shí)施;
(3)實(shí)時通信:近千臺設(shè)備的實(shí)時無線通信;
(4)優(yōu)化調(diào)度:近千臺設(shè)備的調(diào)度管理,任務(wù)分配,涉及多個算法的配合使用;
(5)混行協(xié)同:不同系列、不同型號的移動機(jī)器人在項目中根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求支持協(xié)同配合,極大提升作業(yè)效率;
(6)大數(shù)據(jù)分析:倉庫冷熱區(qū)貨架調(diào)整,最優(yōu)出庫效率;
(7)系統(tǒng)集成:上層財務(wù)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、下層電梯控制系統(tǒng)、產(chǎn)線自動化設(shè)備控制系統(tǒng)集成。
為生產(chǎn)帶來了以下變革:
(1)搬運(yùn)無人化:大大降低工人的工作強(qiáng)度;
(2)全程無紙化:打通各個環(huán)節(jié)的物料交接信息流,省去了大量人工交接時的紙質(zhì)單據(jù);
(3)生產(chǎn)節(jié)能:倉庫實(shí)現(xiàn)無燈作業(yè),節(jié)能減排;
(4)提高生產(chǎn)管理:解決倉儲人員管理痛點(diǎn),做到倉庫人員培訓(xùn)半小時上崗;
在桐廬智能移動機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)踐過程中,產(chǎn)品提供方海康機(jī)器人,巧妙利用工業(yè)相機(jī)、傳感器和智能化決策系統(tǒng)等多種關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢,使得機(jī)器人具有更多智能范圍的能力。這一創(chuàng)新應(yīng)用也有望幫助更多制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)“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(jī)器人,累計管理庫存SKU數(shù)量60萬余條。構(gòu)建從原材料、半成品倉庫、成品生產(chǎn)、成品倉庫、全流程物流自動化系統(tǒng),借助智能移動機(jī)器人系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)物料、半成品、成品的智能化搬運(yùn),倉儲物流人員節(jié)省35%,效率提升40%,是滿足1.5億元日出貨需求的強(qiáng)大倉儲物流支持。
在超過20萬平方米的生產(chǎn)區(qū)域配置了超過250臺移動機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)每天3000多筆訂單、超過7500搬運(yùn)頻次的原材料、半成品、成品搬運(yùn)需求。與之前人工搬運(yùn)相比,使用移動機(jī)器人系統(tǒng)后,生產(chǎn)搬運(yùn)節(jié)約人力約58%,作業(yè)效率提升約84%。
在超過1萬平方米的原材料倉儲區(qū)域(網(wǎng)絡(luò)工廠原材料倉)配置了超過90臺移動機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)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(yùn)相比,使用移動機(jī)器人系統(tǒng)后,原材料管理人員節(jié)約人力約60%,作業(yè)效率提升約60%。
6、應(yīng)用前景
倉儲物流是智能制造中一個非常細(xì)分且發(fā)展空間巨大的領(lǐng)域,具有整合流程、協(xié)調(diào)上下游、優(yōu)化庫存、降低成本等重要作用。桐廬基地目前已經(jīng)借助移動機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原材料、半成品、成品的一體化管理運(yùn)作,未來海康威視會不斷嘗試增加機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)節(jié),在智能倉儲與智能制造上更進(jìn)一步。
在桐廬項目基礎(chǔ)上,海康機(jī)器人得以為其他制造企業(yè)輸出行之有效的智能產(chǎn)品和解決方案。2018年,華域視覺武漢通暢生產(chǎn)基地在大規(guī)模采用移動機(jī)器人后,物流人員減少30%,發(fā)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(jī)器人的智能倉儲系統(tǒng)已為3C、電子半導(dǎo)體、汽車制造、電商快遞、第三方物流、零售、食品飲料、光伏、醫(yī)藥、煙草、鞋服等行業(yè)打造了眾多標(biāo)桿案例。
摘自《自動化博覽》2020年7月刊