编者按：向大家推荐中国物流领域著名的记者任芳撰写的这篇文章，文章介绍了菜鸟柔性自动化的无人仓技术。目前智慧物流发展很快，智慧物流执行系统中柔性自动化是一个重要的技术趋势，值得关注。

　　柔性自动化物流系统需要应用大量机器人以及人工智能技术。人工智能为智慧物流带来了多样化的技术，同时智慧物流给人工智能提供了广阔的应用场景。在菜鸟无人仓中，应用了无人叉车、拣选AGV、分拨AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备，在入库、拣选、打包、分拔等物流全链路都体现了柔性自动化的特点。

　　随着物流逐渐成为电商核心竞争力，阿里巴巴对物流愈加重视。2017年9月，阿里巴巴集团宣布以53亿元人民币增资旗下菜鸟网络的股份，并将在之后五年内继续投入1000亿元建设菜鸟网络物流体系。在5月底召开的2018全球智慧物流峰会上，阿里巴巴集团董事局主席马云再次强调，上千亿元投资仅仅只是开始，未来还将持续投入，全力以赴打造国家智能物流骨干网。其中，推进智能仓库的建设便是重点之一。

　　在此背景下，菜鸟不断加大对无人仓技术的研发与应用，从打造高度自动化的流水线，实现仓库拣选环节的自动化开始，逐步引入各种类型的机器人，如AGV搬运机器人、拣选机器人、缓存系统等，建成智能无人拣选仓，随后，能够实现全流程无人化作业的无人仓也最终落地。

　　菜鸟无人仓解决方案

　　近日，菜鸟与圆通速递联合宣布，超级机器人分拨中心在圆通杭州转运中心正式启用，350台机器人昼夜工作，每天可分拣超过50万个包裹，这一效率引起行业的广泛关注。菜鸟表示，今年“双11”之前还将在南京上线下一代机器人分拨中心，全面为行业自动化提速。

　　事实上，早在今年“618”期间，菜鸟无锡无人仓单仓便已投入超过500台类KIVA机器人(新型AGV，与传统AGV相比，导航方式更加先进，行驶路径不受限制，拥有更加强大的上位软件系统)，成为国内同类仓库中机器人使用规模最大、运作效率最高的项目。从菜鸟在机器人仓上的投入和进程不难看出其打造“无人仓”的态度和决心。

　　菜鸟无人仓(如无锡仓)主要分为四大功能区域，即：立体存储仓、机器人拣选仓、机械臂拣选仓及机器人分拨区域。

　　立体存储仓：采用AS/RS系统，商品由机器人自动码放在托盘上，并由无人叉车送至输送线，堆垛机按指令实现商品自动入库存储以及自动出库。

　　机器人拣选仓：分为A、B两大区域，A/B区中间设置播种工作站，即货物合流区，通过“货到人”和“车到人”两种方式并行，配合人工完成订单商品拣选作业。订单商品拣选完毕后，包裹被送上输送线完成面单的全自动张贴以及全自动封箱。

　　机械臂拣选仓：主要针对中型包裹，通过无人叉车将货物送上传送带，3D相机完成箱体的自动识别，机械臂从托盘上准确抓取包裹，逐一将其投入传送带，通过交叉带分拣机实现包裹自动分拣。

　　机器人分拨区域：主要针对小件商品，通过高效的调度算法系统，结合工业相机快速读码技术和机器人智能调度系统，实现机器人自主运行、读码、分拣包裹等作业，并将包裹送往指定格口，包裹经螺旋升降机等设备落入集包袋。

　　最后，包裹通过无人叉车等设备装车后发运。

　　在无人仓的整个作业区域，各种物流设备的状态可实时监控，一旦遇到突发问题及时处理，以确保整个物流系统的高效可靠运行。

　　人工智能时代下的柔性自动化

　　从菜鸟无人仓中使用的各类自动化物流设备来看，整个物流系统具备更大柔性及大量 AI(人工智能)技术的应用，这也是菜鸟无人仓的最大特点之一。菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱礼君表示，人工智能时代自动化物流系统的新变化即柔性自动化。

　　菜鸟网络资深算法专家、柔性自动化项目负责人朱礼君

　　在他看来，柔性自动化物流系统具有四大特点：

　　第一，扩展性强、鲁棒性强。系统可以很快部署新的机器人等自动化设备，从而处理更多的订单;同时系统鲁棒性非常强，当单个节点出现问题时不会影响整个仓库的作业。

　　第二，模块化设计，易部署和搬迁。随着电商的快速发展，商品种类越来越多，其具有各种各样的物流属性和销售属性，不同的商品需要不同的作业模式，物流系统需要模块化的设计。正是因为模块化的设计，柔性自动化物流系统能轻松实现部署和搬迁，如，菜鸟某个面积为5000平方米的机器人仓库仅用1小时便在正常拣货作业的情况下完成了搬仓作业。

　　第三，便于根据业务变化调整作业流程。仓库需要根据订单商品的特点，不停地改变物流作业模式，以快速适应业务发展变化。

　　第四，在物流全链路大部分实现自动化的情况下，物流作业的可预测性更强。

　　菜鸟无人仓实现全链路柔性自动化

　　柔性自动化物流系统需要应用大量机器人以及人工智能技术，可以说，人工智能为智慧物流带来了多样化的技术，同时智慧物流给人工智能提供了广阔的应用场景。在菜鸟无人仓中，应用了无人叉车、拣选AGV、分拨AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备，在入库、拣选、打包、分拔等物流全链路都体现了柔性自动化的特点。

　　1.多区并行柔性自动化方案的提出

　　据朱礼君介绍，仓储作业跟计算机的工作原理非常类似。如，仓库做物品的存储，计算机做数据的存储;仓库进行订单生产时是把货物从货架上取出，这与计算机做数据提取、计算非常类似;仓库存储商品，这类似于计算机硬盘;计算机有很多文件，有些文件可能很长时间不会访问，这和仓库备货区一样;仓库拣选区则和计算机内存差不多;而电商仓库中的爆品区域则相当于计算机的高速运转。因此，仓库作业总能在计算机结构里找到映射。在电商时代，仓库变得非常大，每天要处理的商品种类和订单量非常多，映射到计算机结构里面就相当于大数据处理。大数据处理最有名的框架是MapReduce，它包含三个重要操作——Map(将工作并行化)、Shuffle(再次合并)、Reduce(最终产生结果)。

　　基于该想法，菜鸟提出了模块化的多区并行的自动化物流解决方案，将大数据处理框架映射到仓储系统中，MAP代表不同的订单与不同的生产作业模式，Shuffle表示暂存与合单，Reduce表示播种在不同的订单中，即将仓储作业中不同的分区、不同的作业模式，以及不同的自动化模式进行并行操作、并行生产后再合并，流入Rebin Zone(合流区，即菜鸟无人仓中的播种工作站)，订单商品合流到一个箱子后进行打包出库。

　　2.柔性自动化方案在菜鸟无人仓的实践

　　(1)多方式并行拣选。在前文提到的菜鸟无人仓内的机器人分拣仓，A区机器人针对低流动量的商品，即“冷品”，采用货架到人的类Kiva系统进行拣选作业;B区机器人针对高流动量商品，即“爆品”，采用车到人(订单到人)拣选。这两种方式采用的并行拣选作业是模块化的，不会影响其他区的作业，同时打破了原有AGV系统仅能单区作业的局限，提升整个系统的作业效率，这背后提供支撑的无疑是菜鸟先进的算法。

　　(2)柔性分拨。即，将仓库生产好的包裹按照不同流向和目的地进行分拣，机器人非常适合完成该作业，因为机器人有固定的运动轨迹，适合做点对点的物品搬运。

　　2018全球智慧物流峰会上展示的菜鸟无人仓柔性分拨解决方案

　　对此，菜鸟设计了新的柔性分拨系统解决方案，即通过机械手臂(目前为人工，未来将替代为机械手臂)将包裹放到AGV上;AGV在经过扫描台时，包裹上的信息被自动扫描，AGV按照上位系统的指令前往目的地，然后将包裹倒入对应的集包篓;集包篓装满后，会被另外一台AGV带到对应的出库月台。这是非常柔性的自动化分拨系统。

　　需要注意的是，由于既有运送集包篓的大型AGV，也有分拣用的小型AGV，它们的路径规划非常复杂;此外，每一个集包篓的目的地也需要规划，不同目的地的集包篓流量不同，如何使它既不拦路，又能缩短AGV的行走时间非常关键，这是整个系统的关键所在。

　　(3)机械臂的应用。机械臂在菜鸟无人仓内被应用于拆/码垛及拣货作业，基于RGB-D数据的三维物体识别、定位、姿态估计激发、箱体分割算法等技术，采用工业生产线标准，具有高效率、高可靠性、高鲁棒性等特点。

　　柔性自动化方案关键技术及其发展方向

　　1.软硬结合&系统工程

　　无人仓建设项目既不是纯软件工程，也不是纯硬件工程，而是一个系统工程，从流程设计到硬件设计、软件设计，都需要综合考虑，才能够实现高效率作业。物流柔性自动化技术具体包括软硬件协同、端到端设计，以及可转换性、鲁棒性、灵活性等。

　　2.IoT(物联网)与 Edge Computing(边缘计算)

　　菜鸟在IoT方面有非常多的投入。在2018全球智慧物流峰会上，菜鸟宣布全面启动物流IoT战略，并发布全球首个基于物流IoT的“未来园区”，这也是IoT、边缘计算和人工智能等技术首次大规模应用于物流领域。

　　无人仓是未来物流园区的标配，也是IoT技术非常好的投入点，具体技术包括数据采集、数据分析、预见性维护等。

　　3.机器人技术

　　各种类型及功能的机器人是无人仓中毫无疑问的主角。菜鸟无人仓内有超过500台AGV在多个库区作业，机器人技术最重要的三点分别是Perception(感知)、Planning(规划)、Execution(执行)。

　　4.大规模多智能体规划和调度技术

　　仓库要实现柔性自动化，机器人必须协同作业。为了实现最大化的仓储生产效率，缩短订单处理时间，需要对AGV进行联合调动、任务分配、路径规划，对资源进行合理分配优化等，这就涉及大规模的规划和分配技术。

　　资源分配通常有两种解决方法，一种是中央规划解法，首先要建立模型，收集各类数据，包括每一个机器人及每个货物的位置等信息，通过数据分布分析求解单位时间内的最大出库量，菜鸟在相对较小的仓库采用这种解法。

　　在大型仓库，如菜鸟无人仓，则采用另一种解法——资源分布式竞价，大仓库内有非常多的机器人和货架，可以进行各种组合完成拣选任务。机器人和货架可以模拟成一个任务，谁赢了谁做任务。这其中的关键技术便是竞价策略的设计，在大型仓库上下游之间衔接比较紧密、很难解耦的环境比较适合，因为最上游的决策可能影响到最后一个决策，所以贯穿上下游的决策全部做下来是难点所在。

　　智能规划调度部分涉及的关键技术主要包括Swarm Intelligence(群体智能)、Resource Allocation(资源配置)、Path Planning(路径规划)、Traffic Control(流量控制)等。

　　朱礼君表示，未来很多大规模智能体的技术会向群体智能方向发展，借鉴自然界生物的行为，如优化算法里的蚁群算法便是通过模拟蚂蚁行为进行的算法——单个蚂蚁不会搭桥，但是蚂蚁之间可以互相搭桥让其他蚂蚁通过。这些概念可以引入智能体在仓库中的应用，未来当每一个智能体有了足够强大的智能导航及决策功能后，群体智能将成为柔性自动化技术的发展方向。并且，柔性自动化物流系统基于其扩展性强、易部署、模块化、算法高效智能、鲁棒性强等突出优势，将会对整个物流行业带来巨大革命。