王 辉，朱海光

（1.上海城建职业学院机电工程与信息学院，上海 201415；2.NE公司国内物流部，上海 200336）

0 引言

随着信息化、智能化工业的不断发展和深入，人工智能已经迅速融入了全球各大产业，越来越多的制造业、物流业厂商等劳动力密集型企业正在努力寻求智能化操作，力图减少日益增大的劳动力成本和不断增加的作业量。在IT技术几十年的发展过程中，我们看到信息化和智能化改变了人类的生产模式和生产方式，现代智能机器人的出现更是改变了传统的产业操作模式，为所有产业带来了全新的技术展望。

物流产业作为全球市场产业链中的重要环节，已经越来越成为制约货物流通的瓶颈，可以说物流产业决定了全球货物流通的速度，而货物流通的速度也从一个侧面决定了全球的经济状态。影响物流产业的因素很多，比如：各国的法律制度和政策，国与国之间的关系，人员素质等。但是越来越多的物流公司都遇到了同一个产业发展瓶颈，即劳动力成本不断增长所带来的制约因素。无论是大型国际物流公司，还是小型物流公司都面临这个问题。人工操作已经无法适应当前物流的需求，也严重影响了货物流通的速度和正确率。因此，采用自动化设备解决劳动密集型操作已经成为刻不容缓的任务。对此，NE国际物流公司也在积极探索和研究，先从仓储方面寻找自动化操作模式。

1 NE公司仓储业务操作现状

NE公司是某国最大的综合性物流公司，具有近百年历史，世界五百强企业，拥有丰富的经验、完善的网络系统，联结世界37个国家、212个城市、383个网点的物流网络，雇员数量达43544人，拥有车辆32656辆，仓库面积达260万平方米，船舶载货量42591吨，空运网络遍布世界各地。对于NE公司来说，仓储业务已经成为公司的重点发展对象，公司拥有一套完整的WMS系统，在信息化方面已经相当完善，但在现场操作方面，公司的智能化设备就相对落后。相比之下，国内的大型物流企业如京东、顺丰、阿里巴巴等已经走在了NE公司前面，很多仓库采用了智能设备，部分仓库甚至发展成了无人仓，极大地减少了人力成本，提高了工作效率，增强了企业的竞争力。

虽然各个企业运输的货物类型不同，NE公司的仓储货物类型与上述三家公司也有着较大的区别，要实现全面智能化和无人仓管理有一定的困难，但还是可以从众多业务中选择性地开展自动化操作，对某些人力成本高、操作重复性高的项目可以进行操作改善，从一两个项目入手，积累自动化改善经验，从而实现全面智能化仓储操作。

要实现智能化仓储管理，首先要了解目前市场上的主流智能化设备，笔者参加了多个智能化仓库展会，深入了解了多家智能化厂商及其产品，对当前市场上的主流产品有了充分的认知，对这些产品的功能和应用场景也有了进一步的了解。

2 现代化仓储设备

2.1 电子标签拣货系统（DPS）

DPS（digital picking system），即摘取式电子标签拣货系统，是在拣货操作区中的所有货架上，为每一种货物安装一个电子标签，并与系统的其他设备连接成网络。

图1 自动化流水线

2.2 机械手臂

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们形态各异，但都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。

从操作效率上来看，机械手臂可以减少操作人员，提高效率，初步实现无人操作。但是，该自动化设备在制造业中的使用比较广泛，并且对于货物的外形有一定的要求及限制。因为机械手爪需要根据货物的外形进行调整，这个调整既可能是硬件方面的，也可能是软件设计的调整。所以在仓储物流中，机械手臂的实施性能完全取决于货物的外形。

图2 机械手臂

2.3 自动导引运输车（AGV）

AGV（automated guided vehicle），即自动导引运输车，是装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。

AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产，还能够从原先的“人找货”变成“货找人”。

图3 AGV及货架

3 仓库智能化改善实施方案

根据以上自动化操作理论，作者希望结合仓库的实际情况，对仓库中的大项目进行自动化改善操作。其目的就是将现有的人工操作转成半自动操作，最后转型成为自动化无人仓。由于我司仓库的现场操作一直采用人工方式进行，所以想要完全采用自动化操作具有相当的难度，因此我司想通过理论结合实际的方式，分多个阶段来简化现场的操作，节约人工成本，提高工作效率，改善工作质量。

仓库的操作分为入库和出库两部分。从操作流程来看，入库主要依靠WMS系统来分配库位，如果公司拥有一套WMS系统，那么入库操作就会变得简单方便。而且入库操作对于时间的要求不是很严格，所以操作成本也就相对低一些，因此入库操作反映不出仓库作业的真实能力。真正考验仓库能力的是出库操作，出库操作对于人工和时间成本都有很高的要求。成本、效率、准确率是考验仓库出库能力的三个标准。一般情况下，出库操作分为四个步骤：①订单入系统，并指示货物库位；②拣货操作；③货物称重流转；④贴运输标签。其中，②—④步骤都可以由自动化设备来代替人工，但考虑到采购整套设备的可行性以及成本问题，作者还是计划分三个阶段完成仓库自动化升级作业。这三个阶段由易到难，成本由低到高。通过对每个阶段的认知，了解全自动化作业的整体运行模式。

2）扶蔓促。苗高超过10 cm时，及时定枝、疏枝。选留上部生长最为健壮的新梢，抹除多余枝梢，立杆扶直，让其直立向上生长至1.2 m摘心。

第一阶段：对于出库操作的称重流转进行升级，采用自动滚带和自动称重机来代替目前的人工搬运操作，提高货物流转能力。

第二阶段：采用机器人流转货物，用机器人替换自动滚带和自动称重机，可以为仓库节省大量的空间，进一步提高货物的流转速率。缺点是仍旧需要人工进行拣货，机器人只负责引导人工拣货和流转。

第三阶段：全自动化操作，由机器人负责拣货、称重、打印标签等一系列出库操作，人工只需在作业台按机器人指示进行简单的操作。这样库内基本实现无人化。

作者的想法是通过完成每个阶段目标，来达到自动化仓库操作的经验积累，并根据每个项目的特点和人员配备，开发出一套效率最优的操作方案。下面就以WATERS项目为例，介绍通过实际操作来解决该项目的自动化操作方案。

3.1 WATERS项目当前出库操作流程

WATERS是我司某个仓库的一个非常重要的仓储项目，其货物主要为化学试剂和化学仪器等部件。我司安排了7排5层货架供其存放，其货物品种达到了3500种。每日工作量情况请参考表1。

表1 WATERS项目操作情况

从表1可以看出，WATERS项目占用了仓库相当大的劳动力，由于技术手段落后，仓库只能通过手工方式进行出入库操作，工作效率非常低下。

当前WATERS项目的现场操作包括入库和出库两个步骤。入库操作相对于出库来说比较简单，在此不做过多的描述，我们需要改善的是出库操作。出库操作是本次自动化改善的重点。

WATERS项目出库操作步骤：①客户通过邮件形式发订单至仓库事务（仓库事务主要负责WMS和TMS系统的导入工作）。②事务获取订单后，打印拣货单、订单标签给现场操作。③现场操作人员（1人）根据订单指示到库区拣货。④完成每票订单的拣货后，货物被放在人工流水线上，由操作人员（2人）扫描货物上的货品型号二维码，并将扫描信息上传至客户系统。⑤所有扫描的货物放入纸箱内进行封箱操作并贴上订单标签（1人）。⑥对所有纸箱进行称重操作（1人）。⑦所有称重完成的纸箱放在堆放区，现场操作将重量信息（纸质）交给事务，由事务将重量信息输入TMS系统并完成分货操作。⑧分货完成后，事务打印运单并交给现场操作。⑨现场操作人员根据运单上的单号进行贴标工作（2人）。

3.2 WATERS项目出库操作改善方案

以上就是目前WATERS项目的操作流程，整个流程相当复杂，非常耗时，人工成本也很高。从理论上分析，整个出库的操作过程有三个节点可以实现自动化：①现场拣货。②扫描、称重操作。③贴运单。这三个节点消耗了大量的时间和人力，而且错误率也很高。从客户投诉的情况看，每三次投诉中就有一次是关于这三个节点的操作。我们对这三个节点预想的改善操作如下：

（1）采用AGV智能机器人拣货。如前文所述，AGV是目前最先进的物流仓储机器人，可以完全替代人工进行拣货操作。从理论上来说AGV可以应用在WATERS项目上。

（2）采用自动传送带传送货物并完成自动扫描、封箱及称重。当货物被挑选出来后，我们需要扫描、封箱、称重等一系列操作。我们采用自动传送带来完成上述操作。传送带配备有扫描设备、封箱设备以及称重设备。货物在流转过程中会被自动扫描、封箱及称重，其中扫描信息自动传入客户系统，称重信息传入事务电脑中。货物在皮带传送过程中，只有装箱一个动作是需要人工操作的，这样极大地减少了人力。

（3）采用扫描枪结合软件程序完成运单打印和贴标工作。贴运单标签是整个出库过程中最后的步骤，也是最容易出错的环节。在人工模式下，操作人员只能通过肉眼来寻找纸箱上的订单号并张贴运单。这是最原始的操作方式，针对这个问题我们提出了两种改善方案。第一种方案是直接在传动带上配备贴标设备，贴标工作由机械设备完成，无需人工干预。方案一的前期投入较大，需要将贴标系统与TMS系统对接，传送带扫描单号后上传至TMS，TMS接到单号后将打印结果反馈至传送带的打印设备，打印设备完成打印后由贴标设备进行贴标。第二种是利用扫描枪和程序相结合完成贴标工作，由操作人员扫描纸箱上的型号条码，打印机根据条码打出运单，操作人员再将运单贴到纸箱上，整个过程需要人工干预，打印机可以放在现场，也可以采用便携式打印机。

3.3 WATERS项目改善方案可行性分析

对这三种改善方案进行可行性分析：

第一种方案是采用AGV模式进行拣货。从目前的物流趋势来看，AGV已经占据了智能化仓储的大部分市场，其性能非常优越，也很适合在WATERS项目上开展实施。按每个AGV工作3年以及3年内维护、耗电等费用约15～20万元，货架的购买改造为30万元来计算，对人工操作和AGV操作进行比较，如表2所示，可以看出AGV每小时的拣货数量相当于四个操作人员。但其价格也比较昂贵，按3年使用成本来看，其费用与人工成本相差不多。

表2 人工与AGV操作对比

在现有模式下，算上AGV的充电时间，仓库需要购买两台AGV才能保证正常的操作，这样采用AGV操作的成本已经高于人工成本。而且AGV操作无法完全做到无人化，AGV是货到人的操作模式，货物必须由人工从货架上提取出来。因此在当前情况下，我司只能放弃AGV计划。当人工费用或是业务量持续增加的情况下，我司将会投入AGV。

第二种方案采用了自动传送带以及配属的智能化设备来完成三个操作：①扫描上传；②封箱打包；③称重上传。目前仓库用3个人工来完成这套操作工序，货物从上操作平台到下操作平台需要大约3分钟的时间。采用自动传送带后，大约在30秒内可以完成这一套操作工序，速度提高了近6倍。两者的工作效率见表3。

表3 人工与自动传送带对比

从表3可知，自动传送带完全达到了无人化操作水平，无论是成本还是工作效率都优于人工操作。因此，我们计划使用自动传送带取代人工进行操作。

第三种改善操作包含了两个方案，第一个方案在技术手段和操作成本上都优于第二个方案，但根据实际操作情况仓库选择了第二种方案。主要原因在客户方面。如果按照第一个方案实施，纸箱进入到贴标环节的时候是不能长时间等待的，长时间等待会造成货物堆积和碰撞，而传送带上没有足够的空间给货物排队。如果客户给出的收货人和收货地址是错误的，在纸箱称重完成后需要事务进入TMS系统修改每个订单的收货人姓名和收货地址，确保地址和联系人正确后才能进行打印工作，所以当纸箱完成称重后无法及时地打印出运单，必须等待较长的时间才能进行贴标工作。根据这个情况我们设计出了方案二，与目前的操作情况相比，方案二已经最大限度地提高了贴标的准确率，并减轻了操作人员的压力和负担，提高了工作效率。

表4 两个操作模式的对比表

4 结语

以上是本文根据现有市场的智能化设备和仓库实际情况做出的改善方案，自动化操作一旦开展实施将会极大地释放劳动力，从原来的8个人工减少为3个人工。在只有20万元预算的情况下，这是我们探索之后所采取的一套有效解决方案。这个方案虽然只是自动化方案的第一个阶段，但已经积累了不少的自动化操作经验，随着各个项目的产能改善和预算增加，我们也正在积极策划第二阶段的改善进程，通过AGV机器人等智能化设备，实现仓内少人化的操作。我们也在探索不同项目混合操作来扩大工作量从而解决AGV使用的问题。我们的目标是通过每个阶段的努力完成仓内无人化操作，最终达到成本最优化的目标。

综上所述，通过对自动化仓库的研究，笔者已经摸索出了一套行之有效的改善方法，我们也对市场上的各种自动化设备和操作模式有了进一步的了解，在条件允许的情况下，可以对仓库的操作进行自动化改善。