杭州海康機器人技術(shù)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(chǎn)品提供商。公司依托近千人的高水平研發(fā)團隊，布局移動機器人、機器視覺等業(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)智能制造進程，幫助制造企業(yè)實現(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，為海康威視實現(xiàn)了智能化的內(nèi)物流運作。

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強首位。在網(wǎng)絡(luò)攝像機、模擬和高清監(jiān)控攝像機、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)品的強勁增長，海康威視決定在杭州桐廬經(jīng)濟開發(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(xiàn)建設(shè)智能工廠的設(shè)想，從2015年起引進并實施了智能移動機器人系統(tǒng)，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(yè)，大大提高了倉儲管理效率。為整個制造行業(yè)實現(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器人系統(tǒng)由海康機器人提供，該系統(tǒng)主要包括智能移動機器人、機器人調(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現(xiàn)物料的準(zhǔn)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(dǎo)航，定位精度達到毫米級，支持差速、全向、舵輪等多種驅(qū)動底盤，運行順暢智能避障，最大負(fù)重能達到1000公斤（也可定制更大負(fù)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(huán)壽命長。

2.2　機器人調(diào)度系統(tǒng)（RCS）

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制范圍內(nèi)的全部機器人的任務(wù)分配、調(diào)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(zhuǎn)換成機器人能夠識別的模型數(shù)據(jù)，從而實現(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制；（3）監(jiān)控機器人的運行狀態(tài)，當(dāng)機器內(nèi)部出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會自動生成信息發(fā)送預(yù)警通知至運維人員，并給出相應(yīng)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(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)，可實現(xiàn)如下功能：（1）倉庫儲位的冷熱度分析，實時調(diào)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(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，實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息實時交互。

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、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，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，除引入移動機器人設(shè)備外，海康機器人團隊與海康威視IT團隊、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(jīng)過IQC專人檢驗，檢驗合格后的物料經(jīng)由工作臺呼叫移動機器人搬運入庫，庫存狀態(tài)變更為可用狀態(tài)。

（2）流程設(shè)計亮點

針對到貨時間集中這一特點（收貨業(yè)務(wù)峰值明顯），規(guī)劃團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、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，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；通過機器人實現(xiàn)“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(tǒng)選擇最優(yōu)儲位，機器人自動搬運貨架入庫；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

計劃下達生產(chǎn)訂單后，MES根據(jù)產(chǎn)線產(chǎn)能進行排產(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，并由移動機器人運送至工廠。

（2）流程設(shè)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(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。

通過機器人實現(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/貨梯，機器人搬運籠車實現(xiàn)物料的跨樓層轉(zhuǎn)運，直送工廠線邊。

通過信息化和自動化實現(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(fù)成品完成成品的跨樓層直接入庫。

（2）流程設(shè)計亮點

iWMS系統(tǒng)集成工業(yè)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(shè)備，實現(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、碼垛、掃描、潛伏機器人跨樓層搬運、入庫存儲等環(huán)節(jié)，全程無人參與。

作業(yè)時效（包括實物入庫和賬務(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、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)由移動機器人搬運出庫，工作臺先揀后播完成訂單的揀選。

（2）流程設(shè)計亮點

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，大大減少機器人的搬運頻次。

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(jiān)測滾筒線PLC下位機狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)滿箱時立即通知RCS調(diào)度機器人完成成品箱的接駁。移載機器人（滾筒類）背負(fù)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(shè)置安全庫存高低水位，當(dāng)庫存低于低水位時，觸發(fā)請求立體庫進行庫存補貨，補貨至安全庫存為止。當(dāng)出現(xiàn)緊急需求時，觸發(fā)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(dāng)成品出庫至立體庫出庫口時，叉取式機器人進行成品的轉(zhuǎn)移，將整托成品從立體庫出口轉(zhuǎn)移至潛伏機器人的貨架上，完成補貨。

圖5 叉取式機器人進行成品的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(yè)務(wù)。解決了跨樓層配送時效性低的痛點。并且通過綜合監(jiān)控管理平臺，實時檢測所有提升機的狀態(tài)，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(guī)劃的靈活性。

圖6 移動機器人系統(tǒng)與提升機對接

圖7 移動機器人系統(tǒng)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(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。首次在機器人方案中實現(xiàn)了倉庫多層立體空間利用，讓柔性、高效的物流機器人系統(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，通過使用移動機器人，可大幅降低工人勞動強度，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量；另一方面，配套的機器人調(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)的擴展性強，可接入移載、叉取式等多系列內(nèi)物流機器人，實現(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，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，方便項目實施；

（3）實時通信：近千臺設(shè)備的實時無線通信；

（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(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，做到倉庫人員培訓(xùn)半小時上崗；

在桐廬智能移動機器人系統(tǒng)實踐過程中，產(chǎn)品提供方海康機器人，巧妙利用工業(yè)相機、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)，借助智能移動機器人系統(tǒng)，實現(xiàn)物料、半成品、成品的智能化搬運，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臺移動機器人，實現(xiàn)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(tǒng)后，生產(chǎn)搬運節(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臺移動機器人，實現(xiàn)每天900多筆訂單、超過6000行原材料配送需求。與之前人工搬運相比，使用移動機器人系統(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)借助移動機器人系統(tǒng)實現(xiàn)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(yīng)用環(huán)節(jié)，在智能倉儲與智能制造上更進一步。

在桐廬項目基礎(chǔ)上，海康機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