合肥南站智能倉庫建設的可行性研究

劉官勤 中國鐵路上海局集團有限公司上海華鐵旅服有限公司

1 主要概況及背景

隨著高鐵動車發車量的日益增大，旅客對車上商品選擇提出了更高的要求，高鐵及動車隨車商品配送種類及數量也日益繁多。合肥南站作為華東地區較為重要的、規模量較大的鐵路客運樞紐站，隨著商合杭等新加入的高鐵運行線路的開通，車上商品的需求量越來越大。

隨著機器人技術和人工智能的發展，倉儲機器人迎來了蓬勃發展的時期。亞馬遜早在2012年即推出kiva機器人，長像酷似冰球的kiva機器人頂部有升降圓盤，會掃碼地上條碼，根據訂單指令將貨物從所在的貨架搬運至員工處理區。倉儲的無人化和自動化正在成為整個行業的趨勢。

對于路外，目前國內各大電商也陸續開發了自己的機器人。比如阿里的“曹操”，可以迅速定位商品在倉庫的位置，并且規劃最優撿貨路徑，自動把貨物送到打包臺。京東也有類似的搬運機器人，京東還使用了六軸機械臂，通過視覺識別技術，對不同的貨物進行分揀。

目前，華鐵旅客服務有限公司擔當全局660組標準動車組的餐飲服務，2017年餐飲總收入9.12億，2018年預計餐飲總收入11.62億。現有高鐵餐飲倉庫8個，包括虹橋倉庫、上海倉庫、合肥南倉庫、南京南倉庫、南京倉庫、徐州東倉庫、杭州東倉庫、溫州南倉庫，倉儲空間依然不能滿足日益增長的運力要求。因為倉儲空間受限，對供應商的一次供貨訂單需要供應商多次進貨。以上海虹橋為例，對交路的集中出貨需要37人從凌晨1～6點近5個小時的人工揀選才能完成。

華鐵智能倉合肥南項目擬實現高鐵動車銷售商品的自動入庫、出庫、盤點等功能，增加倉儲坪效,減少人到倉庫往返的搬運工作，提高工作效率，緩解勞動強度，至少減少2/3的人力成本，縮短揀選時間。實現商品的自動入庫出庫，自動盤點，減少人工干預，積聚企業的科技含量，提高倉儲效率，未來可在其他倉庫進行推廣。

倉庫面臨著如下幾個問題：

（1）管理方式原始，導致倉庫難以管理更多品種貨品，來豐富市場產品，拓展高鐵銷售；

（2）商品多采用地堆方式，倉庫空間利用率低，造成空間浪費；

（3）人找貨模式，揀貨人員因為熟練程度差異問題，尤其是新進員工對貨品不熟悉，容易產生揀錯貨品等錯誤；

（4）貨品種類繁多，堆放受場地限制，導致不同貨品難以識別，揀貨難度大且容易出錯；

（5）商品不能確保按照批次、日期進行揀選，難以實現先進先出，從而出現食品安全風險；

（6）人工揀貨勞動強度大，易造成揀貨人員流失；

（7）招工困難，且新員工不熟悉倉庫不易上手，有一定的培訓及時間成本；

（8）人工成本逐年增加，特別是春運、暑運等高峰時期，會出現人工短缺，需要大量增加臨時工。

因此，急需開展華鐵智能倉項目的研究，以先進、智能、成熟的智能機器人及配套系統來適應日益增長的業務需求，并且通過項目來帶動管理人員管理水平提升。

2 智能倉系統主要功能及特點

華鐵智能倉系統解決方案擬由智能機器人、可移動貨架、多功能工作站、倉庫管理系統、智能調度系統、機器人主體控制系統等一系列硬件、軟件系統構成。以人工智能算法為核心調度各類硬件資源，實現高效、準確的作業，包括：上架、揀選、補貨、退貨、盤點等倉庫內全部的作業流程。

系統設計特點：

（1）貨架到人。在所有涉及到分揀庫區的業務流程中包括上架、補貨、揀貨、盤點、退貨等，員工都無需進入分揀庫區內部，只需要在工作站等待，系統自動指派移動機器人將目標貨架運到工作站，待員工在系統指導下完成業務后，再將貨架送回到分揀庫區。

（2）系統主導。系統對接ERP系統，訂單下達后，所有的資源調度與業務流程的推進均由系統主導，所有的數據流（包括表單）也由系統創建并維護，無需人工介入，員工只需要在系統（燈光按鈕，工作站人機界面等）的指示下，完成商品從貨架上揀選，掃碼，裝箱等動作。

（3）機器學習。機器人系統具備智能自主學習功能，機器人接受訂單后，通過系統選取的最優化路線駛向存放貨品的貨架；機器人能靈活適應運行環境、靈活避障繞行。系統可以輔助機器人提高自主決策的能力，幫助優化訂單順序、優化倉庫改造，同時能提高庫存轉化率，以最經濟的方式高效完成訂單。

（4）場景驅動。系統從倉庫、用戶、商品、貨架類型、業務形態、運行模式等多個方面，抽取復雜場景中的特征，形成模塊化可復制的產品級解決方案，利用自身的大數據分析及超強學習能力，系統能夠對任何倉庫模式都能進行極高的適配，系統將比人更加了解業務。

3 合肥南站智能倉實施建議

目前合肥南站建設了一個全新的倉庫，面積約500 m2。該倉庫目前已經到了地坪施工階段，在調研了智能機器人對地坪、承重、場地布局要求后，及時對施工方提出了較高的施工驗收要求，解決了本項目最關切的場地問題。

3.1 平面圖規劃（見圖1）

圖1 合肥南站倉庫規劃圖

通過充分調研，了解場地物流動線及相鄰冷庫物流運輸動線，同時結合智能倉對場地的要求包括庫容、消防、通道、路徑規劃等，對實施場地進行規劃，輸出平面規劃圖（見圖1）。

3.2 地坪施工

良好的地面環境可以使機器人更穩定的運行，并且能夠降低機器人雷達、輪子、電機等多種零部件的磨損率，特制定地面技術要求（參照國標GB50209-2010建筑地面工程施工質量驗收規范），并對不符合技術要求的地坪提出改造說明。在項目前期，項目實施負責方參與到地坪施工溝通協調中來，并提供地坪技術要求及改造說明。

主要對地坪提出了如下要求：

①當機器人運行的路面起伏程度在最大允許值以下時，機器人應能實現可控的額定速度行駛，起伏程度定義為在基準范圍內的最高高度與最低高度之差，1 m2范圍內的最大允許值小于2 mm（含2 mm），2 m直線內坡度小于0.002；

②當機器人運行的路面臺階高度最大允許值需小于2 mm（含2 mm）；

③路面溝寬幅度最大允許值需小于2 mm（含2 mm）；

④地坪載荷要求大于0.5 t/m2；

⑤地面要求硬度在c30（用回彈儀測試，要求數值大于30 MPa 或 30 KN/m2）以上；

⑥要求金剛砂地面或者水泥硬化地面，要求耐磨、無靜電、摩擦不起灰；如果采用環氧地坪，需要做防靜電處理；

⑦地面禁止打蠟，摩擦力要求地面與聚氨酯輪子的靜摩擦系數應不低于0.55（一般未打蠟地面都可達到該值）；

⑧地面不能出現明顯的坑洼、凹凸部分，不能有殘留鋼釘、膨脹螺絲等物品。

3.3 強弱電施工

本項目實施方提出要求如下：

①網線敷設規范；

②室內放裝AP安裝規范；

③網絡設備、服務器強電敷設規范；

④機房設備安裝規范。

3.4 場地劃線貼碼

根據在地面標定的碼來定位移動機器人、貨架、充電設備、揀貨工作站、補貨工作站等的位置，實施階段根據平面圖規劃圖紙，對場地進行劃線、貼碼。貼碼精度要求較高。

3.5 工作站、貨架、紙盒安裝調試

工作站主要有兩大類：標準在線工作站、離線工作站。

在線工作站一般配備工作站電腦、打印機、掃描槍等設備。

離線工作站一般配備一個RF手持設備（Android系統）。

在線工作站部署，工作站硬件安裝：

①工作站計算機設置；

②環境安裝；

③部署新Build；

④工作站配置更改；

⑤打印機安裝；

⑥測試電子標簽；

⑦掃碼槍設置；

⑧揀貨站槽位編碼及確認碼。

離線工作站部署：

①離線工作站地圖編輯；

②離線工作站參數配置；

③離線工作站地面貨位碼信息維護；

④離線工作站后臺部署；

⑤RF手持設備程序安裝；

⑥RF手持設備配置。

貨架到場后，需要預留貨架安裝場地，便于進行貨架組裝、紙盒組裝、入場。

3.6 服務器部署

實施方需要對已經安裝的服務器進行環境部署，部署內容包括：操作系統、系統環境、調度服務、系統服務、中控服務、接口服務等安裝。完成上述安裝后，還需要對安裝的服務器進行訪問測試、并觀察一段時間，以確保系統可用、穩定。

3.7 系統聯調

對服務器、工作站、充電樁、移動機器人等設備調試。

根據方案定義的流程，準備流程中需要的各種要素包括商品條碼、周轉箱、單據、搬運設備等，進行補貨、揀貨、盤點等流程測試，測試時注意收集問題并及時反饋，調整。

4 總結

倉庫利用方面，提高了場地利用率（較地堆），場地滿足約近5 000箱貨物的存儲，現場因規劃整齊，美觀，功能區區分清晰，工作環境較好。

人員配置方面，按場地補貨及揀貨人員統計。智能倉補貨人員配屬1～2人，揀貨人員配屬2人，共計3人。隨著合肥南動車所新的六線庫啟用、商合杭高鐵開通，合肥南倉庫后續業務量將增大，按估算業務量為當前業務量的2-3倍，以目前模式，估算人員約為10～12人作業。按人工成本10萬計算，從2019年即可開始產生投資回報。

通過合肥南站智能倉的建設，能夠實現倉庫智能化管理，提高倉庫管理效率，更科學、更規范、更有序，提高揀配效率和準確率，有效預防差錯率，保障高鐵配送準確、高效、安全，同時，華鐵旅服公司可以實時掌握倉庫的商品庫存信息，及時調整和優化商品的結構，實現高效的商品途中補貨，提高商品的銷售量，創造更大社會價值。