亚马逊物流设备,迄今为止最详尽的亚马逊Kiva应用分析

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在北美各大电商以及物流自动化的网络媒体上,只要是看过亚马逊物流仓库中Kiva机器人工作流程的,相信大多都与笔者有着同样的观感,那就是:亲见数以千计的Kiva机器人自觉地在仓库中穿梭的画面,犹如经典科幻小说描绘的场景一般。而这一切要归功于亚马逊的慧眼识英雄,更要归功于发明以及构建Kiva MFS(Mobile Fufillment System,移动执行系统)的Kiva Systems公司,是他们将这一梦想照进了现实。

Kiva MFS是一项用于提高仓库管理效率、速度、准确性和灵活性的自主移动机器人的顶尖技术。早在亚马逊之前,Staples公司就已经投入使用这项技术了。那么Kiva MFS主要的设备架构与技术分析都包括哪些呢?

(1)巡航定位技术:Kiva机器人的驱动单元巡航定位技术主要是通过读取在地上网格的视觉记号,这一点与过去的传统自动化仓库的AGV设备是完全不一样的,传统的AGV设备必须依赖于在仓库地面埋入线圈、导线之类的,这就极大限制了AGV移动的自由度以及可调性;并且Kiva机器人更不需要在仓库额外安装任何昂贵的基础设施,真正做到随到随用。

(2)动力补充技术:Kiva机器人是由电池驱动的,每一次充电,基本上可以使用8-10小时。一旦Kiva机器人的电量有所降低, 机器内置的驱动系统会自动驱动Kiva到充电站接口进行充电。充电完成后,Kiva机器人自主回到目标定位点,继续工作,全程无需人力监管。

(3)通讯联系技术:Kiva MFS 的服务器是直接与每个驱动单元通过WIFI无线网络来连接的,这样设置起来非常容易,而且非常容易与仓库内部的其他无线系统进行整合与拆分。

(4)软件系统相关技术:Kiva MFS控制系统决定了某一个订单被送到相对应的一位操作员工那里。随着订单分配完毕,Kiva机器人去主动选择搬运订单选中的货架,再确定一条最易抵达目标定位点的快捷路径。

简单来说,Kiva机器人以及相关数据系统,将亚马逊的物流配送中心变成了一整套灵活的、富有生命的仓储系统。在这里,客户需要的产品可以严格按照订单要求高效地从存储区到拣选区再到发货台。员工的作业效率大大提高,而且基本上可以实现相对独立运作。订单执行准确性大大提高,而且客户可以在线直接实时看到其订单履行的状况。同时Kiva MFS具备强大的可扩展性,可以根据不同物流中心的实际需求进行不断调整,以达到定制化的服务能力。

Kiva机器人在亚马逊物流中心的作业流程

到底Kiva MFS在亚马逊物流中心是如何工作的呢?让我们跟随《物流技术与应用》北美联络处的特约记者,来到位于亚马逊美国加州特雷西物流配送中心,一同揭开最新一代的亚马逊物流中心的神秘面纱,并了解Kiva机器人系统的运作流程。

特雷西物流中心外景

亚马逊位于美国加州特雷西的物流配送中心(英文原意为“顾客满足中心”)占地11.5万平方米,这里到处都是货架、包装线和数以百万计的商品。走进物流配送中心,给人的第一印象是响彻天际的各种声音:无数瓶塑胶罐在传送带上滚动、长若游龙的包裹线通过输送分拣关卡、以及在不同包裹上贴上一个又一个标签的声音,无一不在告诉我们这是一个充满自动化、机械化作业声响的地方,甚至我们发现还有很多的“机器人员工”在这里忙碌地工作着。

在仓库内有一个叫“木箱区”的地方,专门用来放置大件商品,旁边的墙角被称为“货塔”,在那里几层货架层层堆叠在一起。取货员一直默默地在货塔之间的长长过道里不断推着小车来回走动,小车里是顾客在网上订购的产品。

走到物流中心4楼,一台Kiva机器人就安静地站在货架旁边。这台重达145kg的方形橙色机器人,上方搬运着超过340kg、高于2米的载货货架自由行走,这就是它们的唯一工作:仓库内货架搬运。

Kiva机器人搬运货架在高速移动

过去,负责仓储作业的亚马逊员工需要奔走在各个货架之间,按照订单拣好客户购买的商品,然后回到自己的工位,将这些商品放在箱子中包装好,送往下一站。

但自从2014年开始,名叫Kiva的橙色机器人,替这些辛苦的亚马逊员工完成了大部分工作。这些Kiva机器人像之前的员工一样,在各个货架间不断移动,将订单上的货物所在的货架送到员工面前。

目前地处加州这座编号为OAK4的亚马逊物流中心,在引入Kiva机器人之前可存放2100万品规;而在引入Kiva机器人之后,则可以存放超过2600万品规。不单如此,原本在订单高峰时期,最高峰一天出货70万品规;而引入Kiva机器人后,最高峰一天可出货150万品规。亚马逊在其遍布全美的50个物流中心中,已经将15000台Kiva机器人派驻到10个物流中心进行工作,收效显著。这座面积11.5万平米的物流仓库,结合基于Kiva机器人系统的货架设计,存储能力相比传统仓库有50%以上的提升,堪比25万平方米的普通仓库。

Kiva机器人在亚马逊物流中心的工作对人类来说应该是十分“单调和乏味”的,但亚马逊强调,在Kiva机器人的帮助下,每笔订单都能省下1个小时时间。在特雷西物流中心,这里的员工每天要和各种不同的机器人协同合作,完成订单履行工作。

在货品通过货运卡车到达亚马逊物流中心的一刻,这个仓库就被激活了。员工将各种包裹从卡车上卸下,放置到传送带上;一般单一传送带会分配25-28名亚马逊员工,他们负责将不同类别的包裹从传送带上取下并分配到固定的位置。

通常这个环节的操作方式为,员工先打开每个货箱并将其放到专门的手推车上,然后会有专门负责拣货的员工将车子推走,并按照亚马逊内部独有的货品分类方式将货箱里的单一货品摆上货架。

从表面上看,上述操作流程跟国内普通的电商仓库别无二致,但实际上亚马逊所有货箱内包含的货品都不是随机出现的,而是由计算机复杂的算法控制分配。当然对于外行人来说结果也都一样,特雷西物流中心的货架上可能并排摆放着My Little Pony玩具、一卷荧光带或一本《哈姆雷特》。

当所有货品被分配到相应货架的工作完成之后,接下来,就轮到Kiva机器人上场了。3000个Kiva机器人的主要运作方式,先是滑动至目标货架底部,然后提起1.2米宽、最多承重340kg的货架。

目前物流中心是利用Kiva机器人顶部的摄像头识别二维码,来追踪货架上的特定商品,因此能在收到订单的第一时间给拣货员搬来相应货架,实现“货到人”的物流过程。未使用Kiva机器人系统之前,特雷西物流中心的员工平均从拣货到发货需要1.5个小时,现在只要15分钟就能轻松完成整个过程。

Kiva机器人识别条形码、二维码 的摄像头

Kiva机器人沿着物流中心地板上标定的识别码行走,这样就不会彼此发生碰撞。正是这项技术使得Kiva成为当下世界范围内最先进的机器人之一。当然,Kiva机器人也偶尔会操作失误。对此,亚马逊相关工程师会在三个小时内找出原因并解决问题,并确保每层仓库不会同时有10个机器人出现故障。

当Kiva机器人拣取了正确的货架后,它们会排着队来到拣货员面前,等待拣货员拿走物品,然后Kiva机器人会搬运货架回到之前货架的标定地点。

刚刚搬回货架的Kiva机器人

KivaSystems在物流仓储领域的应用前景

亚马逊已在加州的10个物流中心部署了Kiva机器人。在Kiva机器人的帮助下,亚马逊才能够将客户从数百万商品中选购的货物及时送至他们手中。

亚马逊表示,在2014年,全球客户网购了超过3680万个商品,该公司平均每秒会收到426个商品订单。同时他们早已模拟分析过,今年的数字只多不少。但究竟会多到何种程度,目前无法判断。根据服务商Channel Advisor的数据,亚马逊“黑色星期五”当天的销售额同比增长了24%,周六销售额同比增长了45%。而Janney资本市场分析师肖恩·米尔尼(Shawn Milne)在最新报告中宣称,亚马逊在物流中心里部署的Kiva机器人能帮助该公司显著降低物流成本。

Kiva到底适不适合我们?

首先,一个Kiva机器人价格大概在30万元人民币,亚马逊特雷西物流中心就有3000个Kiva机器人在工作。每一个单品假设能赚60元,但是60元的利润之中单单拣选环节就需要占用一台30万元的奢华设备15-30分钟(整个电商交易中非常小的一部分工作)。估计全世界目前只有亚马逊这种大级别的财团才能享用得起如此高精尖的物流设备。

其次,目前中国物流效率的提高,能否单纯依靠仓储全面自动化、物流设备智能化?物流自动化是个系统工程,从分拣到配送要实现全流程自动化,前提是订单和货物流信息的快速处理和无缝对接。但这个前提多数物流企业目前还没有真正解决,最多是在个别环节上实现了一定程度的智能化,比如智能机械手拆码垛,对系统效率的提升非常有限。物流中心就像高速公路,设计完善的高速公路是一个庞大的闭环系统,有入口有出口,有岔路有分流,硬件设施先进。然而,在中国,每到节日或取消收费时段,蜂拥而至的车辆会迅速让整条高速公路瘫痪,再先进的“硬件”都失去了意义。此时要是有紧急物资被堵在半路,除非求助于人的灵活性,在高速公路上砸开一个缺口将货运出去,别无他法。在我国“6.18”、“11.11”这样的特殊销售周期和时段,单日订单量超过美国订单峰值成百上千倍,电商企业面对洪水般涌来的订单,最首要的任务是“把货发出去”。这时候,最好用的还是那些脑筋灵活、手脚麻利的熟练拣货员。电商规模之巨大、品类之复杂、需求之紧急,可以让一个精耕细作的机器人系统瞬间瘫痪。

最后,虽然科技是任何产业发展的关键变量,工具和流程创新必然带来系统效率的提升,并刺激产业不断升级,但是我们还应从宏观战略角度考虑。2014年底,我国与美国签署了中美气候变化联合声明,旨在中美多个领域联合应对气候挑战,由此低碳城市、清洁能源、绿色物流便成了目前中美物流行业的战略指导思想。笔者今年9月10日参加的在江苏昆山召开的“中美气候变化行动与合作”论坛,会上中美专家以及行业先驱建议采取相应措施,其中就包括选择新能源物流设备,大中型仓库从市区向城镇搬迁。那么届时我们是否应当思考一种“去立体化仓库”的概念,即通过城镇的土地保证,结合一定的资金投入,采用高智能化、先进算法的设备,来降低物流仓库的自动化立体结构(对现有的Kiva机器人以及逻辑算法加以改进),将立体库变为平面仓库,这将颠覆传统意义上的动辄多少米的辊道输送线、多少米立体仓库的仓储设施,将让仓储系统变得扁平化、简单化,这对于仓储系统来说显然是一次重要变革。

Kiva机器人让美国物流仓储系统进入一个“货到人”的新时代,也将在未来引发中国物流仓储系统的结构发生彻底变革,让我们拭目以待!

本文摘选自《物流技术与应用》杂志2015第10期

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