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运输机器人致力货畅其流
调度派遣让物尽其用
[作者 陳念舜]   2021年11月29日 星期一 浏览人次: [3179]

由于现代物流产业牵涉的流程专业且复杂,无论是制造业生产管理相关的物料管理,为了迎合弹性生产需求及包装自动化应用;或与民生消费相关的实体零售或电商产业,造就庞大包裹数量等,都导致运输机器人也开始整合物流分拣系统及运送大幅成长,取代了大量人力,实现货畅其流的目标,甚至可望推动让5G、AI物尽其用。


即使2020年迄今的跨国商务活动仍因为COVID-19疫情受阻,但全球商品贸易量却不减反增;加上各国政府为了加强防疫措施,限缩港口人力以遏止病毒扩散,导致港口与物流的效率从2020年下半以来大幅降低,让许多货柜随上百艘船只滞留壅塞在美西港口,甚至一路蔓延到内陆运输,导致航运供应链陷入瓶颈,时近欧美耶诞假期的采买旺季更是雪上加霜。


影响甚至波及远在太平洋彼岸的中国大陆浙江小镇义乌,也是现今全世界耶诞节饰品制造中心。原本以为今年将迎来景气回升的旺季,零售业者纷纷提前下单,孰料上中游制造业者却面临多重因素夹击,包括原物料短缺且成本、运费飙涨,最终难免将成本转嫁给消费者,进一步抬升价格,导致通膨隐忧居高不下,估计直到2022年农历新年前都难以缓解。


目前各国除了已在制造及服务业物流体系之外,建构数位化平台来有效掌控其原物料、运输价格及交期等资讯透明化。制造业更势必要特别加强物流风险的评估与管控,或透过数位科技强化市场应变能力,才能在进入内部物流体系之后,结合人工智慧(AI)分拣货、自动化仓储系统管理;进而搭配AGV/AGF、AMR等运输机器人及调派系统规划动线,以提高设备稼动率和生产力,甚至衔接物流车队对外运输,协助打造未来自驾车应用场域。



图1 : 各国政府为了加强防疫措施,导致港囗与物流的效率从2020年下半以来大幅降低,甚至一路蔓延到内陆运输,导致航运供应链陷入瓶颈。(source:ondosense.com)
图1 : 各国政府为了加强防疫措施,导致港囗与物流的效率从2020年下半以来大幅降低,甚至一路蔓延到内陆运输,导致航运供应链陷入瓶颈。(source:ondosense.com)

疫情驱动物流自动化 推进运输机器人产业成长

巧合的是,现今物流自动化所需的运输机器人虽然从传统制造业起步,但真正带动其扩大应用加值的,还是在2003年SARS(非典型肺炎)肆虐期间,催生大量电子商务需求,而由马云创立的阿里巴巴B2B平台孕育出了以B2C业务为主的淘宝网,再随着智慧行动上网装置普及,推动其他网路购物平台蓬勃发展,如今物流业服务的客户也随之从传统零售业,移转至电子商务。


因此造成劳力密集型的物流仓储中心工作量暴增,需要分拣处理越来越大量且多样的商品,作业人员从订单管理、商品进/出货、理/拣货到包装出货的每个环节都必须严密控管时间,却又深陷劳动力捉襟见肘的危机。此都有赖于引进各种类型的机器人升级自动化来弥补,还能提供更良好的劳动环境与分拣效率,都是影响物流竞争力的关键核心技术。


包括亚马逊(Amazon)在2012年买下Kiva Robotics成立Amazon Robotics后,即投入了仓库机器人的生产,如今在亚马逊仓库共部署超过35万台机器人,透过驱动单元搬运栈板,协助人类员工完成拣货、分类、存放、运输等作业。


另依国际机器人联合会(IFR)估计全球物流AMR销售额在2020~2023年间成长率将达到31%,且受惠于光达(LiDAR)感测器、机器视觉技术和人工智慧(AI)演算法越来越准确,使得自主移动(AMR)或物流服务型机器人能更轻松在各种室内/外环境间无缝接轨导航,未来势将补足物流最后一哩路。



图2 : 2003年SARS肆虐期间,催生大量电子商务需求,因此造成物流仓储中心工作量暴增,又深陷劳动力捉襟见肘的危机,此都有赖於引进各类型机器人升级自动化来弥补。(source:bostonglobe-prod.cdn.arcpublishing.com)
图2 : 2003年SARS肆虐期间,催生大量电子商务需求,因此造成物流仓储中心工作量暴增,又深陷劳动力捉襟见肘的危机,此都有赖於引进各类型机器人升级自动化来弥补。(source:bostonglobe-prod.cdn.arcpublishing.com)

顺应后疫时期宅经济发酵 因人因地制宜实现智慧化

直到这两年来COVID-19疫情席卷全球,宅经济效应发威,线上购物已俨然成为后疫生活新常态,在物流业者被要求隔日、当日配达的情境之下,在台湾今年宣布三级警戒期间常温货量增加超过2成、低温货量更成长逾5成以上,造成冷链物流系统消化不及,黑猫宅急便与新竹物流陆续宣布暂停受理低温包裹。


显见未来包括人员理/拣货到物流、送货速度都考验业者行动力与服务力,让「物流」成为后疫时代电商战的决胜点,并开始加强对于机器人及自动化智慧制造方案的投资力道,预估2023年成长率可望达到12.6%年,取放机器人更带来98.7%的强劲成长。


机器人四大家族之一的ABB在近期发表的白皮书更指出,当疫情从2020年初开始爆发初期,暴增的电子商务以及个人家户运输需求,都迫使物流及运输企业必须在短时间内,以满足各类型商品及物资大幅提升的物流及运输需求;同时面临因隔离需求造成的劳动力短缺,促使企业只能被迫调整流程,甚至进一步寻求能够替代劳动短缺的自动化方案。


无论是在消费品线下营运的一部分,零售业配送中心、电子商务物流站或包裹分拣设施等,机器人自动化都提供了广泛的功能,特别是在产品处理与分拣流程上,将重塑物流业的作业环境。像是透过配备高速视觉系统来识别QR-code,让机器人在物品取放的流程上利用更大的荷重能力,快速且准确完成取放或堆栈作业。


当仓储往往容纳数种产品,需要合并订单时,就可以透过移动机器人在仓内来回穿梭、运输,并透过检索系统的编码与数据资料,快速识别匹配的项目。而在物流行业通常最耗人力的包裹分拣作业,机器人则可以结合视觉系统,自动辨识包括大小、位置,甚至从杂乱的堆放环境中随机取放(Bin packing)整顿后,再置入正确的下游分拣区中。


惟此对于台湾劳力密集型的物流中心来说,发展全自动化仓储仍有一定难度,传统物流业者对于物流仓储的投资,大多以增加仓储存积容量为目的,反而忽略对整体作业效率进行改善,贸然斥资采购的高科技自动化设备,还可能影响正常程序而事倍功半。


毕竟在台湾不像美国有广大的腹地,可以如Amazon引进大量机动性较高、更符合电商特性AGV在仓库里面移动,只能因地制宜将货架往上盖,从而特别设计为高密度高楼层,以充分利用垂直空间;并搭配穿梭式自动仓储(Shuttle Rack System,SRS)与启发式演算法,评估到目标节点成本最小的路径。


但后者其实比较适合每个栈板或料盒依序轮流出货的B2B模式应用,相对不适用于随时都会有订单进来,且大多是零散商品的B2C电商,难以展现出符合投资报酬率的高效率,环境条件还须要有足够长的货架,以免让穿梭车(Shuttle)穿梭车都还没开始加速,就要减速了。因此要在B2C电商物流中心导入SRS,其实非常考验系统规划商的功力,否则不仅无法发挥SRS速度上的特性,还可能造成输送带大塞车,拖慢出货进度,背后的管理系统亦是关键。


进而聚焦于如何优化人力作业「以物就人」,让物品藉由自动化分拣系统、AGV等设计,更顺畅地来到人的身旁,方便其进行拣货或配送作业;或是透过VR/AR创新科技,更方便人员解放双手,快速进行核对作业等。藉由降低人的移动,来达到更快速的作业效率,而如何强化物与人的连结,或许会是未来相关自动化物流设备业者可待挖掘的市场商机。


例如2019年Yahoo!奇摩便正式启用与工研院、汉铼科技、新竹物流等台湾MIT在地团队,携手打造台湾首座导入AI高密度动态储拣决策技术,与拥有台湾电商业界最高储量SRS的「AI立体式自动化智慧仓储系统」,夺得2021年爱迪生奖(Edison Awards)金奖殊荣。


汉铼科技公司(iAmech)总经理特助甘欣宜表示,该公司目前提供多样化自动仓储、高效分拣系统、配送无人化等,囊括储、拣、搬、运、智等5大整厂自动化服务解决方案,与通路伙伴共同打造新世代智慧物流产业链。


针对不同产线、仓储作业区域提供的AGV系统,可概分为:泛用型,包括在传统仓储使用最常见的举升式、移载式机种搬运栈板,以及针对料盒用的堆高机、升降取臂式机种。在半导体业则可使用协作型机种,搭配机器人、电子料架搬运晶圆盒;或者单轨式高空搬运车(OHT),对应夹爪/推取/勾取式等不同夹取方式或夹治具搬运物品。得以最短运行路径及最小空间需求,实现最佳任务调度,广泛用于物料搬运、货品移载、堆高、旋转等各种场域,以实现长时间不间断运作,协助处理大量且重复性极高的劳动作业。


在该物流中心所导入的穿梭式自动仓储(Shuttle Rack)系统,便针对拣货设计最短、最优排程,达到80%「以物就人」运作,缩短订单出货时间。以高速穿梭车将存放单一品项的料盒快速取出,并通过跨楼层物流输送带送往拣货区;再由电子辅助拣货系统(CAPS)导引拣货人员挑出订单商品,实现最佳化拣货路线效能,出仓时间大幅减少60%;毋须太多训练就能快速上手,让Yahoo!奇摩在同样订单量下,至少可减少50%人力需求。


同时藉由导入AI技术,结合消费者资讯、季节、节庆、区域等,在上位资讯系统与现场仓储作业连动下,不但可按照数据分析配送物件大小、需求预测和进出货时间点,根据热销商品或季节性消费需求变化,事先安排最适当的储位空间,先行调度热门商品入库。另将常见的商品组合放置在相近地点,以因应旺季时热卖商品能快速出货,或是配合订单结构调配相应的人力或包材需求等,才能让业者有备无患,进而提升整体作业效率。


工研院表示:「这座仓储中心就像超大型自动产线,精简过往必须透过人力操作为主的搬运模式,让以物就人程度达到80%,但商品出库时间却大幅减少60%,克服当前急需解决的劳力问题和出货效率,皆获得突破性的改善。」


放眼未来,待高速低延迟的5G技术引进物流之后,也将掀起新一波科技革命。只要输入指令,运输机器人就能从上百万件物品中拣选出订单上的配额单位数量,可让智慧仓储每批拣货、包装,到分货、出货流程全部自动化管理。甚至利用5G无人机来巡检巨大仓储,或借此全程精密控温,保证物品在冷链运送当中,都能在设定的温度下顺利送达。



图3 : 台湾将货架特别设计为高密度高楼层,以充分利用垂直空间;并搭配穿梭式自动仓储,评估成本最小的路径。(source:shelvingshopgroup.co.nz)
图3 : 台湾将货架特别设计为高密度高楼层,以充分利用垂直空间;并搭配穿梭式自动仓储,评估成本最小的路径。(source:shelvingshopgroup.co.nz)

工研院物流自驾车 梦想成真

此外,过去向来被认为运输机器人的最后一哩路,就能衔接自驾物流车发展的理想,也在2020年疫情爆发期间,因为零接触需求推动下而加速前进,自驾车摇身一变成为物流配送、环境清洁及消毒利器,同时解决这段时间卡车驾驶面临短缺与工时过长问题,不少业者纷纷加大投资力道。


在台湾则由工研院今年宣布与新竹市政府、新竹物流合作,打造全台湾首辆物流自驾车直接在城市开放性真实人车混合道路实证运行的案例。与新竹物流同属仰德集团内的士林电机,也跟上电动加自驾的物流平台趋势,与中华汽车展开一系列商用电动车技术合作。


将由士林电机发挥自身马达研发设计的核心能力、从工研院技转大功率马达驱动技术,整合成同轴一体式新型130KW大功率商用物流车驱动电机,现已进入验证阶段,可望获得海内外商用及大型物流整车厂采用。同时借此布局更广大的绿能产业,士林电机现也投入储能营运,已是台湾最大EPC系统整合商,不单投资充电桩新创公司起而行绿能,还负责代工,并共同抢攻车厂、房屋、卖场及停车场充电桩营运市场。


另一家台湾马达龙头东元电机,则在近期针对食品业者最需要的产品运送发表自主研发的电动车动力系统模组解决方案,可应用于电动大卡车和3.5吨的电动物流货车,既能深植台湾电动车供应链,也希望推广绿色运输的理念,从食品制造业者的源头开始,在各种运输过程中都能够减少碳足迹,达到节能减排目标。



图4 : 过去向来被认为运输机器人的最後一哩路,就能衔接自驾物流车发展的理想,也在2020年疫情爆发期间,因为零接触需求推动下而加速前进。(source:eseller365.com)
图4 : 过去向来被认为运输机器人的最後一哩路,就能衔接自驾物流车发展的理想,也在2020年疫情爆发期间,因为零接触需求推动下而加速前进。(source:eseller365.com)

总结

回顾2009年最早由阿里巴巴旗下的淘宝商城起步(即后来改名的「天猫」)推动的双11购物狂欢节至今已迈入第13年,不仅年年刷新破千亿的交易金额记录,每年狂欢晚会也成为国际市场的瞩目焦点,吸引台湾电商跟进行销。


但到了今年,过往电商平台都会在凌晨不断报喜刷新的破纪录交易金额,气氛却显得格外「冷静」,不仅刻意回避高峰期的交易捷报,各平台也相继取消了凌晨优惠开跑的「熬夜销售」策略。取而代之的,是在「双碳」目标下刮起了一股绿色消费风潮,有别于过去不断增长的成交额背后,制造海量商品,消耗了大量的资源;商品流通过程中,因为过度包装带给环境带来巨大压力;不少人在消费冲动中购入许多本不需要的物件,造成浪费。


今年双11正从一场消费大狂欢变为减碳试验场,各平台同时透过数位化技术改变物流系统的各个环节,从越来越小的快递单、导入装箱演算法减量化包装;以可降解循环包材和原箱包装发货、无胶带拉链箱快递;到建构新能源运输车队和太阳能发电的智慧物流中心等,一条绿色物流全产业链的雏形正逐渐清晰。


台湾也应考虑透过自主移动机器人技术、5G无线通讯产业的经济效益和可持续发展优势,支援发展人和万物的互联,可望提高效率,降低能耗,亦有可能实现绿色就业机会。已有物流业者正提出「逆物流」观念,盼协助解决现今零售业如何降低退货成本;并将电动车与仓储系统介面标准化结合,以提高调派周转效率及搬运效能,最后甚至减少跨仓移动,物流车不必出门就能实现减碳效益,值得运输机器人开发与系统整合商跟进。


**刊头照(source:guide.directindustry.com)


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