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運輸機器人致力貨暢其流
調度派遣讓物盡其用
[作者 陳念舜]   2021年11月29日 星期一 瀏覽人次: [5856]

由於現代物流產業牽涉的流程專業且複雜,無論是製造業生產管理相關的物料管理,為了迎合彈性生產需求及包裝自動化應用;或與民生消費相關的實體零售或電商產業,造就龐大包裹數量等,都導致運輸機器人也開始整合物流分揀系統及運送大幅成長,取代了大量人力,實現貨暢其流的目標,甚至可望推動讓5G、AI物盡其用。


即使2020年迄今的跨國商務活動仍因為COVID-19疫情受阻,但全球商品貿易量卻不減反增;加上各國政府為了加強防疫措施,限縮港口人力以遏止病毒擴散,導致港口與物流的效率從2020年下半以來大幅降低,讓許多貨櫃隨上百艘船隻滯留壅塞在美西港口,甚至一路蔓延到內陸運輸,導致航運供應鏈陷入瓶頸,時近歐美耶誕假期的採買旺季更是雪上加霜。


影響甚至波及遠在太平洋彼岸的中國大陸浙江小鎮義烏,也是現今全世界耶誕節飾品製造中心。原本以為今年將迎來景氣回升的旺季,零售業者紛紛提前下單,孰料上中游製造業者卻面臨多重因素夾擊,包括原物料短缺且成本、運費飆漲,最終難免將成本轉嫁給消費者,進一步抬升價格,導致通膨隱憂居高不下,估計直到2022年農曆新年前都難以緩解。


目前各國除了已在製造及服務業物流體系之外,建構數位化平台來有效掌控其原物料、運輸價格及交期等資訊透明化。製造業更勢必要特別加強物流風險的評估與管控,或透過數位科技強化市場應變能力,才能在進入內部物流體系之後,結合人工智慧(AI)分揀貨、自動化倉儲系統管理;進而搭配AGV/AGF、AMR等運輸機器人及調派系統規劃動線,以提高設備稼動率和生產力,甚至銜接物流車隊對外運輸,協助打造未來自駕車應用場域。



圖1 : 各國政府為了加強防疫措施,導致港口與物流的效率從2020年下半以來大幅降低,甚至一路蔓延到內陸運輸,導致航運供應鏈陷入瓶頸。(source:ondosense.com)
圖1 : 各國政府為了加強防疫措施,導致港口與物流的效率從2020年下半以來大幅降低,甚至一路蔓延到內陸運輸,導致航運供應鏈陷入瓶頸。(source:ondosense.com)

疫情驅動物流自動化 推進運輸機器人產業成長

巧合的是,現今物流自動化所需的運輸機器人雖然從傳統製造業起步,但真正帶動其擴大應用加值的,還是在2003年SARS(非典型肺炎)肆虐期間,催生大量電子商務需求,而由馬雲創立的阿里巴巴B2B平台孕育出了以B2C業務為主的淘寶網,再隨著智慧行動上網裝置普及,推動其他網路購物平台蓬勃發展,如今物流業服務的客戶也隨之從傳統零售業,移轉至電子商務。


因此造成勞力密集型的物流倉儲中心工作量暴增,需要分揀處理越來越大量且多樣的商品,作業人員從訂單管理、商品進/出貨、理/揀貨到包裝出貨的每個環節都必須嚴密控管時間,卻又深陷勞動力捉襟見肘的危機。此都有賴於引進各種類型的機器人升級自動化來彌補,還能提供更良好的勞動環境與分揀效率,都是影響物流競爭力的關鍵核心技術。


包括亞馬遜(Amazon)在2012年買下Kiva Robotics成立Amazon Robotics後,即投入了倉庫機器人的生產,如今在亞馬遜倉庫共部署超過35萬台機器人,透過驅動單元搬運棧板,協助人類員工完成揀貨、分類、存放、運輸等作業。


另依國際機器人聯合會(IFR)估計全球物流AMR銷售額在2020~2023年間成長率將達到31%,且受惠於光達(LiDAR)感測器、機器視覺技術和人工智慧(AI)演算法越來越準確,使得自主移動(AMR)或物流服務型機器人能更輕鬆在各種室內/外環境間無縫接軌導航,未來勢將補足物流最後一哩路。



圖2 : 2003年SARS肆虐期間,催生大量電子商務需求,因此造成物流倉儲中心工作量暴增,又深陷勞動力捉襟見肘的危機,此都有賴於引進各類型機器人升級自動化來彌補。(source:bostonglobe-prod.cdn.arcpublishing.com)
圖2 : 2003年SARS肆虐期間,催生大量電子商務需求,因此造成物流倉儲中心工作量暴增,又深陷勞動力捉襟見肘的危機,此都有賴於引進各類型機器人升級自動化來彌補。(source:bostonglobe-prod.cdn.arcpublishing.com)

順應後疫時期宅經濟發酵 因人因地制宜實現智慧化

直到這兩年來COVID-19疫情席捲全球,宅經濟效應發威,線上購物已儼然成為後疫生活新常態,在物流業者被要求隔日、當日配達的情境之下,在台灣今年宣佈三級警戒期間常溫貨量增加超過2成、低溫貨量更成長逾5成以上,造成冷鏈物流系統消化不及,黑貓宅急便與新竹物流陸續宣布暫停受理低溫包裹。


顯見未來包括人員理/揀貨到物流、送貨速度都考驗業者行動力與服務力,讓「物流」成為後疫時代電商戰的決勝點,並開始加強對於機器人及自動化智慧製造方案的投資力道,預估2023年成長率可望達到12.6%年,取放機器人更帶來98.7%的強勁成長。


機器人四大家族之一的ABB在近期發表的白皮書更指出,當疫情從2020年初開始爆發初期,暴增的電子商務以及個人家戶運輸需求,都迫使物流及運輸企業必須在短時間內,以滿足各類型商品及物資大幅提升的物流及運輸需求;同時面臨因隔離需求造成的勞動力短缺,促使企業只能被迫調整流程,甚至進一步尋求能夠替代勞動短缺的自動化方案。


無論是在消費品線下營運的一部分,零售業配送中心、電子商務物流站或包裹分揀設施等,機器人自動化都提供了廣泛的功能,特別是在產品處理與分揀流程上,將重塑物流業的作業環境。像是透過配備高速視覺系統來識別QR-code,讓機器人在物品取放的流程上利用更大的荷重能力,快速且準確完成取放或堆棧作業。


當倉儲往往容納數種產品,需要合併訂單時,就可以透過移動機器人在倉內來回穿梭、運輸,並透過檢索系統的編碼與數據資料,快速識別匹配的項目。而在物流行業通常最耗人力的包裹分揀作業,機器人則可以結合視覺系統,自動辨識包括大小、位置,甚至從雜亂的堆放環境中隨機取放(Bin packing)整頓後,再置入正確的下游分揀區中。


惟此對於台灣勞力密集型的物流中心來說,發展全自動化倉儲仍有一定難度,傳統物流業者對於物流倉儲的投資,大多以增加倉儲存積容量為目的,反而忽略對整體作業效率進行改善,貿然斥資採購的高科技自動化設備,還可能影響正常程序而事倍功半。


畢竟在台灣不像美國有廣大的腹地,可以如Amazon引進大量機動性較高、更符合電商特性AGV在倉庫裡面移動,只能因地制宜將貨架往上蓋,從而特別設計為高密度高樓層,以充分利用垂直空間;並搭配穿梭式自動倉儲(Shuttle Rack System,SRS)與啟發式演算法,評估到目標節點成本最小的路徑。


但後者其實比較適合每個棧板或料盒依序輪流出貨的B2B模式應用,相對不適用於隨時都會有訂單進來,且大多是零散商品的B2C電商,難以展現出符合投資報酬率的高效率,環境條件還須要有足夠長的貨架,以免讓穿梭車(Shuttle)穿梭車都還沒開始加速,就要減速了。因此要在B2C電商物流中心導入SRS,其實非常考驗系統規劃商的功力,否則不僅無法發揮SRS速度上的特性,還可能造成輸送帶大塞車,拖慢出貨進度,背後的管理系統亦是關鍵。


進而聚焦於如何優化人力作業「以物就人」,讓物品藉由自動化分揀系統、AGV等設計,更順暢地來到人的身旁,方便其進行揀貨或配送作業;或是透過VR/AR創新科技,更方便人員解放雙手,快速進行核對作業等。藉由降低人的移動,來達到更快速的作業效率,而如何強化物與人的連結,或許會是未來相關自動化物流設備業者可待挖掘的市場商機。


例如2019年Yahoo!奇摩便正式啟用與工研院、漢錸科技、新竹物流等台灣MIT在地團隊,攜手打造台灣首座導入AI高密度動態儲揀決策技術,與擁有台灣電商業界最高儲量SRS的「AI立體式自動化智慧倉儲系統」,奪得2021年愛迪生獎(Edison Awards)金獎殊榮。


漢錸科技公司(iAmech)總經理特助甘欣宜表示,該公司目前提供多樣化自動倉儲、高效分揀系統、配送無人化等,囊括儲、揀、搬、運、智等5大整廠自動化服務解決方案,與通路夥伴共同打造新世代智慧物流產業鏈。


針對不同產線、倉儲作業區域提供的AGV系統,可概分為:泛用型,包括在傳統倉儲使用最常見的舉升式、移載式機種搬運棧板,以及針對料盒用的堆高機、升降取臂式機種。在半導體業則可使用協作型機種,搭配機器人、電子料架搬運晶圓盒;或者單軌式高空搬運車(OHT),對應夾爪/推取/勾取式等不同夾取方式或夾治具搬運物品。得以最短運行路徑及最小空間需求,實現最佳任務調度,廣泛用於物料搬運、貨品移載、堆高、旋轉等各種場域,以實現長時間不間斷運作,協助處理大量且重複性極高的勞動作業。


在該物流中心所導入的穿梭式自動倉儲(Shuttle Rack)系統,便針對揀貨設計最短、最優排程,達到80%「以物就人」運作,縮短訂單出貨時間。以高速穿梭車將存放單一品項的料盒快速取出,並通過跨樓層物流輸送帶送往揀貨區;再由電子輔助揀貨系統(CAPS)導引揀貨人員挑出訂單商品,實現最佳化揀貨路線效能,出倉時間大幅減少60%;毋須太多訓練就能快速上手,讓Yahoo!奇摩在同樣訂單量下,至少可減少50%人力需求。


同時藉由導入AI技術,結合消費者資訊、季節、節慶、區域等,在上位資訊系統與現場倉儲作業連動下,不但可按照數據分析配送物件大小、需求預測和進出貨時間點,根據熱銷商品或季節性消費需求變化,事先安排最適當的儲位空間,先行調度熱門商品入庫。另將常見的商品組合放置在相近地點,以因應旺季時熱賣商品能快速出貨,或是配合訂單結構調配相應的人力或包材需求等,才能讓業者有備無患,進而提升整體作業效率。


工研院表示:「這座倉儲中心就像超大型自動產線,精簡過往必須透過人力操作為主的搬運模式,讓以物就人程度達到80%,但商品出庫時間卻大幅減少60%,克服當前急需解決的勞力問題和出貨效率,皆獲得突破性的改善。」


放眼未來,待高速低延遲的5G技術引進物流之後,也將掀起新一波科技革命。只要輸入指令,運輸機器人就能從上百萬件物品中揀選出訂單上的配額單位數量,可讓智慧倉儲每批揀貨、包裝,到分貨、出貨流程全部自動化管理。甚至利用5G無人機來巡檢巨大倉儲,或藉此全程精密控溫,保證物品在冷鏈運送當中,都能在設定的溫度下順利送達。



圖3 : 台灣將貨架特別設計為高密度高樓層,以充分利用垂直空間;並搭配穿梭式自動倉儲,評估成本最小的路徑。(source:shelvingshopgroup.co.nz)
圖3 : 台灣將貨架特別設計為高密度高樓層,以充分利用垂直空間;並搭配穿梭式自動倉儲,評估成本最小的路徑。(source:shelvingshopgroup.co.nz)

工研院物流自駕車 夢想成真

此外,過去向來被認為運輸機器人的最後一哩路,就能銜接自駕物流車發展的理想,也在2020年疫情爆發期間,因為零接觸需求推動下而加速前進,自駕車搖身一變成為物流配送、環境清潔及消毒利器,同時解決這段時間卡車駕駛面臨短缺與工時過長問題,不少業者紛紛加大投資力道。


在台灣則由工研院今年宣佈與新竹市政府、新竹物流合作,打造全台灣首輛物流自駕車直接在城市開放性真實人車混合道路實證運行的案例。與新竹物流同屬仰德集團內的士林電機,也跟上電動加自駕的物流平台趨勢,與中華汽車展開一系列商用電動車技術合作。


將由士林電機發揮自身馬達研發設計的核心能力、從工研院技轉大功率馬達驅動技術,整合成同軸一體式新型130KW大功率商用物流車驅動電機,現已進入驗證階段,可望獲得海內外商用及大型物流整車廠採用。同時藉此布局更廣大的綠能產業,士林電機現也投入儲能營運,已是台灣最大EPC系統整合商,不單投資充電樁新創公司起而行綠能,還負責代工,並共同搶攻車廠、房屋、賣場及停車場充電樁營運市場。


另一家台灣馬達龍頭東元電機,則在近期針對食品業者最需要的產品運送發表自主研發的電動車動力系統模組解決方案,可應用於電動大卡車和3.5噸的電動物流貨車,既能深植台灣電動車供應鏈,也希望推廣綠色運輸的理念,從食品製造業者的源頭開始,在各種運輸過程中都能夠減少碳足跡,達到節能減排目標。



圖4 : 過去向來被認為運輸機器人的最後一哩路,就能銜接自駕物流車發展的理想,也在2020年疫情爆發期間,因為零接觸需求推動下而加速前進。(source:eseller365.com)
圖4 : 過去向來被認為運輸機器人的最後一哩路,就能銜接自駕物流車發展的理想,也在2020年疫情爆發期間,因為零接觸需求推動下而加速前進。(source:eseller365.com)

總結

回顧2009年最早由阿里巴巴旗下的淘寶商城起步(即後來改名的「天貓」)推動的雙11購物狂歡節至今已邁入第13年,不僅年年刷新破千億的交易金額記錄,每年狂歡晚會也成為國際市場的矚目焦點,吸引台灣電商跟進行銷。


但到了今年,過往電商平台都會在凌晨不斷報喜刷新的破紀錄交易金額,氣氛卻顯得格外「冷靜」,不僅刻意迴避高峰期的交易捷報,各平台也相繼取消了凌晨優惠開跑的「熬夜銷售」策略。取而代之的,是在「雙碳」目標下刮起了一股綠色消費風潮,有別於過去不斷增長的成交額背後,製造海量商品,消耗了大量的資源;商品流通過程中,因為過度包裝帶給環境帶來巨大壓力;不少人在消費衝動中購入許多本不需要的物件,造成浪費。


今年雙11正從一場消費大狂歡變為減碳試驗場,各平台同時透過數位化技術改變物流系統的各個環節,從越來越小的快遞單、導入裝箱演算法減量化包裝;以可降解循環包材和原箱包裝發貨、無膠帶拉鍊箱快遞;到建構新能源運輸車隊和太陽能發電的智慧物流中心等,一條綠色物流全產業鏈的雛形正逐漸清晰。


台灣也應考慮透過自主移動機器人技術、5G無線通訊產業的經濟效益和可持續發展優勢,支援發展人和萬物的互聯,可望提高效率,降低能耗,亦有可能實現綠色就業機會。已有物流業者正提出「逆物流」觀念,盼協助解決現今零售業如何降低退貨成本;並將電動車與倉儲系統介面標準化結合,以提高調派周轉效率及搬運效能,最後甚至減少跨倉移動,物流車不必出門就能實現減碳效益,值得運輸機器人開發與系統整合商跟進。


**刊頭照(source:guide.directindustry.com)


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