【焦点报道】解决劳动力匮乏问题,作业机器人实现去人力化

宜丽客 ( 株 ) 公司(下文简称:宜丽客<株>)是一个将总部设立在大阪市的专营电脑周边设备、智能电话、平板电脑相关联系列产品的大型制造厂商。在鼠标、USB 优盘存储器、智能手机盒等多个产品领域占据首位市场份额。最近该公司作为高音质耳机 、耳麦的制造商而备受关注,同时也涉足运动量统计器和助听器等健康护理领域(1)。
为应对近几年劳动力匮乏危机,决议采用机器人自动化作业

宜丽客(株)的产品阵容丰富涉及大约13000个经营项目。大多数产品在中国的工厂生产,由东西两个物流中心向日本全国各个城市进行发货。1天的发货数量,东西两个物流中心加起来达到约30万件。以前都是由位于东京台场的东京物流中心1个地点进行发货的,但是随着事业发展,领域增多,物流作业量也随之不断增加起来,为了应对这一问题宜丽客(株)在2006年建立了大阪物流中心(大阪市),目的是增强发货能力。

不过这一形势的改变是在2011年东日本大地震灾害时,虽然东京物流中心没有受到重创,但是御台场位于沿岸地带,由于担心可能会受到海啸和高潮的侵害,连接御台场和主要的干线道路的交通网抗灾能力弱,在发生灾害时会成为孤岛,影响到向东日本发货的风险会变得显而易见。

作为BCP策略,宜丽客(株)决定将物流据点迁移到内陆地区,2014年新建立了神奈川物流中心。展望未来事业的腾飞发展,宜丽客(株)在物流之都相模原(神奈川县相模原市)建立了建筑面积约16500平方米的物流基地(2)。2016年3月通过吸收和整合东京物流中心,形成了神奈川、大阪两大据点的物流框架。物流部部长町一浩先生告诉本刊记者:“公司的产品更新换代很快,3年就会全部大变样。如果完全绝对地依赖于自动化,发生变化时就会出现无法应对的局面,我们考虑在不断物流自动化的同时也要灵活掌握人力的运用。”

然而在神奈川中心开设后不久就出现了劳动力匮乏的问题。尤其在每年的12月,3月是劳动力匮乏最为显著时期。“即使短期用工我们也未能召集成功,我感到这样下去连发货都成为问题了。”町先生这样诉说着当时的危机感。鉴于这样的状况的发生,宜丽客(株)对方针做了一次大的调整,积极推进自动化作业,在进行各种各样的多次讨论之后,将活用机器人作为方向性固定了下来。设置可以代替人力的机器人,针对现有的物流装备没有进行大规模改变的基础上,判断将继续推进自动化作业,在拜访了很多的机器人制造商等一系列措施、调查探讨了最新的机器人技术后,宜丽客(株)决定在小件分拣机投入口导入机器人作业。

精度目标抓取时间为3秒的速度

在该物流中心,保管了进库的商品后(3),向拣选区域依次进行补货,在这里宜丽客(株)实行批次总量拣选作业。拣选区域分为2个,出货频率较高的A等级产品从流利架中拣选出来后,直接送到两侧的输送机中(4)。B、C等级产品是在固定货架之间推着手推车进行拣选,是比较传统的操作风格(5)。

装有挑选后商品的周转箱会临时进入自动仓库保管(6),如果备齐一个批次的量的话就会依次发货。在此之后借助劳动力向输送线投入商品(7),通过商品分拣机按照收货地进行分类、包装(8)、打包和出货。

图片(9)代表商品马上要进入分拣机的一部分,通过条形码读码器的状态。进行分拣的商品在周转箱中缓缓驶过其下部,向打包区域运输。导入机器人的部分是图片(7)的人手操作部分。2015年4月,设置了2台由 (株)安川电机制造出产的摇臂式机器人与迈可罗图像检测公司出品的照相机相组合的机器人系统(10)(11)。首先装有挑选后商品的周转箱被输送到机器人的跟前,然后机器人利用摇臂前端部分的真空吸盘(12)将商品举起,然后将其转移到与商品分拣机相连接的输送机器上。

最终选定摇臂式机器人,其关键在于这是利用照相机对摇臂举起的目标进行识别处理的系统,因为摇臂其构造本身没有很大的功能差异,另一方面照相机识别根据厂家的不同从而会有各种各样方式和功能差异。

利用照相机进行目标物识别,一般采用型号配对这样的方式判断是否与登录的形状相一致,机器人是以匹配成功的登录信息为依据来判断举起商品的重心坐标等条件。

“然而对于本次导入,宜丽客(株)所追求的是不依据形状匹配的机器人。”町先生说道,“商品由于频繁发生变化,因此大前提是不进行数据库登录,因为我曾经有过在参观机器人导入现场时, 由于登录作业着实成为了管理员的负担,最后造成不采用机器人的经验。”

町先生说:“能够满足我们公司要求的是安川电机与迈可罗图像检测公司两家公司。通过利用两家公司的标签,轻松解决了在不采用形状匹配基础上达到识别商品的技术性课题。”

开发时比较耗费精力的是速度与精度的平衡方面。如果提高摇臂的操作速度,那么就会出现无法举起商品这样的精度问题。如果一味提高举起的精度,速度就会变得缓慢。

为了调查解决摇臂前端的吸盘的大小与吸引力的状况, 宜丽客(株)反复进行了测验。

然而在测试当初,仅仅凭借3维照相机的立体辨识功能,很难应对像智能手机保护膜一样的平薄商品(13),存在着需要解决的问题。在这一问题上,宜丽客(株)追加二维照相机辨识颜色和形状等从而解决了问题。2个照相机的组合可以扩大可抓举商品的范围,同时也可以大幅度提高抓举的精度。

在反复进行测验的过程中,宜丽客(株)设定的目标为抓取时间(从将商品从周转箱中取出→转移到输送机上→到返回到最初的位置所需要的时间)不到3 秒。町先生心存“确实需要很高的门槛”这一认识,然而从投资对效果所得到的速度来看,保障这一抓取时间就非常必要。

一个解决方案是“如果错过抓取可以再来一次考量。”由于摇臂式机器人很多都在生产现场使用,设计思想方面一定要以不错过抓取部件为前提。因此本次开放方案中,宜丽客(株)改变为举起同一个商品可以多次纠错的理念,同时仍然重视速度的提高。

代替3~4人工却止步10% 的机器人战略

如今,试算一下通过导入机器人达到节省3~4人劳动力的去人力成果,然而这一成果却存在着很大的提升空间。机器人所能够操作的商品仅仅只是13000个项目的 30%,按照发货量的整体来算所占据的比例只不过是10%而已。

妨碍机器人操作的一个制约因素是其有限的抓举能力。由于采用吸盘进行抓举,所以像鼠标包装一样采用曲面的商品形状并不稳定。还有网线的发货比较多,由于基本都放在塑料袋中,所以吸盘很难抓取(14)。如果能够提高吸引力,问题可能会解决,但也可能会出现一次误将2件抓取的缺点。

另外,商品的尺寸也是制约因素之一。例如USB优盘存储器在打开了包装后仍然感觉尺寸很小(15),如果比这个尺寸还小的话照相机将无法识别,同时如果体积太大还会出现无法抓举的问题。町先生向本刊记者介绍了尺寸的界限,即最大为PC专用内置硬盘驱动(16)的大小,他希望抓举商品的摇臂能够大致把握到那种比例感,从规格来说重量可以承受最多5公斤。

从这一情况出发,现在由机器人处理的商品和人工处理的商品分别进行拣选操作。在物流中心区域内,蓝色的周转箱是机器人专用、黄色的周转箱是人工专用。分拣机是通过读取商品条形码,按照不同的收货地进行区分货物的,所以在投入到传送带时,需要将条形编码的记录面朝上放置着。人工操作可以通过一边查看一边投入,但是,此次引进的机器人并不具备随机应变的翻转功能,所以在拣选货物的同时,要将条形码保持朝上并放入到周转箱中。为了确保机器人能够举起商品,宜丽客(株)明令要求拣选操作人员必须整齐摆放商品。

町先生展望未来,提出今后的改良方向:“希望可以增加抓举品种数量、商品的数量。”

照相机无法识别尺寸小的商品这一问题,可以通过将安装在机器人围墙顶棚部(17)的照相机来解决。同时如果可以根据商品的大小、重量自动切换顶端部分的吸盘,可抓举的商品数量会有很大程度得增加。

考虑到抓举照相机的专用存储器非常小等方面的问题,宜丽客(株)将包装做大供机器人专用。然而考虑到从作为店面广告设计的重要性因素出发,在被限定空间的大卖场,要达到展览大量商品的话,物流方面的各项事宜就难以做到优先考虑。

最后,町先生讲到:“机器人进入物流世界只是最近兴起的,并比不上工厂方面的机器人技术那样得成熟,暂时不会考虑到动用到物流领域就会结束这样的问题,还是要继续研究和改善它们。”只要有了如此强大的探索精神指引,相信在物流现场中活用机器人,前途一定会是大片光明。

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