混场调度技术为柔性搬运带来的新机遇和挑战

在本⽂我们提出了⼀个新的概念——“柔性极限”:通过增加AGV/AMR所能达到的产能最⼤值或最⾼性价⽐。本次我们将基于柔性极限的概念,分享⼀下壹悟科技在AGV/AMR的混场调度上的思考。

深⼊浅出柔性搬运

从⼀维到⼆维:当AGV开始⾏⾛

在仓库或者⼯⼚,AGV/AMR正在代替⼈类完成⼤量搬运⼯作。基于AGV可以在平⾯内和楼层间灵活移动的天然优势,看似难以解决、或者只能靠⼈⼯实现的传统流程变得可以低成本实现。

通过AGV/AMR,我们可以编排链式、环线、或点到点等各式各样的任务,从⽽实现了⼆维空间内的流程⾃由。

随着业务量的增长,柔性搬运的优势体现逐渐体现:运⼒不⾜时可以动态的调整AGV数量。这时⼀个问题便随之而来:AGV/AMR最⼤可以增加到多少?柔性的极限是多⼤?

制约柔性极限的因素其实有很多,如地图布局、场地⾯积、充电桩数量、AGV基础属性等,都会导致当AGV/AMR数量增加到某个值后,产能不增反降——经常性的拥堵、死锁、以及充电桩受制于场地无法扩增、总功率过高导致跳闸等问题。

壹悟的探索

为了解决这个问题,壹悟研发了两套系统:

1)AGV/AMR仿真系统——可以配置真实AGV的物理参数进⾏⾏为模拟,包括导航⽅式,⼏何参数和运动参数等;

2)流程仿真——基于真实地图和业务流程编排,和壹悟调度系统(RCS)进⾏1:1运⾏,探索是否可以突破柔性极限。

这个尝试的⾃信来源于底层RCS调度系统的算法效率和仿真真实度。从⼤约2年前开始,壹悟开始逐步对外提供商业化业务仿真咨询服务,并得到了越来越多客户的认同。

从⼆维到三维

打破次元壁的封锁

当⼈们不再仅满⾜于AGV/AMR带来的搬运便利,⽽将提⾼存储效率的责任也赋予AGV/AMR时,AGV/AMR开始从⼆维平⾯慢慢向上拓展到了三维空间:⼀个更⼴阔、充满想象⼒等世界随之⽽打开:

■ ⾼位空间的货架可以是能放置托盘的⼤货架,也可以是放置普通料箱的密集货架,也可以是不等间距的货架;

■ 存放的对象可以是料箱、托盘、原箱等形式不⼀的容器,也可以不同层放置不同的容器;

■ 搬运的⼯具可以是叉车、料箱车、或者是潜伏AGV/AMR等。

显然,AGV/AMR的更⾼与更快不可兼得。但是如果将更⾼的AGV/AMR专注于垂直搬运,将更快的AGV/AMR专注于平⾯搬运,那么⽆论从效率还是成本来看,都是最佳组合。

很快,类似叉车+潜伏AGV的⽅案开始出现并迅速到达了第⼀个柔性极限:由于叉车和潜伏AGV在不同的区域运⾏,空间的浪费导致存储效率下降,同时由于需要接驳货物,AGV需要将货物搬运到区域的联结点,进⼀步增加了叉车的横向移动距离。

看似“东风不与周郎便”,实际上这些问题都可以规约到混场调度。如果不同的AGV可以在同⼀个区域作业,那么场地空间便可以节约下来,接驳点也可以更灵活的设置。久而久之,⾏业发展出了不同的混场调度等级:

■ 区域隔离级别:有个别点线需要统⼀管理。通过巧妙的地图设计,规避混场,视觉上可以达到混场效果。

■ 巷道锁闭级别:当⼀个AGV进⼊类似巷道空间后,将整个巷道进⾏封锁,退出后再将所有权转让给其它AGV。

■ 感知混场级别:在厘⽶级的范围内每个AGV都在系统中感知彼此的存在,将空间误差纳入计算后,只要两个AGV没有碰撞的可能,绝不做冗余动作。

壹悟的探索

壹悟的RCS调度系统实现了感知混场级别——基于AGV的实时位置,动态计算AGV的可⾏路径,最⼩化的减少⽆效⾛动。

为了让业务拥有更多的规划⾃由,我们的混场可以是不同导航⽅式(⼆维码,视觉,SLAM, 磁条)的AGV混场,也可以是不同功能的AGV/AMR(分拣AGV、潜伏式顶升AGV、⾃动导航叉车、料箱AGV,AMR), 从⽽争取释放柔性极限创造更多可能。

从三维到四维

藏在时空中的秘密

在三维化的解决⽅案中,空间利⽤率的上限显⽽易见,但是搬运的柔性极限在哪⾥?伴随着垂直搬运次数的增加,高存储率下搬运效率提升的需求也随之出现。

⾃动化叉车取货和放货的速度可以通过秒表计时,潜伏式AGV每秒的⾏⾛距离可以通过卷尺测量。既然都是定值,法门何处?

如果通过最优匹配每个AGV/AMR任务,预先调拨所需要的⾼位货物到平⾯,将平⾯暂时不⽤的货物搬运⾄⾼位,那就可以真正做到“业务感知”,即WCS层⾯的调度优化。通过⾼低位的提前置换,换来的是业务可感知效率的显著提⾼。

壹悟的探索

壹悟的WCS系统通过对出⼊库订单特征和当前库存分布进⾏智能分析,能够完成对仓库搬运性能的整体优化,尽量减少搬运次数,优化核⼼资源利⽤率。

在近⼏年,壹悟科技先后探索了基于分拣AGV+料箱AGV的料箱搬运组合模式、分拣AGV+料箱AGV+潜伏式AGV的料箱+托盘组合模式、⾃动叉车(forklift)+潜伏式AGV的托盘组合模式、纯潜伏式AGV的货架搬运模式等。

最后:

AGV/AMR调度的终点不在混场调度,站在混场调度的地平线,我们看到了更⼴阔的未来。下⼀次,让我们聊聊混场调度中的算法与技术。

文/栾瑞鹏

【Grayson的故事:在以家庭为中心的护理下,蹒跚学步的孩子一步步走到了终点】2017年,医生诊断McAlpine的男婴患有先天性横膈膜疝气(CDH),即横膈膜肌肉上的一个洞在#怀孕#期间未能闭合。其他器官,如肝脏、胃或肠子,可以通过这个洞进入胸部。当腹部的器官移入胸部时,这使肺部无法正常发育,并减少流向肺部的血液。像许多患有CDH的婴儿一样,Grayson宝宝出生后有75%的生存机会。 McAlpine夫妇被转到麻省总医院儿童医院的#胎儿#护理项目(MGHfC)。“在MGHfC,护理计划是根据每个病人和家庭的独特需要而定制的,以病人和家庭为中心,我们没有一个适用于所有病人的规定护理计划,因为他们都有不同的需求和期望。”MGHfC的胎儿护理计划和#新生儿##重症监护室#(NICU)的外科主任Cassandra Kelleher医生说。

2017年8月,Grayson出生后立即插管并被送往新生儿重症监护室。三天后,他接受了修复CDH的手术。最初,Grayson通过了手术,没有任何并发症或担忧。然后,他出现了肺动脉高压,他的心脏正在加班加点地工作以进行补偿。为了让他的小心脏和肺部得到休息,Grayson被置于体外膜氧合(ECMO)上,这是一种暂时替代心脏和肺部功能的生命支持。 Grayson在ECMO上停留了13天,在此期间他遇到了另一个障碍。他患上了乳糜胸,这是一种淋巴液在他的消化道中形成并聚集在他的胸部的情况,这是由于他难以消化#母乳#中的脂肪,这需要放置胸管和药物治疗。由于口腔喂养一直存在挑战,护理团队还在2019年11月9日放置了一个胃肠道喂养管,帮助Grayson进食。四天后,Grayson终于回到了家中。 "自从回家后,他就茁壮成长了," Ashley说。"我们非常感激看到他像其他孩子一样过着正常、快乐的生活"。点击原文 https://t.cn/A6SpqRIh

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【北溪管道再“断气” 气电飙涨下欧洲如何“自救”?】

北溪断供、冬季将至,欧洲的能源焦虑仍在蔓延。

伴随着“北溪-1”的停止供气,悬在欧洲头上的达摩克利斯之剑又近了几分。

据央视新闻,当地时间8月31日,俄罗斯天然气工业股份公司通过“北溪-1”管道向欧洲进行的天然气供应已暂停。此前,俄罗斯天然气工业股份公司宣布,“北溪-1”将自本月31日起停止供气3天。这意味着,这条俄罗斯向欧洲输送天然气的关键管道仅剩的20%输送量也被“掐断”。

在这场未见终点的能源博弈中,欧洲气电价格屡创新高。上周,“欧洲天然气风向标”荷兰TTF近月期货价格几度站上300欧元/兆瓦时的高位,是去年同期价格的十倍以上。传导效应之下,欧洲电价迅速翻倍,被视为“欧洲基准电价”的德国明年交付电力价格于本周一(29日)上涨至1000欧元/兆瓦时以上,为历史上首次。

面对如此境况,欧盟必须要有所应对。8月29日消息显示,欧盟各国能源部长将于9月9日召开紧急会议讨论能源问题,商讨如何应对天然气和电力价格飙升。随着消息传出,以及欧盟天然气储存成效明显,本周欧洲天然气与电力价格均有所下跌。截至发稿,荷兰TTF近月期货价格报272欧元/兆瓦时,德国明年交付的电力价格在600欧元/兆瓦时上方徘徊。

北溪管道再“断气”

北溪断供、冬季将至,欧洲的能源焦虑仍在蔓延。

8月31日,俄罗斯天然气工业股份公司通过“北溪-1”管道对欧洲的天然气供应已暂停。根据俄罗斯天然气工业股份公司此前的说法,由于仅剩的一台涡轮机需要检修,“北溪-1”将停运三天至9月2日。

这已是“北溪-1”第二次停止供应。7月中旬的时候,“北溪-1“因年度检修暂停供气十天,当时在检修完成后,俄方恢复了40%(检修前的运营水平)的天然气输送量,但随后受涡轮机运行问题影响,输送量被降至20%。

有市场分析称,交易商对俄气本次发布的维修声明感到特别紧张,担心检修期会延长乃至彻底停止运营。中国社科院世经政所国际大宗商品研究室主任王永中向21世纪经济报道记者表示:“从博弈的角度看,相信供应还是会恢复,因为这相当于俄方的最后一张牌,但预计之后的供应量会随着博弈的情况而发生变化,存在复供后又减少输送量的可能。”

值得注意的是,近月来,受能源供应削减以及高温干旱的影响,欧洲天然气价格持续飙涨。洲际交易所(ICE)数据显示,在上周的最后两个交易日(25-26日),荷兰TTF近月期货的收报价格均在300欧元/兆瓦时以上。高盛在上周的一份报告中指出:“在我们看来,欧洲天然气价格已经超过了基本面,受到供需问题以及市场流动性异常疲软的共同推动。”

令人担忧的是,欧洲天然气价格或许仍未见顶。8月28日,俄罗斯联邦国家安全委会会副主席梅德韦杰夫在社交媒体中将今年年底的天然气价格预期上调至5000欧元/千立方米(约485欧元/兆瓦时)。但在王永中看来,“梅德韦杰夫给出的价格预期并非基于严格的推算,更多的是一种警告”。

冬季即将来临,欧洲也迎来更大的能源考验。好消息在于,欧洲的储气计划成效突出。据欧洲天然气基础设施组织(GIE)数据,欧盟目前的天然气储存设施的填充水平已达80%,德国的填充水平达83.6%,德国经济部长罗伯特·哈贝克认为,德国将在9月提前实现10月的目标值——85%的储存率。

民德研究院院长、前中海油能源经济研究院首席研究员陈卫东向21世纪经济报道记者表示:“欧洲积极的‘节省和储气过冬’政策已经帮助其实现了较高的天然气储气库填满度,也因此,此次‘北溪-1号’供气清零不会对欧洲产生严重的影响。”

8月31日,受“断气”影响,荷兰TTF近月期货价格日内走势震荡,现报272欧元/兆瓦时。未来趋势而言,王永中认为:“欧洲迈进冬天后用气量将上升,但短期内欧洲的天然气供应难以大幅增加,在这种供需面下,欧洲的气价仍会见涨。但同时还要考虑到替代能源的使用,比如煤电、核电和生物质发电等,若能源储备充分,又是暖冬,这种情况下的气价压力会相应减少。”

天然气与电价能否脱钩?

随着天然气价格的走高,欧洲电价也迎来了历史新高。

欧洲能源交易所(EEX)数据显示,德国与法国明年交付的电力价格分别在本周一(29日)与上周五(26日)冲破1000欧元/兆瓦时关口,均为历史上首次。

据欧盟官方数据,2020年,欧盟的电力来源中有35.6%来自包括煤炭、天然气在内的化石燃料。“欧洲目前的电力系统中,天然气发电占重要地位,而且欧洲的电力市场化程度高,使得天然气成本直接影响电价。”王永中表示。

这也使得欧洲民众的能源账单愈加昂贵。8月26日,英国能源监管机构(Ofgem)宣布,自2022年10月1日起,普通家庭的双燃料能源价格上限将增加至每年3549英镑(约合人民币28730元),与原来的1971英镑相比,上涨幅度为80%。

Ofgem首席执行官Jonathan Brearley坦言:“这次涨价将对英国家庭产生巨大影响,消费者现在将不得不作出艰难的决定。”

气电齐涨的现实境况下,欧盟无法再安适如常。8月29日,德国总理朔尔茨在布拉格与捷克总理菲亚拉举行了会晤,两人在会后宣布,欧盟将共同采取措施应对不断上涨的电价。同时,菲亚拉宣布,将于9月9日在布鲁塞尔召开欧盟能源部长特别会议。据透露,将电价的计算与天然气的计算脱钩可能是其中的措施之一。

欧盟委员会主席冯德莱恩表示,欧盟希望在短期内限制电力价格,并在长期内切断天然气与电力价格间的联系,“我们必须在未来几天或几周内开发一种机制,以使天然气价格不再主导电价”。

王永中称:“在介入机制方面,政府可以通过设置电价上限来调节,这过程中可能会对电力公司造成一定的经营压力,但政府也可以通过补贴来给予支持;另一方面,也可以借助调整发电结构,将天然气发电份额下降,将煤电、核电的比例适度调高。”

陈卫东则认为,“政府控制能源价格,甚至部分地区实行能源配给都是欧盟应对目前能源危机的策略之一。”他指出,市场对冯德莱恩话语的反应是气价大幅下跌,反映了市场认为欧盟有能力应对目前的能源危机。

但在厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强看来,在短期内,电价要与天然气脱钩并不容易。“从目前来看,天然气的发电比例依然很高,若要将天然气的份额降到比较低的位置,可能需要重启煤电、核电等一系列动作,这个过程并非一蹴而就。”他向21世纪经济报道记者表示。

救企业、省用气、忙进口

为应对这场能源危机,欧盟组织及各国政府可谓忙得“不可开交”。

此前,为帮助德国天然气进口商、欧洲最大的公用事业公司之一Uniper SE应对危机,德国国有银行德国复兴信贷银行(KFW)向其提供了90亿欧元的信贷额度。在7月的时候,德国联邦政府还以2.67亿欧元认购了该公司30%的股权。

从财报数据来看,Uniper经营状况的确惨淡。今年上半年,公司净亏损额达123亿欧元,主要原因在于俄气减少后,公司不得不以更高的价格采购天然气。近日,Uniper SE再次向政府“求救”,希望能将信贷额度扩大40亿欧元至130亿欧元。这也显示出,这场危机对欧洲能源企业所造成的“侵蚀”仍在持续。

此外,为安然过冬,欧盟成员国在7月就于今年冬季减少15%的天然气使用量达成了一致。同时确定了豁免机制,即没有与其他成员国天然气网络互联的成员国不受强制减少天然气需求的限制,电网与欧洲电力系统不同步且严重依赖天然气发电的成员国也可获得豁免,以避免出现电力供应危机。但值得注意的是,天然气的限制使用是否会对工厂生产造成影响还有待观察。

与此同时,欧洲近月来持续拓宽能源进口渠道。包括加大自挪威等供应国的天然气进口量、欧盟与阿塞拜疆签订《能源领域战略伙伴关系备忘录》,规定阿方逐年增加向欧盟的天然气供气量;与美国达成了大额的LNG交易,等等。

林伯强认为:“目前的能源危机已然对全球供应格局造成影响,若‘北溪-1’等管道最终被弃用,意味着今后的天然气运输将转为船运或者需要建设新的管道,这个过程需要很多投入,但欧盟正在为此做准备。”据悉,德国政府已经租用4个浮动式LNG接收站,首批两个临时接收站最快将在今年年底启用。

如今市场的焦点在于,即将到来的欧盟能源部长特别会议能否释放出更多的“自救”讯号?


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