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软件定义物流是推动新物流变革的重要理念
  加入时间:2018年06月22日   来源:本站原创   访问量:

二十年多前陪儿子玩的时候有两个玩具给我留下很深印象,一个是乐高积木,不断的组合拼搭,可以出现各种花样;还有一个是类似乐高积木的电子器件拼插的玩具,按照图纸就可以搭建出收听节目的收音机等电子产品。后来研究单元化物流,发现物流积木排列组合就类似乐高积木的思路,把物流系统机械和自动化设备按功能进行模块化设计,也可以进行自在组合,形成适合不同需求场景的物流系统。

 

如果在与大数据、云计算、物联网结合,通过软件管理控制实现自动的物流搭积木,物流系统模块化的搭积木呢?物流资源整合与创新真的很难吗?所有的静止空间是不是都可以作为存储空间,如:门店、商超、便利店、居委会、甚至个人闲置房间是不是都可以作为静止的空间,进行标准化规范和互联网链接?是不是所有的移动空间都可以作为配送的送货空间?不管是大巴车、高铁、地铁还是私家车后备箱等等,也都可以作为物流作业的移动空间。把这些广泛存在的静止空间和移动空间,利用互联网、物联网、大数据、云计算进行链接与运筹计算,通过软件管理进行控制与优化调度,会带来多少的物流创新?

 

一、我们进入了软件定义物流的时代了吗?

 现在这个时代,新技术乱花渐欲迷人眼,新时代众说纷纭猜不透!如今到底进入了一个什么时代?从互联网角度,可以说进入了互联网+的时代,互联网已经成为从基础设施和创新要素;从数据驱动角度,可以说进入了大数据时代;从计算的角度,可以说进入了云计算、雾计算、边缘计算的时代;从劳动作业角度,可以说进入了自动化、无人化、智能化时代;从大变革的角度,像马云所说进入了新零售、新物流、新制造等等的新时代。

 

 上述新技术的应用虽然很重要,但是这个社会的核心控制系统更重要,从未来社会经济核心控制系统角度看,即将进入的是:“软件定义”的时代。互联网系统被软件控制、大数据是软件计算的资源、云计算是软件数据处理计算的模式、自动化是执行软件控制系统的指令。因此, NetScape创始人Marc Andreessen说:软件正吞噬世界。C++语言发明人Bjarne Stroustrup说:人类文明运行在软件之上。

 

关于软件定义物流,在去年已经写了【物流】王继祥:我们到底进入了一个什么时代?(兼谈软件定义物流)和【物流】王继祥:“软件定义物流”推动智慧物流全面发展两篇文章。根据此前分析,软件定义理念的核心是硬件资源虚拟化,管理过程可编程。通过对硬件资源建立数字孪生体,做好功能模块的分类,通过软件的控制与管理对硬件资源管理控制,实现资源跨界整合与高效协同。最典型的例子就是智能手机了。把手机的基本功能模块化归类和标准化,用软件编程组合调度,给它装一个地图APP,就把它定义成导航仪了;给它一个照相软件程序,就把它定义成照相机了;给它安装一个摄像程序,就把它定义成摄像机了;给它安装一个银行APP,就把它定义成银行操作终端了;给它装一个游戏软件,就把它定义成一个游戏机了…………通过软件定义,手机已经不再是手机,可以成为100多个智能硬件新物种。

 

在物流领域,目前软件定义物流也正在全面推动新物流的变革。在物流系统功能方面,之前把物流全流程用五字诀概括,就是分、合、搬、运、存。按照五字诀可以把物流系统定义成:分流模块、合流模块、搬运模块、运输模块、存储模块,还可以进一步细分,然后研究各个功能模块的智能和排列组合,通过软件定义物流功能系统,进行仿真模拟和实践验证,实现软件定义物流的创新。

 

在物流作业流程方面,对于物流作业对象,通过单元化物流技术与应用,也可以实现物流作业对象的单元化高效组合与装卸搬运,实现软件定义物流的作业模式变革。

 

目前,软件定义物流的理念已经催生了很多新物流的变革,只不过目前还是自发的无意识的创新阶段,还没有从实践上升到理论,再以软件定义物流的理论去指导实践的创新。

 

二、软件定义物流有哪些成功案例?

 1、智慧共配:软件定义城市配送 

共同配送也称共享第三方物流服务,指多个客户联合起来共同由一个第三方物流公司来提供配送服务。城市共同配送有十多种创新模式,如:统仓统配模式、循环取货直配模式、循环取货共配模式、集货+集仓统一配送模式、分阶段JIT集货共配模式、社区集货+分区域循环共配模式、多工厂集货共配模式等等。城市物流共同配送近年来获得了巨大的发展。

 

传统的统仓统配等共同配送模式柔性化和智能化特征不强,不同模式切换困难。目前,随着互联网技术发展,城市共同配送创新向着智慧共配方向发展,通过大数据、互联网和GPS相结合,可以即时集成区域内订单需求,智慧生成最优共配路径,做到实时共配,随机共配,全面共享城市物流配送资源。

 

智慧化共同配送企业,往往并不拥有车辆和仓储资源,企业核心资产就是智慧化共同配送的软件和平台,通过智能配送平台及配送的软件系统,定义城市配送。

 

怎么实现软件定义共同配送:一是通过建立互联网平台,实现配送资源链接。包括链接社会上拥有运力资源的企业与个体司机,建立运力虚拟档案,完善运力资源池。二是对加盟司机和车辆进行技术培训和规范,建立运力单元标准化的管控规则,规范作业流程,建立流程标准;三是广泛征集社会化配送需求,并通过大数据、云计算等信息技术,对配送需求订单按最优路径和最近距离等要素进行订单合成与优化,形成配送货物的单元组合;四是管理调度资源池,根据需要共同配送的货物组合,最佳匹配就近车辆,向符合条件的企业推动配送信息,用软件智能优化车与货的匹配,实现运力资源的统筹运作,做到管理过程软件定义。五是不断通过大数据分析,机器学习功能,升级软件,优化共同配送的订单合成与运力组合的匹配结果,优化配送路径,实现取货区域的智能的循环取货,到接收货物目的区域的共同配送,达到全面智慧化共同配送管理与控制。

 

2、智慧管理平台:软件定义仓库运作 

看了上面案例有人会说,这不就是共同配送的换一种说法吗?

举案例是为了方便说明问题,只是想说明软件定义物流不是空中楼阁,是有很多实践的基础。但是软件定义是一个变革的理念,也绝不是上面简单地大家都是到的城市共同配送。

 

下面这个软件定义仓库的案例就有所不同了,这是广州地区一家日资物流企业的真实案例。根据我们了解情况,目前这家企业根据市场上多变得仓储配送需求,通过软件定义仓库的理念,建立了仓储系统智慧管理平台。企业首先对机器人、无人叉车、货架、分拣设备、装卸设备均进行了标准模块分类,实现了物流硬件资源功能性模块的虚拟化,在此基础上,结合不同的物流作业要求,通过软件编程,将积累的作业流程经验软件化,将标准功能模块组合管控软件化,建立了适应不同应用场景的物流作业管控模式。当客户变化后,通过仓储系统能管控平台管控软件的自动调度与管理,实现作业延展性,做到智慧和柔性的新仓储作业模式的变化,适应新的客户需求。

 

3、最新案例:菜鸟菜鸟网络柔性自动化技术 

 传统的自动化是刚性的自动化,利用传送带等固定的设备使得我们的物品在仓库里流动。由于系统的刚性,系统的扩展性不强,不能适应电商对物流需求的快速变化。

 

根据菜鸟网络资深算法专家,柔性自动化负责人朱礼君最近的演讲分享,菜鸟针对这一问题,把机器人和自动化设备规范成不同的功能模块,根据商品属性多样性对应的各种各样的物流属性和销售属性,通过模块化的设计,可以通过软件对功能模块进行排列组合与模拟仿真,来满足物流系统快速部署,适应系统的快速扩展。当商品换季,业务的发展需要改变作业的模式的时候,可以实现非常快速的改变。最后,在全链路的自动化下模式下,通过作业的可预测性,实现随着订单的增长可以快速部署机器人,部署新的自动化设备。

 

柔性的自动化和智能是天然的互相绑定的关系,柔性自动化需要非常多机器人,它需要感知,需要用到非常多的人工智能的技术,实现机器学习和迭代提升。菜鸟网络的具体做法如下:

 

(1)模块化的多区并行的自动化的方案

 电商的仓库从商品的入库、拣选、打包、分拔等等都需要用到智慧自动化。这个链路中用了很多的设备,可以用自动叉车做商品入库,然后做补货;订单的拣选可以用AGV拣货;可以用自动封箱机封装;分拨也可以用AGV技术;码垛也有码垛的机械手臂……整个链路可以自动化。

 

硬件资源虚拟化思路:仓储的作业跟计算机做计算是非常类似的,仓库里面做物品的存储,和做计算机数据的存储非常类似;订单的生产,我们把货物从货架上拿下来是跟计算机做提取、计算也非常类似;仓库的备货区里面会存储大量的商品,和计算机的硬盘很类似,计算机可能有很多文件,有些文件好几个月都不会用到,和备货区一样;拣选区,有很多业务进行拣选,和内存差不多;电商有很多的爆品,会有爆品的区域,这相当于计算机的高速缓存,所以计算机的结构在仓储里面有相应的映射。

 

电商时代,处理的货物种类很多,仓库非常大,每天要处理的订单非常的多,映射到计算机的结构里面就相当于大数据的处理,大数据的处理上最有名的框架是MapReduce,这里面三个最重要的操作Map、Shuffle、Reduce,Map就是把工作并行化,Shuffle怎么把它再合到一起,Reduce就是最终产生结果。菜鸟把这个大数据虚拟化的处理经验映射到仓储里面,提出了模块化的多区并行的自动化的方案。如下图:

 

每个区拣选完了以后有一个合流区,合流区有不同的商品合流在一起再出库,因为有这么一个并行的操作设计,各区可以根据商品做不同的拣选模式,并行完了以后都会流入到这个Rebin Zone,合流区做一个订单的合流,每个区拣选完以后,然后合流到一个箱子里面进行出库。

 

作业系统软件定义的管控策略:爆品区需要快速出货,需要借鉴计算机高速的缓存模式,采用拣选车到人的模式,AGV带着装订单的箱子到商品附近,人不需要走,人只需要拣货;冷品区商品品类特别多,但每件商品数量都不多,需要大量存储区,采用了是货架到人的模式。整个操作是模块化并行操作,可以把上面的商品换成人或者是别的自动化的模式,不会影响其他区的作业生产。这种并行的操作可以多库区的并行,实现超过500台AGV的联合调动。这里面用了非常多的算法,是整个系统效率优化的关键。

 

物流系统快速分拨的柔性化方案:分拨相当于真实物品的Shuffle。机器人非常适合做一个事情,它没有固定的轨道,非常适合做点对点的传播,我们如何设计这样的系统呢?如下图。

 

包裹上到传送带,AGV会上到一个扫描台扫描,AGV就知道它去到什么地方,然后将包裹倒入对应的集包篓,集包篓满了就会被另外一个AGV带走到对应的出库月台。这样AGV做简单的处理就可以做分拨,除了上货到出库不需要有人的操作,这是非常柔性的自动化的系统。

 

(2)菜鸟柔性自动化关键技术

 第一是软件与硬件结合技术。物流这个行业,它不是一个纯软件工程,也不是一个纯硬件工程,其实是一个系统工程,里面做很多软硬结合、共同设计的点。从流程的设计到硬件的设计、软件的设计这一连串都需要一起综合考虑,你才能够达到这么高效的效果。

 

第二是IOT技术应用,仓库是IOT非常好的投入点,它可以做很多的线上化、数字化、可控化。

 

第三是机器人技术,最重要的三点是Perception、Planning、Execution。

 

第四是大规模的智能体规划和调度技术,你在仓库里面要做柔性自动化的方案需要机器人协同,大量机器人的路径规划是影响到效率的,所以涉及到大规模的规划和分配技术。

 

第五是关于仓储资源分配的软件优化与控制问题。就是要把货架、库存、AGV等资源在单位时间实现产出最大。资源分配问题有两种解法,一个是中央规划解法,我们要建大而广的模型,收集每一个数据,收集每一个机器人在哪里,收集每个货在哪里。建一个很大的模型,有一个数据分布,单位时间内出库数量最大,菜鸟在稍微小一点的仓库里面用这种方式。

 

资源分配当中另外一种是资源分布式竞价,谁出价更高就接谁的货。特别大的仓库里面我们有非常多的机器人,非常多的货架,各种组合可以完成拣选任务。机器人货架可以模拟成一个任务,谁赢了谁做这个任务,整个市场平衡了分配应该是比较高效的,涉及比较关键就是竞价的策略设计,在大型的仓库上下游之间衔接比较紧密、很难解耦的环境比较适合,因为你最上游的决策可能影响到最后一个决策,所以整个上下游的决策全部做下来是比较难的事情。

 

菜鸟认为在未来很多大规模智能体的技术会往群体智能的方向发展通过模拟蚂蚁的行为进行的算法,比如说蚂蚁是会搭桥的,单个蚂蚁并不会搭桥,但是蚂蚁之间可以互相地搭桥让其他的蚂蚁走,这些概念可以应用到智能体的应用当中去,实现分布式的控制的方法,当每一个智能体有了足够的智能导航和决策的功能之后,将是未来发展的方向。

 

通过软件定义理念,实现软件对硬件资源的合理调度与运筹,实现柔性自动化是未来巨大的趋势,它会对整个行业做一个巨大的革命需要硬件公司、机器人公司、物流公司一起协作。

 

三、软件定义物流的创新思路与创新方向

 关于软件定义物流的创新案例很多,每一个新的案例很具体,又很现实。那么如何把握软件定义物流的创新思路和创新方向呢?

 

在此抛砖引玉,提出几个大的思路,希望对创新和创业者有启发:

 

1、   所有静止的空间均可借助软件定义物流定义成存储空间;

 2、   所有移动的空间均可通过软件定义物流定义成货运空间

 3、   所有的存储空间和货运空间均可互联互通

 4、   所有的存储空间和货运空间均需要按功能模块标准规范

 5、   所有物流货物需要按单元化物流进行标准化规范

 6、   所有的存储空间与货运空间均可实现软件调度与管理

 7、   所有的存储空间与货运空间均可与原有的功能场景分离实现跨界

 8、   所有的存储空间与货运空间均可以与原有功能无缝融合实现创新

 

创新方向分析: 

软件定义云店仓:根据上述软件定义物流的大的思路,我们可以把遍布城市中心区的原来各类门店、超市的空间,通过互联互通、标准规范,按软件定义物流思路,定义成物理库节点,就形成了“云店仓”,实现货到店取、店仓就近配送、店仓融合、店仓成为电商物流末端离客户最近的前置仓等等,这是目前新零售带来新物流创新的主要模式之一。

 

如果我们再把静止的空间无界延伸呢?快递柜、居委会、闲置厂房、限制住房等等,把遍布城市所有静止的空间都利用软件管理与控制起来,与线上的零售对接,会带来什么创新?

 

软件定义移动空间资源:如果我们把城市四通八达的公交车的移动空间进行互联互通、调度管控、软件定义,利用大巴车非交通高峰期的闲置移动空间作为配送资源,利用大巴车的四通八达的可控的移动网络,又可以有什么创新呢?

 

我们还可以通过软件定义,把每家的自驾车的后备箱进行管理与调度,这是一个既可以移动,又可以静止的空间,把货送到后备箱,是不是也是一个很好的创新方向?

 

关于高铁和地铁的空间资源,在非交通高峰阶段也有大量浪费,也是完全可以用软件定义的理念,进行硬件资源虚拟化,管理过程可编程,实现资源跨界的管理调度,高效协同运作,完成物流配送服务的。


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