Как мы упаковали склад в куб и заставили роботов делать «раскопки»: изнанка системы SmartCube™

Автоматизация складской логистики сегодня — это не просто дань моде. Для многих компаний она становится ответом на дефицит кадров, рост стоимости складских площадей и необходимость обрабатывать больше заказов без пропорционального увеличения штата.

Одно из решений, которое позволяет по-новому использовать пространство склада, — системы кубического хранения. В них товары размещаются в плотном массиве без привычных длинных проходов между стеллажами, а роботы перемещаются по рельсовой решётке над зоной хранения.

Мы в SmartCube™ регулярно общаемся с ритейлерами, логистами и владельцами e-commerce. И вокруг складских роботов до сих пор возникает много вопросов: что произойдёт, если два робота окажутся на одном маршруте? Как система достаёт ящик, который находится внизу вертикальной стопки? Что происходит во время такой «раскопки»? Как робот взаимодействует с человеком на рабочей станции? И каким образом вся эта система интегрируется с WMS?

В этой статье решили заглянуть внутрь SmartCube™ и разобрать, как устроена система: от алюминиевого каркаса и хранения ящиков до роботов, рабочих станций и Командного центра.

В основе SmartCube™ лежит модульный принцип. Вместо традиционных стеллажей склад формируется из стандартных алюминиевых компонентов — шахт, внутри которых ящики с товарами располагаются вертикальными стопками.

Конструкция собирается из отдельных компонентов по принципу конструктора. Благодаря этому каркас можно монтировать непосредственно на объекте без использования тяжёлой строительной техники.

Для склада площадью около 300 м² монтаж каркаса занимает в среднем до двух недель.

Модульная конструкция позволяет адаптировать систему под конкретное помещение и его геометрию.

При проектировании можно учитывать особенности объекта, включая несущие колонны, выступы и другие ограничения пространства. Это позволяет использовать площадь склада максимально эффективно и адаптировать конфигурацию SmartCube™ под конкретный объект.

Как и любое складское оборудование, конструкция требует регулярного технического контроля.

Плановое обслуживание включает проверку состояния конструкции и болтовых соединений, а также периодическую инспекцию несущих элементов.

Количество роботов и шахт рассчитывается с учётом площади склада, необходимого объёма хранения, интенсивности товаропотока и требуемой производительности.

Поэтому SmartCube™ не имеет одной фиксированной конфигурации для всех объектов. Система проектируется под конкретные задачи бизнеса и особенности помещения.

Роботы SmartCube™ перемещаются по рельсовой решётке над зоной хранения и выполняют основную физическую работу — перемещают ящики внутри системы и доставляют их на рабочие станции.

Чтобы флот роботов мог работать без остановки, его действия координирует Командный центр.

Роботы самостоятельно направляются на зарядные станции в рамках общей логики управления флотом. После зарядки они возвращаются к выполнению задач.

Командный центр учитывает состояние доступного флота и распределяет между роботами задачи таким образом, чтобы система продолжала выполнять складские операции.

Командный центр постоянно отслеживает состояние системы и текущую загрузку.

В зависимости от количества задач и доступности роботов система распределяет задания между машинами.

Такой подход позволяет управлять не отдельными роботами, а всем флотом как единой системой.

Для повышения энергоэффективности в SmartCube™ применяется рекуперация энергии. При торможении роботов часть энергии возвращается в аккумулятор, что позволяет рациональнее использовать его заряд и повысить общую энергоэффективность системы.

Время автономной работы роботов зависит от интенсивности эксплуатации, количества выполняемых операций и условий работы склада.

Ключевые узлы роботов рассчитаны на длительную эксплуатацию и требуют планового технического обслуживания.

Внутри шахт SmartCube™ товары хранятся в ящиках, которые перемещают роботы.

Важный момент: робот взаимодействует непосредственно с ящиком, а не с товаром внутри него.

Это принципиально отличает работу системы от сценария, при котором роботизированная рука самостоятельно достаёт отдельные товары с полки.

ARS Smart Robotics самостоятельно производит и использует собственные ящики для системы SmartCube™.

Внутри ящиков хранятся товарные позиции в соответствии с требованиями конкретного бизнеса.

При этом система учитывает адресное хранение и позволяет отслеживать местоположение необходимых ящиков и связанных с ними товарных позиций.

В складской логистике часто используется ABC-классификация товаров — разделение позиций по частоте обращения и значимости для бизнеса.

В SmartCube™ данные о товаропотоке могут использоваться для управления складскими процессами и организации хранения.

При этом важно разделять две операции: робот перемещает ящик, а с товарами внутри него работает человек.

Если необходимо изменить состав ящика, перераспределить товар или выполнить другую операцию непосредственно с содержимым, это происходит с участием оператора на рабочей станции.

Система заполняется не на 100%. В среднем уровень заполнения составляет около 70–80%.

Свободный объём необходим для работы системы и позволяет роботам перемещать ящики внутри куба, когда требуется получить доступ к нужному контейнеру.

Это важная особенность кубического хранения: свободное пространство здесь является частью логики работы системы, а не просто неиспользуемой площадью.

Представим обычную стопку коробок.

Если нужная коробка находится сверху, её можно просто взять.

Но если она лежит внизу, сначала необходимо убрать коробки, которые находятся над ней.

В SmartCube™ происходит похожий процесс.

Ящики располагаются вертикальными стопками. Если нужный ящик находится в нижней части такой стопки, роботы сначала перемещают расположенные выше ящики в доступные свободные места системы. После этого нужный контейнер становится доступен для извлечения.

Именно этот процесс мы называем «раскопкой».

Чем больше ящиков находится над нужным контейнером, тем больше операций требуется выполнить, чтобы получить к нему доступ.

В среднем «раскопка» занимает 10–15 секунд, а в сложных сценариях при большой глубине и высокой нагрузке процесс может занимать до 1,5 минут.

При этом работа склада не сводится к ожиданию одного конкретного робота.

Командный центр одновременно управляет другими задачами и распределяет работу между доступными роботами и рабочими станциями.

Поэтому процесс получения одного ящика является частью общей логики управления системой, а не отдельной операцией, которая обязательно останавливает весь склад.

Здесь важно сделать ещё одно уточнение: робот сам не собирает заказ.

Он доставляет на рабочую станцию ящик, внутри которого находятся необходимые товары.

Задача оператора — получить доступ к содержимому ящика, взять нужное количество товара и продолжить обработку заказа.

Получается простая последовательность:

Человеку при этом не нужно самостоятельно перемещаться по складу и искать нужный товар среди стеллажей.

На рабочей станции может быть предусмотрено несколько портов выдачи или пополнения.

Конкретная конфигурация зависит от проекта, задач клиента и требуемой производительности.

Станции могут использоваться для разных операций — например, для выдачи товара или пополнения системы.

При пополнении в систему подаются ящики, предназначенные для размещения новых товаров.

Оператор сканирует товар и размещает его в ящике в соответствии с правилами хранения.

После завершения операции робот перемещает ящик в систему хранения.

Таким образом, автоматизация отвечает за перемещение контейнеров, а человек — за непосредственную работу с товаром.

Что произойдёт, если оператор во время работы станции пересечёт защищённую зону?

Рабочие станции оснащены лазерными шторками безопасности, которые контролируют защитную зону.

Если система фиксирует пересечение лазерного защитного контура, движение механизма блокируется.

После того как зона освобождается и выполняются необходимые условия для продолжения работы, система может возобновить движение.

Лазерная шторка не «закрывается» и не «открывается» — она работает как система обнаружения пересечения защитной зоны.

Управление всей этой экосистемой берёт на себя программный комплекс SmartCube™.

Это своего рода «мозг» склада, который координирует работу программного обеспечения и физического оборудования.

Командный центр управляет перемещением роботов и учитывает их текущее положение и выполняемые задачи.

Система знает, где находится каждый робот и какие операции он выполняет.

За счёт этого движение роботов координируется таким образом, чтобы исключать конфликтующие команды и предотвращать столкновения.

Кроме того, система отслеживает местоположение ящиков на разных этапах их перемещения.

В результате Командный центр работает не только с роботами, но и с логикой движения ящиков внутри системы.

Если один из роботов выходит из строя, информация о неисправности передаётся в Командный центр и становится доступна сервисному персоналу.

В зависимости от характера проблемы неисправность может быть устранена удалённо или потребовать вмешательства специалиста.

При этом работа системы не обязательно останавливается полностью: остальные доступные роботы продолжают выполнять задачи в рамках текущей конфигурации системы.

SmartCube™ может интегрироваться с существующей ИТ-инфраструктурой заказчика.

Интеграция с 1С и сторонними WMS выполняется через API с учётом архитектуры и требований конкретного проекта.

Это позволяет связать автоматизированную систему хранения с уже существующими бизнес-процессами компании.

Базовая логика работы системы может строиться по принципу:

одна станция — один заказ — один оператор.

При этом архитектура программного комплекса позволяет учитывать различные сценарии организации складских процессов.

Если бизнесу необходимо параллельно обрабатывать несколько заказов на одной рабочей станции, соответствующая логика может быть реализована в программной части системы.

В складской логистике важно не только найти нужный товар, но и выдать его в соответствии с правилами конкретного бизнеса.

В зависимости от требований клиента система может учитывать порядок поступления товаров и другие правила выдачи.

Для товаров с ограниченным сроком годности могут применяться соответствующие алгоритмы управления запасами.

Командный центр хранит информацию о расположении ящиков и связанных с ними товарных позициях.

Система позволяет отслеживать адресное хранение и учитывать требования бизнеса к размещению определённых категорий товаров.

При необходимости могут применяться правила специального хранения и закрепления определённых товарных позиций за заданными зонами системы.

Кубическое хранение SmartCube™ — это не просто складской каркас и роботы.

Система объединяет физическую конструкцию, собственные ящики, роботизированный флот, рабочие станции и программное управление.

Роботы перемещают ящики внутри плотного массива хранения. Командный центр координирует их работу. Оператор взаимодействует с товарами на рабочей станции. А интеграция с WMS и другими ИТ-системами позволяет встроить автоматизированное хранение в существующие бизнес-процессы компании.

В этом и заключается основная идея кубического хранения: автоматизировать не отдельную операцию, а связать в единую систему хранение, перемещение и обработку товаров.

А «раскопка» — один из самых наглядных примеров того, как это работает. Если нужный ящик оказывается в глубине вертикальной стопки, система не требует от человека искать его вручную. Роботы перемещают контейнеры, освобождают доступ к нужному ящику и доставляют его оператору.

А как устроена автоматизация на вашем складе? С какими сложностями вы сталкивались при интеграции роботов или WMS-систем? Давайте обсудим в комментариях!

Материал подготовлен командой ARS Smart Robotics. Подробнее о нас — в Telegram-канале.