兰剑智能研究:智能仓储物流产业先行者_研发能力铸就竞争优势.docx
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1、兰剑智能研究:智能仓储物流产业先行者_研发能力铸就竞争优势1. 兰剑智能:国内智能仓储系统引领者兰剑智能科技股份有限公司始建于 1993 年,是国内领先的全流程智慧物流系统解决方案 提供商。公司自建高科技物流装备与技术产业园区,业务涵盖物流系统从规划设计到建设 运行的全产业链,目前已成功应用于医药、电商、烟草、电力、快运、机械、交通、服装、 教育、军工等各个行业,是目前国内少数实现物流设备(多穿系统&堆垛机系统)整体出 口海外发达国家的厂商。公司实控人为董事长吴耀华,持有公司 35.86%股份,其母段重行持有公司 3.37%的股份。 董事长吴耀华博士从事仓储物流自动化行业 30 余年的技术专家
2、,不但拥有深厚的理论基 础,且在工作中积累了丰富的技术实践经验,现仍为公司的研发团队总指挥,担任兰剑研 究院院长。在其带领之下,经过二十余年的发展,公司建立了集机械设计、电气设计、PLC 控制、电子设计、软件控制、人工智能、大数据及商业智能等专业人才为一体的优秀研发 团队。1.1. 公司在仓储物流自动化领域布局深厚,具备技术优势公司的产品覆盖了仓储物流自动化系统的核心设备与软件:从解决方案角度,涵盖了托盘 级、料箱级、特定商品等常规货物的仓储物流自动化系统方案;从自动化设备角度,涵盖 了仓储设备、搬运设备、拣选和包装设备等物流环节的自动化设备;从智能化软件角度, 涵盖了不同层次的各类型软件,包
3、括控制设备接收信号并执行逻辑动作的嵌入式软件,对 设备和业务进行控制与管理的业务应用软件,对仓储、拣选、配送等业务进行智能算法优 化、调度与仿真的商业智能软件。公司产品在拣选系统装备领域具有技术优势。在料箱级密集仓储拣选(立体货到人)一体 化系统领域,公司是国内率先研究该系统的企业之一,在其核心设备穿梭车方面,公司在 2019 年亚洲国际物流技术与运输系统展览会发布了第四代物联网穿梭车,实现了关键技 术的突破。鉴于公司在智能物流装备制造方面的技术优势,公司及产品先后获得符合智能制造系统 解决方案供应商规范条件企业、山东省高端装备制造业领军(培育)企业、山东省首台 (套)技术装备企业、山东省智能
4、制造试点示范项目(装备产品类)、山东省高端技术装 备新产品推广产品等荣誉。1.2. 秉持“惟有创新”,产品聚焦高端市场公司成立以来,始终以“惟有创新”作为自己的核心发展理念,致力于仓储物流技术的创新研究。2017 年以来,公司的研发费用率始终维持在 8%左右, 仅 2018 年因收入同比增 长 131%,压低了费用率至 6.47%。从成果上看,截至 2021 年半年报,公司共申请各项 知识产权 342 个,其中发明专利 143 个,已获得各项知识产权 221 个,其中发明专利 50 个。从员工结构看,公司亦以研发为主导,在系统的各环节布局完善。截至 2021 半年报,公 司共有技术人员 311
5、 名,占员工人数比例 31.07%,涵盖了机械设计、电气设计、PLC 控 制、电子设计、软件控制、人工智能、大数据及商业智能等专业齐备的研发团队。从研发 员工的教育程度看,本硕博学历的员工高达 71.38%,其中博士 4 人、硕士 33 人。从组织结构看,公司单独设立兰剑研究院,指导公司研发方向。公司成立了兰剑研究院, 主要负责研究公司所处行业技术发展现状与未来发展趋势,指导公司研发方向,统筹协调 各研发部门的在项目研发中的分工合作。同时公司内部设立了产品研发部、人工智能部、 中试车间、软件控制部、PLC 控制部等专门的研发部门,具体负责智能仓储物流自动化系 统中的自动化设备和智能化软件的研发
6、和改进。长期的创新基因带来公司产品深度和广度的全面提升,客户黏性不断加强。凭借着既全面 覆盖又有专精特长的产品链、持续的研发创新和丰富的项目实施经验等优势,公司在规模 零售(快速消费品)、电子商务、烟草、医药、图书、鞋服、电子产品、电力、印刷、汽车、国防军工、航空航天、建材等行业积累了大量全球知名客户。其中:在规模零售(快 速消费品)行业,公司多次向美国宝洁(P&G)提供智能仓储物流自动化系统;在电子商 务行业,公司多次服务了唯品会、京东、考拉海购等企业;在烟草行业,公司已为中国烟 草总公司旗下多家商业企业提供仓储物流自动化系统;在医药行业,中国医药集团、南京 医药、科伦药业、天津天药、齐鲁制
7、药等知名医药企业均是公司重要客户;公司还服务了 国家电网公司、OPPO 手机、北京中彩、中公教育、德国菲尼克斯电气、中材国际、天马 微电子、一汽大众、中航光电等国内外知名企业。公司不仅向众多头部企业提供产品和服 务,还与他们建立了长期、稳定的合作关系,客户黏性不断增强。2. 公司主营业务及产品介绍2.1. 仓储物流系统:公司主要产品及核心竞争力介绍根据货品的体积、重量来区分,货物的存储形态大致可以分为料箱储存和托盘储存,而由 于各行业的货品存在一定特异性,在分拣(拣选)环节特定货物或有特殊的要求。据此, 公司的产品线亦划分为托盘级、料箱级及特定货物拣选系统。从销售收入来看,因其他各子系统均需智
8、能化软件的融合调度,智能化软件系统销售占比 相对稳定,硬件层面,料箱级是公司的王牌产品及主要收入来源,但从近期的研发进展看, 公司的托盘级产品是目前的重点攻坚方向,公司的产品覆盖度及技术优势仍在持续加强。2.1.1. 针对轻小货品的料箱级密集仓储拣选一体化系统料箱级密集仓储拣选(立体货到人)一体化系统,是以料箱级的货物为处理对象,以海量 SKU 的立体化存储和海量订单的“货到人”拣选为综合目标,能够实现立体空间内的高密 度存储、并行快速出入库、自动输送/搬运到人、人工/自动快速拣选等功能的自动化系统。公司自主研发的料箱级产品同步提升仓库存储量和出入库效率。该系统采用基于安全分区 理念的立体货到
9、人技术和基于仓储拣选一体化理念的密集仓储技术,相比于美国亚马逊 (Amazon)公司的 KIVA(平面货到人)系统,既能利用立体多层的穿梭车和多巷道的提 升机同时并行作业,大幅度提高拣选效率,满足海量订单的快速拣选需求;又能最大限度利用空间,满足海量 SKU 的大量存储需求。料箱级密集仓储拣选(立体货到人)一体化系 统的核心设备是穿梭车、往复式提升机、料箱输送线、智能拣选台、料箱货架等。料箱级 密集仓储拣选(立体货到人)一体化系统中的核心设备均由公司自主设计,定制相关零部 件进行组装生产。(1) 穿梭车(水平层面的出入库及搬运)穿梭车是一种以往复的方式在特定轨道上运行的设备,该产品具备自动化识
10、别、水平搬运货物等功能,可依据不同货物参数进行特定配置并与其他物流系统自由组合以适应不同项 目方案的需求。每台穿梭车都配备有智能控制系统,可通过配置参数和定义流程自动完成 任意深度、任意货位的取货、运送、放置等任务。穿梭车整体分为标准穿梭车和灵动穿梭车两种,其中灵动版穿梭车还可自动匹配任意箱型 尺寸,同时所有类型穿梭车都可以配备不同类型的电源实现高速分拣和垂直换层,可以最 大限度的匹配仓储系统的需要。穿梭车的应用减少了人员工作量,提高了劳动生产率,使物流系统变得更加灵活和便捷, 经过多年发展,穿梭车具有领先的稳定性和高效性,正在大范围应用在各行各业的仓储系 统当中。技术优势及特点:a. 效率层
11、面基于公司自主研发的穿梭车运动控制器、多阶 S 曲线的运动控制技术和四轮独立悬挂减震技术,并采用伺服电机驱动系统和工业总线通讯协议:公司的穿梭 车在噪音不超过 60 分贝的条件下,最大行走速度可达 5m/s,加速度可达 2m/s2。b. 精准层面“编码器+定位孔”双重校验定位技术:提升穿梭车根据需求到达指定 货架取得指定料箱的精准性,设备可靠性 99.95%。c. 安全层面采用低压 48V 直流电源:相比交流 220V 或者 380V 供电方式更能确保人员使用安全,公司产品满足欧盟最新标准的 CE 安全规范。d. 异常处理公司的穿梭车具备智能检测货架上料箱位置与尺寸的功能:自动根据料 箱的位移
12、或变形情况调整穿梭车定位位置,提高了处理异常情况的能力。(2)往复提升机(垂直方向的出入库及搬运)往复式提升机负责在竖直方向上搬运料箱或穿梭车。该产品由底盘模组、提升模组、载货 台模组、控制模组构成。提升机底盘模组配有高性能伺服电机,驱动提升模组的同步带带 动载货台上下高速移动。a. 伺服电机与同步带传动的配置:使提升机定位精度可达2mm,最高提升速度达到 6m/s,加速度达到 6m/s2。b. 部分机型的提升模组还配备了平衡式配重机构:相比无配重机构的提升机,可以在同 样的提升速度和加速度条件下降低电机的功率,或同样电机功率条件下获得更高的提 升速度与加速度。(3)料箱输送线料箱输送线是连接
13、料箱货架与上货台、智能拣选台、包装台等设备的桥梁,负责输送料箱 到达整个系统的各个位置。a. 模块化、简约化:机械部分全部采用模块化设计,关键零部件如输送侧边、导向、支 腿、地脚等全部采用模具化加工方法,一致性好、共用性高,大幅缩短了现场安装、 调试、维护时间,且公司产品仅一组通讯控制电缆和一组辊筒供电电缆,现场美观整 洁。b. 智能化:电气部分均采用分布式控制系统连接各个动力电机、电动滚筒、光电传感器, 方便现场安装、调试,具有智能故障检测功能,无需查找故障点。(4)智能拣选台智能拣选台根据人体工程学原理进行优化设计,作业高度可调节,操作员无需行走及等待, 拣选作业识别时间短、动作频率低、动
14、作幅度小、单批次处理订单量大,可降低操作疲劳 度。智能拣选站台支持 B2C(Business-to-Consumer,企业直面消费者的电子商务交易模 式)、B2B(Business-to-Business,企业之间的电子商务交易模式)订单拣选和新品入库作 业,同时支持 SS(单仓库满足的一个货品订单)、SM(单仓库满足的多个货品订单)、MM (多仓满足的多个货品订单)、退货处理等多种业务场景,拣选效率大幅提升。(5)料箱货架料箱货架主要用于密集存放各种料箱。料箱货架一般由立柱片、前后横梁、料箱支撑、水 平连杆、垂直背拉等关键零部件组成。众多穿梭车在巷道内部运行时容易引发货架上部分 重量较轻的料
15、箱产生位移,且货架的设计也需满足安装所在地的抗震等级要求和国内/外的 抗震计算标准。基于仿真的抗震设计技术,自主研发了料箱支撑凸起结构、抗震塔式垂直背拉结构、11 折面料箱货架轨道、21 折面立柱等新型零部件结构:相比于通过力学计算和经验分析,增 加零部件的折面规格或零部件的厚度或两种方式的组合的业内常用方法,公司货架成本更 低,并能显著提高货架抗震性能以及料箱抗位移表现。2.1.2. 针对重货、大货的托盘级密集仓储拣选一体化系统 托盘级密集仓储拣选一体化系统是以托盘级的货物为处理对象,以密集仓储的传统需求和 整件拣选的创新需求为综合目标,能够实现自动存取、自动保管、自动搬运、自动拆/码垛 等
16、功能的自动化系统。自研自产化率高,铸就产品稳定性及先进性。从系统构成上看,其主要由堆垛机、立体货 架、托盘输送线、托盘拆/码垛机及负责搬运的 AGV/RGV 组成。公司的托盘密集存储系统 中,除 AGV 产品中部分货叉式高位搬运 AGV 由公司购买后进行改造外,托盘级密集仓储 拣选一体化系统中的核心设备均由公司自主研发设计,定制相关零部件进行组装生产。(1)堆垛机在该系统中,堆垛机处于硬件系统的核心,在稳(安全)的基础上不断追求效率的优化。 一般托盘堆垛机由下横梁模组、立柱模组、载货台模组、控制模组、天地轨模组、供电模 组构成,根据计算机指令在立体货架之间的巷道沿水平和竖直方向行走,用货叉把货
17、格上 的托盘货物取出或存入。a. 基于公司自主开发的托盘位置与外形信息检测技术:公司的托盘堆垛机还具备智能识别托盘位置以及外形的功能,可以提前规避货叉存取托盘时发生事故的风险,消除风 险发生后的问题处理时间,提高托盘堆垛机和 AGV 工作的智能性和稳定性。b. 基于仿真的轻量化设计技术和基于多阶 S 曲线的速度控制技术:公司的托盘堆垛机最 大行走速度可达 240m/min,最大提升速度可达 80m/min,行走与提升的最大加速度 可达 0.8m/s2 ,以上指标的实现得益于公司开发的。c. 此外,托盘堆垛机载货台还可根据客户需求加装其他附属装置(如视频监控装置、抱 夹装置、拣选装置等),满足客
18、户多样化需求。(2)AGV 与 RGVAGV 产品主要用于线边运输、低位上下料、三层货架上下架等环节,其特点在于柔性灵活, 适用范围广。公司的托盘 AGV 产品采用激光 SLAM 导航为主的复合导航方式以实现复杂路 径的运行,适用于工厂车间、普通平面仓库、货架仓库的工作环境,定位精度可以达到 5mm,硬件上:a. 公司自主开发了基于三轮协调的全向移动底盘技术:显著降低了托盘 AGV 产品的转弯 半径;b. 基于多阶贝塞尔曲线的行走控制技术:提高了托盘 AGV 产品行走速度与平稳性;c. 托盘位置信息检测与纠偏技术:提高了托盘存取作业的兼容性;d. 基于 3D 视觉的空间避障技术:实现了对更高高
19、度障碍物的检测与躲避功能。软件上,公司的 AGV 调度软件主要包括仿真端模组、服务端模组、监控端模组、规划端模 组。a. 公司自主开发的监控与仿真一体化技术:可以让仿真端模组与监控端模组共用一套核 心算法与参数,相比独立的仿真软件,仿真结果更加准确;b. 基于时间预测机制的 AGV 调度技术:在大规模 AGV 应用场景中,可有效提高 AGV 利 用率,降低交通避障几率,提高 AGV 系统效率。RGV 的应用场景主要在于出入库环节,通过沿固定轨道路径,快速水平搬运托盘货物。公 司 RGV 内置 PLC 控制系统,采用条形码定位或激光测距定位的方式,定位精度可以达 2mm,可一次背负一个或多个托盘
20、。通过轻量化设计和电机选型,公司的托盘有轨搬运车 RGV 最大行走速度可达 300m/min,最大加速度可达 1.5m/s 2 。(3)托盘输送线托盘输送线主要用于托盘在水平方向的输送环节,大多用于托盘级密集仓储系统的出入库 环节。组成托盘输送线的主要设备包括:链条式输送机、辊道式输送机、顶升移载机、旋 转移载机等。(4)托盘拆/码垛机托盘拆/码垛机,是对托盘本身或托盘上的货物进行拆垛或者码垛作业的设备。2.1.3. 特定商品全自动化拣选系统特定商品全自动化拣选系统,是以特定商品货物(卷烟制品、图书等)为处理对象,以高 速拣选和全自动化包装为综合目标,能够实现自动开箱、自动补货、自动拣选、自动
21、合单、 自动包装、自动打码贴标等功能的自动化系统。该系统采用基于并行作业理念的模组技术 和基于分、合、包一体化理念的全自动拣选包装技术,采用分布式的并行设计理念,每套 拣选系统都能够独自完成每个订单的拣选,且并行、独立、相互备份;在每套拣选系统中 完成开箱、补货、拣选、合单、包装、打码贴标一系列订单处理工作,且每个环节都是无 人参与的自动化处理。除部分塑膜包装机由公司购买外,特定商品全自动化拣选系统中的 核心产品均由公司自主设计,定制相关零部件进行组装生产。2.1.4. 智能化软件系统设备的大脑智能化软件系统是整个智能仓储物流自动化系统的大脑,其综合运用精益管理、大数据、 人工智能等技术,通过
22、嵌入式软件、业务应用软件、商业智能软件,对仓储、拣选、配送 等全面管控,并借助服务器 PC 终端、手机、平板电脑、电视、LED 等现场的调度手段进 行灵活的业务处理,实现了系统集成、管理精细、全程可视、管控智能等功能。公司的智能化软件系统具有丰富的项目应用经验,已与 SAP、浪潮 ERP、用友 ERP 等国内 外知名ERP系统集成对接,公司的仓储物流自动化系统数据库(MHDB)建立在DB2、Oracle、 MySQL、SQL Server 等各类主流数据库平台上,通过 Wi-Fi、5G、ProfiBus 等各种通讯方 式,与堆垛机、穿梭车、AGV、输送线、分拣机、包装机、机械手等自动化物流设备
23、衔接 与集成,形成整体的智能仓储物流自动化系统。公司的智能化软件系统包括嵌入式软件、 业务应用软件、商业智能软件。(1)嵌入式软件公司自主开发的嵌入式软件,包括 PLC 逻辑控制软件与单片机运动控制软件,主要用于精 准控制各设备接收信号,执行逻辑动作,与 WCS 软件及其他设备的软件进行必要的信息 通讯。在公司自有产品中,穿梭车及部分种类的 AGV,采用了公司自主开发的运动控制器, 因此配套开发了单片机运动控制软件。其他自有产品,均开发了 PLC 逻辑控制软件。在公 司部分的嵌入式软件中,也融合了基于多阶 S 曲线的速度控制技术、基于多阶贝塞尔曲线 的行走控制技术等,有效提高了各设备的可靠性和
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