中國倉儲物流自動化技術(shù)發(fā)展路徑與未來趨勢
我國倉儲物流自動化技術(shù)走過了“從無到有”、“從低端到高端”、“從簡單到復(fù)雜”、“從單一到多樣化”、“從局部到全局”的發(fā)展過程。從行業(yè)應(yīng)用看，我國倉儲物流技術(shù)已經(jīng)從“適度自動化+高度信息化”階段過渡到“高度自動化+高度信息化”階段，并開始向智能化演變。從技術(shù)發(fā)展層面看，更大的規(guī)模，更高的柔性，更高的自動化水平，更高的效率，更低的成本是發(fā)展趨勢。所有技術(shù)的進(jìn)步都是為了提高服務(wù)水平這一共同目標(biāo)。
一、概述
倉儲物流自動化技術(shù)是指與倉儲作業(yè)相關(guān)的自動化技術(shù)與信息技術(shù)。倉儲物流技術(shù)橫跨多個學(xué)科，又自成體系，關(guān)于其分類，國內(nèi)外并沒有明確的定義。我國由于物流技術(shù)發(fā)展較晚，一開始基本上是按照歐洲物料搬運(yùn)協(xié)會（FEM）的定義，將其歸類于物料搬運(yùn)技術(shù)（material handling technology）一類。隨著倉儲物流技術(shù)的快速發(fā)展和其市場比重的不斷增加，重新對倉儲物流技術(shù)進(jìn)行分類是非常必要的。
如果僅從倉儲物流活動來對技術(shù)和裝備進(jìn)行分類，雖然有重合的部分，且界線并非一目了然，卻便于理解。本文暫時將其分為存取技術(shù)（存儲技術(shù)）、輸送與搬運(yùn)技術(shù)、揀選技術(shù)、復(fù)核與包裝技術(shù)、分揀技術(shù)、發(fā)貨技術(shù)和信息技術(shù)等幾個大類。如表1所示。
這些技術(shù)并非倉儲物流自動化的全部，本文僅僅是列出讀者熟知的若干種，并以此作為行文基礎(chǔ)。
二、我國倉儲物流自動化技術(shù)的發(fā)展過程
一般的文獻(xiàn)認(rèn)為我國物流自動化技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)70年代中期，這是有其道理的。典型的事件是第一座自動化立體庫的興建和第一臺自動分揀機(jī)的研發(fā)。盡管從那時起的20多年間，我國對倉儲物流自動化技術(shù)的研究從未停止腳步，并且在標(biāo)志性產(chǎn)品——自動化立體庫技術(shù)、輸送分揀技術(shù)等方面取得了長足進(jìn)步，但無論產(chǎn)品的種類，還是產(chǎn)品的質(zhì)量，抑或是新產(chǎn)品的創(chuàng)新方面，均不盡人意。這一方面由于我國基礎(chǔ)工業(yè)落后，無法靠自身能力提供自動化產(chǎn)品所致；另一方面則是我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，人力成本很低，導(dǎo)致市場需求不足。只有有限的行業(yè)，如化工、汽車、航空等，對自動化倉儲系統(tǒng)提出了需求。
1998年前后，隨著聯(lián)想、海爾、昆明卷煙廠等企業(yè)開始建設(shè)自動化物流系統(tǒng)，我國的物流技術(shù)發(fā)展開始步入快車道，以自動化立體庫為標(biāo)志的倉儲物流技術(shù)得到質(zhì)的飛躍。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著改革開放的深入和我國順利加入WTO世貿(mào)組織，國民經(jīng)濟(jì)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，自動化倉庫技術(shù)的發(fā)展也迎來春天。
總體來說，我國倉儲物流自動化技術(shù)走過了一個“從無到有”、“從低端到高端”、“從簡單到復(fù)雜”、“從單一到多樣化”、“從局部到全局”的發(fā)展過程。
從無到有：最早的研發(fā)選擇了堆垛機(jī)和分揀機(jī)產(chǎn)品，此后擴(kuò)展到AGV、miniload、kiva等眾多產(chǎn)品。從引進(jìn)模仿到自主研發(fā)，逐漸解決了“有無”問題，并發(fā)展到今天這種百花齊放的局面。
從低端到高端：以堆垛機(jī)為例，最早的堆垛機(jī)采用雙速電機(jī)，單板機(jī)控制，逐步進(jìn)步到采用變頻電機(jī)，PLC控制，直到今天的高速堆垛機(jī)采用伺服電機(jī)。堆垛機(jī)的行走速度也從最初的20m/min，逐步發(fā)展到60、80、120、160、200、240m/min，未來還有可能更高。堆垛機(jī)的認(rèn)址技術(shù)也發(fā)生過多次改變，從打孔認(rèn)址、認(rèn)址片認(rèn)址，到激光器認(rèn)址，再到條形碼認(rèn)址等。堆垛機(jī)的性能參數(shù)，可靠性參數(shù)得到大幅度提升。其它的產(chǎn)品，如輸送機(jī)、分揀機(jī)、AGV等，無一不是這樣。
從簡單到復(fù)雜：所謂簡單，一方面是產(chǎn)品形式簡單，性能簡單，構(gòu)成簡單；另一方面是系統(tǒng)簡單，作業(yè)流程簡單。物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是如此。以前的設(shè)計(jì)可能僅僅是一座單一的立體庫，而現(xiàn)在，我國自行設(shè)計(jì)的超過10萬平方米的大型自動化物流中心已經(jīng)不是個例，我們對大型物流中心的規(guī)劃集成能力與日俱增，即使與世界一流企業(yè)相比也毫不遜色，具有很強(qiáng)的競爭能力，這是以前所不敢想象的。
從單一到多樣化：產(chǎn)品不僅簡單，還表現(xiàn)在形式和規(guī)格單一，適應(yīng)性差。產(chǎn)品的豐富程度事實(shí)上反應(yīng)了行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。到目前為止，我國生產(chǎn)的倉儲物流自動化裝備，幾乎可以涵蓋整個產(chǎn)品系列，這是我國倉儲物流技術(shù)發(fā)展水平的最好例證。尤其是近年來，針對貨到人揀選，機(jī)器人、kiva、無人機(jī)、3D識別的研究，我國的物流技術(shù)水平迅速邁上了新臺階。
從局部到全局：物流自動化技術(shù)的應(yīng)用，并非一開始就涉及所有的環(huán)節(jié)。最早的研究應(yīng)用，是在儲存環(huán)節(jié)和輸送環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@是最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，逐漸發(fā)展到揀選與配送環(huán)節(jié)，再后來關(guān)注到裝、卸貨以及包裝環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，基于3D技術(shù)的自動拆垛、自動組盤以及自動裝車技術(shù)，已經(jīng)引起行業(yè)的重視。
市場需求旺盛，行業(yè)人才濟(jì)濟(jì)，這是對當(dāng)前我國倉儲物流自動化行業(yè)最恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)。2015年以來，隨著資本的大舉介入，我國倉儲物流自動化行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出前所未有的繁榮景象，一大批高素質(zhì)的人才涌入，一大批新興企業(yè)迅速崛起，物流技術(shù)水平得以迅速提升。
三、與世界先進(jìn)水平的差距
盡管我國倉儲物流技術(shù)研究與應(yīng)用取得了長足發(fā)展，并且在個別行業(yè)領(lǐng)域如電商、煙草等，已經(jīng)領(lǐng)先于世界。可以說，經(jīng)過物流人的努力，我國倉儲物流技術(shù)水平是與世界先進(jìn)水平差距最小的行業(yè)之一。這主要取決于兩個關(guān)鍵因素：其一是我國制造業(yè)水平的快速提升，倉儲物流市場需求持續(xù)攀升；其二是整個行業(yè)競爭充分，缺乏壟斷企業(yè)所致。
然而，從客角度觀分析，我國倉儲物流技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有較大差距，并且很難在短時期內(nèi)徹底改觀。綜合起來，有如下幾方面的差距。
1. 基礎(chǔ)研究與核心零部件
關(guān)鍵零部件包括電機(jī)減速器、PLC及控制元器件、自動識別裝置、機(jī)器人本體等。
電機(jī)減速器是物流裝備的關(guān)鍵零部件之一，雖然國產(chǎn)電機(jī)減速器在20多年前即有應(yīng)用，但效果并不理想，以至于到現(xiàn)在為止，關(guān)鍵設(shè)備的電機(jī)減速器主要采用德國產(chǎn)品。這一現(xiàn)狀還將延續(xù)很長一段時間。與此相關(guān)的還有軸承、滑觸線、扁電纜、齒形帶等配套產(chǎn)品。
PLC及控制元器件的應(yīng)用主要以SIEMENS等品牌占據(jù)絕對優(yōu)勢，中國國產(chǎn)品牌幾乎可以忽略不計(jì)，差距難以用時間來度量。
自動識別裝置包括激光測距裝置、激光導(dǎo)航裝置、條碼掃描裝置、光學(xué)鏡頭、光電開關(guān)、照相機(jī)、RFID系統(tǒng)、3D相機(jī)等一系列產(chǎn)品和技術(shù)。這些產(chǎn)品和技術(shù)在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要，歐美日產(chǎn)品還處于絕對控制地位，國產(chǎn)品牌短期內(nèi)看不到希望。
機(jī)器人在物流系統(tǒng)中應(yīng)用越來越頻繁，但機(jī)器人本體的研究還處于初始階段，ABB、庫卡、安川等品牌占據(jù)絕對優(yōu)勢。
此外，應(yīng)當(dāng)看到，除了產(chǎn)品性能外，行業(yè)的慣性及競爭態(tài)勢，將導(dǎo)致這些差距不可能在短期內(nèi)得到縮小，并將步入一個惡性循環(huán)之中。
2. 關(guān)鍵設(shè)備的性能指標(biāo)
AS/RS（自動化立體倉庫）、分揀機(jī)、AGV等關(guān)鍵設(shè)備于技術(shù)，盡管出現(xiàn)了全面國產(chǎn)替代的可能，但差距依然明顯。最大的差距在于設(shè)備的成熟性和多樣性等方面。導(dǎo)致這種結(jié)果的根本原因在于，很多國內(nèi)企業(yè)的設(shè)備生產(chǎn)時間普遍太短，研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，缺少專門人才，產(chǎn)品沒有經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。時間、機(jī)會和研發(fā)的方法論都成為制約技術(shù)進(jìn)步的重要因素。
以分揀機(jī)為例，國產(chǎn)交叉帶分揀機(jī)盡管有數(shù)十年的歷史，但產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)——可靠性、穩(wěn)定性、噪音等，一直不能與進(jìn)口設(shè)備相提并論。所以，大型的機(jī)場行李系統(tǒng)和包裹分揀系統(tǒng)幾乎被國外產(chǎn)品壟斷。其它產(chǎn)品，如堆垛機(jī)、miniload、穿梭車等，情況都大同小異。
有些關(guān)鍵設(shè)備，僅僅是在實(shí)驗(yàn)室里研究了出來，還沒有定型，沒有經(jīng)過疲勞和可靠性試驗(yàn)，離量產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用還有很長時間的路要走，將要遇到的困難和問題還有很多。
除此之外，國內(nèi)很多企業(yè)還很年輕，經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、材料、關(guān)鍵配套件、控制系統(tǒng)、試驗(yàn)方法等多方面都存在巨大差距，尤其是人才和經(jīng)驗(yàn)方面，并非短期可以彌補(bǔ)。
3. 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)明
物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，幾乎沒有一項(xiàng)是中國人的原創(chuàng)。從貨架、托盤、叉車等傳統(tǒng)設(shè)備，到自動化立體庫、分揀機(jī)、AGV、穿梭車、機(jī)器人、無人機(jī)等自動化設(shè)備，到激光器、光電開關(guān)、RFID、電機(jī)減速器、齒形帶、3D識別技術(shù)、自動導(dǎo)航技術(shù)等，這些概念和產(chǎn)品幾乎都不是中國人的原創(chuàng)。盡管這些技術(shù)存在的歷史不是很長，我們完全有機(jī)會提出自己的創(chuàng)新理念，但是沒有。這不能不說是一個巨大的差距。
針對以上差距，我們必須正視現(xiàn)實(shí)，從基礎(chǔ)做起。開動腦筋，不斷創(chuàng)新，總有一天會有中國自己的重大創(chuàng)新和發(fā)明。
創(chuàng)新需要積累和靈氣，更需要對需求的深刻理解。物流技術(shù)是一個實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)，解決這種需求需要時間、資金、耐心、以及開放的思維。
4. 世界知名企業(yè)與全球競爭力
衡量一個企業(yè)或產(chǎn)品技術(shù)水平的重要指標(biāo)是國際市場的占有率和競爭力。與歐美日設(shè)備大量進(jìn)入中國不同，我們的物流設(shè)備，盡管在本土有一些競爭優(yōu)勢，但在國際市場上卻仍然缺乏與世界一流企業(yè)同臺競技的能力。一方面有品牌效應(yīng)的因素，但更為重要的還是產(chǎn)品的技術(shù)水平和性能。只有一些低端產(chǎn)品，如貨架、輸送機(jī)、叉車等有一些機(jī)會，其它產(chǎn)品還無從談起。
另一個衡量指標(biāo)是企業(yè)規(guī)模，中國到目前為止還沒有一家集成商或生產(chǎn)廠商，其營業(yè)收入能夠進(jìn)入世界前十名（叉車除外）。也說明我國物流技術(shù)與裝備企業(yè)的規(guī)模還太小，并且行業(yè)集中度不高，市場過于分散，這些都是差距所在。
以上四個方面，是差距明顯的方面，此外標(biāo)準(zhǔn)化問題也是體現(xiàn)行業(yè)巨大差距的基礎(chǔ)性指標(biāo)，我國盡管出臺了很多與物流有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性、技術(shù)水平和接受度顯然是不夠的，有待繼續(xù)努力。
四、倉儲物流技術(shù)的發(fā)展趨勢
從行業(yè)應(yīng)用看，我國倉儲物流技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)從“適度自動化+高度信息化”階段過渡到“高度自動化+高度信息化”階段，并開始向智能化演變。這是大的方向。
從技術(shù)發(fā)展層面而言，更大的規(guī)模，更高的柔性，更高的自動化水平，更高的效率，更低的成本，無疑是發(fā)展趨勢。自動化、無人化、智能化成為發(fā)展的總趨勢。
總體而言，物流技術(shù)的發(fā)展，將會在以下幾個方面有較大的突破：
1. 柔性化技術(shù)與單元化技術(shù)的全面應(yīng)用
倉儲物流中的柔性化技術(shù)，如AGV、kiva、四向穿梭車、子母車、3D組盤技術(shù)等，未來還有可能是可行走的機(jī)器人、無人機(jī)等。有些是高度柔性化的，有些則是半柔性化（與完全柔性涉及的指標(biāo)存在差距，如路線不能隨意調(diào)整等）的。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）其路徑是非固定的；（2）設(shè)備數(shù)量是可增減的；（3）設(shè)備用途是多方面的。以AGV為例，最早的AGV系統(tǒng)僅用于物料搬運(yùn)，然而今天的AGV（包括kiva），可以用于搬運(yùn)、輸送、儲存、揀選等多個方面。未來，AGV大面積取代叉車和輸送機(jī)的可能性很高。
以周轉(zhuǎn)箱和托盤為載具的“單元”，將在整個供應(yīng)鏈體系中保持一致的形態(tài)，完成快速對接，大幅度提升倉儲物流效率。載具的共用體系的建立只是遲早之事。
2. 貨到人揀選技術(shù)將成為拆零揀選的主流技術(shù)
貨到人揀選（未來可能是貨到機(jī)器人揀選）技術(shù)在近幾年受到廣泛重視并快速發(fā)展，但還遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的水平。這一技術(shù)以巨大的優(yōu)越性，將會在拆零揀選（不僅限于拆零揀選）環(huán)節(jié)發(fā)揮巨大的作用。尤其以多種形式的穿梭車和kiva為代表的存取技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。kiva機(jī)器人已經(jīng)被認(rèn)為是揀選系統(tǒng)中使用最廣泛的自動化技術(shù)之一，成為引領(lǐng)世界物流技術(shù)發(fā)展的潮流。穿梭車技術(shù)，包括多層穿梭車和四向穿梭車等多種形式，也是近年來發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，其在大型配送中心，尤其在電子商務(wù)配送中心，將起到關(guān)鍵作用。
3. 自然導(dǎo)航和3D識別技術(shù)在物流系統(tǒng)中普遍應(yīng)用
自然導(dǎo)航技術(shù)廣泛應(yīng)用在自動駕駛技術(shù)上，是一種比激光導(dǎo)航更加優(yōu)越的導(dǎo)航技術(shù)。kiva在電商等眾多類型的倉儲物流系統(tǒng)中都有應(yīng)用。但kiva基本采用二維碼+磁條導(dǎo)航技術(shù)，這是一種成本相對較低的導(dǎo)航技術(shù)，缺點(diǎn)是柔性較差。自然導(dǎo)航技術(shù)完全克服了過去那種需要預(yù)定義系統(tǒng)和環(huán)境的思路，可以模擬汽車在一段陌生的公路上行走。當(dāng)然，由于倉庫是一個封閉系統(tǒng)，比起公路來要規(guī)范許多，因此，自動導(dǎo)航的難度相對降低很多。
3D識別技術(shù)之所以重要，主要在于它解決了空間定位問題，使得自動揀選、自動碼垛與拆垛、自動裝車與卸車變得可能，可以預(yù)見，3D技術(shù)的全面應(yīng)用，將對倉儲物流技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響。
4. 傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)不是以前的意義
如AS/RS系統(tǒng)，除了高度、速度等將有重大突破外，立體庫的規(guī)模將會越來越大。此外，庫前區(qū)的技術(shù)革命也會有重大變化，比如AGV將取代叉車作業(yè)和輸送機(jī)作業(yè)就會是一次設(shè)計(jì)理念上的大突破。未來的AS/RS系統(tǒng)將會變得更加柔性化，系統(tǒng)也會更加簡單。
Miniload技術(shù)將會有更大的市場。隨著拆零業(yè)務(wù)比例的上升，以箱為單位的作業(yè)系統(tǒng)會更加受到重視。穿梭車也是如此。
隨著AGV技術(shù)的不斷成熟，叉車改造為自動叉車具有巨大的市場空間。
隨著冷鏈?zhǔn)袌龅男枨笤龃螅m合于-18°C甚至更低環(huán)境的自動化系統(tǒng)需求會越來越大，而這一方面的技術(shù)目前還非常短缺。
此外，高速分揀系統(tǒng)、自動包裝系統(tǒng)等都將獲得更大的發(fā)展。
5. AI技術(shù)將得到全面應(yīng)用
各式各樣的機(jī)器人參與物流作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，將引發(fā)一場物流作業(yè)的革命。如雙足機(jī)器人在物流各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，將對當(dāng)前難以處理的廂式貨車的裝卸作業(yè)發(fā)揮意想不到的作用。未來幾十年中，將是AI從概念全面走向?qū)嵱玫臅r期。智能物流的一個顯著特征就是AI的全面應(yīng)用。對于AI技術(shù)對于社會和物流技術(shù)的巨大推動作用，可能所有的想象和預(yù)測都會過于保守，現(xiàn)在僅僅能看到端倪，還無法突破巨大的想象空間。
總而言之，更高的存儲效率、更快的作業(yè)效率、更準(zhǔn)確的揀選作業(yè)以及作業(yè)更加輕松，是物流系統(tǒng)追求的目標(biāo)。充分利用空間，提高物流作業(yè)效率與客戶服務(wù)體驗(yàn)，是技術(shù)發(fā)展的底層動力。所有技術(shù)的進(jìn)步都是為了提高服務(wù)水平這樣一個共同目標(biāo)。
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