物流倉儲技術發展趨勢分析

一、從自動化到高柔性自動化

隨著工業社會不斷發展，物流倉儲技術也逐步由人力堆積平面庫，到自動化剛度立體庫，再從高軟性自動立體庫發展。在1917年首台叉車發明以前，物流倉儲運行一直處於手工作業情況。叉車技術讓倉儲系統進入機械化立體庫時代，倉庫的空間利用率獲得了極大提高，同時保留了高軟性的特征。1962年全球首座基於堆垛機科技的自動化立體庫發生，此後該方法進入將近半個多世紀的蓬勃發展階段。無人、高效和空間利用率高優勢，使自動化立體庫逐漸變成制造業和商業推崇的最好倉儲解決方案。然而傳統自動化立體庫具備剛度強的短板，難以滿足靈活多變的物流服務的需要，第三方物流服務公司一般不選用此項自動化倉儲技術。雖然早在1980年德國便開始研發高柔性的自動化“衛星車”(子母車)技術，但受控制系統和算法的限定，效率軟性的博奕不斷多年，使之一直沒有達到和傳統自動化立體庫抗衡的水准。

2003年全球首台穿梭車技術(Multishuttle)的問世，讓物流倉儲技術真正進到高柔性自動化時代。穿梭車打破一個煤巷內只能有一台堆垛機作業限定，完成了多台穿梭車分層作業的軟性解決方法。隨著穿梭車技術發展，四向穿梭車(4-directionshuttle)技術成為主流。“四向”是指穿梭車能夠獨立完成“上下左右”的運轉。四向穿梭車配置兩套輪系，各自完成X方向和Y方位的運動，既能實現在煤巷裏的出入庫作業，又能夠實現在同一層的不同煤巷轉換。在垂直方向(Z方位)，四向穿梭車可通過與換層提升機的靈活配對，完成立體三維空間內任意儲位的存放和揀選。四向穿梭車系統具有較強的高柔性自動化的特征，最先可以根據進出庫動態必須靈便變動工作煤巷和貨架方面，同時可以按照作業量軟性調整穿梭車的總數來調整系統能力;其次，當其中某輛穿梭車出現異常時，可由其他車輛取代完成作業，解決了堆垛機因故障造成整個煤巷沒法作業致命短板。四向穿梭車系統集存放與挑揀於一體，既適宜低流量、高密度的存放型業務，也可用於高流量、高密度的動態挑揀型工作，系統工作能力能通過調整穿梭車和提升機以及其它輔助設備的總數來線形調整。

2010年德國弗勞恩霍夫物流研究所給出了“魔浮”穿梭車(MultishuttleMove)的概念，實現了世界上首輛既能在地面又能在貨架上獨立行駛的多功能智能搬運機器人的開發。“魔浮”穿梭車完全打通了物流倉儲系統與生產系統之間的“隔牆”，完成了倉儲與制造的無縫對接。傳統穿梭車(包含四向穿梭車)的作業局限在倉庫的貨架上，不能在地面行駛，要完成生產線的物料配送，需要經過轉站階段。而“魔浮”穿梭車能夠獨立走出貨架，像AGV小車一樣直接將原料送至產線，或者把成品直接在產線運送到成品庫的貨架上。這是物流倉儲技術邁向高柔性自動化的主要一步。

“魔浮”穿梭車盡管完成了貨架和地面上的行駛，但它只能獨立完成X方向和Y方向的水平運動，在垂直方向運動仍需借用提升機來達到。為了進一步提升自動化倉儲物流技術的軟性，弗勞恩霍夫物流研究所運用3D打印技術迅速完成了攀登搬運機器人RackRacer的樣品研發。該機器人能夠實現XYZ方向的自主運動，在貨架上能夠左右獨立“攀登”，不再借助提升機的支持。此項技術將自動化倉儲物流技術的軟性推向了制高點。應對低成本個性定制給物流系統帶來的極大挑戰，高柔性自動化物流倉儲技術提出了滿意的解決方案。

二、高密度化

隨著城市化過程逐步推進，土地的稀缺性難題日益嚴重，做為工業、商業和社會不可缺少的物流倉儲用地也日趨緊缺，高密度物流倉儲技術變成發展趨向。一方面傳統的貨架越建越大，有些甚至超出40米，以充分利用庫房有限的占地面積。這樣的倉儲系統一般運用極高堆垛機去完成出入庫作業。另一方面是降低煤巷的總數，實現貨物在水平和垂直方向的高密度儲放。這類三維密集式貨架系統必須選用特殊的進出庫方法，其最大的問題是難以實現對每件貨物的直接出庫工作。

目前普遍的三維密集式貨架系統和進出庫方法有以下幾類：

1.貫通式貨架和駛入式貨架：叉車能夠駛進貫通式貨架或駛入式貨架存儲貨品，這個就降低了叉車所需的通道，可以在有限的庫房空間內放下更多的貨架，大大提高了倉庫的空間利用率和儲存能力。貫通式貨架兩側都有通道，能夠實現先進先出(FIFO)的儲存對策;而駛入式貨架只配置單側通道，所以只能完成後進先出(LIFO)的儲存對策。

2.後推式貨架：這類貨架與裝貨小車配套應用，托盤貨物根據裝貨小車先後逐一後推進到貨架，當第一個儲位上的貨物取走後，後一個儲位上的貨物能被自動返回第一個儲位。在這類貨架系統中，叉車無須駛進存放煤巷，作業效率較高，只能完成LIFO的儲存對策。

3.重力式貨架：運用重力完成貨物的存儲。重力式貨架autonomous forklift是由在存放煤巷內布局無動力滾筒，安裝出一個向下傾斜的小角度，貨品靠自重自動從進庫端移動到部位較低的出貨端。第一個儲位上的貨品取走後，後一個儲位上的貨品自動到位，完成FIFO的儲存對策。

拖盤穿行板存放系統是一種半自動化倉儲技術，與貫通式貨架和駛入式貨架不同，叉車無須進到貨架煤巷工作，而是與拖盤穿行板協作，在通道上工作。這個就能夠降低叉車碰撞貨架的故障率，煤巷長度還可以相應提升，進一步提高倉儲密度。

豎直和水平旋轉自動貨櫃也是高密度物流倉儲技術的分支，其中豎直自動貨櫃運用非常廣泛。豎直自動貨櫃分成豎直轉動或是垂直升降兩種主要方式，適宜小型零部件的高密度存放及其符合人體工程學的進庫和挑揀工作。定做的豎直自動貨櫃能夠充分利用庫房從地面到房頂之間高度，進而在最小的占地面積上提供最大的倉儲能力。與固定貨架傳統的倉儲技術相比，自動貨櫃能夠節省達到75%的占地面積。

AutoStore是一種新式高密度倉儲技術。通常情況下，標准尺寸的料箱(600mm×400mm×310mm/220mm)存放立式貨格內，從庫房路面豎直往上層疊;一組機器人在立式存放貨格上方的鋁質路軌上水平走動，存儲料箱;每台機器人有8個輪子，其中4個沿X軸方向走動，另4個沿Y軸方向走動;每台機器人配有4條鋼纜提升裝置，能把每一垛裏最上方的料箱豎直提升至貨格頂端;立式存放貨格每垛可存儲最多16個料箱(高度達4.9米)，每個料箱中可存放單一品項或幾個品項的物品;料箱能夠根據系統裏的存放要求，簡單地向X軸和Y軸方向拓展;數千只料箱彼此鄰近，每16個一垛存放密集貨格中，免去了煤巷，存儲密度高。AutoStore能夠實現自動化存儲和“貨到人”拆零挑揀解決方法，場地使用比較靈活。由於豎直碼垛方法只能完成LIFO存放對策，務必借助合適的存儲策略和優化算法來降低機器人的倒貨工作，提升進出庫效率。

三、數字化和網絡化

進入工業4.0時代，公司要實現數字化轉型，應當從物流數字化入手。物流圍繞企業業務全流程，而作為物流關鍵環節的物流倉儲系統，其智能化是公司數字化建設的重中之重。智能傳感器技術、賽博物理系統(CPS)、窄帶物聯網(NB-IoT)和5G技術正持續運用到物流倉儲數字化建設中。下列就得方向的四項關鍵技術逐一介紹。

1.智能物流按鍵(iButton)

智能物流按鍵是一種物流倉儲系統智能化和網絡化的創新技術，可以用在貨架、挑揀小車及其它倉儲設備上。比如，按住挑揀網上備貨的智能物流按鍵，能夠拉通整個物流和供應鏈流程：自動立體庫啟動出庫工作，AGV小車將貨品自動配送到挑揀線，同時倉儲管理系統可以把需求變動信息自動發送至供應商物流系統，進而帶動供應鏈上遊公司的物流和生產。

2.智能物流標簽(iLabel)

與傳統RFID標識相比，智能物流標簽具備更強的作用，它具有一定的自主決策能力，完成報案與控制物流流程作用。智能物流標簽能夠普遍用於周轉箱、拖盤、集裝箱等物流容器上。

3.智能周轉箱技術(inBin)

通過在周轉箱上加裝認知與智能控制模塊，完成了物流單元的智能化。inBin智能箱既能自主管理箱裏的物品，又可向上級系統及時報告智能箱狀態，完成自動要貨和備貨的功效。基於智能箱的運輸系統可采取分散控制技術，使智能箱不再是被動模塊，能夠反向給運輸系統下達命令。在智能箱的指揮下，運輸系統會自動地把箱子送到目的地。

4.物聯網(IoT)

物聯網可以滿足智能物流網絡化的需要，同時又是完成物流全流程數字化的關鍵。相較於基於WiFi和藍牙技術的物聯網數據准確度較低、用電量較大，窄帶物聯網技術是一種專為物聯網定制的窄帶射頻技術，適用低功耗設備在局域網的蜂窩數據連接，又被稱為局域網(LPWA)，以室內覆蓋、低成本、低功耗為特點。窄帶物聯網適用大量連接，為物流倉儲系統的智能化和網絡化創新應用帶來蓬勃生機。窄帶物聯網技術支持智能物流模塊和智能物流裝備之間低方面的相互交流和決策，真正實現了庫房內部密集網狀連接，提升物流倉儲信息交換效率和准確度。中國在5G技術上處在世界領先部位，5G無線空口技術(RIT)方案基於3GPP新空口(NR)和窄帶物聯網技術。其中，NR關鍵滿足加強型移動寬帶(eMBB)、低時延高可靠(URLLC)2個場景的技術需求，NB-IoT滿足規模性設備連接(mMTC)場景的技術需求。中國全力發展的新基建項目將進一步推進窄帶物聯網建設，為中國公司在物流數字化和網絡化建設方面奠定良好的基礎。