倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

文/ 房殿軍

同濟(jì)大學(xué)教授，中德智能技術(shù)博士研究院中方院長(zhǎng)

倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)是企業(yè)建立先進(jìn)合理的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的關(guān)鍵，而市場(chǎng)需求和科技進(jìn)步共同推動(dòng)了全球倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的快速發(fā)展。本文作者基于30多年的行業(yè)觀察與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，概括總結(jié)了倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)六大發(fā)展趨勢(shì)——從自動(dòng)化到高柔性自動(dòng)化、高密度化、揀選作業(yè)的無(wú)紙化與自動(dòng)化、數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化、透明化和可預(yù)測(cè)性、智能化，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析。

隨著工業(yè)4.0發(fā)展，產(chǎn)品定制與個(gè)性化服務(wù)已逐漸成為市場(chǎng)發(fā)展的重要趨勢(shì)，這對(duì)現(xiàn)代物流系統(tǒng)提出了更高要求。倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)（Warehousing Logistics Systems）作為物流與供應(yīng)鏈的核心環(huán)節(jié)，其作業(yè)效率、服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)成本一直是企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。高效合理的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)可以幫助企業(yè)加快物資流動(dòng)的速度，降低成本，保障生產(chǎn)順利進(jìn)行，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的有效控制和管理?，F(xiàn)代“倉(cāng)儲(chǔ)”已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的“倉(cāng)庫(kù)”、“倉(cāng)庫(kù)管理”，而是在經(jīng)濟(jì)全球化與供應(yīng)鏈一體化背景下的倉(cāng)儲(chǔ)，是以滿(mǎn)足供應(yīng)鏈上下游需求為目的，在特定的有形或無(wú)形場(chǎng)所，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)物品進(jìn)出、庫(kù)存、分揀、包裝、配送及其信息進(jìn)行有效計(jì)劃、執(zhí)行和控制的物流活動(dòng)。顯然，倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)（Warehousing Logistics Technologies）是企業(yè)建立先進(jìn)合理倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的關(guān)鍵。

倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)正在經(jīng)歷從機(jī)械化到自動(dòng)化，乃至智能化的發(fā)展階段，本文就其發(fā)展趨勢(shì)的六大特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析與總結(jié)，同時(shí)也為物流裝備企業(yè)及用戶(hù)的相關(guān)物流活動(dòng)提供借鑒。

一、從自動(dòng)化到高柔性自動(dòng)化

隨著工業(yè)社會(huì)不斷進(jìn)步，倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)也逐漸由人工堆放平面庫(kù)，到自動(dòng)化剛性立體庫(kù)，再到高柔性自動(dòng)立體庫(kù)發(fā)展。在1917年首臺(tái)叉車(chē)發(fā)明之前，倉(cāng)儲(chǔ)物流運(yùn)作一直處于手工作業(yè)狀態(tài)。叉車(chē)技術(shù)讓倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)入了機(jī)械化立體庫(kù)時(shí)代，庫(kù)房的空間利用率得到了極大提升，同時(shí)保留了高柔性的特點(diǎn)。1962年世界首座基于堆垛機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化立體庫(kù)出現(xiàn)，此后該技術(shù)進(jìn)入了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的高速發(fā)展階段。無(wú)人、高效和空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)，使自動(dòng)化立體庫(kù)逐步成為制造業(yè)和商業(yè)推崇的最佳倉(cāng)儲(chǔ)解決方案。然而傳統(tǒng)自動(dòng)化立體庫(kù)具有剛性高的短板，很難滿(mǎn)足靈活多變的物流服務(wù)的需求，第三方物流服務(wù)公司一般不采用這項(xiàng)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。盡管早在1980年德國(guó)就開(kāi)始研發(fā)高柔性的自動(dòng)化“衛(wèi)星車(chē)”（子母車(chē)）技術(shù)，但受控制技術(shù)和算法的限制，效率和柔性的博弈持續(xù)多年，使其一直沒(méi)有達(dá)到與傳統(tǒng)自動(dòng)化立體庫(kù)抗衡的水平。

圖2 高密度倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)案例

2003 年世界首臺(tái)穿梭車(chē)技術(shù)(Multishuttle)的面世，讓倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)真正進(jìn)入高柔性自動(dòng)化時(shí)代。穿梭車(chē)打破了一個(gè)巷道內(nèi)只能有一臺(tái)堆垛機(jī)作業(yè)的限制，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)穿梭車(chē)分層作業(yè)的柔性解決方案。隨著穿梭車(chē)技術(shù)的發(fā)展，四向穿梭車(chē)（4-direction shuttle）技術(shù)成為主流。“四向”指的是穿梭車(chē)可以自主完成“前后左右”的運(yùn)行。四向穿梭車(chē)配備兩套輪系，分別完成X方向和Y方向的運(yùn)動(dòng)，既可以實(shí)現(xiàn)在巷道內(nèi)的出入庫(kù)作業(yè)，又可以實(shí)現(xiàn)在同一層的不同巷道切換。在垂直方向(Z方向)，四向穿梭車(chē)可通過(guò)與換層提升機(jī)的靈活匹配，實(shí)現(xiàn)立體三維空間內(nèi)任意貨位的存儲(chǔ)和揀選。四向穿梭車(chē)系統(tǒng)具有較好的高柔性自動(dòng)化的特點(diǎn)，首先可以根據(jù)出入庫(kù)動(dòng)態(tài)需要靈活變更作業(yè)巷道和貨架層面，同時(shí)可以按照作業(yè)量柔性增減穿梭車(chē)的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能力；其次，當(dāng)其中某輛穿梭車(chē)出現(xiàn)故障時(shí)，可由其他車(chē)輛替代完成作業(yè)，克服了堆垛機(jī)因故障導(dǎo)致整個(gè)巷道無(wú)法作業(yè)的致命短板。四向穿梭車(chē)系統(tǒng)集存儲(chǔ)與揀選于一體，既適合低流量、高密度的存儲(chǔ)型業(yè)務(wù)，也可用于高流量、高密度的動(dòng)態(tài)揀選型作業(yè)，系統(tǒng)作業(yè)能力可以通過(guò)增減穿梭車(chē)和提升機(jī)以及其他輔助設(shè)備的數(shù)量來(lái)線(xiàn)性調(diào)節(jié)。

2010年德國(guó)弗勞恩霍夫物流研究院提出了“魔浮”穿梭車(chē)(Multishuttle Move)的概念，完成了世界上首輛既能在地面上又能在貨架上自主行駛的多功能智能搬運(yùn)機(jī)器人的研發(fā)?！澳Ц　贝┧筌?chē)徹底打通了倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的“隔墻”，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)與生產(chǎn)的無(wú)縫對(duì)接。傳統(tǒng)穿梭車(chē)（包括四向穿梭車(chē)）的作業(yè)局限在倉(cāng)庫(kù)的貨架上，不能在地面上行駛，要完成生產(chǎn)線(xiàn)的物料配送，必須經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。而“魔浮”穿梭車(chē)可以自主走出貨架，像AGV小車(chē)一樣直接把原材料送到產(chǎn)線(xiàn)，或者將成品直接從產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)送到成品庫(kù)的貨架上。這是倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)走向高柔性自動(dòng)化的重要一步。

“魔浮”穿梭車(chē)雖然實(shí)現(xiàn)了貨架和地面上的行駛，但它只能自主完成X方向和Y方向的水平運(yùn)動(dòng)，在垂直方向運(yùn)動(dòng)仍需借用提升機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步提升自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的柔性，弗勞恩霍夫物流研究院利用3D打印技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)了攀爬搬運(yùn)機(jī)器人RackRacer的樣機(jī)研發(fā)。該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)XYZ方向的自主運(yùn)動(dòng)，在貨架上可以上下自主“攀爬”，不再依靠提升機(jī)的幫助。這項(xiàng)技術(shù)將自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的柔性推向了制高點(diǎn)。面對(duì)低成本個(gè)性化定制給物流系統(tǒng)帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)，高柔性自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)給出了滿(mǎn)意的解決方案。

二、高密度化

隨著城市化進(jìn)程不斷深入，土地的稀缺性問(wèn)題日益嚴(yán)重，作為工業(yè)、商業(yè)和社會(huì)不可或缺的倉(cāng)儲(chǔ)物流用地也日趨緊缺，高密度倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)成為發(fā)展趨勢(shì)。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的貨架越建越高，有的甚至超過(guò)40米，以充分利用倉(cāng)庫(kù)有限的占地面積。這樣的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)一般利用超高堆垛機(jī)來(lái)完成出入庫(kù)作業(yè)。另一方面是減少巷道的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)貨物在水平和垂直方向的高密度存放。這種三維密集型貨架系統(tǒng)需要采用特殊的出入庫(kù)方式，其最大的問(wèn)題是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每件貨物的直接出庫(kù)作業(yè)。

目前常見(jiàn)的三維密集型貨架系統(tǒng)和出入庫(kù)方式有如下幾種：

1.貫通式貨架和駛?cè)胧截浖埽翰孳?chē)可以駛?cè)胴炌ㄊ截浖芑蝰側(cè)胧截浖艽嫒∝浳?，這樣就減少了叉車(chē)所需要的通道，能夠在有限的倉(cāng)庫(kù)空間內(nèi)放下更多的貨架，大大提升了倉(cāng)庫(kù)的空間利用率和存儲(chǔ)能力。貫通式貨架兩邊都有通道，可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出(FIFO)的存儲(chǔ)策略；而駛?cè)胧截浖苤慌鋫鋯芜呁ǖ?，所以只能?shí)現(xiàn)后進(jìn)先出（LIFO）的存儲(chǔ)策略。

2.后推式貨架：這種貨架與載貨小車(chē)配套使用，托盤(pán)貨物通過(guò)載貨小車(chē)依次逐個(gè)后推進(jìn)入貨架，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)貨位上的貨品取走后，后一個(gè)貨位上的貨品會(huì)被自動(dòng)回到第一個(gè)貨位。在這類(lèi)貨架系統(tǒng)中，叉車(chē)不必駛?cè)氪鎯?chǔ)巷道，作業(yè)效率較高，只能實(shí)現(xiàn)LIFO的存儲(chǔ)策略。

3.重力式貨架：利用重力實(shí)現(xiàn)貨物的存取。重力式貨架是通過(guò)在存儲(chǔ)巷道內(nèi)布置無(wú)動(dòng)力滾筒，安裝出一個(gè)向下傾斜的小角度，貨物靠自重自動(dòng)從入庫(kù)端滑移到位置較低的出貨端。第一個(gè)貨位上的貨物取走后，后一個(gè)貨位上的貨物自動(dòng)到位，實(shí)現(xiàn)FIFO的存儲(chǔ)策略。

托盤(pán)穿梭板存儲(chǔ)系統(tǒng)是一種半自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，與貫通式貨架和駛?cè)胧截浖懿煌?，叉?chē)不必進(jìn)入貨架巷道作業(yè)，而是與托盤(pán)穿梭板協(xié)同，在通道上作業(yè)。這樣就大大降低了叉車(chē)撞擊貨架的事故率，巷道的長(zhǎng)度也可以相應(yīng)增加，進(jìn)一步提高倉(cāng)儲(chǔ)密度。

垂直和水平旋轉(zhuǎn)自動(dòng)貨柜也是高密度倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的分支，其中垂直自動(dòng)貨柜應(yīng)用比較廣泛。垂直自動(dòng)貨柜分為垂直旋轉(zhuǎn)或者垂直升降兩種主要方式，適合小型零部件的高密度存儲(chǔ)以及符合人體工程學(xué)的入庫(kù)和揀選作業(yè)。定制的垂直自動(dòng)貨柜可以充分利用倉(cāng)庫(kù)從地面到屋頂之間的高度，從而在最小的占地面積上提供最大的倉(cāng)儲(chǔ)能力。與固定貨架傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)相比較，自動(dòng)貨柜可以節(jié)約高達(dá)75%的占地面積。

AutoStore是一種新型高密度倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的料箱（600 m m×400 m m×310 mm/220mm)存放在立式貨格內(nèi)，從倉(cāng)庫(kù)地面垂直向上堆疊；一組機(jī)器人在立式存儲(chǔ)貨格頂部的鋁制軌道上水平行走，存取料箱；每臺(tái)機(jī)器人有8個(gè)輪子，其中4個(gè)沿X軸方向行走，另4個(gè)沿Y軸方向行走；每臺(tái)機(jī)器人配有4條鋼索提升裝置，能將每一垛中最上方的料箱垂直提升至貨格頂部；立式存儲(chǔ)貨格每垛可存儲(chǔ)最多16個(gè)料箱（高度達(dá)4.9米），每個(gè)料箱中可存儲(chǔ)單一品項(xiàng)或多個(gè)品項(xiàng)的貨物；料箱能夠根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)需求，簡(jiǎn)易地向X軸和Y軸方向擴(kuò)展；數(shù)千只料箱彼此相鄰，每16個(gè)一垛存放在密集貨格中，省去了巷道，存儲(chǔ)密度高。AutoStore可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存取和“貨到人”拆零揀選解決方案，場(chǎng)地使用比較靈活。因?yàn)榇怪贝a垛方式只能實(shí)現(xiàn)LIFO存儲(chǔ)策略，必須依靠合適的存取策略和優(yōu)化算法來(lái)減少機(jī)器人的倒貨作業(yè)，提高出入庫(kù)效率。

圖3 無(wú)紙化揀選技術(shù)的分類(lèi)及特點(diǎn)

圖4 自動(dòng)化揀選技術(shù)的分類(lèi)及特點(diǎn)

三、揀選作業(yè)的無(wú)紙化和自動(dòng)化

揀選是倉(cāng)儲(chǔ)物流中勞動(dòng)密集的作業(yè)環(huán)節(jié)，在一些電商物流中心里，揀選作業(yè)甚至占倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本的50%。為了提高揀選效率、降低倉(cāng)儲(chǔ)物流總成本，近年來(lái)揀選方式和技術(shù)不斷創(chuàng)新，揀選作業(yè)更加動(dòng)態(tài)化，部分領(lǐng)域還實(shí)現(xiàn)了揀選的自動(dòng)化。

傳統(tǒng)的“人到貨”（PTG）揀選仍然是常見(jiàn)的揀選方式，尤其是在產(chǎn)品種類(lèi)眾多的電商物流中心里，“人到貨”揀選是客戶(hù)訂單履行的重要組成部分。為了提高揀選效率、降低差錯(cuò)率，無(wú)紙化揀選已經(jīng)成為大趨勢(shì)，常見(jiàn)方式如下:

1.PDA手持掃描器

2.燈光揀選系統(tǒng) Pick-to-Light(電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng))

3.語(yǔ)音揀選系統(tǒng)Pick-by-Voice （聲控揀選系統(tǒng)）

4.增強(qiáng)視覺(jué)揀選系統(tǒng)P i c k-b y-Vision(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)揀選系統(tǒng))

燈光揀選系統(tǒng)是一種主要依靠電子數(shù)字顯示牌和各種指示燈來(lái)顯示揀選信息的揀選方式，應(yīng)用最為廣泛。其常規(guī)模式為：在訂單驅(qū)動(dòng)下，系統(tǒng)在需揀選商品的貨位上的電子標(biāo)簽亮起，指示操作員到準(zhǔn)確的貨位揀取準(zhǔn)確的數(shù)量。操作員通過(guò)確認(rèn)將揀選信息實(shí)時(shí)傳送回系統(tǒng)，使揀選作業(yè)方便、高效和無(wú)誤。燈光揀選系統(tǒng)除了用在固定貨架上，還可以配備在揀選小車(chē)上。燈光揀選車(chē)一般還會(huì)配備車(chē)載平板電腦和掃描槍?zhuān)軌蛞龑?dǎo)操作人員同時(shí)揀選多個(gè)訂單，正確選擇貨架上的貨物，并放在揀選車(chē)上指定的容器里。燈光揀選車(chē)還可加裝揚(yáng)聲器系統(tǒng)，用語(yǔ)音引導(dǎo)人員揀貨。

PDA手持掃描器應(yīng)用廣泛，是實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)和揀選作業(yè)無(wú)紙化和信息實(shí)時(shí)化的重要技術(shù)。然而在大件物品揀選時(shí)，操作員需要雙手揀取貨物，手持掃描器會(huì)影響作業(yè)。語(yǔ)音揀選系統(tǒng)便可以很好地解決雙手作業(yè)的問(wèn)題，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別和合成技術(shù)，使倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員可以直接與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS）進(jìn)行對(duì)話(huà)溝通。作業(yè)員無(wú)需觀看PDA手持掃描器的屏幕，直接按照語(yǔ)音指令到指定區(qū)域庫(kù)位揀選貨物，并通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行動(dòng)作確認(rèn)。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)直接識(shí)別作業(yè)人員語(yǔ)音，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。語(yǔ)音揀選系統(tǒng)可將多個(gè)訂單放在一起批處理，提高揀選效率。在商品周轉(zhuǎn)慢的倉(cāng)庫(kù)區(qū)域（C類(lèi)商品揀選區(qū)），也可將多個(gè)訂單批處理到一個(gè)語(yǔ)音揀選小車(chē)，以提高綜合作業(yè)效率，降低倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本。

增強(qiáng)視覺(jué)揀選系統(tǒng)配備有智能數(shù)據(jù)眼鏡和相關(guān)控制軟件，該系統(tǒng)與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)無(wú)縫交互。根據(jù)揀選策略制定的揀選列表和優(yōu)化后的行走路徑將被實(shí)時(shí)發(fā)送到作業(yè)人員佩戴的智能數(shù)據(jù)眼鏡上，引導(dǎo)作業(yè)人員揀選。訂單完成后，增強(qiáng)視覺(jué)揀選系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)索取下一個(gè)新的揀選列表。

隨著倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的發(fā)展，“貨到人”（GTP）揀選系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛?！柏浀饺恕睊x系統(tǒng)最早與傳統(tǒng)自動(dòng)立體庫(kù)(ASRS / Miniload)對(duì)接，主要用于供應(yīng)產(chǎn)線(xiàn)的原材料的揀選作業(yè)。堆垛機(jī)將需要揀選的托盤(pán)/周轉(zhuǎn)箱從立體庫(kù)中自動(dòng)取出，交到連續(xù)輸送機(jī)或其他搬運(yùn)設(shè)備上，貨物被送到揀選站，由操作工人完成揀選后再次存入自動(dòng)立體庫(kù)。這種“貨動(dòng)，人不動(dòng)”的揀選方式，大幅度減少了揀選人員的行走距離，可以實(shí)現(xiàn)高于“人到貨”模式數(shù)倍的揀選效率，并且按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的揀選站可以大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度和揀選差錯(cuò)率。

隨著四向穿梭車(chē)自動(dòng)立體庫(kù)的推廣，“貨到人”揀選系統(tǒng)的效率和靈活性得到大幅度提升，初步往智能化方向發(fā)展。高端的四向穿梭車(chē)運(yùn)行速度超過(guò)4m/s，可以為揀選站快速補(bǔ)給和運(yùn)回系統(tǒng)所需的周轉(zhuǎn)箱?；谒南虼┧筌?chē)的“貨到人”揀選系統(tǒng)不僅適用于制造企業(yè)，在電商和商超物流中心的應(yīng)用也日益普及。

基于kiva機(jī)器人的“貨（架）到人”的揀選系統(tǒng)成為近年來(lái)電商物流熱點(diǎn)技術(shù)之一。kiva機(jī)器人通過(guò)掃描地面的條碼定位，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)接受指令，將貨物所在的貨架從倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)至揀選站，揀選人員每小時(shí)可挑揀、掃描300件商品，效率是傳統(tǒng)“人到貨”揀選作業(yè)的3倍以上，準(zhǔn)確率可以達(dá)到99.99%?；趉iva機(jī)器人的“貨（架）到人”的揀選系統(tǒng)給揀選和包裝流程帶來(lái)了進(jìn)一步優(yōu)化的空間。在一些電商物流中心里，kiva機(jī)器人把貨架直接搬到復(fù)核包裝工作臺(tái)，由復(fù)核打包作業(yè)人員完成揀選、二次分揀以及打包復(fù)核三項(xiàng)工作。這樣的流程優(yōu)化，不僅減少了物流中心的人員投入，同時(shí)也減少了物流中心的內(nèi)部物流作業(yè)量，提高了電商物流中心作業(yè)的綜合效率，降低了總的運(yùn)營(yíng)成本。

在大型物流中心里，多臺(tái)kiva機(jī)器人與多個(gè)揀選臺(tái)的匹配是影響提高揀選效率的關(guān)鍵因素。目前常用的規(guī)劃方法有動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、博弈算法、合同網(wǎng)法等，未來(lái)基于人工智能的規(guī)劃方法也會(huì)有很好的應(yīng)用前景。

倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的不斷發(fā)展，順應(yīng)了時(shí)代的潮流，體現(xiàn)了社會(huì)對(duì)科技的強(qiáng)烈召喚。在智能傳感技術(shù)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、5 G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)逐步成熟的背景下，全球倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)已邁入創(chuàng)新發(fā)展的黃金階段。

自動(dòng)化揀選技術(shù)也已經(jīng)在煙草和醫(yī)藥物流領(lǐng)域有了廣泛成功的應(yīng)用。由于包裝比較規(guī)范，卷煙和部分醫(yī)藥產(chǎn)品適合在A型架揀選系統(tǒng)、通道式揀選系統(tǒng)等進(jìn)行自動(dòng)揀選。中國(guó)煙草行業(yè)物流技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，其中條煙揀選設(shè)備已經(jīng)達(dá)到全球領(lǐng)先地位。根據(jù)補(bǔ)煙填倉(cāng)方式和煙倉(cāng)部件結(jié)構(gòu)形式的不同，自動(dòng)化條煙揀選設(shè)備主要分為立式條煙分揀機(jī)、臥式條煙分揀機(jī)、通道式條煙分揀機(jī)和組合式條煙分揀機(jī)。立式條煙分揀機(jī)的煙倉(cāng)直立設(shè)置，從煙倉(cāng)側(cè)面人工補(bǔ)煙填倉(cāng)；臥式條煙分揀機(jī)的煙倉(cāng)傾斜設(shè)置，從煙倉(cāng)端面補(bǔ)煙填倉(cāng)，一次可實(shí)現(xiàn)多條補(bǔ)貨；通道式條煙分揀機(jī)的煙倉(cāng)水平設(shè)置,從煙倉(cāng)端面補(bǔ)煙填倉(cāng)，一次可實(shí)現(xiàn)整件的自動(dòng)補(bǔ)貨；組合式條煙分揀機(jī)是由上述三種條煙分揀機(jī)按一定方式組合構(gòu)成的條煙分揀線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品規(guī)的條煙的自動(dòng)化揀選。

而“貨到機(jī)器人”揀選系統(tǒng)則可以說(shuō)是相對(duì)“貨（架）到人”的另一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。隨著工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)和抓取技術(shù)的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)物流作業(yè)中最為復(fù)雜的拆零揀選環(huán)節(jié)逐步成為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的下一個(gè)重要陣地。“貨到機(jī)器人”揀選系統(tǒng)通常由輸送線(xiàn)或AGV連接自動(dòng)立體庫(kù)和揀選機(jī)器人系統(tǒng)，在自動(dòng)輸送環(huán)節(jié)，“貨到機(jī)器人”和“貨到人”系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式相同，即完成貨物從立體庫(kù)到揀選站的自動(dòng)化搬運(yùn)。在揀選環(huán)節(jié)，“貨到機(jī)器人”揀選系統(tǒng)采用機(jī)器人自動(dòng)揀選，即通過(guò)機(jī)器人來(lái)識(shí)別、抓取貨物并放在指定的容器內(nèi)。與“貨到人”揀選系統(tǒng)下的人工揀選方式相比，“貨到機(jī)器人”揀選系統(tǒng)下的機(jī)器人不僅能夠長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)揀選動(dòng)作，節(jié)省人力，還可以大幅度提高揀選效率，保證準(zhǔn)確率。因此，在人力成本越來(lái)越高的趨勢(shì)下，“貨到機(jī)器人”揀選無(wú)疑將成為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的下一個(gè)熱點(diǎn)。目前“貨到機(jī)器人”揀選技術(shù)還存在一些技術(shù)瓶頸，應(yīng)用案例比較少。多數(shù)物流中心里貨物的品規(guī)數(shù)量龐大，商品包裝各式各樣，大小和重量差異很大，對(duì)機(jī)器人的夾具技術(shù)要求很高。在現(xiàn)有技術(shù)水平上，“貨到機(jī)器人”揀選系統(tǒng)還無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)這些不規(guī)則商品的揀選需求。不過(guò)隨著行業(yè)研發(fā)力量的不斷投入，不規(guī)則物品的全自動(dòng)揀選技術(shù)瓶頸在不久的將來(lái)一定能突破。

移動(dòng)揀選機(jī)器人是自動(dòng)化揀選的最高層次，是世界倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)領(lǐng)域的重要技術(shù)發(fā)展方向。移動(dòng)揀選機(jī)器人配備自主導(dǎo)航系統(tǒng)，采用3D視覺(jué)和機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)，完成移動(dòng)揀選機(jī)器人的精準(zhǔn)定位以及貨物的智能識(shí)別與抓取，并自主將揀選好的貨物運(yùn)送到指定地點(diǎn)。移動(dòng)揀選機(jī)器人能夠替代繁重的人工勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物流中心“機(jī)器人到貨”的揀選作業(yè)方式，目前其應(yīng)用范圍還非常有限，主要用于規(guī)范包裝貨物的揀選。

四、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化

進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，企業(yè)要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，應(yīng)該從物流數(shù)字化入手。物流貫穿企業(yè)業(yè)務(wù)全流程，而作為物流核心環(huán)節(jié)的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)，其數(shù)字化是企業(yè)數(shù)字化建設(shè)的重中之重。智能傳感器技術(shù)、賽博物理系統(tǒng)(CPS)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)和5G技術(shù)正不斷應(yīng)用到倉(cāng)儲(chǔ)物流數(shù)字化建設(shè)中。以下就該方向的四項(xiàng)主要技術(shù)逐一介紹。

1.智能物流按鈕（iButton）

智能物流按鈕是一種倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的創(chuàng)新技術(shù)，可以用在貨架、揀選小車(chē)及其他物流設(shè)備上。例如，按下揀選線(xiàn)上補(bǔ)貨的智能物流按鈕，可以拉通整個(gè)物流和供應(yīng)鏈流程：自動(dòng)立體庫(kù)啟動(dòng)出庫(kù)作業(yè)，AGV小車(chē)將貨物自動(dòng)配送到揀選線(xiàn)，同時(shí)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)可以把需求變動(dòng)信息自動(dòng)發(fā)送到供應(yīng)商的物流系統(tǒng)，從而拉動(dòng)供應(yīng)鏈上游企業(yè)的物流和生產(chǎn)。

2.智能物流標(biāo)簽（iLabel）

與傳統(tǒng)的RFID標(biāo)簽相比，智能物流標(biāo)簽具有更強(qiáng)的功能，它具有一定的自主決策能力，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和控制物流流程功能。智能物流標(biāo)簽可以廣泛用在周轉(zhuǎn)箱、托盤(pán)、集裝箱等物流容器上。

3．智能周轉(zhuǎn)箱技術(shù)（inBin）

通過(guò)在周轉(zhuǎn)箱上加裝感知與智能控制單元，實(shí)現(xiàn)了物流單元的智能化。inBin智能箱既能自主管理箱內(nèi)的貨物，又能向上級(jí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)告智能箱的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)要貨和補(bǔ)貨的功能?；谥悄芟涞妮斔拖到y(tǒng)可采用分散控制技術(shù)，使智能箱不再是被動(dòng)單元，可以反向給輸送系統(tǒng)下達(dá)命令。在智能箱的指揮下，輸送系統(tǒng)可以自動(dòng)地將箱子送達(dá)目的地。

4.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠滿(mǎn)足智能物流網(wǎng)絡(luò)化的需求，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)物流全流程數(shù)字化的關(guān)鍵。相對(duì)于基于WiFi和藍(lán)牙技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低、耗電量較大，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的窄帶射頻技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作廣域網(wǎng)(LPWA)，以室內(nèi)覆蓋、低成本、低功耗為特點(diǎn)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)支持海量連接，為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)新應(yīng)用帶來(lái)勃勃生機(jī)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持智能物流單元和智能物流裝備之間低層面的相互交流和決策，真正實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部密集網(wǎng)狀連接，提高倉(cāng)儲(chǔ)物流信息交換效率和準(zhǔn)確率。中國(guó)在5G技術(shù)上處于全球領(lǐng)先位置，5G無(wú)線(xiàn)空口技術(shù)（RIT）方案基于3GPP新空口（NR）和窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中，NR重點(diǎn)滿(mǎn)足增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、低時(shí)延高可靠（URLLC）兩個(gè)場(chǎng)景的技術(shù)需求，NB-IoT滿(mǎn)足大規(guī)模機(jī)器連接（mMTC）場(chǎng)景的技術(shù)需求。中國(guó)大力發(fā)展的新基建項(xiàng)目將進(jìn)一步推進(jìn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為中國(guó)企業(yè)在物流數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)方面打下良好的基礎(chǔ)。

五、透明化和可預(yù)測(cè)性

通過(guò)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流的可視化管理，下一步是全流程的透明化和對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。所謂透明化，在于理解為什么系統(tǒng)中正在發(fā)生某些事情，進(jìn)而建立系統(tǒng)的行為邏輯和規(guī)范，為系統(tǒng)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)透明化，必須首先捕獲和分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也就是建立系統(tǒng)的數(shù)字影像（Digital Shadow）。通過(guò)透明化可以實(shí)現(xiàn)流程的優(yōu)化，提高物流的速度、效率和質(zhì)量，降低物流成本。

基于倉(cāng)儲(chǔ)物流流程數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性，可以進(jìn)行“流程挖掘”，從數(shù)字化中挖掘優(yōu)化的潛能。所謂“流程挖掘”是對(duì)實(shí)際流程進(jìn)行展現(xiàn)、監(jiān)控和優(yōu)化。即從企業(yè)信息系統(tǒng)（如倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)）中的實(shí)時(shí)信息和事件日志里提取知識(shí)，尋找規(guī)律。通過(guò)這種方式，可以挖掘深藏在流程和系統(tǒng)中的“內(nèi)部信息”：誰(shuí)、什么、何時(shí)、何處、為什么、如何……這些“內(nèi)部信息”有助于審核、分析和改進(jìn)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程。市場(chǎng)上有多種“流程挖掘”軟件工具，如 Celonis，Hammacher Datentechnik以及Katana公司的專(zhuān)業(yè)軟件。

數(shù)字孿生技術(shù)（Digital Twin）是一項(xiàng)創(chuàng)新性系統(tǒng)技術(shù)，是充分利用物理模型、傳感器信息、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科和多物理量的3D仿真過(guò)程。倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的數(shù)字孿生就是相應(yīng)的物流設(shè)備和系統(tǒng)在虛擬空間中的數(shù)字化表達(dá)，以便在這個(gè)數(shù)字化物流系統(tǒng)上研究實(shí)際物理系統(tǒng)可能發(fā)生的情況，并借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生動(dòng)直觀地展現(xiàn)出來(lái)。所有數(shù)據(jù)模型都能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互聯(lián)，真實(shí)物理系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)將通過(guò)與智能倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)集成的賽博物理系統(tǒng)向數(shù)字化模型反饋，使生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化模型保持一致，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理系統(tǒng)的狀態(tài)和性能的實(shí)時(shí)評(píng)估與監(jiān)控。利用數(shù)字孿生模型可以快速和低成本地對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化，通過(guò)改變系統(tǒng)控制策略和規(guī)則，尋求更優(yōu)的方案；同時(shí)利用數(shù)字孿生技術(shù)逆向反饋的功能，把優(yōu)化后的控制方案（甚至包括PLC和機(jī)器人控制程序）直接植入到物理系統(tǒng)中。基于數(shù)字孿生模型進(jìn)行的各類(lèi)仿真、分析、數(shù)據(jù)挖掘以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以確保它與現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)的適用性。

電子商務(wù)時(shí)代，客戶(hù)的訂單隨機(jī)性高，導(dǎo)致電商物流中心的業(yè)務(wù)需求波動(dòng)大，這給倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的資源配置帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。基于數(shù)字化和新型預(yù)測(cè)方法的物流需求預(yù)測(cè)分析，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)意義重大。目前預(yù)測(cè)方法研究大都集中在啟發(fā)式預(yù)測(cè)方法和基于數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的預(yù)測(cè)分析方法。

六、智能化

倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)目標(biāo)是智能化。即，在數(shù)字化和透明化的基礎(chǔ)上，模仿生物和人的智能給倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)賦予感知、分析、學(xué)習(xí)和決策的能力；甚至利用“深度學(xué)習(xí)”技術(shù)，讓系統(tǒng)具有思維、推理判斷和自行解決復(fù)雜物流問(wèn)題的能力。

德國(guó)弗勞恩霍夫物流研究院近年來(lái)一直在研究生物“群智能”在物流領(lǐng)域的應(yīng)用。群智能源于對(duì)鳥(niǎo)群、魚(yú)群等動(dòng)物群體行為的研究，為物流中心內(nèi)部大量的“細(xì)胞式”搬運(yùn)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)尋找解決方案。采用中心控制方式實(shí)時(shí)管控?cái)?shù)千個(gè)機(jī)器人，需要很大的計(jì)算能力和無(wú)時(shí)延通信技術(shù)，機(jī)器人群中的突發(fā)事件甚至?xí)怪行目刂朴?jì)算機(jī)癱瘓?！叭褐悄堋钡目刂剖欠植际降模淮嬖谥行目刂?，每臺(tái)機(jī)器人通過(guò)配備的各種智能傳感隨時(shí)感知自己的位置、狀態(tài)和周邊環(huán)境，自主決策，自主控制，而機(jī)器人群體則具有自組織性，使群體效率達(dá)到最大化。機(jī)器人群體中每個(gè)個(gè)體的能力或遵循的行為規(guī)則非常簡(jiǎn)單，因而群智能的實(shí)現(xiàn)比較方便。由于群智能可以通過(guò)非直接通信的方式進(jìn)行信息的傳輸與合作，因而隨著個(gè)體數(shù)目的增加，通信流量的增幅較小，因此群的規(guī)模具有較好的擴(kuò)展性。

多代理系統(tǒng)（MAS）人工智能技術(shù)在搬運(yùn)機(jī)器人調(diào)度和控制方面的應(yīng)用成為近年來(lái)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。MAS是一種分散式優(yōu)化算法，用于對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的線(xiàn)路規(guī)劃、優(yōu)化和監(jiān)控。 MAS為每個(gè)對(duì)象（如運(yùn)輸訂單、貨物、搬運(yùn)機(jī)器人、提升機(jī)、裝卸點(diǎn)）建立一個(gè)數(shù)字孿生體，稱(chēng)為“虛擬代理”。 這些“虛擬代理”為每個(gè)運(yùn)輸流程“協(xié)商”一個(gè)接近最佳的解決方案，即確定哪項(xiàng)運(yùn)輸任務(wù)、通過(guò)哪輛搬運(yùn)機(jī)器人、在哪個(gè)路線(xiàn)上進(jìn)行。這種系統(tǒng)還對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的事件（如車(chē)輛故障）作出反應(yīng)，并以近乎實(shí)時(shí)的方式生成替代解決方案。基于人工智能（AI）的學(xué)習(xí)能力，歷史數(shù)據(jù)將被用來(lái)分析和改進(jìn)算法，這樣就形成了一個(gè)具有學(xué)習(xí)能力的搬運(yùn)機(jī)器人調(diào)度和控制系統(tǒng)。

人工智能圖像識(shí)別技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)和智能決策支持系統(tǒng)等在倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)人機(jī)與圖像識(shí)別技術(shù)結(jié)合，可以完成倉(cāng)庫(kù)安全監(jiān)控和貨物盤(pán)點(diǎn)；專(zhuān)家系統(tǒng)在倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)選型和規(guī)劃領(lǐng)域已經(jīng)有多個(gè)成功案例；而基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息的智能決策支持技術(shù)可以為倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化提供支持。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)智能化的水平正在逐步提高。

七、結(jié)束語(yǔ)

合理的、先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)可以更高效地在時(shí)間上協(xié)調(diào)原材料及產(chǎn)品的供需，促進(jìn)企業(yè)提高客戶(hù)服務(wù)水平，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的不斷發(fā)展，則順應(yīng)了時(shí)代的潮流，體現(xiàn)了社會(huì)對(duì)科技的強(qiáng)烈召喚。在智能傳感技術(shù)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)逐步成熟的背景下，全球倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)已邁入創(chuàng)新發(fā)展的黃金階段。高密度、高效率和高柔性自動(dòng)化的物流技術(shù)不斷涌現(xiàn)，物流與供應(yīng)鏈系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、透明化及智能化的方向發(fā)展。面對(duì)工業(yè)4.0提出的低成本個(gè)性化定制的愿景，倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)正在向物流4.0逐步邁進(jìn)，并日趨成熟。