無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用與發(fā)展對策研究

林 芳 鄧佳強

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

1 研究背景與研究意義

1.1 研究背景

科技發(fā)展給物流產(chǎn)業(yè)帶來巨變。在日常物流場景中，各類高科技產(chǎn)品層出不窮，自動化與智能化操作正逐步取代純?nèi)斯げ僮?。傳統(tǒng)的物流分撥中心運營模式已無法滿足日益增長的市場需求，迫切需要新的技術(shù)手段來解決這些問題。因此，越來越多的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于物流業(yè)，如電子商務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等，使物流業(yè)實現(xiàn)信息共享，并進行有效管理，從而提升企業(yè)的整體競爭力。無人叉車與傳統(tǒng)的電動托盤叉車相比，其具有重量輕、體積小、效率高及操作簡便等優(yōu)點，能很好地彌補人力叉車和電動托盤車存在的不足。尤其是對大件貨物的運輸，更要采用自動運輸與裝卸系統(tǒng)，因而其在物流分撥中心具有廣闊的發(fā)展前景。

近年來，無人叉車的銷量一直穩(wěn)步增長（見圖1），在物流行業(yè)自動化熱潮中，無人叉車機器人是物流業(yè)發(fā)展的重要方向。2016—2021年，中國無人叉車的銷量由350臺提高至7 375臺，年均復(fù)合增速近66%，預(yù)計2022年有望維持50%的市場增速，銷量突破1.1萬臺［1］。目前，無人叉車市場的主體有傳統(tǒng)AGV廠商、傳統(tǒng)叉車廠商、倉儲AGV廠商、工業(yè)AMR廠商、專業(yè)無人叉車廠商、商貿(mào)物流集成廠商［2］。隨著我國電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，物流快遞業(yè)也呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢。未來，我國快遞市場仍有較大的發(fā)展?jié)摿?，快遞分撥中心在物流分撥中心的占比較大。如何能更好地為客戶提供優(yōu)質(zhì)高效的物流配送服務(wù)是當(dāng)今各行各業(yè)發(fā)展面臨的難題之一。而無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用則能極大地提高作業(yè)效率，減少人員的工作量，降低運營成本，同時還可避免因人工裝卸而造成的環(huán)境污染及安全隱患［3］。研究無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用與發(fā)展將為我國物流業(yè)注入新的活力，推動我國物流業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

圖1 2016—2022年中國無人叉車銷量趨勢預(yù)測圖［1］

1.2 研究意義

無人叉車是叉車與AGV的結(jié)合體。AGV是現(xiàn)代制造業(yè)自動化技術(shù)中不可或缺的部分，廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械、電子通信、食品加工等領(lǐng)域，成為當(dāng)今工業(yè)機器人領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的，其最大優(yōu)點是可實現(xiàn)無人化管理，其是通過機器代替人工來完成生產(chǎn)任務(wù)的自動設(shè)備。無人叉車以機械化為基礎(chǔ)，集計算機自動控制與智能控制技術(shù)于一體，能在不使用人力或物力時自動完成工藝過程。既節(jié)省了人力，又降低了成本，是一種新型運輸方式和運輸工具［4］。在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，各物流分撥中心應(yīng)用較多的是手動叉車與傳統(tǒng)電動叉車，電動叉車與手動叉車相比，雖有很大進步，也進一步釋放勞動力，但工作效率依舊比較低。許多物流中心已開始嘗試使用無人叉車，其投入使用的數(shù)量也在不斷增長。無人叉車具有操作靈活、作業(yè)效率高、成本低等特點，可用于倉庫及各類工廠車間的搬運裝卸、堆垛整理、分揀包裝以及配送工作［5］。通過研究無人叉車在分撥中心的應(yīng)用場景、應(yīng)用優(yōu)勢，挖掘其中存在的問題，有助于尋找解決對策，進而推動無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用推廣，通過研究無人叉車的發(fā)展趨勢，可使無人叉車的研發(fā)與應(yīng)用更加貼合實際物流場景，具備更高的柔性和適用性。

2 相關(guān)概念

2.1 無人叉車

“無人叉車”又稱“無人駕駛叉車”或“叉車AGV”，是一種智能工業(yè)車輛機器人，其融合了叉車技術(shù)和AGV技術(shù)，與普通AGV相比，無人叉車除了能完成點對點的物料搬運外，還能實現(xiàn)多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物流運輸，不僅適合高位倉庫、庫外收貨區(qū)、產(chǎn)線轉(zhuǎn)運的應(yīng)用場景，且在重載、特殊搬運等場景中發(fā)揮著不可替代的作用［6］。通過無人叉車的應(yīng)用，可解決工業(yè)生產(chǎn)和倉儲物流作業(yè)過程中物流量大、人工搬運勞動強度高等問題。無人叉車在本質(zhì)上是一種自動化物料搬運工具，本研究探討的無人叉車是針對托盤搬運及存取場景的產(chǎn)品，是AGV行業(yè)的一個細分領(lǐng)域。通過加載在叉車上的各種導(dǎo)航技術(shù)（如激光導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等），并構(gòu)建地圖算法，輔以避障安全技術(shù)，來實現(xiàn)叉車的無人化作業(yè)［7］。

2.2 物流分撥中心

2.2.1 分撥中心（Allocating Center）。分撥中心是物流行業(yè)運作的經(jīng)濟活動組織，換個角度來說，其是集加工、理貨、送貨等職能于一體的物流據(jù)點［8］。

2.2.2 物流分撥中心的作用。①將配送過程中產(chǎn)生的各種物品，通過分揀、包裝等工序進行統(tǒng)一集中，并在規(guī)定時間內(nèi)完成預(yù)定任務(wù)；也可根據(jù)不同需求隨時調(diào)整貨物的品種和數(shù)量，最大限度地滿足顧客的要求，提高企業(yè)的經(jīng)營效益，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的“零庫存”。②對客戶提供從生產(chǎn)到銷售的全過程服務(wù)。即把商品直接送到消費者手中，減少中間流通環(huán)節(jié)，縮短交貨周期，同時降低采購成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量及售后服務(wù)質(zhì)量。③為客戶提供產(chǎn)品信息收集和反饋系統(tǒng)，以及其他相關(guān)的配套設(shè)施，幫助用戶解決實際問題，并及時反饋給供應(yīng)商，促進雙方共同發(fā)展。④建立完善的物流配送信息系統(tǒng)。包括倉儲管理系統(tǒng)、運輸管理系統(tǒng)、配送調(diào)度管理系統(tǒng)、綜合管理信息系統(tǒng)等。⑤實行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，確保配送工作能順利進行。如按需定產(chǎn)、按量取料、合理調(diào)配、科學(xué)配貨、快速周轉(zhuǎn)等［9］。

目前，無人叉車在物流分撥中心的普及率不高，本研究的研究成果將有助于推動無人叉車在物流分撥中心的推廣運用。

3 無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用場景

無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用場景見圖2。

圖2 無人叉車在物流分撥中心應(yīng)用場景

3.1.1 自動搬運環(huán)節(jié)。無人叉車可用于物流分撥中心水平方向上的運輸，將各類標(biāo)準(zhǔn)托盤貨物，如標(biāo)準(zhǔn)尺寸的川字托盤、田字托盤、籠式托盤、箱式托盤等，從入庫暫存區(qū)運輸?shù)阶詣虞斔蜋C上料口，再由自動輸送機運至巷道入口。

3.1.2 自動裝卸環(huán)節(jié)。近年來，我國的人工成本不斷提高，而叉車的從業(yè)人員不多，且叉車工屬特殊工種，從業(yè)人員數(shù)量較少，這就成為智能物流的“最后一公里”。為解決這一難題，可采用無人叉車進行自動裝卸，從而真正實現(xiàn)物流的智能無人化。無人叉車通過自動識別托盤上的條碼或RFID標(biāo)簽，由計算機系統(tǒng)控制執(zhí)行裝卸指令，從而實現(xiàn)無人化裝卸作業(yè)。采用無人叉車進行自動裝卸，可進一步提升物流分撥中心的智能化水平。在貨物卸貨入庫、裝貨出庫等環(huán)節(jié)使用無人叉車技術(shù)來代替人工裝卸，可減少人力成本，降低人工操作的誤差率，進一步提升裝卸效率。

3.1.3 自動分揀環(huán)節(jié)。物流分撥中心除了對輕量型貨物的操作需求外，還有很多針對體積較大、質(zhì)量較重的重載貨物的操作需求。自動叉車可用于重載貨物的自動分揀，把輕量化的分揀技術(shù)轉(zhuǎn)化為重載型分揀技術(shù)，從而實現(xiàn)無人叉車的自動分揀，其多用于重載貨物數(shù)量較多的場景。

3.2 無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用優(yōu)勢

3.2.1 避免人員頻繁進出倉庫。無人叉車能自動完成貨物的裝卸作業(yè)，其具有較強的自鎖功能，不用人員看守，更安全有效，無人化操作也能降低維護成本。因此，運用無人叉車的物流分撥中心可減少人員流動，工作人員的安全也有了保障。

3.2.2 實現(xiàn)自動化、信息化管理。無人叉車不用人工干預(yù)即可完成整個物流過程，由于采用機器人技術(shù)進行控制，使工作更加高效有序，在提高工作效率的同時，可減少工人勞動強度，此外還能節(jié)約人工成本［10］。

3.2.3 節(jié)約物流成本。在運輸環(huán)節(jié)上，通過應(yīng)用自動裝卸設(shè)備可大大降低運輸成本，并保證貨物能及時到達目的地。另外，無人叉車對物料的要求不高，只要簡單清掃便可輕松完成所有作業(yè)。

3.2.4 提高庫存周轉(zhuǎn)效率。由于采用智能控制技術(shù)，使產(chǎn)品具有更高的附加值，從而增加企業(yè)的利潤，降低企業(yè)經(jīng)營成本。而對物流業(yè)來說，能有效降低成本、提高效率，從而實現(xiàn)“零”庫存管理［11］。

3.3 無人叉車在物流分撥中心的應(yīng)用問題

3.3.1 購置成本高，維護保養(yǎng)難度大。對比廉價的傳統(tǒng)叉車和現(xiàn)在廣泛普及的電動托盤車，無人叉車的價格要高出很多，即便企業(yè)購買多套無人叉車設(shè)備，但相對應(yīng)的配套設(shè)施也要進行升級，整個分撥中心的改造更要耗費大量的資金。此外，無人叉車的維護與保養(yǎng)也是個難題，要培訓(xùn)專業(yè)人員進行配合操作，或要廠家提供優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。因此，許多企業(yè)對無人叉車采取觀望的態(tài)度，不敢貿(mào)然入手。一些分撥中心嘗試先購置少量的無人叉車進行試運營，然后經(jīng)實踐計算對比，決定是否批量采用。

3.3.2 對系統(tǒng)整體性要求高。無人叉車是一個整合系統(tǒng)，并不是一個設(shè)備的運用，其應(yīng)用對整個分撥中心物流系統(tǒng)的整體性提出很高要求。首先是硬件系統(tǒng)上的配合，無人叉車的扁平車身雖滿足窄巷道運作，但其應(yīng)用場景存在局限性，對載重、地面平整度等有著較高的要求。此外，無人叉車并不具備舉升能力，所以能夠替代一般AGV的場景也比較少，其能夠替代的也只是一般的自動無人搬運叉車［12］。其次，制約無人項目快速落地的另一個重要因素是無人叉車的運行效率及多車的調(diào)度效率。特別是有些人力消耗較大的行業(yè)，要滿足快速運轉(zhuǎn)及三班倒的要求，叉車AGV的運行速度、叉取貨物速度等，和人工相比還存在差距，多車調(diào)度、路線規(guī)劃效率的提升也顯得尤為重要，特別是在較小的空間里進行操作。再次是安全問題。叉車體積相對較大，搬運的貨物尺寸和重量都比較大，對安全方面的要求更高，特別是在人車混行的環(huán)境中。此外，叉車AGV項目不僅僅是AGV設(shè)備，一個有效的自動化項目，不是只有AGV，而是作為一個完善的解決方案進行規(guī)劃，除了設(shè)備本身、控制系統(tǒng)、傳感器、導(dǎo)航外，還有整個系統(tǒng)的集成和基于自動化的重新布局，以及信息流的完整流程及技術(shù)支持［13］。

3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。無人叉車的生產(chǎn)制造并沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，使該領(lǐng)域的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。從普通叉車到無人叉車，設(shè)備屬性也發(fā)生相應(yīng)的變化。在發(fā)展良好的前提下，大量企業(yè)試圖進入叉車制造領(lǐng)域，這些新進企業(yè)是否具有實力進行無人叉車的生產(chǎn)和制造、產(chǎn)品質(zhì)量是否優(yōu)質(zhì)尚無定論。目前，國內(nèi)無人叉車的生產(chǎn)制造企業(yè)主要有兩類。一是本身從事AGV機器人生產(chǎn)的企業(yè)，因業(yè)務(wù)和產(chǎn)品線的關(guān)系，50%以上的AGV企業(yè)都會涉及叉車AGV類產(chǎn)品；二是傳統(tǒng)叉車企業(yè)，其也在大力拓展無人叉車，如杭叉、柳工、合力、林德、諾力、卓一等［14］。而部分叉車企業(yè)在智能化轉(zhuǎn)型過程中面臨一定的技術(shù)壁壘，這是因為智能化是一個技術(shù)含量高、軟硬件結(jié)合的產(chǎn)業(yè)。在智能化轉(zhuǎn)型前，叉車企業(yè)給系統(tǒng)集成商提供裸車，集成商進行改裝。在智能化轉(zhuǎn)型過程中，相比于AGV企業(yè)，傳統(tǒng)叉車企業(yè)在軟件開發(fā)、系統(tǒng)解決方案設(shè)計以及對客戶現(xiàn)場痛點問題解決等方面存在劣勢。

4 無人叉車在物流分撥中心應(yīng)用的發(fā)展對策

4.1 加強政策支持，鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入

政府應(yīng)積極引導(dǎo)社會資本參與無人叉車項目，通過政策鼓勵物流分撥中心普及應(yīng)用無人叉車，在稅收上給予無人叉車生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)惠，間接降低無人叉車的生產(chǎn)成本，使無人叉車的購置費用降低；鼓勵龍頭企業(yè)發(fā)揮引領(lǐng)作用，并整合資源，聯(lián)合組建專業(yè)的研發(fā)團隊，支持重點領(lǐng)域的企業(yè)進行技術(shù)改造，不斷提升裝備技術(shù)水平；叉車生產(chǎn)企業(yè)要研發(fā)出更為先進智能的無人叉車裝備，在維護保養(yǎng)方面提供完備的售后服務(wù)，從而免除購置企業(yè)的后顧之憂。

4.2 推動產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，形成完整產(chǎn)業(yè)鏈條

積極引導(dǎo)無人叉車生產(chǎn)企業(yè)整合上下游資源，推進生產(chǎn)要素的合理流動，提升供應(yīng)鏈效率和服務(wù)水平。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。建立協(xié)同配套機制，增強產(chǎn)業(yè)韌性。在物流分撥中心使用無人叉車，對系統(tǒng)提供一個完善的整體規(guī)劃解決方案，包括無人叉車設(shè)備、控制系統(tǒng)、傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及對整個物流信息系統(tǒng)的全流程進行規(guī)劃［15］。完整的產(chǎn)業(yè)鏈條有助于企業(yè)對物流分撥中心的系統(tǒng)改造提供充分指導(dǎo)，不僅可為物流分撥中心提供硬件設(shè)備，還可提供軟件設(shè)備，從而實現(xiàn)一站式服務(wù)。

4.3 建立統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系

建立健全國家通用標(biāo)準(zhǔn)的制（修）訂制度，支持開展行業(yè)共性技術(shù)研究和試驗驗證工作，制定適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要的國家標(biāo)準(zhǔn)，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。注重研發(fā)設(shè)計創(chuàng)新，鼓勵企業(yè)加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度。實施智能物流裝備專項工程，培育一批具有核心競爭力的龍頭企業(yè)，打造智慧供應(yīng)鏈平臺。提高產(chǎn)品的可靠性，推進重點行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。積極開展國際對標(biāo)，積極引進國外先進設(shè)備和技術(shù)。加快標(biāo)準(zhǔn)化成果的推廣應(yīng)用，逐步建成全國統(tǒng)一的電動倉儲車輛技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，全面掌握自動駕駛功能及相關(guān)核心技術(shù)，形成自主可控、安全可靠、經(jīng)濟高效的先進適用、符合中國國情的人工智能系統(tǒng)解決方案，推動無人叉車在更多場合得到應(yīng)用。

5 結(jié)語

目前，我國無人叉車產(chǎn)業(yè)已進入大規(guī)模商業(yè)化示范階段，但由于我國無人叉車產(chǎn)業(yè)起步較晚，其技術(shù)水平尚處于初級階段，因此還要進一步深入研究，以提高無人叉車性價比以及自動化程度，從而使我國無人叉車在實際使用過程中能更好地發(fā)揮作用，并為社會創(chuàng)造更大價值。目前我國無人叉車技術(shù)仍處在不斷探索階段，還有很多問題亟待解決。隨著我國物流業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)將目光轉(zhuǎn)向智能倉儲領(lǐng)域，而作為現(xiàn)代物流運輸環(huán)節(jié)重要組成部分，無人叉車也必將迎來廣闊的發(fā)展前景。