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        尹軍琪:中國物流倉儲與配送技術發展概述

        文章出處:人氣:-發表時間:2019-07-17 09:38:00【

         

        尹軍琪:中國物流倉儲與配送技術發展概述

        本文是伍強科技董事長尹軍琪在2019年6月14日于成都舉行的中國重機行業高質量發展技術論壇上的發言稿及同期發表的論文。物流技術與應用授權轉載。摘要:   本文從倉儲、配送、軟件三個方面,系統論述了我國物流倉儲與配送中關鍵技術的發展概況。包括立體庫技術、貨到人揀選技術、AGV技術、無人倉技術、自動分揀技術、配送柜技術、無人配送技術,以及即時配送技術。梳理了我國物流裝備制造企業的基本情況,并對我國物流與配送技術與世界先進水平的差距和未來發展趨勢做了初步分析。

        1 概述

        中國現代物流倉儲與配送技術的發展,可追溯到上世紀70年代。以北起院和北自所為代表的研究院所開啟了自動化立體庫的研究與應用,以郵電部519廠、539廠為代表的企業開始研究郵件自動分揀系統,包括各種類型的分揀機,如交叉帶分揀機、托盤式分揀機等。但直到90年代后期,中國的物流技術發展與應用才真正開始進入快車道。其標志性事件包括:以寶鋼生產應用為目標的自動化立體庫技術的引進與消化,以煙草制造業應用為目標的高端物流系統應用,以及以聯想、海爾為代表的家電制造業現代物流系統的建設等。特別是進入21世紀,隨著電子商務的興起和工業4.0理念的推廣,給物流技術帶來了一波蓬勃發展的機遇。

        根據國標GB/T4754-2011《國民經濟行業分類》[1],我國物流倉儲與配送機械包含在物料搬運(起重運輸)機械大類下,再沒有詳細分類。如果要深究,物流倉儲與配送機械有很廣泛的內涵。

        與重型機械的其它單機產品不同,物流倉儲與配送機械往往是以成套設備和系統出現的。在物流倉儲系統中,有些產品是強相關的,如自動化立體庫系統中的堆垛機、輸送機、提升機、貨架等,它們彼此緊密配合,形成一個系統不可或缺的部分;有些是弱相關的,如叉車、托盤等,它們相對獨立,基本上與系統沒有緊密聯系。除此之外,還有位于其上的計算機管理與控制系統,這是物流倉儲與配送系統的獨特之處,也是其復雜之處。

        有些產品,如倉儲用叉車,雖然被分在工程機械大類,但又與倉儲和配送密不可分,廣泛應用于倉庫、車間、碼頭的托盤搬運,因此把它歸類于倉儲于配送機械之內也是一種可接受的方法。與此類似的產品還包括機器人和無人機,機器人在物流倉儲與配送中的應用非常廣泛,但主要還在于碼垛/拆垛以及自動揀選、搬運等方面。而機器人更廣泛的應用,如工業裝配、焊接、噴涂等領域,則不應包括在物流倉儲與配送的應用范疇之中。

        隨著改革開放的深入,我國經濟突飛猛進。物流裝備也不例外,以數量論,我國物流裝備市場在2015年前后已經發展成為全球最大的單一市場。其它的市場包括北美、歐洲、亞太(不含中國)以及其它(包括南美、非洲等地區),而且中國的優勢還在進一步擴大

        特別要指出的是,世界物流裝備市場在過去的兩年取得了前所未有的快速發展,不僅中國如此,歐美等市場也是如此。以叉車為例,全世界在2017和2018兩年中,其年增長幅度均超過15%,中國叉車銷售在2017年取得增幅34%的驚人成績后,2018年再度取得增幅20.21%,成為物流裝備市場增速最快的國家之一。

        市場對物流裝備需求量的快速增加的同時,對品質的提高也呈現出新的態勢,尤其是以工業4.0為推動力的制造業領域和以電商為代表的流通領域。自動化、無人化、智能化已成行業共識,更高的質量,更低的價格已經成為未來發展的基本趨勢,在整個行業欣起了一波物流技術發展的高潮,甚至可以說是開辟了物流技術發展的新時代。

        2 物流倉儲技術的發展概況

        我國的物流技術與裝備,總體來說,在過去40年間取得了重大進步,特別是近年來隨著資本和人才的涌入,使得發展速度更加迅猛。物流倉儲技術重點在儲存和揀選環節取得了顯著進步。以無人倉技術為集中代表的儲存技術、揀選技術、庫內搬運技術等實現了從引進、消化到創新的發展之路。

        ? 立體庫技術

        立體庫技術(這里指廣義的立體庫,非僅僅包括AS/RS系統)呈現幾大變化:其一是大型AS/RS立體庫應用越來越多;其二是密集存儲技術應用越來越多;其三是MINILOAD技術應用越來越多。呈現出豐富多彩的發展態勢。

        據不完全統計,2017~2018我國每年新建AS/RS立體庫超過800座,堆垛機超過3500臺。這是一個非常大的突破。重點行業集中在醫藥、電商、工業制造等領域。堆垛機超過20臺的特大型的AS/RS系統屢見不鮮。

        在立體庫應用中,各種形式的密集存儲系統越來越多,尤其在快消品生產、冷鏈物流等領域,密集存儲越來越發揮出巨大的優勢。目前常見的密集存儲技術包括雙深度AS/RS系統,穿梭板系統(穿梭板+子母車),托盤4向穿梭車系統等。

        在立體庫技術應用中,Miniload技術受到了前所未有的重視,而且大型Miniload系統也開始嘗試使用。這主要是由于電子商務訂單的揀選越來越趨于少量化的現狀所決定的。  

        ? "貨到人"揀選技術

        主要用于拆零揀選的“貨到人”(Goods to Man)揀選技術一經推出,由于其大幅的效率提升,很快便得到市場的廣泛認可,成為過去數年中最熱的應用技術之一。尤其是KIVA揀選技術,自2011年亞馬遜倉庫大規模應用以來,在中國引起極大反響。在電商領域,KIVA的應用已經非常普及,以KIVA機器人為主要產品的公司出現井噴式發展,成為我國物流倉儲技術發展的一道靚麗風景。除此之外,多層穿梭車技術,4向穿梭車技術,旋轉貨架技術也得到快速發展,并很快在市場中得到應用。

        一般情況下,“貨到人”揀選,相對于傳統的“人到貨”揀選,其揀選速度可以提升3~5倍,有些甚至可以提升5~8倍,這是一種革命性的突破。除此之外,揀選的準確性也將大大提升?,F在唯一需要解決的是貨到人系統的成本問題。

        KIVA機器人揀選系統之所以備受推崇,一方面與它的柔性、快速部署、可搬遷等內在的優勢分不開;另一方面更是由于資本的介入,精心包裝,良好的觀感效果等商業手段分不開。隨著KIVA機器人的價格的不斷走低,實施成本進一步降低,KIVA機器人很有可能在未來得到更大范圍的應用。

        ? AGV技術

        AGV技術的誕生可以追溯到上世紀60年代,直到2010年,其應用還受到價格和技術的限制。然而,AGV在過去幾年卻受到熱烈追捧,市場銷售規2018年已經超過40億人民幣,除了KIVA機器人的原因外,可能是AGV的靈活性被進一步得到認可。AGV本體主要采用傳統叉車企業的產品,隨著自動駕駛技術的推出,無人叉車技術已無障礙。世界上各大叉車企業,如豐田、林德、永恒力等,都紛紛開始研究自己的無人叉車產品,成為一個特別的現象。

        另一方面,是AGV的應用領域大大擴展,除KIVA等應用于“貨到人”揀選之外,AGV在收貨、存儲、揀選、發貨等環節都有大量應用。這也是AGV技術得以大量推廣的客觀原因之一。

        我國的AGV研究時間并不短,最早在80年代即已經成功研究出基于電磁導引的叉車,但真正得到應用的產品,卻仍然在90年代后期才得以實現。

        AGV的技術主要在于導航系統及路徑規劃運算。目前廣泛采用的導航系統包括條碼導航,二維碼導航,激光導航和SLAM自然導航。尤其是SLAM導航,將對未來AGV的應用產生重要影響,但目前主要存在成本居高不下的問題。

        ? 無人倉技術

        物流倉儲的無人化和智能化是最近幾年討論和研究的熱點之一。在無人化方面的技術,包括自動碼垛/拆垛技術、自動存儲技術、自動揀選技術、自動分揀技術、自動包裝技術,以及自動集貨和裝車技術等。每一環節均有代表性的技術產生。如:自動碼垛和拆垛機器人已經被廣泛應用在收發貨環節以及生產環節;各種形式的自動化儲存技術應用已經非常成熟;得益于3D識別技術的應用,自動揀選機器人的研究和應用也取得了關鍵性突破,在此之前,自動揀選已經通過A字架等形式得以實現;自動包裝已經從生產領域發展到物流,成為物流系統的自然延申;作為一種成熟技術,自動分揀在分揀能力和分揀形式上也取得了突破;各種形式的AGV應用于集貨已經成熟,快速裝車系統也有成熟的產品等。

        隨著倉庫技術的越來越先進復雜,以及用人成本的進一步提升,倉儲的無人化和少人化正成為行業的共識??梢灶A見,無人倉技術的大規模應用將很快成為現實。

        3 物流配送技術的發展概況

        過去10年中,電商的快速發展,催生了物流配送技術的快速發展。2018年,全國的配送包裹超過500億個,平均每天接近1.4億個,在“雙11”這一天,甚至超過10億個。這是前所未有的高度。在這一背景下,物流配送的問題變得突出起來。

        ? 自動分揀技術

        面對每天堆積如山的包裹,快遞企業既興奮也發愁,在最開始的幾年,甚至有快要崩潰的跡象。但隨著企業對高速分揀系統的認識加深,過去那種依靠人來分揀的時代一去不復返了。行業也邁入了新的時代。高速分揀設備是過去兩年來發展最快的產品之一,每年有多達數百套各種形式的分揀系統被應用于各個行業。當然,最大的行業是快遞。分揀系統仍然以傳統技術——如交叉帶分揀技術為主。

        特別值得一提的是“小黃車KIVA分揀系統”,這是由幾個大學生研發出來的基于KIVA的分揀系統,其基本原理是利用KIVA機器人,完成“多對多”的分揀任務。這無疑是一項重大的應用創新,突破了所有傳統分揀系統的固有模式,突破了空間(如分揀道口布局)的限制,突破了分揀能力的限制。KIVA分揀系統一經推出,就驚艷整個行業。目前看來,盡管還有一些技術問題和軟件問題需要解決,但這一分揀技術所帶來的革命性的突破,必將載入史冊。

        除此之外,有一種模組分揀機也是值得一提的。模組分揀系統快速簡潔,配置簡單,明顯比交叉帶等分揀系統靈活,其應用應該具有非常好的前景。

        作為包裹分揀,有一項技術非常關鍵,就是條碼識別率。最近幾年推出的照相技術和RFID技術從一定程度上解決了識別率的問題,這是一種突破。

        ? 配送柜技術

        海量的包裹配送帶來了一個難解的技術難題,就是通常所說的“最后一公里”問題。“配送柜”的基本思想并不難,也沒有什么新意。然而,促成這件事的工程師們,卻解決了一個個技術難題,如收貨問題、存儲問題、短信提醒問題、安全問題、溫度保持問題等?,F在,遍布全國城鄉的配送柜擔負起了主要的“最后一公里”重任,的確是配送技術的重大突破。未來,投放更多的配送柜應該成為一種可能。

        ? 無人配送技術

        無人配送包括無人機配送和機器人配送等技術,目前都仍然處于實驗階段。

        無人機應用于物流配送,是一項大膽的創新。但這一思想卻仍然來源于亞馬遜公司。有人懷疑無人機的能力和作用,但顯然是錯誤的。無人機配送不僅在短期內就有特殊的作用,如地震救災現場就是一個很好的場景,而且在未來可能會成為一種常態,只要將配送成本降下來就可以了。

        配送機器人概念由京東和阿里等企業提出,這也是基于自動駕駛的一種技術應用。就如同自動駕駛還存在很多技術難題一樣,無人配送機器人也是如此。但我們依然可以期待,在未來,首先會在特定的場所完成自動配送的工作。如處于隔離區的貨物配送問題,采用機器人配送就比較容易實現

        ? “即時配送”技術

        隨著“美團”等企業的興起,誕生了一個新的名詞,叫做“即時配送”。“即時配送”要求訂單從下達到完成配送在1個小時甚至更短的時間內完成,沒有倉儲,只有配送,這是一項非常難的工作。顯然,“即時配送”對于配送距離有嚴格要求,與同城配送相比,距離更短。

        “即時配送”訂單到今天已經達到令人驚訝的數量級,“即時配送”需要由一個強大的派單系統來完成,但配送本身卻沒有什么新創意,主要采用人海戰術和配送柜方式,這是未來要解決的問題。

        也許,未來的技術會出現很多獨立的技術的組合應用。比如自動配送、配送柜等技術應用于及時配送就是一種可以期望的技術應用。

        4 物流系統與軟件技術的發展

        除了裝備技術的發展外,物流倉儲與配送技術的另一關鍵技術在于軟件系統。從未來發展看,軟件系統的能力將會越來越強大,其作用越來越重要。

        人類進入20世紀下半段,才發現軟件的巨大作用。從一定程度上講,正是由于有了計算機軟件,人類幾千年來的技術積累才真正插上了騰飛的翅膀,從日常的生產和生活、學習,到遠程辦公,到汽車的自動駕駛,從高速列車,到航天飛機,到宇宙探索,軟件起到了無可替代的巨大作用?,F代物流倉儲與配送技術也是如此,計算機與網絡技術的應用是物流技術發展史上最重要的事件。隨著系統越來越復雜,自動化程度越來越高,軟件系統扮演的作用越來越重要。

        計算機技術發展到今天,對物流技術的影響與日俱增。軟件系統從開始的獨立WMS系統,發展到與ERP系統的集成化,再到供應鏈管理一體化。大數據和云計算概念導入物流系統,云服務平臺(云存儲、云計算、云數據庫、云安全等)成為軟件發展的新的方向,各種AI技術的導入,使得智能物流更加接近于實用。

        2016年以來,世界頂尖物流裝備企業,如SSI SCHEFER公司,已經運用AI技術,把目光鎖定在物流系統的監控與預警方面,建立本公司的覆蓋全球的預警系統,對于提升系統的可靠性將有非常高的作用。其基本方式是在公司總部建立一個監控中心,通過網絡鏈接所有正在運營的物流系統,通過檢測、記錄現場信息,應用人工智能技術,從而做出預警判斷,并將結果第一時間主動告知現場,避免現場出現事故以后再做補救和處理。

        5 企業格局發生重大變化

        隨著物流技術的快速發展,企業的格局也發生了重大變化,世界范圍內的企業整合成為一個明顯趨勢。特別是近年來資本市場的強勢介入,物流企業興起了一波創業高峰。

        典型企業

        2016年開始,世界范圍內的物流裝備企業整合此起彼伏。首先是德國的永恒力公司,收購了著名的米亞斯,開啟了叉車企業進入自動化領域的序幕,緊接著,林德叉車的母公司凱奧集團以21億美元收購了德馬泰克公司,豐田公司也不甘落后,把歐洲的范德蘭德公司收入囊中。這是一波叉車企業大舉進入自動化領域的并購大潮。此外,美的收購庫卡,而在此之前,庫卡已經完成對瑞士格的收購。中資企業方面,則是諾力收購無錫中鼎比較引人注目。

        ? 新型企業

        隨著物流倉儲與配送市場需求的急速擴張,尤其是KIVA“貨到人”揀選機器人的推出,最近幾年涌現出了一批新型企業。主要企業不下10家。如:北京極智嘉科技有限公司,杭州??禉C器人技術有限公司,上??靷}智能科技有限公司,深圳市歐鎧機器人有限公司,深圳馬路創新科技有限公司等。還有更多的創業者爭躍躍欲試。

        除此之外,更多的制造業或物流企業加入了物流裝備制造這一行業。最典型的莫過于京東商城X事業部強勢加入物流裝備研發。其它一些上市公司,如北京康拓紅外,杭州??低?,科捷智能裝備,深圳市科陸電子等,也在最近幾年中紛紛進入物流裝備行業。形成了一道獨特的風景線。

        新興企業的崛起,一方面是資本帶動的結果,另一方面也可以看出物流倉儲與配送裝備領域的巨大潛力。隨著大量高素質的人才的涌入,整個物流裝備行業呈現出前所未有的新氣象。這是非??上驳?。

        6 差距與未來發展趨勢

        ? 差距

        我國物流與倉儲技術經過40年發展,取得了很大成就。尤其是最近10年以來,呈現出前所未有的發展態勢。物流倉儲與配送裝備行業從一個非常小的行業,發展到今天產品品類齊全,技術全面,參與者眾多,可與歐、美、日企業分庭抗禮,并且占有一定優勢的局面。

        然而,與世界主要供應商相比,我們更應該看到自身的不足。這些不足主要從4個方面得到體現。

        其一是基礎研究。目前應用于物流裝備的關鍵基礎件,如電機減速機、PLC、激光器、掃描器等,基本以進口為主。國產設備取代進口還遙遙無期。這不禁使人想起了“芯片”技術的關鍵作用。

        其二是產品創新能力。目前還沒有一項物流重大創新是屬于中國人發明的。這是一個很尷尬的記錄。需要我們一代又一代的人持續努力,才有可能改變。創新是未來發展的根本出路,我們不僅缺乏創新的成果,更加缺乏創新精神和創新環境。雖然政府一方面在鼓勵創新,但配套政策常常是南轅北轍,不得要領。比如“首臺套”的認定及推廣政策,市場準入和保護政策,以及重大創新的風險補償政策等。此外,高校教育體制的改革也直接關乎創新精神的培養,但這更是遙不可及的事情。

        其三是產品質量和多樣性還有較大差距。國產設備在性能上雖然有長足的進步,但依然有很大提升空間。尤其在交叉帶分揀機,多層穿梭車,Miniload等關鍵設備上,我們的差距還很明顯。在系統能力和軟件能力方面的差距也是明顯的。

        其四是企業規模和企業的核心競爭力方面。與世界上大的系統集成商相比,中國企業規模普遍較小。雖然我們在中低端市場占有明顯優勢,但在國際市場,尤其是高端市場的競爭力明顯不如國外。中國產品走出去也還有很長的路要走。

        除此之外,我們的方法論,市場環境也有待改進。急功近利,低價競爭,不注重基礎研究,對培養市場是什么有大害的,希望引起有關部門注意。我們雖然制定了很多標準,但對于標準的執行仍然不力,而且標準缺乏系統性、科學性和嚴肅性。

        ? 技術發展趨勢

        物流技術發展到今天,已經進入到高度自動化和高度信息化階段,正在向智能化目標快速邁進。

        技術方面,具體可表現為網絡化,自動化和無人化,快速、高效、定制化和單元化趨勢明顯。

        網絡化方面,各種信息技術的快速應用,信息的互聯互通,物聯網技術和云計算技術應用等,從根本上改變了物流運行的現狀。數據的共享,過程的透明性,決策的快捷,使物流更加高效的同時,也提升了產品的質量,進而提升服務水平。

        自動化方面,一方面是自動化系統,如自動化立體庫、自動分揀系統、自動揀選系統的應用越來越普及。另一方面,新型自動化技術,如貨到人揀選、自動揀選、自動碼垛與拆垛、AGV應用等技術的升級越來越快,自動化的成本越來越低。隨著人力資源的日趨緊張,選擇自動化已經成為未來的必然趨勢。

        無人化方面,很多公司在做嘗試。其與自動化有著密不可分的聯系。高度自動化從根本上就是通過無人化和少人化來實現的。如自動碼垛、自動儲存、自動輸送、自動配送等。特別是無人機配送將會成為未來的發展的重要方向,盡管現在看來還有爭議。

        密集存儲將是未來的重點,尤其在冷鏈的應用將會成為標配。單元化物流的優越性將逐步得到認識。

        miniload為代表的以“件”存儲和作業的方式,是解決定制化的有力武器,將會是未來發展的趨勢。盡管miniload的誕生已經至少有30年歷史,但其春天則剛剛到來。尤其是面對B2C的業務,“件”存儲顯得非常必要。

        信息化方面:計算機技術的發展進入了一個新的時代,大數據、云計算、區塊鏈技術會進一步改變物流的基本模式,并對新零售業務產生重要影響,移動互聯網和物聯網技術對物流的影響將比過去任何技術對物流的影響都要大得多,尤其是隨著5G時代的到來,物流系統的遠程診斷和遠程控制將進入一個新時代。而隨著計算機技術的深入,人工智能必將對物流技術產生革命性的影響,從目前來看,人工智能首先會在一些點線展開應用,最終會全面展開。以機器人和人工智能為代表的未來技術,將徹底改變物流技術的走向。

        市場方面:電子商務的發展還遠遠沒有達到極限。2018年已經超過了500億個包裹,未來達到1000億個甚至更多的可能性是大概率事件。冷鏈在市場接受方面,一直沒有取得重要突破,隨著用工難問題的持續發酵,以及農產品保質的要求,冷鏈將會有一個廣闊的市場前景。工業4.0升級如火如荼,生產與物流本來就是一體的,工業4.0目標的實現本身就是一個巨大的機會。此外,醫藥、食品、煙草、服裝、軍隊的應用都是長盛不衰的領域,都將值得期待。

         

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