中国物流仓储与配送技术发展概述

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【编者按】90年代后期,中国的物流技术发展与应用进入快车道,如今随着数字化技术的普及以及5G商业应用的落地,物流行业将进入加速道,新的技术将全新赋能这一行业。

本文转载自伍强科技,作者尹军琪;经亿欧物流编辑,供行业人士参考。

本文从仓储、配送、软件三个方面,系统论述了我国物流仓储与配送中关键技术的发展概况。包括立体库技术、货到人拣选技术、AGV技术、无人仓技术、自动分拣技术、配送柜技术、无人配送技术,以及即时配送技术。梳理了我国物流装备制造企业的基本情况,并对我国物流与配送技术与世界先进水平的差距和未来发展趋势做了初步分析。

概述

中国现代物流仓储与配送技术的发展,可追溯到上世纪70年代。以北起院和北自所为代表的研究院所开启了自动化立体库的研究与应用,以邮电部519厂、539厂为代表的企业开始研究邮件自动分拣系统,包括各种类型的分拣机,如交叉带分拣机、托盘式分拣机等。但直到90年代后期,中国的物流技术发展与应用才真正开始进入快车道。其标志性事件包括:以宝钢生产应用为目标的自动化立体库技术的引进与消化,以烟草制造业应用为目标的高端物流系统应用,以及以联想、海尔为代表的家电制造业现代物流系统的建设等。特别是进入21世纪,随着电子商务的兴起和工业4.0理念的推广,给物流技术带来了一波蓬勃发展的机遇。

根据国标GB/T4754-2011《国民经济行业分类》,我国物流仓储与配送机械包含在物料搬运(起重运输)机械大类下,再没有详细分类。如果要深究,物流仓储与配送机械有很广泛的内涵。

与重型机械的其它单机产品不同,物流仓储与配送机械往往是以成套设备和系统出现的。在物流仓储系统中,有些产品是强相关的,如自动化立体库系统中的堆垛机、输送机、提升机、货架等,它们彼此紧密配合,形成一个系统不可或缺的部分;有些是弱相关的,如叉车、托盘等,它们相对独立,基本上与系统没有紧密联系。除此之外,还有位于其上的计算机管理与控制系统,这是物流仓储与配送系统的独特之处,也是其复杂之处。

有些产品,如仓储用叉车,虽然被分在工程机械大类,但又与仓储和配送密不可分,广泛应用于仓库、车间、码头的托盘搬运,因此把它归类于仓储于配送机械之内也是一种可接受的方法。与此类似的产品还包括机器人和无人机,机器人在物流仓储与配送中的应用非常广泛,但主要还在于码垛/拆垛以及自动拣选、搬运等方面。而机器人更广泛的应用,如工业装配、焊接、喷涂等领域,则不应包括在物流仓储与配送的应用范畴之中。

随着改革开放的深入,我国经济突飞猛进。 物流装备也不例外,以数量论,我国物流装备市场在2015年前后已经发展成为全球最大的单一市场。 其它的市场包括北美、欧洲、亚太(不含中国)以及其它(包括南美、非洲等地区),而且中国的优势还在进一步扩大。

特别要指出的是,世界物流装备市场在过去的两年取得了前所未有的快速发展,不仅中国如此,欧美等市场也是如此。 以叉车为例,全世界在2017和2018两年中,其年增长幅度均超过15%,中国叉车销售在2017年取得增幅34%的惊人成绩后,2018年再度取得增幅20.21%,成为物流装备市场增速最快的国家之一。

市场对物流装备需求量的快速增加的同时,对品质的提高也呈现出新的态势,尤其是以工业4.0为推动力的制造业领域和以电商为代表的流通领域。自动化、无人化、智能化已成行业共识,更高的质量,更低的价格已经成为未来发展的基本趋势,在整个行业欣起了一波物流技术发展的高潮,甚至可以说是开辟了物流技术发展的新时代。

物流仓储技术的发展概况

我国的物流技术与装备,总体来说,在过去40年间取得了重大进步,特别是近年来随着资本和人才的涌入,使得发展速度更加迅猛。物流仓储技术重点在储存和拣选环节取得了显著进步。以无人仓技术为集中代表的储存技术、拣选技术、库内搬运技术等实现了从引进、消化到创新的发展之路。

立体库技术

立体库技术(这里指广义的立体库,非仅仅包括AS/RS系统)呈现几大变化:其一是大型AS/RS立体库应用越来越多;其二是密集存储技术应用越来越多;其三是MINILOAD技术应用越来越多。呈现出丰富多彩的发展态势。

据不完全统计,2017~2018我国每年新建AS/RS立体库超过800座,堆垛机超过3500台。这是一个非常大的突破。重点行业集中在医药、电商、工业制造等领域。堆垛机超过20台的特大型的AS/RS系统屡见不鲜。

在立体库应用中,各种形式的密集存储系统越来越多,尤其在快消品生产、冷链物流等领域,密集存储越来越发挥出巨大的优势。目前常见的密集存储技术包括双深度AS/RS系统,穿梭板系统(穿梭板+子母车),托盘4向穿梭车系统等。

在立体库技术应用中,Miniload技术受到了前所未有的重视,而且大型Miniload系统也开始尝试使用。这主要是由于电子商务订单的拣选越来越趋于少量化的现状所决定的。

"货到人"拣选技术

主要用于拆零拣选的“货到人”(Goods to Man)拣选技术一经推出,由于其大幅的效率提升,很快便得到市场的广泛认可,成为过去数年中最热的应用技术之一。尤其是KIVA拣选技术,自2011年亚马逊仓库大规模应用以来,在中国引起极大反响。在电商领域,KIVA的应用已经非常普及,以KIVA机器人为主要产品的公司出现井喷式发展,成为我国物流仓储技术发展的一道靓丽风景。除此之外,多层穿梭车技术,4向穿梭车技术,旋转货架技术也得到快速发展,并很快在市场中得到应用。

一般情况下,“货到人”拣选,相对于传统的“人到货”拣选,其拣选速度可以提升3~5倍,有些甚至可以提升5~8倍,这是一种革命性的突破。除此之外,拣选的准确性也将大大提升。现在唯一需要解决的是货到人系统的成本问题。

KIVA机器人拣选系统之所以备受推崇,一方面与它的柔性、快速部署、可搬迁等内在的优势分不开;另一方面更是由于资本的介入,精心包装,良好的观感效果等商业手段分不开。随着KIVA机器人的价格的不断走低,实施成本进一步降低,KIVA机器人很有可能在未来得到更大范围的应用。

AGV技术

AGV技术的诞生可以追溯到上世纪60年代,直到2010年,其应用还受到价格和技术的限制。然而,AGV在过去几年却受到热烈追捧,市场销售规模在2018年已经超过40亿人民币,除了KIVA机器人的原因外,可能是AGV的灵活性被进一步得到认可。AGV本体主要采用传统叉车企业的产品,随着自动驾驶技术的推出,无人叉车技术已无障碍。世界上各大叉车企业,如丰田、林德、永恒力等,都纷纷开始研究自己的无人叉车产品,成为一个特别的现象。

另一方面,是AGV的应用领域大大扩展,除KIVA等应用于“货到人”拣选之外,AGV在收货、存储、拣选、发货等环节都有大量应用。这也是AGV技术得以大量推广的客观原因之一。

我国的AGV研究时间并不短,最早在80年代即已经成功研究出基于电磁导引的叉车,但真正得到应用的产品,却仍然在90年代后期才得以实现。

AGV的技术主要在于导航系统及路径规划运算。目前广泛采用的导航系统包括条码导航,二维码导航,激光导航和SLAM自然导航。尤其是SLAM导航,将对未来AGV的应用产生重要影响,但目前主要存在成本居高不下的问题。

无人仓技术

物流仓储的无人化和智能化是最近几年讨论和研究的热点之一。在无人化方面的技术,包括自动码垛/拆垛技术、自动存储技术、自动拣选技术、自动分拣技术、自动包装技术,以及自动集货和装车技术等。每一环节均有代表性的技术产生。如:自动码垛和拆垛机器人已经被广泛应用在收发货环节以及生产环节;各种形式的自动化储存技术应用已经非常成熟;得益于3D识别技术的应用,自动拣选机器人的研究和应用也取得了关键性突破,在此之前,自动拣选已经通过A字架等形式得以实现;自动包装已经从生产领域发展到物流,成为物流系统的自然延申;作为一种成熟技术,自动分拣在分拣能力和分拣形式上也取得了突破;各种形式的AGV应用于集货已经成熟,快速装车系统也有成熟的产品等。

随着仓库技术的越来越先进复杂,以及用人成本的进一步提升,仓储的无人化和少人化正成为行业的共识。可以预见,无人仓技术的大规模应用将很快成为现实。

物流配送技术的发展概况

过去10年中,电商的快速发展,催生了物流配送技术的快速发展。2018年,全国的配送包裹超过500亿个,平均每天接近1.4亿个,在“双11”这一天,甚至超过10亿个。这是前所未有的高度。在这一背景下,物流配送的问题变得突出起来。

自动分拣技术

面对每天堆积如山的包裹,快递企业既兴奋也发愁,在最开始的几年,甚至有快要崩溃的迹象。但随着企业对高速分拣系统的认识加深,过去那种依靠人来分拣的时代一去不复返了。行业也迈入了新的时代。高速分拣设备是过去两年来发展最快的产品之一,每年有多达数百套各种形式的分拣系统被应用于各个行业。当然,最大的行业是快递。分拣系统仍然以传统技术——如交叉带分拣技术为主。

特别值得一提的是“小黄车KIVA分拣系统”,这是由几个大学生研发出来的基于KIVA的分拣系统,其基本原理是利用KIVA机器人,完成“多对多”的分拣任务。这无疑是一项重大的应用创新,突破了所有传统分拣系统的固有模式,突破了空间(如分拣道口布局)的限制,突破了分拣能力的限制。KIVA分拣系统一经推出,就惊艳整个行业。目前看来,尽管还有一些技术问题和软件问题需要解决,但这一分拣技术所带来的革命性的突破,必将载入史册。

除此之外,有一种模组分拣机也是值得一提的。模组分拣系统快速简洁,配置简单,明显比交叉带等分拣系统灵活,其应用应该具有非常好的前景。

作为包裹分拣,有一项技术非常关键,就是条码识别率。最近几年推出的照相技术和RFID技术从一定程度上解决了识别率的问题,这是一种突破。

配送柜技术

海量的包裹配送带来了一个难解的技术难题,就是通常所说的“最后一公里”问题。“配送柜”的基本思想并不难,也没有什么新意。然而,促成这件事的工程师们,却解决了一个个技术难题,如收货问题、存储问题、短信提醒问题、安全问题、温度保持问题等。现在,遍布全国城乡的配送柜担负起了主要的“最后一公里”重任,的确是配送技术的重大突破。未来,投放更多的配送柜应该成为一种可能。

无人配送技术

无人配送包括无人机配送和机器人配送等技术,目前都仍然处于实验阶段。

无人机应用于物流配送,是一项大胆的创新。但这一思想却仍然来源于亚马逊公司。有人怀疑无人机的能力和作用,但显然是错误的。无人机配送不仅在短期内就有特殊的作用,如地震救灾现场就是一个很好的场景,而且在未来可能会成为一种常态,只要将配送成本降下来就可以了。

配送机器人概念由京东和阿里等企业提出,这也是基于自动驾驶的一种技术应用。就如同自动驾驶还存在很多技术难题一样,无人配送机器人也是如此。但我们依然可以期待,在未来,首先会在特定的场所完成自动配送的工作。如处于隔离区的货物配送问题,采用机器人配送就比较容易实现。

“即时配送”技术

随着“美团”等企业的兴起,诞生了一个新的名词,叫做“即时配送”。“即时配送”要求订单从下达到完成配送在1个小时甚至更短的时间内完成,没有仓储,只有配送,这是一项非常难的工作。显然,“即时配送”对于配送距离有严格要求,与同城配送相比,距离更短。

“即时配送”订单到今天已经达到令人惊讶的数量级,“即时配送”需要由一个强大的派单系统来完成,但配送本身却没有什么新创意,主要采用人海战术和配送柜方式,这是未来要解决的问题。

也许,未来的技术会出现很多独立的技术的组合应用。比如自动配送、配送柜等技术应用于及时配送就是一种可以期望的技术应用。

物流系统与软件技术的发展

除了装备技术的发展外,物流仓储与配送技术的另一关键技术在于软件系统。从未来发展看,软件系统的能力将会越来越强大,其作用越来越重要。

人类进入20世纪下半段,才发现软件的巨大作用。从一定程度上讲,正是由于有了计算机软件,人类几千年来的技术积累才真正插上了腾飞的翅膀,从日常的生产和生活、学习,到远程办公,到汽车的自动驾驶,从高速列车,到航天飞机,到宇宙探索,软件起到了无可替代的巨大作用。现代物流仓储与配送技术也是如此,计算机与网络技术的应用是物流技术发展史上最重要的事件。随着系统越来越复杂,自动化程度越来越高,软件系统扮演的作用越来越重要。

计算机技术发展到今天,对物流技术的影响与日俱增。软件系统从开始的独立WMS系统,发展到与ERP系统的集成化,再到供应链管理一体化。大数据和云计算概念导入物流系统,云服务平台(云存储、云计算、云数据库、云安全等)成为软件发展的新的方向,各种AI技术的导入,使得智能物流更加接近于实用。

自2016年以来,世界顶尖物流装备企业,如SSI SCHEFER公司,已经运用AI技术,把目光锁定在物流系统的监控与预警方面,建立本公司的覆盖全球的预警系统,对于提升系统的可靠性将有非常高的作用。其基本方式是在公司总部建立一个监控中心,通过网络链接所有正在运营的物流系统,通过检测、记录现场信息,应用人工智能技术,从而做出预警判断,并将结果第一时间主动告知现场,避免现场出现事故以后再做补救和处理。

企业格局发生重大变化

随着物流技术的快速发展,企业的格局也发生了重大变化,世界范围内的企业整合成为一个明显趋势。特别是近年来资本市场的强势介入,物流企业兴起了一波创业高峰。

典型企业

从2016年开始,世界范围内的物流装备企业整合此起彼伏。首先是德国的永恒力公司,收购了著名的米亚斯,开启了叉车企业进入自动化领域的序幕,紧接着,林德叉车的母公司凯奥集团以21亿美元收购了德马泰克公司,丰田公司也不甘落后,把欧洲的范德兰德公司收入囊中。这是一波叉车企业大举进入自动化领域的并购大潮。此外,美的收购库卡,而在此之前,库卡已经完成对瑞士格的收购。中资企业方面,则是诺力收购无锡中鼎比较引人注目。

新型企业

随着物流仓储与配送市场需求的急速扩张,尤其是KIVA“货到人”拣选机器人的推出,最近几年涌现出了一批新型企业。主要企业不下10家。如:北京极智嘉科技有限公司,杭州海康机器人技术有限公司,上海快仓智能科技有限公司,深圳市欧铠机器人有限公司,深圳马路创新科技有限公司等。还有更多的创业者争跃跃欲试。

除此之外,更多的制造业或物流企业加入了物流装备制造这一行业。最典型的莫过于京东商城X事业部强势加入物流装备研发。其它一些上市公司,如北京康拓红外,杭州海康威视,科捷智能装备,深圳市科陆电子等,也在最近几年中纷纷进入物流装备行业。形成了一道独特的风景线。

新兴企业的崛起,一方面是资本带动的结果,另一方面也可以看出物流仓储与配送装备领域的巨大潜力。随着大量高素质的人才的涌入,整个物流装备行业呈现出前所未有的新气象。这是非常可喜的。

差距与未来发展趋势

差距

我国物流与仓储技术经过40年发展,取得了很大成就。尤其是最近10年以来,呈现出前所未有的发展态势。物流仓储与配送装备行业从一个非常小的行业,发展到今天产品品类齐全,技术全面,参与者众多,可与欧、美、日企业分庭抗礼,并且占有一定优势的局面。

然而,与世界主要供应商相比,我们更应该看到自身的不足。这些不足主要从4个方面得到体现。

其一是基础研究。目前应用于物流装备的关键基础件,如电机减速机、PLC、激光器、扫描器等,基本以进口为主。国产设备取代进口还遥遥无期。这不禁使人想起了“芯片”技术的关键作用。

其二是产品创新能力。目前还没有一项物流重大创新是属于中国人发明的。这是一个很尴尬的记录。需要我们一代又一代的人持续努力,才有可能改变。创新是未来发展的根本出路,我们不仅缺乏创新的成果,更加缺乏创新精神和创新环境。虽然政府一方面在鼓励创新,但配套政策常常是南辕北辙,不得要领。比如“首台套”的认定及推广政策,市场准入和保护政策,以及重大创新的风险补偿政策等。此外,高校教育体制的改革也直接关乎创新精神的培养,但这更是遥不可及的事情。

其三是产品质量和多样性还有较大差距。国产设备在性能上虽然有长足的进步,但依然有很大提升空间。尤其在交叉带分拣机,多层穿梭车,Miniload等关键设备上,我们的差距还很明显。在系统能力和软件能力方面的差距也是明显的。

其四是企业规模和企业的核心竞争力方面。与世界上大的系统集成商相比,中国企业规模普遍较小。虽然我们在中低端市场占有明显优势,但在国际市场,尤其是高端市场的竞争力明显不如国外。中国产品走出去也还有很长的路要走。

除此之外,我们的方法论,市场环境也有待改进。急功近利,低价竞争,不注重基础研究,对培养市场是什么有大害的,希望引起有关部门注意。我们虽然制定了很多标准,但对于标准的执行仍然不力,而且标准缺乏系统性、科学性和严肃性。

技术发展趋势

物流技术发展到今天,已经进入到高度自动化和高度信息化阶段,正在向智能化目标快速迈进。

技术方面,具体可表现为网络化,自动化和无人化,快速、高效、定制化和单元化趋势明显。

网络化方面,各种信息技术的快速应用,信息的互联互通,物联网技术和云计算技术应用等,从根本上改变了物流运行的现状。数据的共享,过程的透明性,决策的快捷,使物流更加高效的同时,也提升了产品的质量,进而提升服务水平。

自动化方面,一方面是自动化系统,如自动化立体库、自动分拣系统、自动拣选系统的应用越来越普及。另一方面,新型自动化技术,如货到人拣选、自动拣选、自动码垛与拆垛、AGV应用等技术的升级越来越快,自动化的成本越来越低。随着人力资源的日趋紧张,选择自动化已经成为未来的必然趋势。

无人化方面,很多公司在做尝试。其与自动化有着密不可分的联系。高度自动化从根本上就是通过无人化和少人化来实现的。如自动码垛、自动储存、自动输送、自动配送等。特别是无人机配送将会成为未来的发展的重要方向,尽管现在看来还有争议。

密集存储将是未来的重点,尤其在冷链的应用将会成为标配。单元化物流的优越性将逐步得到认识。

以miniload为代表的以“件”存储和作业的方式,是解决定制化的有力武器,将会是未来发展的趋势。尽管miniload的诞生已经至少有30年历史,但其春天则刚刚到来。尤其是面对B2C的业务,“件”存储显得非常必要。

信息化方面:计算机技术的发展进入了一个新的时代,大数据、云计算、区块链技术会进一步改变物流的基本模式,并对新零售业务产生重要影响,移动互联网和物联网技术对物流的影响将比过去任何技术对物流的影响都要大得多,尤其是随着5G时代的到来,物流系统的远程诊断和远程控制将进入一个新时代。而随着计算机技术的深入,人工智能必将对物流技术产生革命性的影响,从目前来看,人工智能首先会在一些点线展开应用,最终会全面展开。以机器人和人工智能为代表的未来技术,将彻底改变物流技术的走向。

市场方面:电子商务的发展还远远没有达到极限。2018年已经超过了500亿个包裹,未来达到1000亿个甚至更多的可能性是大概率事件。冷链在市场接受方面,一直没有取得重要突破,随着用工难问题的持续发酵,以及农产品保质的要求,冷链将会有一个广阔的市场前景。工业4.0升级如火如荼,生产与物流本来就是一体的,工业4.0目标的实现本身就是一个巨大的机会。此外,医药、食品、烟草、服装、军队的应用都是长盛不衰的领域,都将值得期待。

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