文｜上海天睿物流咨询有限公司
代浩张小飞韩辉
导语：在智能工厂环境下，一个高效的仓储系统必须采取集成化、系统化、一体化的组合思维，将各类运输软软件科技有机结合，应用在不同画面中。在此过程中，咨询公司、系统集成商、设备供应商及工具企业等相关各方，应充分发挥各自的资源优势，共同进行智能化物流建设。
在智能工厂中，一个运营卓越的智能物流平台，不只是必须选用合理、可靠、稳定、性价比高的科技设施，更需在规划时从画面出发，通过对不同物料或产品的包装单元、作业特性、流程节点进行具体探讨，选择出匹配度绝佳的仓储技术。在智能工厂复杂的运行环境下，一种物流科技已无法满足其运作要求，需运用集成化的认知，将不同用途特征的多种运输科技进行集成组合应用。
智能工厂内的仓储技术主要包含运输硬技术和仓储软科技两方面。物流硬技术是指物料活动过程中涵盖的包装单元技术、搬运技术、自动分拣货技术、存储技术、拣选技术、码垛技术等，比如货架、堆垛机、穿梭车、机器人（机械手）、AGV/AMR等。物流软科技是指构成高强度的运输平台而应用的仓储软件、自动辨识科技、多维监控及富媒体技术、物流仿真科技等。
一、智能工厂的关键物流科技
1.包装单元技术
智能工厂内，物流包装作为物料集装单元，在货运、搬运、装卸、存储、拣选、配送等各种运输作业环节中，需全程保障信息的有效与畅通传递，因此必须包装单元具有“会说话”、“会听话”、“会指挥”的能力。
包装单元智能化设计过程中，既要满足智能工厂全过程场景的规定，又要遵守包装单元通用化、标准化、单元化、安全性、环保和符合人机工程等基本规则。包装单元化科技要求主要包含下述三类。
（1）包装单元标准化
对于小件且通用物料的单元化包装，需要重点考虑符合人机工程学、物流包装合理化、有助于运输作业高效化等要素。比如在家电产品中通用性强的中小件物料，其特征为供应商经常到料批量大且物料通用性强，在进行单元化包装规划时一般会考虑使用料箱（欧标D/H箱）成为装载单元，并为每类物料制定相应的放置规则，从而超过过目知数的目的。
（2）包装单元数字化
包装单元成为信息传递的契机包装技术在物流的作用，通过在包装单元上安装智能感知与控制单元，实现对各工序间信息（物料信息、生产信息、品质信息、工位信息等）的收集、传递与追溯。
（3）包装单元智能化
包装单元的智能化更多的是指出包装单元在设计与应用时，需满足与自动化运输设施对接的规定。比如，包装单元在料箱的设计与选取上，与扫描设备对接时，料箱四周需粘贴条码或嵌入RFID，方便扫描仪器无法迅速收集信息，并向上位平台及时报告包装单元的运行状况；与穿梭车对接时，需考量料箱的外型与工件厚度、加工误差、材质设计等满足穿梭车的搬运要求；与输送机对接时，需考量底部整体平整且降低输送噪声的规定；与工位机器人对接时，需设计相应的隔衬或孔洞，方便机械手无法灵活、高效抓取物料或产品。
2.搬运技术
搬运技术可分为连续型搬运和离散型搬运两类。
（1）连续型搬运
指设备连续不断地搬运物料或产品，在工作过程中，设备不停地作业，如输送线、分拣机、有轨穿梭小车RGV（直线或环状）、地链、悬挂链、空中悬挂小车（EMS）、垂直提升机等设施。连续搬运主要是对批量大、效率规定高的用具或产品进行搬运，主要在运输点、自动化立体库前后端、仓库至工位间硬匹配连接、跨楼层间等固定的场所采用较好。其特点是强度高、线体固定受外界环境制约较小、输送批量大、可在立体空间上拓宽等；特点是柔性较好、往往一次性投入大、后期移动需进行改造并也许会降低个别重复投入。
（2）离散型搬运
指在一定时间内没法进行一次搬运，在运行过程中有满和空两个阶段，主要如叉车、AGV/AMR等设备。其特征为带有较强的机动性与柔性，一般在平面上进行运作与扩充。其特点是搬运柔性、设备投入时可按照业务量的差异灵活增减使用人数；劣势是受人为或环境制约较大，在同样场景条件下其搬运效率比连续型搬运要低。
3.装卸货技术
在智能工厂中，物料卸货与成品装货两个环节的智能化升级相对最难，其瓶颈主要为运作场景复杂、包装标准化程度低、运输汽车型号与材质（平板、厢式、高栏、低栏、飞翼等）众多、车辆所有权分类多、车辆改造难度大、对装载率有较高的诉求等。但是随着智能物流相关科技的演进与应用，物料或产品的搬运货也找到了相对应的缓解方案。针对料箱或纸盒类包装物料与产品，可搭载伸缩皮带机与机械手协作的集成装卸货系统、桁架机械手与滑板集成装卸货系统等科技设施。针对托盘类物流的物料与产品的搬运货，可选用滑链类、链板类、伸缩货叉类、滑轮类、AGV（夹抱式AGV、货叉式AGV）等运输货技术设施。
4.存储技术
在智能工厂中，为满足实时响应、快速配送与交付、柔性化的制造需求，存储科技需具有库位灵活分配、库存迅速识别和定位、库存数据准确、信息实时交互与可视、柔性化存储等特征。自动化传输科技主要包含堆垛机立体库（托盘式、料箱式）、多层穿梭车平台、多层料箱机器人存储系统（CTU）、自动货柜、、无货架式平行立体库等。在实际应用中，需要按照物料或产品的特性、存储要求、应用场景等，选取不同的存储技术。
典型的几种存储技术介绍如下：
（1）堆垛机立体库
主要是由高层立体货架、堆垛机、输送设施、信息收集仪器及信息平台等构成，其特征为充分运用空间、效率高、成熟且稳固。立体库按照画面及设施形式有多种分类，比如按搬运包装单元分类可分为料箱式（）与托盘式（AS/RS），按货架深度分类可分为单深位与双深位，按载货台人数分类可分为单工位与双工位等。
（2）多层穿梭车系统（料箱/托盘）
主要是由立体货架、穿梭车、提升机、输送设施、信息收集仪器、信息平台等构成。主要特点为柔性化程度高、灵活性强、可拓展性好；特点为货架高度普遍不高、调度系统复杂。
（3）多层料箱机器人储存平台（CTU）
主要由多层货架、多层料箱机器人、信息收集设施及信息平台等构成，可推动多个料箱的智能拣选、存取、搬运。主要特点为建设周期短、灵活性高、扩展性强，在智能工厂的线边库有较多的应用场景；劣势为强度相对较低、货架往往布置不少于10m、运作受环境或人员影响较大。
（4）自动货柜
主要包括水平翻转式货柜和平行式货柜。自动货柜实现了“货到人”和智能化管理，充分运用了仓库空间的高度，并且有相对封闭的储存环境，对于有恒温恒湿存储要求的物料，如电子盘料等较为适用。
（5）
是一种高密度的手动化料箱储存系统，料箱放置于立式货架内，从地板垂直向下堆叠，所有的存取动作都由货架顶端的多台机器人完成。机器人通过提高装置，可以向下抓取料箱；而货架既用于料箱储存，同时又是机器人运行的轨道。其特征是储存体积大、空间运用高，但利润也相对较高。
（6）无货架式垂直立体库
通过在存储区底部加装高架龙门机械手，机械手将料箱或物料直接从地面向上自身堆叠作业达到密集存储目的。此种平台必须上下料箱之前可以嵌套，以便节省空间并确保其稳定性。主要采用于SKU数量少、单SKU存储批量大的场景。
5.拣选技术
根据拣选方式分类，主要分为“人到货”、分布式“人到货”、“货到人”、闭环“货到人”等拣选方法。拣选作业必须通过不同软件，按照拣选设备的不同，可以分为手持移动终端拣选、语音拣选、灯光拣选、AR视觉拣选等类别。
（1）“人到货”拣选
通过人工以及相应设施移动到分拣对象位置来拣取物料或产品，系统组成简单、柔性高，但劳动效率高、补货不便于。分拣作业策略主要分为次序拣选、边拣边分、接力拣选、分区拣选等。
（2）分布式“人到货”拣选
作业区被输送机分开，拣出的物料或产品可以直接由拣货人员放至输送机上，并自动输送至集货点。其劳动效率相对较低、拣货效率相对较高，但柔性较好、补货不便于。
（3）“货到人”拣选
分拣人员不动，分拣对象“移动”到选定的分拣人员面前，通过可视化看板提示进行拣取作业，拣出的物料或产品集中在集货点的容器中。此方式效率高、工作面紧凑、补货容易，但其分拣周期较长、柔性较好。
（4）闭环“货到人”拣选
物料容器放入固定位置，输送机将分拣单元送到拣选区；拣货人员根据拣货单拣取货架中的物料或产品，放到载货容器中；但是移动分拣单元，再由其它分拣人员拣选；最终借助另一条输送机将拣空后的分拣单元送回。其特点：拣货路线短、拣选效率高、系统柔性好；但作业时间长，出货和返回问题处理复杂。
6.码垛技术
码垛技术应用于将同一种类或批次的产品根据提前在平台内设置好的垛型规则进行码垛。一般而言，自动码垛的产品制造批量大、码垛规则简洁、码垛效率高。码垛技术主要分为机械手码垛系统、桁架机器人码垛系统、高位码垛系统等。对于智能工厂而言，客户意愿通常展现小批量、多样化的特征，对码垛技术强调了对多种类、多批次的产品进行混合码垛的规定。主要运行逻辑为：通过辨别产品外箱的条码自动辨别产品的种类与批次，对于同一订单产品分至不同道口，码垛机按照系统垛型设计规则，自动将不同产品码垛至同样托盘上。
7.物流软技术
关键物流软科技包含仓储软件、多维监控及富媒体技术、自动辨识科技、物流平台仿真技术等。
（1）物流软件
因为智能工厂中运输场景具有复杂化与柔性化、物流设施具备自动化与智能化的特征，传统物流相关工具（如WMS、WCS等）的用途已无满足智能工厂运输运行的意愿。因此在智能工厂中，迫切需要一个无法满足多样化、柔性化、复杂化的画面需求，能够推动对厂内所有物料、在制品、产成品、容器具等进行统一管理，能够推动不同厂家、不同类型的物流设备之间多维度、立体化、多元化互联互通的仓储软件平台。
（2）多维监控及可视化技术
需要对运输运行过程、仓储管理、配送运输、物料或产品追溯等每一个方法进行追踪。并推动可视化，保证整个物流过程信息的顺畅与具体。
（3）手动识别技术
通过手动采集、识别、读取标识载体承载的标示信息，并手动上传至上位系统的科技。主要包含条形码技术、语音辨识科技、图像识别技术与射频技术等。
（4）物流平台仿真科技
工厂物流仿真根据其应用场景主要分为下面3类：虚拟现实流程动画仿真、物流离散事件数据仿真、物流平台运营仿真。虚拟现实流程动画仿真主要展现物流平台的物理空间位置或者与制造线体等其它相关设备的相对关系、工厂运输运作场景展示等。物流离散事件数据仿真主要探究多种约束条件下，计算物流平台的综合运行精度、物流设施关键节点的负荷状况等，其中运输平台布局优化分析、物料全流程方案改进、作业顺序与调度、物流设施负荷等方面有众多应用。物流平台运营仿真是成立在运作计划驱动下的运输平台仿真模型，通过对厂家制造全流程进行模型，以排程平台的运作计划为驱动，以生产制造执行平台的生产环境资源成为约束，并结合运输随机事件的动态调度策略，来运行整个制造运输平台仿真模型，并进行预测优化的过程。
二、物流平台集成的必要性
在智能工厂环境下，为了满足复杂、多画面、多路径的应用需求，通常必须将多种运输科技进行集成应用，使运输软硬技术有机结合并发挥其整体效率，同时借助一体化的规划、实施与营运，使智能工厂运输平台运作高效。物流系统集成的必要性主要表现为下面几点。
1．由物流平台带有的系统化属性决定
物流平台必须融合多种运输科技，通过集成化应用推动平台运行稳定、高效，实现运输系统一体化运作。否则，即使采取中国顶级的堆垛机、输送机、AGV等运输设施，也或许能形成平台最优的运行效果。
2．由物流平台带有的项目集属性决定
物流平台集成项目可以理解为交钥匙工程，类似于家庭装修的整装方式。物流平台集成除了物流用途集成外，还包含工程管控集成。而运输平台由多个子系统/项目组成，各个子项目彼此关联、互有接口、综合性高。
3．可避免物流平台建设中的误区
物流平台建设过程中，往往易于发生弊端。通过运输平台的用途集成和项目管控集成，可以很好地降低误区。主要的要点如下：
（1）缺少系统性、一体化思维
在方案设计阶段主要存在三个难题：一是步骤分段规划不衔接，比如先规划完入库活动、再规划存储及出库活动包装技术在物流的作用，导致整个运输作业过程存在断点，运作不顺畅；二是分工设计不统一，将运输平台规划设计分包给不同的企业或个人，但规划或实行过程中引入的标准不同，导致整体方案未能进行有序连接；三是分时间段规划，比如每年规划一个别，明年再规划剩下个别，由于规划的时间变化，规划的人员及方法不一致，导致最后前后之间存在差别。在方案落地阶段，问题体现为：采用割裂式的分段招标方式，由于不同的设施供应商的产品规范性不一致，信息接口可能存在差异，如果供应商之间互相推诿，将造成运输平台能够有效对接。
（2）缺乏场景化研究
每个生产企业运输都有其特殊性，不同画面下选择的物流科技变化较大，例如在入厂运输、生产货运、成品物流中，每段物流所采用的物流科技各有特征。缺乏场景化研究，容易造成设施性能能够发挥、集成方案落地困难等弊端。
（3）未对物料流动性进行探讨
每个物料因其包装、尺寸、用量的不同，呈现出不同的流动性。比如那些大件物料，单元包装数量相对较小，流动性较强，选用的物流科技应匹配其高流量要求。而这些小件物料，流动性相对较差，选取的运输技术或许是人工作业以及半手动作业。在运输技术设施选取时即使忽略了物料流动性预测，容易造成设备能力不匹配以及素质富余（导致投资浪费）等弊端，影响物流平台的整体运作效果。
三、物流平台集成的原则
为保证物流平台合理有效、系统最优，物流平台集成过程中必须遵守下列方法：
1.尊重规划方案的方法
物流平台集成需要尊重规划方案，一般而言，规划方案是在充分考察企业实际状况，基于企业战略定位，经多方争论和论证后确认的，方案带有相对的客观性和合理性。因此，物流平台建设必须尊重规划方案，并在此基础上深刻理解方案。
2.高可靠性和安全性的方法
可靠性和安全性是运输解决方案规划和货运设施设计的首位考虑原因。比如，物流平台关键设施如输送机的所有关键元器件需要采取可靠性高的产品。在细则规划和工具研发时，应充分考量系统的自修复能力和冗余设计，确保系统强大的抗干扰能力。
3.预留迭代更新空间的原则
物流平台在细则规划、项目实行等方面，应充分考量预留迭代更新的空间，以支持生产企业的业务拓宽、产能提升等应该。
4.可行性、系统性和完整性方法
物流平台集成中选择的科技必须是在多个项目案例使用过的成熟的先进科技，以保证其可行性。同时，物流平台集成需要充分考量物流科技的平台性和完整性，避免遗漏而造成系统能够运行。
5.先进性和实用性方法
运用的物流科技设施，既要具备先进性，又要有很强的实用性，避免项目推进过程的过度性和不必要的代价。
6.经济性原则
物流平台集成需要在选择高功耗设备的基础上，控制好总体投入费用，尽量避免不必要的支出，应选用具备良好性价比的仓储技术设施和平台集成服务。
7.有效运营的方法
物流平台集成需要以有效运营为方法，充分加强智能工厂运输逻辑和作业场景需求，选取可支撑有效运营的仓储技术，并借助项目管控助力智能工厂建设及营运全过程。
然而，在智能工厂环境下，一个高效的仓储系统必须采取集成化、系统化、一体化的认知，将不同种类、要求、适应性的仓储软软件科技有机结合上去，并应用在不同运行的画面中。这不单单是选择和购买运输科技设施的难题，智能工厂物流规划与落地离不开物流科技链上相关方的参与，如物流咨询公司、系统集成商、物流设施供应商及工具企业等。他们各具核心素养，充分发挥各自的资源优势，共同进行智能化物流建设。
