随着中国经济的升级转型，生产型企业面临越来越大的竞争与成本压力，深埋在物流中的巨大利润潜力成为企业重点开发的对象。物流中心作为物流核心环节，正逐步向规模化、信息化、自动化和智能化方向发展。电子商务的飞速发展，更是加快了中国电商与快递物流中心的建设步伐。物流中心自动化解决方案是企业提高物流运作效率，降低物流成本的重要举措。规划与建设一个现代物流中心是一项既专业又复杂的系统工程，不仅涉及到物流技术装备、物流信息与控制技术、还涉及到先进的物流管理理念与方法。而企业的战略定位和业务模式是物流中心规划和建设的起点。本文拟通过物流中心自动化解决方案的技术构成和发展趋势分析将读者带入物流中心自动化解决方案创新与发展之路。

一、西方工业国家物流技术装备的发展历程

20世纪50年代以来，物流技术在西方工业国家得到迅速发展，使其成为这些国家赢得竞争的技术手段，也使得物流逐渐成为国民经济的重要支柱。西方工业国家的物流技术发展历程，可以归结为以下几个阶段(图1)。

图1  物流技术装备的发展历程

战后重建时期(1950 – 1959年)：物流产品以托盘系统、叉车和堆叠式起重机为主。50年代初，美国人率先引入托盘作为通用运输单元的新型运输单元化模式。

经济复苏时期(1960 – 1969年)：进入仓库技术快速发展的十年，1968年的汉诺威物流展会上出现了首辆窄巷道叉车。仓储技术以堆垛机、高架库、窄通道叉车、仓库管理(打孔卡)为主。

现代化变革时期(1970 – 1979年)：自动化立体库及相关设备是这个时期的亮点。其中分拣技术、电动悬挂单轨、无人小车、自动化小件仓库、微处理器和基于工业计算机的仓库管理系统得到长足发展。

计算机时代(1980–1989年)：计算技术的发展进一步推动了自动化物流技术的进步，其中自动化分拣设备、条码扫描、移动终端、电子标签拣选、基于个人电脑的仓库管理系统等得到广泛推广和应用。条形码技术成为这个时代的标志。

供应链合作时代(1990 –1999年)：随着供应链合作与精益生产时代的来临，对物流技术提出了新的要求，拣选机器人、现代仓库管理系统与物流实时监控平台成为新的物流技术亮点。

全球化与互联网时代(2000–今天)：互联网技术的普及推动了物流技术升级与发展。语音拣选、RFID技术、智能物流系统以及数字化工厂成为新的增长点，电商物流中心成为现代物流技术的集聚地。

经过半个多世纪的发展，西方工业国家物流中心自动化解决方案趋于完善。反观中国，物流技术装备产业起步较晚，在物流自动化装备的研发、制造及应用环节，与西方工业国家相比还有较大差距。借鉴西方工业国家的发展经验和技术力量，是中国物流技术装备产业发展与超越的重要战略。

二、现代物流中心自动化解决方案的技术构成

现代化的自动化物流中心是一个复杂系统，通常由以下子系统和设备构成：

1. 装卸货系统，包括机械或自动化装卸货平台。现代化的物流中心不是以“存货”为主，而是实现货物快速流转的枢纽。因此装卸货系统承担着物流中心的重要功能，是物流中心与外部物流系统的接口，是物流中心的咽喉要道。

2. 出入库缓冲系统，包括自动缓存系统。它是库房内其它功能区与装卸货系统之间的缓冲地带，完成到货检验、发货集结、出入库缓冲等功能。

3. 出入库交接系统。一般分为连续输送(如辊道输送机、链式输送机等)与非连续输送系统(如单轨或双轨穿梭车、无人小车等)。它负责缓冲区与自动化储存系统之间货物的自动搬运。

4. 自动化存储系统，包括传统的ASRS自动立体库以及基于Shuttle技术的自动化立体库。它的功能是实现货物的自动存储。

5. 拣选系统(Order Picking)，包括“货到人”(GTP)与“人到货”(PTG)两种拣选方式。其中，“货到人”拣选是指将货物用全自动的方式输送到拣选工位，由工人或机器人完成订单拣选。而“人到货”拣选是指工人在拣选信息系统(如拣选清单、无线终端RF、电子标签拣选Pick to Light、语音拣选Pick by Voice 等方式)的支持下完成找货与拣选工作。“人到货”拣选一般在一个特定的拣选区域完成，可通过自动或人工方式实现从存储区到拣选区的补货操作。

6. 包装系统。在完成客户订单的拣选操作后，需对发货单元进行专业包装和保护。常见的包装系统包括人工包装、全自动包装线和混合包装线。大型物流中心一般具有多个拣选区和拣选系统，在包装操作前，一般要对来自各个拣选区域的货物进行按订单的集结。这个功能要靠分拣系统来实现。

7. 分拣系统(Sorting System)。实现货物按客户以及发货区域的自动分类。现代物流中心中，分拣系统的应用越来越普及。

8. 输送与缓冲系统。在大型自动化物流中心中，一般采用数公里的连续输送机来完成各子系统和功能区之间的自动化输送与缓冲。

9. 物流中心控制与管理系统(如WMS、WCS系统)。它是物流中心的大脑和中枢神经系统。专业的物流中心控制与管理系统是物流中心高效运作的智能保障。

10. 物流中心安防与监控系统(CCTV)。基于RFID等新型感知技术的CCTV是物流中心的眼睛和耳朵，是工业4.0时代必备的物流中心基础设施。

三、自动化物流设备的技术发展趋势

近年来自动化物流设备的技术发展呈现出智能化、网络化、柔性化、轻型化、节能化和绿色环保等趋势。在产品设计方面强调模块化、系列化和通用化，以提高产品质量、降低制造成本和生产时间。下面通过几个自动化物流中心常用的技术设备来分析物流技术的发展趋势。

1. 自动装卸系统

装卸系统作为物流中心的咽喉要道，近年来得到更高的关注。卡车快速自动装卸系统成为热门技术。卡车自动装卸系统由两部分组成，一部分安装在卡车内部，另一部分集成在装卸货平台上(图2)。通过集成在卡车和装卸货平台的输送设备的协同运作，完成卡车的自动化装卸。

图2  自动装卸车系统

自动装卸系统通常用于生产基地和物流配送中心之间的往返运输。装卸时间可从半小时缩短到几分钟。和传统的叉车装卸模式相比，自动装卸系统具有以下优势：

♦ 装卸过程自动化，从而可以减少物流作业人员和叉车的使用;

♦ 装卸平台吞吐量大幅增加，从而可以减少装卸平台数量;

♦ 搬运效率大幅提高，卡车、拖车和司机的数量也随之减少;

♦ 货物进出站台更加迅速，从而可以减少对缓冲区域面积需求;

♦ 卡车周转更加快速，可以减少卡车在停车场的等待时间和停车场的面积;

♦ 控制有序的装卸程序，可以减少货物和设备的损坏;

♦ 作业人员工作环境更安全。

2. 码垛机器人

码垛机器人可以取代码垛工人完成繁重的托盘拆码垛作业，它既可以提高拆码垛作业效率，又可以减少超高强度劳动导致的码垛工人的职业病，在个别恶劣的工作环境下还能对工人的人身安全起到有效的保障。近年来码垛机器人在我国烟草、饮料等行业得到普遍应用。直角坐标码垛机器人(图3)具有机构简单、作业半径大等优点，适用于物流中心和自动化生产线的作业环境，其主要特点如下：

♦ 结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库存零部件少;

♦ 便于安装，容易集成到自动化生产线和物流中心布置中;

♦ 适应性强。能满足多种产品的尺寸、重量和托盘外形尺寸的自动化作业;

♦ 能耗低，操作简单。

图3  直角坐标码垛机械人

3. 穿梭车技术

2003年德国物流研究院(IML)研制出全球首台轻型高速穿梭车MultiShuttle，经过10多年的技术创新与升级，穿梭车技术已成为物流领域不可或缺的自动化仓储与搬运技术(图4)。知名厂商如DEMATIC、TGW、Vanderlande、SSI Schaefer、KNAPP、Savoye等公司都已推出了自己的穿梭车技术。穿梭车系统克服传统自动立体库中堆垛机自重大(是有效载荷的几倍甚至几十倍)，柔性差等缺点，具有下列特点与技术优势：

♦ 出入库能力强，是传统自动立体库10倍以上;

♦ 支持高效拣选作业，可向拣选工作站高速喂货，减少拣选员等待时间，提高拣选效率;

♦ 布局柔性高，适合各种厂房结构，可以利用厂房内任何空置的面积，可以最大程度利用厂内空闲空间;

♦ 实现更高存储密度：支持货物多深位存储和操作，提升机能连接上下工位确保最大化存储密度和空间利用率;

♦ 实现精确排序，以准确的排序将货物输送给拣选站或生产线工位，实现无转运自动补货;

♦ 能力冗余。物流中心内可以准备几台备用的穿梭车，以满足峰值需求。也才采用租赁模式满足企业季节性需求波动。

♦ 可拓展性：在任何层面可轻松加入更多穿梭车，进一步提高出入库能力。

♦ 能够处理多种包装形态，如料箱和纸箱;

♦ 克服了传统自动立体库的缺点，能够为需求和货物品规波动大的行业，如零售、电商提供自动化解决方案。

图4  穿梭车技术

穿梭车技术的面世，打破了物流中心自动化解决方案多年的沉闷局面，引领着物流技术装备行业高调迈入21世纪。德国物流研究院作为物流技术领域的领导者，2011年又研发出可在货架和地面行走的两栖穿梭车“魔浮”MultiShuttle Move。2014年的汉诺威物流博览会上，德国物流研究院又推出了可以自行攀爬的蜘蛛车RackRacer，克服了穿梭车依赖提升机变换层高的局限，打破了穿梭车技术中的最后一个瓶颈——提升机对流量的限制。高效，灵活和智能是未来穿梭车技术的发展方向。相信在不久的将来，新型穿梭车技术将能逐步代替传统的自动立体库和连续输送设备，大量应用到企业内部物流各个领域，完成各种物流作业，实现各功能区域的无缝自动衔接。

4. 智能拣选车

随着供应链管理理念的推广和电子商务行业飞速发展，订单微型化趋势十分明显。物流中心的作业已经从过去的“整进整出”转变成“整进零出”的作业模式，今天混合托盘入单件物品出的作业模式已经成为常态。因此拣选作业已经成为现代物流中心的核心业务，拣选技术也成为近年来物流技术研究的重要方向。其中智能拣选车具备巨大的发展潜力和良好的应用前景。智能拣选车通常配备无线局域网和RFID技术，与仓储管理系统保持实时对接。智能拣选车具有自动导航功能，可以随时接受仓储管理系统发出的拣选订单，并在完成每步作业后自动上报作业状态。智能拣选车配置的操作面板和条码扫描系统可以帮助拣选员简捷准确地完成拣选作业。拣选车上配备的电子标签系统(Put-to-Light)支持同时拣选多个订单的作业，而自动称重系统会对拣选货物进行重量上的核对，确保拣选作业的准确无误。智能拣选车具备以下特点：

♦ 智能;

♦ 高效;

♦ 准确;

♦ 实时;

♦ 操作简单。

5. 自动化包装线

电子商务的发展给包装技术提供了新的用武之地。每天数以千万的客户订单需要专业的发货包装，而传统的手工包装作业已经无法满足电商的需求。自动化包装线采用了“机-电-光-控”一体化技术，由多个机械机构完成纸箱包装的作业。而光学成像系统完成对货物的识别，根据纸箱内货物的高度确定纸箱的高度，通过控制系统完成对包装过程的智能控制。这种高效环保的自动包装系统，既能够提高包装效率，又能够有效降低包装体积，是未来物流中心自动化解决方案的必备技术。

图5  自动包装线

6. 高速分拣系统

现代物流中心要求实现入库、拣选、包装、分拣到装卸的全流程高效动态系统，高速分拣系统是现代物流中心不可或缺的组成部分。尤其是电商、快速消费品、服装等行业对高速分拣系统的需求强劲，为此国际知名分拣设备供应商均推出了分拣能力超过10000件/小时的高速分拣系统，反转盘的分拣效率甚至可以达到每小时35000件。

以滑块分拣系统为例，作为高速自动分拣系统，滑块分拣系统可完成中型货物(如包袋、纸箱)的自动分拣。操作速度超过160米/分钟，每小时可以处理13000多件长度为450 mm的货物。双向滑块设计方案可将货物从分拣机两侧推下，提高了空间利用率，增大了布局规划的灵活性。

过去我国主流分拣系统运行速度一般在60米/分钟，分拣能力很难超过5000件/小时的门槛，而且在设备噪声和分拣系统控制技术方面与国际先进水平相比仍有很大差距。近年来国内一些物流装备企业开始通过技术引进与合作，不断推出具有国际先进水平的高速分拣系统。如德马集团研发生产的EuroSort高速分拣机能够满足多行业的高效率分拣配送需求。

7. 基于新型感知技术的物流中心安保与监控系统

计算机技术、网络技术及多媒体技术的不断成熟与发展，为仓储管理、安全防范自动化提供了强有力的技术支持。目前来说，仓库安保系统一般由闭路电视监控系统、门禁系统、周界监控系统、考勤管理系统、报警控制系统以及数据处理系统结合在一起，使其能通过音频、视频以及红外线等传感器对所有仓库的开门、取物、检修及人员移动等进行实时监控，又能对防区内的警报信号立即处理或自动上报。

通常情况下，仓库安保系统利用信息控制与处理、人工智能及多媒体技术，通过集成智能视频监控、电子巡查及出入口管控、哨位监管、入侵探测、身份识别与认证、电子地图、显示与报警等，形成一套数字化、智能化、网络化的安全技术防范系统，以满足仓库安保的需要。

兼顾目前实用的视频监控和传统的各类传感器应用，可以引入一种新型的光纤微振动传感器作为安保的检测手段，同时设计可互为备份的有线和无线两种传输方式。还可以通过RFID和WSN的融合组建RFID无线传感网，提升物流中心安保系统智能化水平。

四、中国自动化物流装备产业市场前景分析

在过去的30年里，中国GDP平均增速大约为9%。在经济高速发展的同时，中国的综合物流成本占GDP的比例一直保持在18%以上，相比欧美日发达国家的8%-9%的水平差距甚大。

物流已经成为中国企业发展的瓶颈，它吞噬了企业的利润，严重影响着中国企业的国际竞争力。根据欧美日发达国家的发展经验，人均GDP超4500美元时，物流业会进入快速发展通道，2012年中国人均GDP超过5000美元，这也预示着中国物流行业的发展驶入了快速道。

自20世纪70年代末以来，我国物流装备市场得到了较快发展，各种物流技术装备数量迅速增长，物流系统的自动化水平和信息化程度均得到大幅度提升。2000年以后，特别是2009年国务院发布了《物流业调整和振兴规划》，把促进物流业发展上升到国家战略层面，中国物流装备市场也因此出现快速增长的局面，自动化物流系统同时也在各个行业呈现出蓬勃生机。

尽管中国自动化物流装备制造业已进入快速发展阶段，但在高端产品研发生产、产品质量、性能以及创新性集成应用等方面，与先进国家相比还存在较大差距。面对增长最快和规模最大的中国物流市场，近年来越来越多的国外物流装备企业纷纷在中国投资设厂，生产或组装先进物流设备，给国内企业带来激烈竞争的同时，也在一定程度上推动了我国物流装备制造企业的产品升级和技术进步。

国际上，德国政府大力推行的具有产业革命意义的“工业4.0”战略，其中智能物流技术是支撑工业4.0重要因素。德国“工业4.0”与目前中国政府大力推进的工业化与信息化“两化融合”的战略不谋而合，使得中德政府在此方面有了很大的合作机会。作为世界物流技术的领导者，德国对中国这个世界最大的物流技术装备市场兴趣浓厚。中德在物流技术领域的合作是中国物流技术装备产业转型升级的重要机遇。中国企业应该学习德国人在物流装备制造领域的成功经验，积极推动物流技术产品标准化和模块化设计，逐渐缩小与德国的差距，最终实现超越。