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金沙集团1862cc课堂:智能仓储系统简介(四)

作者:薛威/尹军琪 时间:2023/04/17 来源:金沙集团186cc成色科技

编者按:本期内容来源于《仓储作业管理(第三版)》中第七章,刊登时有修改。《仓储作业管理(第三版)》一书主编薛威,副主编尹军琪,本书曾获首届全国优秀教材奖。

        物流仓储技术的发展方向,虽然不能以几句话简单概述,但从大的方面讲,自动化和智能化是其发展的大趋势。我们知道,科学技术的发展往往与生产应用的驱动密切相关,物流仓储技术的发展也是如此。以下将从几个应用领域出发,来分析未来物流仓储技术的发展方向。

01 以电子商务带动的物流仓储技术

        电子商务的发展在过去10年取得成就是超出所有人的想象的。以2020年的统计数据为例,我国有超过820亿个包裹被生产出来,通过物流配送到全国各个角落,平均每天有超过2亿个包裹,高峰时期1天甚至有5~10亿个包裹。这样的一个物流量,通过传统物流是难以完成的。

        电子商务至少在以下方面对物流仓储技术提出了新的挑战:

1 订单处理能力

        B2C电子商务的一个特点是海量的订单数。一个平台化的大型电子商务系统,每天可能要承担上千万个订单,这对系统的处理能力是一个巨大的考验。不仅如此,我国幅员辽阔,来自全国各地的订单,如何选择距离最短和最有效的配送中心,对系统的算法提出了更高的要求。好在随着计算机技术的飞速发展,尤其是云计算和大数据技术的兴起,这些问题从目前来看并非不可克服。

2 海量的订单拣选

        另一个困扰电子商务物流的难题是如何快速完成海量的订单处理,尤其是实物阶段的拣选。

        一般来说,一个物流中心的处理能力不会很大,最大的每天可能会处理多达50万个订单,即使这样,也给物流仓储系统提出了挑战。

        在物流仓储的应用场景中,自动拣选和货到人拣选被认为是未来的方向。尤其是货到人拣选,其效率是普通人工拣选的5~10倍,这是一个划时代的技术。事实上,货到人拣选技术在2010年左右推出后,已经在很多领域得到应用。

3 快捷的分拣和配送能力

        电子商务对物流仓储技术的推动,在分拣和配送环节非常明显。尤其是快速分拣系统的应用,出现了前所未有的景象。

        面对每天1个亿的包裹,再考虑到很多情况下并不能一次分拣到位,事实上需要分拣的货物量会达到2亿甚至更多。采用高速分拣几乎是唯一的选择。每小时分拣1万件包裹的系统已经被广泛采用。

        另一方面,新型的分拣技术也在被开发出来,如采用KIVA机器人的分拣系统就是一个典型的例子。KIVA机器人用于分拣应该是一项重大的创新,彻底改变了传统的分拣技术套路。这一技术的应用前景肯定会是非常值得期待的。

4 终端配送

       终端配送及最后1公里问题,也是与仓储相关联的问题。以前做过很多尝试,现在看来,采用自提柜的方式是未来的方向。需要解决的问题是,自提柜的尺寸适应性问题,温度控制问题,以及共享问题。目前,遍布于全国的丰巢自提柜是一个典型的应用。

02 以冷链物流带动的物流仓储技术

        随着社会对日常生活水平要求的大幅度提升,冷链物流将成为物流仓储技术发展的一个重点。从冷链自身的需求看,至少在以下方面对物流仓储技术提出了要求:

1 更加高效的存储技术

        在资源日益紧缺的今天,没有什么比充分利用资源更加迫切的了。物流也不列外。如何充分利用空间,以提升储存能力将成为物流仓储技术发展的一个重要方向。

        密集存储技术被视为未来存储技术发展的重要突破口。现有的密集存储技术,包括重力式货架,移动式货架,ASRS系统,子母车系统,3D卫星车系统等,已经在很大的程度上解决了密集存储问题。

        从冷链的成本看,库房建设成本通常是常温库的2~3倍,运营成本也是如此。因此,充分利用空间,对冷链仓库而言,更加迫切。

2 更加舒适的作业环境

        冷库的温度分布从0°C一直到零下60°C,人长期在这样的环境下作业,不仅作业效率低下,更加不能接受的是人的身体无法承受,有的甚至会患上严重职业病。而这一问题长期没有得到有效解决。

        自动化物流系统成为解决冷链物流作业环境问题的有效手段。通过自动化系统,完成货物的自动入库和出库拣选,大大降低了人在恶劣环境下工作的时间,从而从根本上降低劳动强度,改善作业环境。因此,可以说未来冷链物流的自动化将是一个极大的应用市场。

3 配送过程的可监控技术

        对冷链物流来说,全程冷链概念成为未来最为关注的要素之一。

        将RFID等物联网技术应用于冷链物流的原材料采购、产品储存、运输、销售等各个环节,能够对整个过程实施智能化监控,这就是全程冷链要解决的问题。

        一般而言,在生产和仓储环节,对于温度的控制一般来说比较容易。但在运输环节和交接环节,温度控制无论在技术还是在管理上都存在问题。在运输环节,采用记录全程温度变化的仪器来完成监控是一种可行的方法。监控系统不仅可以监视车辆行进的轨迹,更为重要的是,可以远程实时监控温度的变化,确保全程冷链的实现。新的技术在不断被创造,比如说,一种可记录温度变化的保温箱,在冷链物流中就非常实用。

03 以工业4.0带动的物流仓储技术

        关于智能制造,我国制定了《中国制造2025》国家战略,这是中国版的工业4.0,将智能制造的重要性提升到了国家战略层面。

        从概念上看,智能制造系统(Intelligent Manufacturing System---IMS)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统,它突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动,同时,收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。由于这种制造模式,突出了知识在制造活动中的价值地位,而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式,所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。智能制造系统是智能技术集成应用的环境,也是智能制造模式展现的载体。

        随着智能制造的兴起,特别是大规模定制化生产要求的提出,对制造业的物流提出了新的要求。这些要求集中表现在以下几个方面:

     (1)柔性制造技术

     (2)制造过程的全程可视

     (3)产品质量的保障

     (4)智能制造

        以汽车生产为例,柔性制造改变了过去生产线模式,以机器人为主的作业方式,代替了以人为主的作业方式。

        柔性制造是指在计算机支持下,能适应加工对象变化的制造系统。柔性制造系统按照由低到高的顺序有以下三种类型:

        柔性制造单元

        柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具,加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂,加工工序简单,加工工时较长,批量小的零件。它有较大的设备柔性,但人员和加工柔性低。

        柔性制造系统

        柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础,配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制,能在不停机的情况下,满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂,加工工序多,批量大的零件。其加工和物料传送柔性大,但人员柔性仍然较低。

        柔性自动生产线

        柔性自动生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来,配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线,在性能上接近大批量生产用的自动生产线;柔性程度高的柔性自动生产线,则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。

        在一个柔性制造系统中,物料的储存和管理变得十分重要。既要保障物流配套的及时性和准时性,更要保障产品的质量,这是为什么物流仓储在柔性制造中的重要性的根本原因。为了解决这一问题,要求整改生产过程可视和可控,一旦发现问题,应通过可视系统传达到各个节点,从而做出快速反应,彻底改变过去层层汇报审批的管理方式,让系统扁平化,事件并行处理。

04 以应急物流驱动的物流仓储技术

        应急物流(包括军事物流)在特殊情况下的作用凸显。特别是新冠疫情的爆发,应急物流受到了广泛的前所未有的重视,应急物流将是未来物流技术发展的一个重点方向。

        应急物流与军事物流有一个共同特点,就是时间、地点、强度不可预知,或不可控制。时间紧迫,关乎生命。因此,在应急物流和军事物流中,人们很少考虑成本的问题或环保的问题,效率和可靠性占据了绝对地位。试想,在战争爆发的时候,或在疫情爆发的时候,如果因为物流的作用,掌握了先手,则可救人于水火,使战争立于不败之地,反之,则将面临无法承受之痛。因为,战争的取胜和拯救生命的价值太大,其他成本就显得微不足道。即使我们要考虑成本和环境,也是为了使取胜不至于代价太大,事实上成为不可能。

        智能化为应急物流提供了可行的解决方案。

        首先,智能化物流系统,可以引入云端技术和自动识别技术,解决网络与通讯问题,使现场的物资配送提高效率。一个不可预知的现场,无法事先进行规范和设计,物资大多是无序的,如果没有系统进行管理,那一切将会混乱不堪。汶川地震和武汉疫情都有一个共性,就是货物管理问题没有解决。人们不知道有什么货物,缺什么货物,货物在哪里。因此,采用云端技术和自动识别技术,可以完成对现场货物的有效管理,从而提升物流效率。

        其次,可以应用机器人技术(含无人驾驶技术)和无人机技术,完成特殊环境下的物资配送。无论是战争还是自然灾害,现场环境相对恶劣,道路阻隔,交通中断,传统物流装备很难派上用场,而机器人与无人机则可以大显身手。

        最后,AI的应用将为应急物流带来革命性的变革。利用AI的决策能力,不仅可以快速获取现场物资的准确需求,也可以指导系统快速将货物部署到相应的位置,从而赢得主动。

        应急物流系统是一个典型的高度柔性化的系统。因此,标准化与单元化是基础。标准化既包括信息和软件的标准化--可以适应不同的应用场景,甚至可以应用RFID技术、3D视觉技术、区块链技术等实现去中心化管理,使货物本身的信息为不同系统所识别;也包括货物包装、装载设备、输送设备的标准化等,实现物理层面的无缝对接。

05 单元化物流仓储技术的应用

        物流仓储技术的发展还受很多领域应用的影响。如医药、烟草、军事与应急物流等。所有这些领域的需求,共同促进了物流仓储技术的发展。在这些技术中,单元化物流仓储技术就是一个典型。

        单元化物流是在物流仓储和供应链过程中,采用一定的单元器具对物品的存储和操作进行规范,并在一定范围内保持其物理形态和信息的稳定,以便实施物流作业,提升作业效率的一种物流过程。

        单元化物流的单元,有很多种形式,如我们日常所见的周转箱、纸箱、托盘、集装箱等。由此可见,单元化物流并非一个全新的事物,而是现代物流的基础。

        单元化物流中的单元,既是一种物理形式,也是一种信息载体,两者密不可分,这种单元在整个物流过程中,可以保持不变,也可以变化,如果一旦出现变化,则其定义将同时改变。

        单元化物流的优势在仓储系统中显而易见。

        首先,单元化是智能仓储系统的基本实现手段。货物只有实现单元化,才能易于实现自动化作业和信息化管理。这是单元化物流的最基本的优势所在。

        在生产领域,采用单元化存储可以大幅度提高空间的利用率,可以通过组合单元快速完成生产工位的配料,单元化物流还是工业4.0概念下实现自动化和智能化生产的关键技术。以食品生产为例,每个生产工位有数十种物料需要供给,通过对各种辅料消耗的精确计算,可以定义一个组合单元--按比例配盘形成组合单元,实现快速的辅料供给,AGV从立体库将组合单元按照生产节拍自动配送到工位。单元化物流在提升效率,降低成本,快速满足生产对原材料需求,解决生产中物流存放,配送问题,均具有积极意义。

        在流通领域,单元化物流对于整个供应链体系的影响至关重要。在货物的交接环节,通过单元化物流,可以快速完成单元货物的装卸和信息传递,不仅大幅度减少对资源(如站台、车辆)的占用,人员的减少也是非常可观的。应用表明,单元化物流对于车辆利用率提升三分之一,装卸车时间减少80%,其  效果非常明显。此外,在货物的储存和拣选环节,单元化物流对于提升作业的便利性、存储的效率等都取得明显的经济效益。

        特别地,在军事物流和应急物流领域,单元化物流将发挥更大的作用。军事与应急物流具有非常大的不确定性,对物流提出了非常高的要求。通过实施单元化物流,不仅可以快速集装货物,完成装机、装车等作业,而且在野外环境下,可以快速确定货物的属性,从而实现货物的快速定位与分发,在千钧一发之际取得先机。

        单元化物流的货物信息被嵌入到单元上,可以采用二维码或RFID等技术手段实现单元的数字化,当目的地的网络无法有效应用时,RFID可以发挥重要作用,完成快速识别与定位,从而避免货物无法找到的问题。

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