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專題目錄

• 托盤自動化倉儲物流解決方案綜述（尹軍琪 北京伍強智能科技有限公司）

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托盤自動化倉儲物流解決方案綜述

作為貨物基本單元之一，托盤被廣泛用于儲存、揀選和配送等物流系統全過程。在長期的歷史演變過程中，托盤自動化倉儲物流解決方案也在不斷發生變化。本文主要對托盤自動化物流系統的技術演變、應用范圍和發展趨勢進行了全面介紹與分析。

尹軍琪

北京伍強智能科技有限公司

當人們在討論自動化物流系統解決方案時，會特別關注貨物單元化問題。目前，主要有三種典型的貨物單元：集裝箱、托盤和周轉箱。集裝箱的用途主要在于解決航空貨物和海運貨物的裝卸和運輸問題，箱單元（包括周轉箱和紙箱）主要在于解決拆零揀選和配送問題，只有托盤單元，被廣泛用于儲存、揀選和配送等物流系統全過程。因此，托盤單元在物流系統中一直備受關注，也是物流系統中最常見的處理對象和解決方案。

托盤和計算機信息系統被認為是現代物流系統的兩大支柱。托盤是傳統物流走向現代物流的關鍵標志和分水嶺。正是因為托盤的發明和在物流系統中的應用，使得無論是物流作業效率，還是管理水平，都出現了質的飛躍。

托盤自動化解決方案，在長期的歷史演變過程中，其技術、應用范圍、解決方案等也都在發生翻天覆地的變化。這些變化貫穿于物流和供應鏈的全部過程，即裝卸、儲存、分揀、搬運、配送以及信息化處理等。

在全球范圍內，托盤特別是聯運托盤，很早就已有國際標準。比如，最早的ISO托盤標準是在1961年頒布的，距今已有60多年，瑞典更是在1947年就曾頒布過托盤標準，我國則在1982年頒布自己的托盤標準（GB/T2934:1982）。然而，早期的托盤尺寸和規格仍比較混亂，現代物流技術也在剛剛起步階段，洲際貨物貿易量也處于較低水平。盡管如此，托盤的大致尺度卻比較明確，如1200mm×1000mm，1200mm×800mm，1100mm×1100mm，1140mm×1140mm等，載重量大致在1000kg左右。托盤在不斷應用中，其單元尺寸、形式和重量也在不斷突破，以適應生產和流通的需求。如鋼板用的托盤，其重量可能會超過10噸，而一些鋁型材、鋼材立體庫內應用的托盤，長度會超過7000mm甚至更多。

在現代倉儲物流技術發展方面，自動化立體庫（AS/RS）是一種標志性技術。世界上第一座自動化立體庫已經無法考證，但時間應早于1960年。我國的第一座立體庫建設開始于1973年，大致在1978年投入使用。自動化立體庫被認為是現代物流倉儲技術的重大發明之一，并開啟了立體存儲的新紀元。此后，新的自動化技術層出不窮，其應用也日益廣泛。從自動化立體儲存，發展到自動搬運（如AGV的應用），以及自動裝卸、帶板運輸等，逐漸形成如今百花齊放的繁榮景象。

托盤自動化倉儲物流系統的技術演變

1.儲存環節

托盤單元用于儲存環節，既是托盤自動化最典型的應用，也是取得最顯著成效的應用，主要有幾個方面的優勢：

一是解決快速存取問題。托盤存儲被認為是最有效的存儲方式，自動化立體庫堆垛機相較于叉車等存儲裝備技術，其存儲效率大幅度提升，尤其針對高度超過15米以上的立體庫的作業，傳統叉車對此則已無能為力。

二是解決立體存取和密集存儲問題。在高度上，自動化立體庫很早就突破了叉車的限制，最高時超過40米。此外，隨著各種密集存儲技術的誕生，使空間利用率大幅提升。

三是解決先入先出（FIFO）等管理問題。FIFO被認為是現代物流的典型策略之一，而正是因為采用托盤和立體庫，使得完全的先入先出成為可能。

自動化立體倉庫

雖然自動化立體庫技術出現較早，但國外真正大規模應用是在20世紀80年代以后，日本和歐洲成為自動化立體庫應用最早和最多的國家和地區。長期以來，托盤的自動化存儲要解決的問題，主要包括：一是密集存儲效率，二是存取效率，三是降低成本，四是提升系統的柔性。幾乎所有關于托盤自動化技術的發展，基本是圍繞這幾點展開。

在解決密集存儲方面，首先是立體庫的高度，從不到20米逐步提升到40米以上，使空間利用率大大提升；其次是堆垛技術，從一開始的單深度堆垛技術發展到雙深度，以及多深度（如重力式堆垛技術）。隨著不同存取技術的發明，密集存儲逐漸發展到一個新高度，如穿梭板技術、子母車技術、四向穿梭車技術等，使存儲密度、靈活性和適應性等得到進一步提升。特別是近年來的四向穿梭車的發明應用，使托盤自動化存儲技術達到一個新高度。

堆垛機

眾所周知，一臺堆垛機的作業效率，根據自身的參數配置（巷道的長度和高度，堆垛機的三個方向的速度和加速度等）和托盤大小不同，其大致在20～60托盤/小時之間。為提升作業效率，工程師們采取了諸多措施，如提升設備起升和運行的速度和加速度，采用變頻控制和伺服控制技術，優化堆垛機的速度曲線等，使單機設備的性能大幅度提升。此外，采用多工位代替單工位，也是提升效率的常見方法。四向穿梭車技術更是一項具有革命性的技術，并將作業效率提升到一個前所未有的高度。

在一些項目中，如何降低投資成本是設計的關鍵目標，各種技術也由此應運而生。為降低成本，減少關鍵設備（主要是堆垛機）的數量，成為研發的重要方向。轉彎堆垛機和道岔式堆垛機的研究取得了明顯效果。由于貨物存取的需求千差萬別，各種異形堆垛機得到廣泛應用。

關于柔性技術的發展，主要基于兩個方面考慮：其一是降低成本，快速部署；其二是解決現場作業的場地限制問題。AGV的應用，是系統柔性化的最典型例子。早在20世紀60～70年代，AGV就已發明出來，但大量應用還是2000年以后的事情。特別是最近10年，隨著技術不斷成熟和成本大幅度降低，AGV技術和應用得到迅猛發展。一方面，AGV取代輸送機完成輸送作業成為一種趨勢，另一方面則是在高度較低的場合，AGV可以直接取代叉車或堆垛機完成立體存取作業，更加凸顯出柔性化的巨大影響力。

2.輸送與搬運環節

托盤自動化解決方案在輸送與搬運環節的應用，最初是與自動化立體庫作業緊密聯系的，如托盤輸送機、提升機、直線穿梭車、環形穿梭車、四向穿梭車等技術的應用就是如此。然而，更為熟悉的托盤搬運技術則是無人叉車技術的應用。

托盤輸送線

當前，叉車仍是倉庫內最主要的搬運設備。為實現叉車作業的自動化和無人化，AGV和無人叉車應運而生。AGV分為頂升移載式和叉式兩種，叉式AGV可以直接將托盤從地面取走或放置在地面，這是其主要優點，其成本較高；頂升移載式AGV成本較低，卻無法將托盤放在地面或從地面直接取走，其靈活性大打折扣。無人叉車是叉式AGV的一種典型形式，在很多情況下，無人叉車可以完成高架庫內托盤的存取作業，使庫內自動化達到一個新高度。

AGV的技術演變，主要是其導航方式的演變。最早的導航方式是磁條和磁釘導航，后來又嘗試采用圖像導航技術，到20世紀90年代中后期，激光導航橫空出世，這是AGV導航技術的一次巨大突破。進入21世紀，開始流行采用二維碼導航，因為其廉價也使AGV/KIVA的價格得以大幅下降。此后，RFID技術被應用到AGV導航，以彌補二維碼導航的不足。2015年之后，隨著自動駕駛技術不斷成熟，基于機器視覺的自然導航技術成為最新研究成果，并有望取代此前的導航技術。

穿梭車

3.裝卸、集貨、配送環節

與其他領域的自動化發展路徑一樣，物流自動化的演變也是歷經從局部到整體的一個過程，從開始只注重儲存等少數環節，逐漸演變到聚焦物流倉儲的各個環節。由于技術難度大、投入大，加上人的固有思維限制，物流系統中的裝卸環節一直不被重視，自動化裝卸技術的研究和應用時間相對較短。其實，就物流系統整體來說，無論是從作業成本、裝備投入，還是從對物流效率的影響看，裝卸環節都占據非常重要的地位。裝卸效率直接影響著月臺的數量、停車場的大小以及集貨區的設計，甚至影響車輛的使用率。

（1）自動碼垛與自動拆垛

機械手碼垛與拆垛的應用有超過40年的歷史，如今機械手在物流系統中的角色，已從備選變為必選。特別是在生產物流系統中，機械手作為完成從生產線到立體庫之間自動銜接的關鍵技術，已經成為物流解決方案的標配。自動碼垛技術還被經常應用于自動揀選過程，盡管在混合碼垛等方面還存在一些技術難題，但機械手的應用已日漸為人所接受。

（2）自動裝車與自動卸車

裝車與卸車作業是非常影響物流作業效率的重要環節之一。尤其是對于一些吞吐量較大和貨物笨重的物流場景，托盤的自動裝卸貨顯得尤為重要。隨著機器視覺技術的應用，自動裝卸將變得相對容易，其應用也將呈現多元化趨勢。

（3）自動集貨

在集貨環節，采用AGV輔助集貨已經成為很多物流中心的首選。更加重要的應用，是采用立體化集貨以解決集貨空間不足的問題。

（4）帶板運輸

配送環節采用帶板運輸的價值逐漸被認可。帶板運輸不僅可以大量節約月臺資源，而且在車輛資源利用、貨物保護、節約人力等多方面，也具有顯著優勢。然而，帶板運輸尚需克服托盤回收和托盤管理方面的難題，托盤共用體系的建立或將為解決這一難題提供答案。

托盤自動化倉儲物流系統的應用范圍

1.制造業領域

制造業領域（也稱為生產領域）是托盤自動化物流系統最早的應用場景之一。制造業涵蓋機械、汽車、航空、火車、新能源、電子、家電、鞋服、食品、煙草、酒類、飲料、制藥、石化等多個行業，其中主要牽涉到原材料、外購件、中間件以及制成品的物流問題。

在制造業企業物流中，托盤的規格多樣性是其典型特性之一。不同的產品類型，所用托盤單元的差異極大，從而會增加托盤自動化的難度。此外，制造業企業物流的流程與生產工藝緊密相連，生產產品不同，節拍不同，對物流的需求各異，尤其是線邊庫呈現出五花八門的態勢，更加加劇了物流解決方案的個性化。這是制造業物流的難點所在。

越來越多的制造業物流傾向于采用全自動化解決方案。AGV的應用最早就在離散型制造業企業中得以實現。面對個性化、規模化的生產特征，物流在生產中的角色顯得愈發重要，將生產和物流緊密聯系在一起，是制造業物流發展的一個趨勢。在生產車間或組裝車間，原輔料和零部件的及時自動供給，產成品的自動碼垛、入庫，是未來生產物流升級的主要內容。

2.流通及電商領域

隨著商業化程度加快，尤其是電子商務發展，流通領域物流變得越來越重要。連鎖企業（B2B）和電子商務（B2C）的物流配送，成為流通領域兩個最重要的分支。

對于線下連鎖企業而言，無論是大賣場、便利店等綜合超市，還是各種門類產品的門店，典型的如鞋服、卷煙、圖書、零食、醫藥、酒類等，其物流供應鏈模式已基本趨同，即：采用中央倉模式，直接配送到終端倉，或采用中央倉+地方倉兩級模式，其選擇主要看布局成本、物流量和響應時間要求等。中央倉一般采用自動化立體庫技術或密集存儲技術，解決大宗貨物的儲存問題，各種拆零揀選技術則負責完成按訂單的拆零揀選?！柏浀饺恕睊x和全自動揀選受到越來越多企業的認可。由于連鎖企業的規模越來越大，物流中心的規模也越來越大。在鞋服行業，安踏的中央倉規模超過30萬平方米，其立體庫儲存能力超過10萬托盤。在醫藥流通領域，以國藥為代表的企業，其自動化立體庫規模也越來越大，老百姓長沙物流中心規模超過10萬平方米，立體庫儲存能力也達到5萬托盤。酒類的成品庫規模更是動輒數十萬平方米，儲存能力達到10萬托盤以上。

在過去20年間，電子商務發生翻天覆地的變化。2024年電商包裹數達到驚人的1745億個，平均每天4.78億個，高峰時超過10億個。可以說，電子商務的蓬勃興起，大大推動了中國物流技術的快速發展。雖然在電子商務物流系統中，托盤單元主要用于儲存環節，但托盤自動化系統仍然占據十分重要的位置。尤其是在大件貨物的存儲和配送過程中，托盤是最主要的作業單元。

3.應急物流

我國的應急物流系統建設，在經歷幾次大的自然災害特別是新冠疫情考驗后，已經逐漸找到應對之策，這就是“平急兩用”的策略。

與民用需求不同，應急物流（包括應對自然災害、疫情、戰爭等場合）特別要求快速響應與準確識別，包括快速集貨、快速分揀、快速分發，以及準確定位、準確標識。托盤單元化物流系統將是完成這一目標的最佳選擇。隨著數字化技術的應用，以托盤為單位的接收、儲存、揀選、集貨、配送，將極大提升物流響應效率，并且在配送過程中易于跟蹤追溯，在現場易于識別定位。而自動化不僅可以提升配送中心的作業效率，還可避免因人員對系統和環境的生疏導致的現場混亂，使作業有條不紊。

在應急物流系統建設中，存在的一個棘手問題是：花費很大力氣建設的應急物流中心，往往到時卻派不上用場。信息管理混亂，系統操作不熟練，人員對作業流程普遍感到陌生，設備出現故障，等等。為此，平時的訓練和演習是非常必要的。這就是“平急兩用”的基本出發點。無論是人員，還是系統和設備，都要處于一個可以隨時轉換的狀態，以便在應急時刻可以做到“召之即來，來之能戰，戰之能勝”。

4.農業和其他領域

托盤自動化系統憑借其獨特優勢，在國民經濟的各個方面都有廣泛應用。比如，在農產品（漁業、畜牧、果蔬、花卉等）儲存和配送方面，通過實現全程冷鏈和單元化作業，產品品質將得以最大限度的保護，損耗也將降低到一個新水平。在冷鏈物流系統中，托盤自動化存儲在提升存儲效率、降低能耗，以及將作業區和存儲區分開，以提升作業環境的舒適度等方面顯得尤為重要。

托盤自動化在農業領域的另一個應用是立體化農業，如立體化種花、立體化種菜、立體化養殖等。關于這方面的應用已有先例，未來市場將十分廣闊。

托盤自動化倉儲物流系統的發展趨勢

1.技術發展趨勢

科學技術的發展沒有止境，物流技術也是如此。從大的趨勢看，人工智能將對物流技術產生顛覆性的變革，智慧物流將是未來物流技術發展的主要方向和特征。

從具體的技術創新方向看，其目標非常清晰，即追求更高的效率與更低的成本，以便提供更好和更加多元化的服務。人工智能只是一種技術手段，其作用是為單元化物流賦能。至于數字化、智能化、柔性化等具體技術的應用更是如此?？梢钥隙ǖ氖?，無論技術如何發展，以托盤為單元的物流處理手段將是優先方式。

從短期的技術發展前景看，自動化立體庫技術和以AGV為代表的柔性化技術將會進一步得到快速發展，其在儲存、搬運、輸送等方面的應用將更加普遍，機械手（包括人形機器人）則在收發貨組盤、自動揀選、自動裝卸和車間自動組盤等應用環節更加普及，托盤四向穿梭車目前還處于發展的初級階段，未來將更加智能化、更加柔性化，并且適應性更廣，如在冷庫中的應用就是一個巨大市場。傳統的堆垛機，也將變得更智能、更安全和更高效。

宏觀來看，我國的托盤自動化技術，無論是堆垛機、穿梭車（主要是環形穿梭車和四向穿梭車），還是AGV技術，已越來越接近世界先進水平。關鍵零部件和元器件的國產化替代成為共識。但我們也要看到，并不是所有供應商的產品都具有很高水準，因此要全面提升國產設備的技術水平，仍需相當長的時間。

2.應用發展趨勢

盡管在制造業領域，智能物流的作用得到前所未有的重視，但還遠遠不夠。托盤自動化系統將越來越重視無人化和智能化。未來工廠的設計，將不得不重新審視物流的地位?，F有關于線邊庫、AGV、懸掛系統等的處理方式，可能會被顛覆，更加精準的配送，更加柔性化的技術應用，以及車間與倉儲系統的一體化等，將是未來探索的方向。物流很有可能反過來對生產工藝提出要求，如車間的布局等。在標準化層面，對產品包裝將有一個全新認識。包裝單元的標準化，將反過來影響產品的設計。

在商業流通領域，未來主要將會是線下連鎖+電子商務的基本模式，而線下連鎖還會承擔一部分電子商務的職能。以托盤為單元的儲存仍將會是最主要的儲存模式，而在揀選和配送環節，更多的應用也將會是基于托盤單元的。尤其是線下連鎖店的帶托盤配送更是如此。

電子商務已經成為日常生活中不可缺少的部分，并且逐步成為終端銷售的最主要方式。2024年中國快遞包裹數達到1745億件，未來仍然存在較大的增長空間。電商物流中心的規模將越來越大，托盤仍然是貨物儲存的主要方式。以數字化為基礎，更加智能化和柔性化的系統，將受到市場的青睞。

此外，我國的物流技術全面走出國門，將是未來的主要話題之一，也將迎來巨大的機會。然而，技術和產品的成熟度是一個挑戰，標準化更是需要引起廣泛重視的問題。對于大多數企業來說，這是未來需要修煉的主要“內功”。

參考文獻:

[1]尹軍琪,托盤自動化立體庫存庫設備的選型分析,物流搜索公眾微信號,2024.9.11.

[2]尹軍琪,說說托盤標準化問題,伍強智能公眾微信號,2024.6.12.

———— 物流技術與應用 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自，有刪改。

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