智能倉儲的關鍵技術發(fā)展及應用分析

金旭東 潘民康 錢 芳 賀文斌 路 江

（常州晉陵電力實業(yè)有限公司物資分公司 江蘇·常州 213000）

0 引言

目前我國智能物流發(fā)展迅速，市場潛力巨大。國務院先后出臺了《“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流實施意見》（2016年）和《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（2017年）等政策文件，明確提出智能物流將成為我國新一輪產(chǎn)業(yè)變革和經(jīng)濟發(fā)展的動力。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術在物流領域逐步推廣，智能倉儲作為物流業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，日漸受到政府和企業(yè)的重視。智能倉儲依托智能化系統(tǒng)集成技術、信息技術、機器人技術等各類技術構(gòu)建智能化倉儲體系，能夠?qū)ξ锪餍畔⒌母咝ё詣痈兄蛿?shù)據(jù)采集，實現(xiàn)倉儲物流作業(yè)的智能化和精準化操作。

本文針對智能倉儲發(fā)展現(xiàn)狀，對其中關鍵技術進行綜述分析，為智能倉儲的設計與應用提供參考。

1 關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀

目前智能倉儲領域關鍵技術主要包括射頻識別技術、機器人技術、5G通信技術、智能化倉儲管理系統(tǒng)技術、自動化立體倉庫技術等。

1.1 射頻識別技術

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）硬件系統(tǒng)主要由RFID標簽、讀寫器和后端計算機系統(tǒng)組成。當RFID標簽進入讀寫器范圍內(nèi)，標簽與讀寫器之間通過射頻信號通訊，完成非接觸式識別、定位與數(shù)據(jù)讀寫等功能。在現(xiàn)有庫房系統(tǒng)中引進RFID技術，對庫房到貨查驗、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行自動收集，可保證企業(yè)及時準確地把握庫存數(shù)據(jù)，方便對物品的批次、保質(zhì)期等進行辦理，有利于提高庫房辦理的作業(yè)效率。

RFID標簽的供電方式可分無源、有源和半有源。無源RFID標簽通過電磁感應線圈獲取能量對自身進行短暫供電。該類標簽體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、壽命長，但有效識別距離極短。有源RFID標簽通過外接電源供電，主動向讀寫器發(fā)送信號，體積較大，但是傳輸距離長、速度快。典型的有源RFID標簽能在百米之外與讀寫器建立聯(lián)系。半有源RFID標簽可以在工作和休眠狀態(tài)中切換。休眠狀態(tài)時僅對標簽中保持數(shù)據(jù)的部分進行供電，大幅延長電池使用時間。當標簽進入讀寫器范圍后，讀寫器先以125 kHz低頻信號在小范圍內(nèi)精確激活標簽使之進入工作狀態(tài)，再通過2.4 GHz微波與其進行高速信息傳遞。讀寫器可以布置于固定設備上，亦可布置于人工堆垛等移動場景。目前各種類型讀寫器發(fā)展迅速，普遍具有低成本、高功用、安全可靠、人性化規(guī)劃、通訊方便等優(yōu)點。

對于RFID倉庫管理系統(tǒng)的研究和應用正日益增多，各類產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟。但是在實際應用中由于倉庫環(huán)境通常十分復雜，定位精度仍然不足，因此仍然需要開發(fā)更好的算法和管理系統(tǒng)。此外將RFID與其他倉庫管理技術實現(xiàn)更好的集成，也是RFID系統(tǒng)設計的關鍵問題。

1.2 機器人技術

倉儲業(yè)早期使用的機器人以傳送帶和相關機械為主。近年來，隨著人工智能技術快速發(fā)展，倉儲機器人應用范圍不斷延伸，已經(jīng)成為智能倉儲的關鍵技術之一。

倉儲機器人涉及諸多核心技術，如運動控制、避障機制、導航技術、視覺識別、機械結(jié)構(gòu)、動作算法等。目前智能倉儲中常見的智能機器人有自動導引車（AGV）、碼垛機器人、分揀機器人等。

自動導引車AGV屬于一種無人駕駛且擁有搬運功能的自動導航裝置。在現(xiàn)有倉庫中使用AGV無須更改倉儲的基本配置。AGV可以代替叉車，并且可以持續(xù)不間斷地運行，因此使用AGV替代人力可以大幅提高工作效率。目前使用成本不斷降低，即使是在最小的配送中心，AGV全面使用也有望成為現(xiàn)實。

智能化碼垛機器人可替代人工進行搬運、碼垛、拆垛等任務，其具有動作靈敏準確、運行效率高、能夠適應危險環(huán)境等優(yōu)勢，目前應用碼垛機器人實現(xiàn)生產(chǎn)自動化是推動倉儲企業(yè)發(fā)展的有效手段。但是其結(jié)構(gòu)和算法設計的難度較高，設備購買、運行和維護成本也普遍較高，因此目前僅適用于自動化水平較高的企業(yè)，在小型企業(yè)中仍難以普及。

分揀機器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學系統(tǒng)的機器人，可智能化對物品進行識別、抓取、放到指定位置，從而實現(xiàn)貨物快速分揀。自動分揀機器人能夠?qū)崿F(xiàn)24小時不斷分揀，占地面積小，分揀效率高，可降低70%人工成本。目前國內(nèi)主流快遞企業(yè)和大型農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)，均已采用智能分揀機器人大幅替代人工。但是目前分揀機器人僅擅長處理特定類型物品，處理復雜類型的物品仍需人工干預，智能化水平仍需提高。此外設備研發(fā)和維護費用仍然較高，這也是中小型企業(yè)無法大規(guī)模使用的原因之一。

我國智能化倉儲中的機器人技術起步較晚，但是發(fā)展極快。在國家智能制造政策背景下，各方面技術突飛猛進。目前持續(xù)提升技術水平，研發(fā)創(chuàng)新解決方案以實現(xiàn)更高的效率和更低的成本，是機器人行業(yè)發(fā)展的重點所在。

1.3 5G通信技術

第五代移動通信技術簡稱5G通信技術，其特點是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高了系統(tǒng)容量和可以進行大規(guī)模設備連接。智能倉庫通過使用更擅長移動場景的5G通信替換傳統(tǒng)的Wi-Fi和有線通信，就可以用一張網(wǎng)承載制造物流、園區(qū)物流和在途物流，實現(xiàn)了信息流、物流和業(yè)務流的統(tǒng)一連接、統(tǒng)一管控，使物流系統(tǒng)可以更高效率、更大規(guī)模、更低成本、更高性能地運行。目前中國5G通訊技術走在世界前列，但是整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用還處于發(fā)展階段。中國多家企業(yè)智能化倉儲技術中已經(jīng)開始推廣5G智慧物流技術。該領域必定會成為未來物流市場上主流技術。

1.4 智能化倉儲管理系統(tǒng)技術

智能化倉儲管理系統(tǒng)技術主要包含三大類系統(tǒng)技術，倉儲管理系統(tǒng)（WMS）、倉儲控制系統(tǒng)（WCS）和物流運輸管理系統(tǒng)（TMS）。

倉儲管理系統(tǒng)WMS是針對倉儲精細化操作的管理系統(tǒng)。通過在系統(tǒng)中配置業(yè)務操作流程，可以自動生成系統(tǒng)指令，指導現(xiàn)場人員進行實物作業(yè)，并記錄操作過程?，F(xiàn)代智能WMS支持各行業(yè)的倉庫及配送中心，并可支持多模式（批發(fā)、零售、B2C、生產(chǎn)制造）、多業(yè)態(tài)（超市、賣場、便利店）、多倉庫的個性化需求。使用WMS倉儲管理系統(tǒng)，可以有效減少倉庫出錯率、提高操作效率、實時管理倉庫數(shù)據(jù)、提高庫存準確率和周轉(zhuǎn)率。

倉儲控制系統(tǒng)WCS可協(xié)調(diào)各種物流設備如輸送機、堆垛機、穿梭車以及機器人、自動導引小車等物流設備之間的運行。該系統(tǒng)通過任務引擎和消息引擎，優(yōu)化分解任務，分析執(zhí)行路徑，為上層系統(tǒng)的調(diào)度指令提供執(zhí)行保障和優(yōu)化，實現(xiàn)對各種設備系統(tǒng)接口的集成、統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控。

物流運輸管理系統(tǒng)TMS適用于運輸公司、各企業(yè)運輸隊等，它主要包括訂單管理、配載作業(yè)、調(diào)度分配、行車管理、GPS車輛定位系統(tǒng)、車輛管理、人員管理、數(shù)據(jù)報表、基本信息維護、系統(tǒng)管理等模塊。該系統(tǒng)對車輛、駕駛員、線路等進行全面詳細的統(tǒng)計考核，能提高運作效率，降低運輸成本。

在現(xiàn)代智能化背景下，智能化倉儲管理系統(tǒng)直接影響著企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效率。目前我國物流倉儲產(chǎn)業(yè)信息化處在高速發(fā)展階段，行業(yè)內(nèi)現(xiàn)代倉儲與物流觀念仍需加強。系統(tǒng)開發(fā)商應與使用單位展開更深入的合作，提升倉儲管理系統(tǒng)的智能化水平。

1.5 自動化立體倉庫技術

自動化立體倉庫簡稱為“AS/RS系統(tǒng)”。1963年美國率先在立體倉庫中引入計算機控制技術，此后該技術迅速發(fā)展。自動化立體倉庫可以充分利用倉庫用地，減輕勞動強度，提高倉儲自動化水平及管理水平，降低儲運損耗，有效地減少流動資金的積壓，提高物流效率。自動化立體倉庫中包含了很多配套設施以及管理系統(tǒng)：立體貨架、存儲托盤、有軌巷道堆垛機、叉車、自動化輸送線、控制管理系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)、智能化倉儲管理系統(tǒng)等。在自動化立體倉庫設計過程中，應明確用戶所要達到的目標和功能要求，明確自動化立體倉庫與上游、下游銜接的工藝過程，物流要求，物料的規(guī)格參數(shù)，立體倉庫的現(xiàn)場條件及環(huán)境要求等。

我國在自動化立體倉庫領域起步并不晚，1980年即建成中國的第一座自動化立體倉庫。2019年中國自動化立體倉庫保有量6000座左右，總立體庫面積達到3.49億立方米。其中，電商、快遞、零售、冷鏈行業(yè)等服務領域需求增速明顯，服裝、新能源等新興行業(yè)亦開始發(fā)力。未來自動化物流與倉儲場景將日趨增多，除了大型企業(yè)之外，小型企業(yè)和物流點對于倉儲自動化需求也將大幅增加。相關設計和研發(fā)企業(yè)，應根據(jù)具體使用場景，開發(fā)功能更加細化的自動化立體倉庫，以期有效地降低人力成本，改善管理混亂的局面，讓倉儲物流變得更加智能高效。

2 總結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能技術的快速發(fā)展，智能化倉儲技術也開始廣泛應用，并逐漸成為倉儲物流行業(yè)的重要環(huán)節(jié)。本文總結(jié)了目前智能化倉儲的關鍵技術，并對其應用情況進行了分析。目前RFID、機器人、5G通信、管理系統(tǒng)、自動化立體倉庫等技術都已經(jīng)取得巨大進步。我國在智能化倉儲的研發(fā)和應用領域已經(jīng)走在世界前列。未來應在智能算法、核心硬件、復雜場景應用等基礎領域進一步發(fā)力，為下一代技術的應用奠定研究基礎。