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物流倉儲系統柔性進化的回顧與展望

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作為行業資深專家,本文作者曾于2014年、2019年兩度參與《物流技術與應用》“柔性化”專題,引導行業對柔性的思考由表及里、由淺入深。2026年第三次執筆,作者系統回顧了倉儲柔性化演進路徑:早期以定制化應對需求變化、單元標準化奠定技術基礎、物流機器人普及開啟新紀元。展望未來,“軟件定義物流”將推動物流裝備及系統實現功能重構,物流系統最終將在剛性與柔性的動態平衡中,適應復雜多變的商業場景。

尹軍琪

北京伍強智能科技有限公司董事長

引言

物流倉儲系統的柔性化,主要表現在以下幾個方面:

適應性:主要是對業務范圍變化、業務流程變化、業務對象變化、訂單結構變化、庫存結構變化等一系列變化的適應能力。

可擴展性:主要是業務規模變化、高峰業務處理能力、系統布局及物流路線的調整等。

可遷移性:主要是系統設備可遷移性、系統部署快捷性等。

物流系統的柔性化需求,是基于現實的、在運營過程中出現的問題而提出的。其主要目的仍然是降低成本,降低投資風險,滿足業務需求等。本文將對物流倉儲系統柔性化的進化歷程和未來發展方向進行簡單梳理。

歷史回顧

1.定制化:最早的柔性化思考

總體來說,物流倉儲系統是一個高度定制化的系統。具體表現在以下幾個方面:

(1)每個系統的需求不同。包括收發貨量、庫存量、存儲方式、訂單形式、產品形式、包裝形式、單元尺寸、單元重量、儲存溫度、運輸方式、運輸車輛等。

(2)每個系統所處的環境不一樣。包括地塊形狀、建筑限制、周邊環境、道路、河流、地理位置(如南方、北方、沿海等),以及氣候、地震設防等級等。

(3)每個系統對應的用戶條件不一樣。比如對投資的限制、對自動化的需求、自身信息化水平、現有物流倉儲系統的條件、作業流程等。此外,還包括每天作業時間、高峰作業時段、高峰作業量和平均作業量等。

對于這樣一個高度定制化的系統,用戶普遍關心的問題是:如何應對未來的變化?如企業經營范圍變化和企業業務變化(如業務增減、溫度需求、產品包裝形式、儲存單元等),以及行業的變化、訂單結構的變化、倉庫遷移等。從較長時間來看,對一個企業而言,這種變化是不可避免的。其實,這就是對系統柔性化的思考。人們希望投資能夠盡量具有較高的適應性,以降低可能的風險。

每個企業對于系統柔性化的追求是不一樣的。例如,在汽車制造行業,人們擔心的是產能變化和產品變換(尤其是頻繁變換產品規格)所帶來的影響。柔性生產線因此應運而生,早期的AGV就是為適應制造業而誕生的。現在的汽車生產線已經大多采用完全柔性化的生產線。對流通領域而言,要面對的問題更多一些,包括流量變化、庫存變化、貨物變化、訂單變化等一系列問題。面對眾多需求,再柔性化的設計也顯得力不從心。電商的誕生,更加劇了物流系統對柔性化的需求,尤其是面對業務不斷激增帶來的頻繁的倉庫遷移和擴容,如何縮短遷移時間,減少遷移過程中的損耗等問題,成為關注的焦點,柔性化變得尤為重要。此外,對第三方倉庫來說,柔性化的需求直接決定了庫房建設要具有最大的適應性。然而,當一個庫房建成后,其適應性總會有一定限制。

柔性化是一個有很長歷史的問題,每個時代對柔性化的需求有所不同。要理解這一點并不難,因為不同時代的科技水平不同,物流形態存在重大差異,社會對物流倉儲系統的期望和要求就會不同。每一項合理需求的提出,既受到時代的限制,也推動著科技向前發展。

2.單元標準化:從產品到系統的柔性化

市場需求變化莫測,為了把握世界的本質,人們在探索物流系統解決方案的過程中,提出“標準化”這一偉大的設想,既簡化了紛繁的物流世界,也讓柔性化有了更大空間。

物流標準化首先是從貨物單元標準化開始的,此后才逐漸發展到產品標準化、流程標準化,以及信息標準化等多個方面。

單元標準化,其基本內容是托盤和料箱的標準化。在長期的生產過程中,人們發明了托盤,這是物流技術的重大創新和革命性成果。早期的物流技術,大多建立在托盤基礎之上(料箱作為一種常用單元,也在物流技術中占有重要比重。相對于托盤來說,料箱的發明時間要更早一些,但對于料箱的重視,則是最近20年的事)。有了標準化的存儲單元,物料的基本形態就被固化下來,從而使其適應性得到空前提升。人們不再糾結物料包裝的變化,物料的包裝反而被要求按照物流規則來設計,標準化的倉庫系統應運而生。這是柔性化技術取得的重大突破。從此,人們的關注點從物料產品的適應性,轉移到物流技術的柔性化和物流系統的柔性化。

物流技術因為單元標準化而取得蓬勃發展。AS/RS自動化立體庫被最早發明出來,它雖然具有一定柔性(比如系統有很高的適應性,巷道數可以增加,堆垛機可以采用多種形式,貨架層高可以調整等),但總體仍是剛性的,一旦實施則系統基本不可改變。在料箱處理方面,最早的產品是所謂的Miniload系統,這是AS/RS技術的延伸。AGV最早被應用于制造業車間的物流搬運,但因其昂貴的造價,在幾十年間進展緩慢。直到2010年前后,美國的Kiva Systems公司將AGV(Kiva機器人)用于料箱貨架搬運,從而改變了歷史的進程。

叉車一直扮演著柔性化的最佳角色。即使在今天,叉車仍然是物流倉儲系統中不可或缺的裝備。然而,叉車也有其天然的缺點:空間利用率低(主要是高度限制、作業通道寬等),自動化水平低,從而使AS/RS擁有更大發展空間。

然而,有一個問題還是困擾著規劃工程師和用戶,這就是托盤和料箱的比重問題。當然還有更多的存儲形式,如平置區等,都對系統的適應性提出挑戰。

絕對的柔性并不存在。人們發現,其實最傳統的倉庫系統才是最柔性化的,一旦我們給倉庫系統作出定義,就會削弱系統的適應性,這是顯而易見的事情。

3.物流機器人:給柔性化一個新的天地

“物流機器人”概念提出的具體時間已無法考證,但其為大眾所接受的時間僅僅是最近十年。最早,AGV被稱為物流機器人,隨后所有不依賴軌道的、具有自動導航的物流設備也被統稱為“物流機器人”,再后來所有具有自動移動功能的物流設備,均被納入物流機器人的行列。從產品柔性化的視角看,它們之間還是有重大差異的。

(1)Kiva類產品

Kiva是最早的具有高度柔性化的物流設備之一,但其弱點也顯而易見,所以很快就被新技術所迭代,如AMR,CTU等產品。在料箱處理系統中,Kiva類產品因其高柔性,受到市場廣泛認可;CTU的主要問題還是高度受到限制,但這一局限性并不能掩蓋其高度柔性化給客戶帶來的巨大價值。

(2)四向托盤穿梭車

四向托盤穿梭車最早在2010年前后出現,由于成本高企,性價比不高,一開始并未引起市場重視。在2020年后,隨著產品成本快速下降,其優越的性能和環境適應性迅速贏得市場青睞。相比AS/RS而言,四向托盤穿梭車對環境具有更高的適應性,對基礎的要求相對較低,配置更為靈活。當然,其消防設施處理、日常維護存在一定難度。

(3)自動叉車

自動叉車主要是在現有叉車基礎上實現自動導航和自動駕駛、自動操作功能,是最近幾年的一個熱點,在很多叉車庫的改造中具有優勢。從目前的實施效果看,基礎改造困難,作業效率不如預期,成本較高(需要考慮系統投資),對此很多企業還缺乏全面認知,但未來可期。

(4)料箱穿梭車&飛箱系統

料箱穿梭車、飛箱系統等技術也是最近10多年來誕生的物流機器人技術,其中飛箱系統更是近幾年誕生的技術,在料箱處理系統中占據重要地位。相比來說,料箱穿梭車系統在高度上具有優勢,而飛箱系統具有更高的效率,各自都有其擅長的應用場景。

物流機器人為物流系統開辟了柔性化的新空間,其核心優勢在于關鍵設備可根據需求靈活增減、便捷遷移、快速部署。以AGV為例,自動導航技術讓柔性化從產品本身延伸到物流作業路線及倉庫布局,從而更受到關注,也將具有更大的應用前景。

未來展望

1.單元化的哲學意義

最早的單元化是為了解決物料的有效搬運和儲存。然而,誰也未曾想到,由此而引出的是一場巨大的變革。時至今日,這場變革仍然沒有停歇的跡象,將繼續引導物流技術未來的發展方向。

單元化的發展歷經數十年,其根本內容始終沒有發生變化,即單元的形態主要分為三級:以集裝箱為代表的海運和航空運輸單元、以托盤為代表的倉庫儲存和搬運單元、以箱為代表的貨物的基本包裝單元。

相比較而言,集裝箱單元是三者中發展最成熟的,但不是本文討論的內容。無論是托盤處理技術還是料箱處理技術,都在最近20年得到前所未有的快速發展。

物流系統柔性化需求,最初看起來是一種特例,現在看來卻是一種必然和普遍現象。如果仔細分析這一現象的轉變,其實與中國的經濟發展存在緊密聯系。2000年以前,世界經濟的發展可以用平穩低速來表示;2000年后,世界經濟在中國經濟的帶動下,進入一輪長達25年的高速發展時期,中國經濟更是發生了翻天覆地的變化。2000年,世界人口66.55億,GDP為33.72萬億美元。其中,美國GDP為10.25萬億美元,占全球經濟的30.4%,中國GDP為1.21萬億美元,占全球經濟的3.5%,日本為4.77萬億美元,德國為1.87萬億美元,都遠高于中國,當時美國經濟總量是中國的8.47倍,德國是中國的1.55倍。到了2024年,國際貨幣基金組織(IMF)發布的《世界經濟展望》數據顯示,全球人口約82億,GDP總量為110.55萬億美元,美國為29.18萬億美元,占全球經濟的26.39%,中國大陸為18.94萬億美元,德國為4.66萬億美元,日本為4.02萬億美元,美國經濟總量僅為中國的1.54倍,相當于2000年德中經濟的差距,而德國經濟總量僅為中國的四分之一。由此可見,過去20多年中,世界經濟總量增長了2.27倍,中國經濟總量增長約15倍,這種快速的增長對物流的影響是巨大的。

經濟的平穩發展,意味著物流需求的平穩發展,2000年以前,即使站在全球角度,物流倉儲的適應性、可遷移性等并不是重點考慮的因素,物流系統的柔性化需求,僅僅是在制造業車間里發生。如前所述,AGV的發明正是這一需求的產物。然而,隨著中國經濟飛速發展,物流產業也發生翻天覆地的變化。企業層面,無論經營規模還是業務形態的變化,都變得難以預測。尤其是電子商務的出現,進一步加劇了這種不確定性。這一趨勢下,企業對產品和系統的適應性、系統部署的緊迫性、系統遷移的可行性等,都給予高度關注,柔性化成為物流系統設計最重要的指標。

在這一過程中,正是單元化的思想,一方面使物流作業的自動化和智能化難度大大降低,另一方面使物流系統的柔性化大幅度提升。隨著單元標準化實施,系統柔性化發展進入一個全新的歷史時期。

中國電商的發展歷史是一個奇跡。國家郵政局數據顯示,2025年我國快遞業務量達 1989.5億件,同比增長12%,人均年快遞使用量達141件。這一數據充分揭示了我國物流技術,尤其是物流機器人技術,從2015年開始進入爆發期的根本原因。此外,正是由于電商的帶動作用,其他行業的物流系統柔性化需求也廣受重視。在機器人應用和系統能力上,中國物流技術已經有超越西方發達國家的跡象,而柔性化的進步,也上升到一個全新的臺階,這是始料未及的。

2.“軟件定義”物流時代的暢想

軟件定義物流的基本概念,最早從軟件定義存儲、軟件定義網絡等計算機領域概念演變而來,其基本原理是通過軟件的控制實現硬件設施的不同功能。以軟件定義物流機器人為例,物流機器人可以從事的工作就會因軟件的定義而改變,使物流機器人可以適應不同的應用場景,完成不同的工作。比如,通過軟件定義,同樣的一臺物流機器人不僅可以完成月臺上的裝卸工作,也可以完成組盤、輸送、儲存、揀選、包裝、分揀等多種工作,甚至從事其他行業工作。

我們可以想象,通過軟件定義,物流設備和系統柔性將上升到一個全新高度,完全改變目前大多數物流設備只能從事單一工作的狀況,使系統具有更大的柔性。

從目前的認識看,軟件定義物流,最有可能在“具身智能機器人”身上實現。具身智能機器人本身具有更大的適應性,能夠像人一樣靈活完成不同種類的工作。當前,大多數機器人仍屬于專用設備,例如焊接機器人無法直接完成碼垛機器人的工作,若想執行不同工作,通常需要更換屬具并重新進行訓練。而未來的具身機器人將突破這一局限。通過軟件定義,具身智能機器人就會像人一樣,經過培訓(通過軟件重新定義其功能,從而具備專業的技能)勝任各種復雜工作。當然,在必要時它同樣需要借助專用屬具來高效完成一些特定的工作,正如人也需要工具的輔助一樣。

具身機器人將徹底改變人類對機械設備固有的印象,在軟件定義的加持下,其更大的適應性和學習能力,將為世界描繪出全新的機器人圖景。這一時代的到來,已為期不遠。

3.歷史的輪回:從“剛性”到“柔性”的平衡

縱觀過去幾十年發展,人們在不斷追求物流系統的高度柔性化。然而,“剛性”與“柔性”都是相對的。現實世界中,只有符合自然規律的才是合理的,即“剛柔并濟”,取“中庸之道”。絕對的柔性是沒有的,或者說絕對的柔性是沒有意義的。

我們做任何一項物流系統規劃,首先應有明確目標,所有的設計應在明確的目標下展開。從這一點看,一項合理的設計,最關鍵的衡量標準,應該是高效、高質量、高可靠性以及低成本,其次才是柔性、節能。

關于柔性化的考慮,重點應放在對未來業務變化的適應性方面,尤其是訂單結構變化、業務量的變化等方面。在很多場合,剛性系統往往具有更高的效率。這樣的例子非常多。比如,在大多數情況下,一套交叉帶式高速分揀系統會比機器人分揀系統具有更高的性價比。很多傳統倉庫雖然具有更高的柔性,但在空間利用率、生產效率、自動化水平等方面,往往力不從心。

我們生活在一個由相對論控制的世界之中。快與慢,剛與柔,大與小,都具有相對性。在物流系統中,達到何種水平的柔性才是合理的,要與所處行業、所處環境、倉庫性質、倉庫規模等緊密聯系起來才有意義。

幾乎可以肯定的是,具身機器人將成為未來具有顛覆性意義的物流設備之一,但其適應性和應用范圍終究有所限制,不可能“一統天下”,取代所有其他的物流設備。性價比、效率、適應性、可靠性等,都會對其應用構成現實約束。這就好比我們日常生活出行,有多種交通工具可供選擇,有時步行或騎車更方便,有時開車更高效,若不問情境、不分需求,每次出行一定要選擇某種交通方式,其結果只會適得其反。從這一點看,面對具身機器人和AI的時代,人們大可不必心生恐懼,人類需求的多樣性與場景的豐富性,并不會讓全部工作都交由AI和機器人來完成。在AI和機器人的賦能下,人類的生活只會變得更美好。

專題目錄

主持人/本刊記者 任芳

  • 物流倉儲系統柔性進化的回顧與展望(北京伍強智能科技有限公司董事長 尹軍琪)

  • 柔性制造物流系統的認知重構、范式升級與進化之路(上海天睿物流咨詢有限公司 邱伏生 王莉 李莉)

  • 從剛性自動化到柔性智能化倉儲物流解決方案的技術演進與實施路徑(青島螞蟻機器人有限責任公司方案規劃總監 王建新)

  • 倉儲規劃的柔性進化(環球物流咨詢創始人 黃堯笛)

  • 與生產制造相生相伴,汽車生產倉儲物流的柔性進化(汽車制造領域專家 楊成延)

  • 技術升級與商業模式創新海川醫藥倉儲物流的柔性進化實踐(陜西海川醫藥有限公司技術總監、陜西小海智鏈科技有限公司總經理 任昊)

  • 托盤物流解決方案的柔性進化——訪哥倫布智能營銷中心總監黃智(本刊記者 任芳)


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編輯、排版:王茜

本文內容源自,有刪改。

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