前言：2015年，由中國(Country)機械工程學會物流工程分會組織編寫的(Of)《物流工程技術路線圖》一(One)書正式由中國(Country)科學技術出(Out)版社出(Out)版發行。這(This)本書是由中國(Country)科學院院士路甬祥組織的(Of)《面向2030中國(Country)機械工程技術路線圖》叢書中的(Of)一(One)本。全書由包起帆院士擔任顧問，陸大(Big)明會長擔任主編，王國(Country)華、尹軍琪、李蘇劍、邱伏生(Born)、周雲、周奇才、孟文俊、徐格甯擔任副主編，參與編寫的(Of)專家學者多達50餘人(People)，曆經2年時(Hour)間，6易其稿，最終成書。作(Do)者有幸擔任第六章物流倉儲設備的(Of)編寫工作(Do)，參與編寫的(Of)還有翁訊和(And)王樂樂兩位專家。能與這(This)麽多的(Of)專家一(One)起，完成這(This)樣一(One)部重要(Want)著作(Do)的(Of)編寫工作(Do)，這(This)是我(I)一(One)生(Born)的(Of)榮幸。

        現在(Exist)，距離寫作(Do)的(Of)時(Hour)間已經過去近10年，有多少技術是預測對了，還有多少沒有預測到(Arrive)，作(Do)爲(For)作(Do)者肯定是關心的(Of)，我(I)想，讀者也一(One)定懷有好奇心。今天将第六章整個(Indivual)文獻刊登出(Out)來(Come)，一(One)是爲(For)了更多的(Of)人(People)了解這(This)一(One)本書的(Of)内容，二是回眸10年前的(Of)文章，也頗具意義。爲(For)了盡可能還原原貌，本次轉載除加了标題外，沒有做任何修改。預測本來(Come)就具有風險，而其過程卻充滿樂趣。

        概  論

        物流倉儲設備包括物流系統中的(Of)儲存設備、搬運設備、輸送設備、揀選設備、分揀設備等，是物流工程的(Of)重要(Want)分支，典型産品包括如貨架、叉車、AS/RS、AGV、輸送機、碼垛/拆垛機、自動揀選機、高速分揀機等，以(By)及如倉庫門、托盤、揀選台車、調節平台、包裝設備等輔助設備。作(Do)爲(For)一(One)個(Indivual)複雜的(Of)系統，物流倉儲系統通過上位計算機系統和(And)自動控制系統實現各單元設備的(Of)協調與控制，從而完成貨物的(Of)接收、入庫、儲存、揀選、包裝、分類、集貨和(And)發運等一(One)系列工作(Do)。

倉儲作(Do)業流程

        随着國(Country)民經濟的(Of)快速發展，社會對物流的(Of)需求日益擴大(Big)，物流倉儲設備需求出(Out)現快速增長勢頭。據不(No)完全統計，到(Arrive)2013年底，中國(Country)物流倉儲設備的(Of)總需求量接近180億元（不(No)含工業叉車、托盤，以(By)下同），約占全球市場15%，而且每年以(By)超過20%的(Of)速度增長。我(I)國(Country)物流倉儲設備技術水平在(Exist)最近15年間發展迅速，已經形成一(One)定的(Of)産業規模，擁有一(One)批生(Born)産企業和(And)系統集成商。但與世界先進水平仍然差距明顯，主要(Want)表現在(Exist)産品的(Of)多樣性、适應性以(By)及可靠性等方面。此外，企業規模與世界領先企業還有相當大(Big)距離，2013年，全球排名第一(One)的(Of)物流系統供應商産值達到(Arrive)26.54億美元，排名第20的(Of)企業達到(Arrive)1.31億美元，而國(Country)内的(Of)企業，最大(Big)的(Of)産值也不(No)過10億人(People)民币左右，大(Big)緻處于(At)世界第20位左右的(Of)水平。

        未來(Come)15年（2015-2030年），将是我(I)國(Country)物流倉儲設備趕超世界先進水平的(Of)關鍵時(Hour)期。從目前發展情況看，到(Arrive)2020年，中國(Country)市場需求将達到(Arrive)500-600億人(People)民币，占世界總量将接近25%，中國(Country)将成爲(For)全球三大(Big)市場之一(One)。預測到(Arrive)2030年，中國(Country)物流倉儲裝備市場需求将達到(Arrive)1800億左右，占世界總需求量的(Of)50%左右，成爲(For)全球最大(Big)的(Of)市場，中國(Country)将有企業進入世界物流系統供應商前10強（約10億美元）。新型行業，如電子商務、農産品配送、軍隊後勤等對物流需求的(Of)增長，将對物流倉儲設備的(Of)技術發展和(And)市場需求産生(Born)重大(Big)影響。

        随着移動互聯網技術、物聯網技術以(By)及大(Big)數據技術的(Of)發展和(And)應用(Use)，物流倉儲設備的(Of)發展在(Exist)未來(Come)将呈現前所未有的(Of)快速發展态勢，基于(At)供應鏈系統優化的(Of)需要(Want)，快速、可靠、自動化、智能化、多樣性、适應性将是發展的(Of)主要(Want)方向。技術方面，制造領域中新型設備将不(No)斷湧現，尤其是随着制造水平的(Of)提高，各種高端設備，如AGV、機器人(People)等設備制造的(Of)難度将會降低，制造成本也将大(Big)幅度降低。這(This)一(One)趨勢将從根本上改變物流倉儲設備的(Of)格局，尤其是機器人(People)參與物流作(Do)業不(No)僅将成爲(For)可能，從遠期發展看，更将成爲(For)一(One)種常态。另一(One)方面，标準化、單元化物流将得到(Arrive)快速發展，與此相适應的(Of)物流倉儲設備也将應運而生(Born)。

        集成控制技術

        概述

        物流倉儲設備在(Exist)其發展過程中，一(One)直朝着自動化、系統化、智能化方向發展。一(One)個(Indivual)複雜的(Of)自動化物流倉儲系統，往往集成了衆多種類的(Of)物流倉儲設備，這(This)些設備互相關聯，共享信息，協調工作(Do)。如何高效的(Of)協調各設備的(Of)運轉，即系統集成控制技術的(Of)研究，成爲(For)物流倉儲設備發展的(Of)一(One)項重要(Want)内容。

就基礎技術而言，在(Exist)可以(By)預見的(Of)未來(Come)，自動化控制仍然主要(Want)以(By)計算機和(And)PLC控制爲(For)主，其技術包括現場總線技術、網絡控制技術、分布式控制技術、模塊化控制技術等。集成化、智能化和(And)網絡化是其基本發展方向。毋庸置疑，随着基礎技術水平的(Of)大(Big)幅提升，控制系統的(Of)反饋速度、精準性、可靠性将有質的(Of)提高。

        在(Exist)集成控制研究中，我(I)們會看到(Arrive)一(One)項非常重要(Want)的(Of)成果：即物流設備相互匹配和(And)協調的(Of)重要(Want)性超過了單一(One)設備性能指标的(Of)重要(Want)性。盡管我(I)們在(Exist)設備研究中，特别注重設備的(Of)基本性能，如載荷、速度等，但從系統的(Of)角度看，協調性或者說匹配才是優先要(Want)考慮的(Of)問題。如自動化立體庫中，堆垛機和(And)輸送機的(Of)匹配、輸送機與叉車的(Of)匹配等等。

AS/RS系統

        另一(One)方面，集成控制技術研究并非僅停留在(Exist)設備簡單連接，而是要(Want)研究多形态、多層次、多角度、多數據庫的(Of)系統連接，并通過優化控制技術，使這(This)種連接更加高效、可靠和(And)安全。

        近年來(Come)被反複提到(Arrive)的(Of)大(Big)數據技術，将對集成控制産生(Born)深遠影響。在(Exist)未來(Come)若幹年内，大(Big)數據技術将在(Exist)決策、控制理論、跟蹤技術等多方面對集成控制産生(Born)重大(Big)影響。

        典型應用(Use)方面，以(By)複雜物流配送中心爲(For)典型的(Of)集成控制技術是研究的(Of)重點，主要(Want)體現在(Exist)系統的(Of)接口、數據傳輸、網絡通訊以(By)及系統安全等多個(Indivual)方面。

        随着物流倉儲自動化程度的(Of)提高，物流裝備在(Exist)整個(Indivual)配送中心中的(Of)投資占比逐漸提升。目前約占15-20%左右，2020年将達到(Arrive)25%，到(Arrive)2030年，在(Exist)很多系統中這(This)一(One)比例有望達到(Arrive)30%。由此可見，集成控制技術的(Of)發展對于(At)未來(Come)物流倉儲設備發展的(Of)影響程度。

        基于(At)對未來(Come)自動化和(And)智能化的(Of)基本判斷，“自主控制”将是未來(Come)的(Of)亮點。

        雖然可熱插拔技術目前還沒有出(Out)現應用(Use)的(Of)迹象，但它的(Of)未來(Come)應該是可期待的(Of)。可熱插拔技術是模塊化控制技術的(Of)一(One)項應用(Use)，它既可應用(Use)于(At)AGV、機器人(People)一(One)類的(Of)系統之中，也可應用(Use)于(At)輸送機、智能叉車、AS/RS等系統之中。

        關鍵技術

        （一(One)）複雜物流配送中心的(Of)集成控制技術

        ❖  1. 現狀

        複雜物流配送中心是一(One)個(Indivual)相對的(Of)概念。主要(Want)體現在(Exist)大(Big)規模、多系統、多流程、多業務形态等多個(Indivual)方面。

        配送中心是物流倉儲系統的(Of)典型代表。一(One)個(Indivual)綜合的(Of)自動化配送中心，各種設備的(Of)相互協調構成了一(One)個(Indivual)複雜的(Of)系統，規模大(Big)，所集成的(Of)設備種類多，流程複雜，接口複雜。這(This)一(One)類系統代表了未來(Come)物流倉儲系統的(Of)基本形态。

某行業自動化物流中心

        就目前的(Of)技術而言，各子系統的(Of)控制技術已經趨于(At)成熟，如自動化立體庫（AS/RS）。基于(At)PLC的(Of)可編程控制技術是目前常用(Use)的(Of)技術，未來(Come)這(This)一(One)技術将繼續存在(Exist)。通訊方面，基于(At)總線的(Of)通訊技術是最常見的(Of)通訊技術，此外還有紅外通訊、無線通訊、載波通訊等主要(Want)用(Use)于(At)移動設備的(Of)通訊。過去10年，系統集成度在(Exist)物流配送中心取得了大(Big)幅提升，但無論是自動化水平還是系統的(Of)複雜程度，與國(Country)際先進水平還有較大(Big)的(Of)差距。

        ❖  2. 挑戰

        （1）接口與通訊：系統的(Of)規模和(And)複雜性将進一(One)步擴大(Big)以(By)适應業務的(Of)需求。如投資數億元以(By)上的(Of)物流配送中心将成爲(For)非常普遍的(Of)現象。多系統間的(Of)接口技術，将是未來(Come)發展的(Of)關鍵技術。目前主要(Want)以(By)基于(At)TCP/IP的(Of)協議爲(For)主，未來(Come)可能有多種協議的(Of)協同。

        （2）調度：複雜物流中心集成控制的(Of)一(One)個(Indivual)難點是集成調度問題。成千上萬條指令的(Of)協同工作(Do)給集成調度提出(Out)了很高的(Of)要(Want)求，集成算法面臨挑戰。各種業務模式、各種目标形态（如單元種類）的(Of)交錯工作(Do)，更是對集成控制提出(Out)了挑戰。

        （3）數據傳輸：目前以(By)現場總線、紅外通訊和(And)無線通訊爲(For)主，未來(Come)發展的(Of)主要(Want)方向是傳輸帶寬、穩定性、實時(Hour)性、抗幹擾性的(Of)大(Big)幅度提升。

        （4）安全性：主要(Want)是數據的(Of)安全性，各種備份機制的(Of)完善是未來(Come)要(Want)面對的(Of)重要(Want)問題，系統不(No)能承受長時(Hour)間的(Of)中斷，更加迅捷和(And)安全的(Of)恢複機制将産生(Born)。雲端技術、現場拍照、瞬時(Hour)恢複技術、自主修複技術等将得到(Arrive)廣泛應用(Use)。

        短期（2020年）将研究出(Out)面對各種類型設備的(Of)統一(One)接口平台。通過這(This)一(One)平台，管理系統與集成控制系統将變得相對獨立，從而降低各自系統的(Of)複雜程度。

        各種集成控制算法将以(By)新的(Of)面貌出(Out)現。自動控制編程将實現平台化，基于(At)模塊化的(Of)各種複雜邏輯控制将變得更加簡單。在(Exist)一(One)些領域，基于(At)計算機的(Of)控制編程将逐漸取代PLC層面的(Of)編程，快捷、可靠、簡單将是未來(Come)發展的(Of)方向。此外，關于(At)複雜系統的(Of)調度系統将采用(Use)雲端計算等先進技術，一(One)方面使各子系統間的(Of)工作(Do)協調性得到(Arrive)加強，另一(One)方面，使系統的(Of)安全性、可靠性将得到(Arrive)大(Big)幅提升。

        通訊方面，現場總線技術的(Of)應用(Use)仍然是通訊的(Of)主流方式，但帶寬将有成千倍的(Of)增加，以(By)适應大(Big)數據量通訊和(And)實時(Hour)通訊的(Of)需要(Want)。紅外通訊技術，無線網絡技術，移動互聯網技術的(Of)應用(Use)将全面展開。

        （二）多維監控技術

        ❖  1 現狀

        監控技術是自動化物流倉儲系統中關鍵技術之一(One)。在(Exist)目前應用(Use)的(Of)絕大(Big)多數系統中，監控主要(Want)包括兩類：其一(One)是獨立的(Of)電視監控系統，其二是基于(At)現場信号反饋的(Of)數字監控系統。數字監控系統通過獲取現場信号，傳輸到(Arrive)中央控制室，通過計算機予以(By)呈現。傳統的(Of)監控系統以(By)監視爲(For)主，控制主要(Want)通過人(People)工完成，或遠程幹預維護，或現場解決。

        以(By)AS/RS系統爲(For)例，系統的(Of)故障類型多達四、五十種，如超載、超限、超速、超時(Hour)、雙重入庫等，監視系統不(No)僅可以(By)通過視頻手段查看現場狀況，也可以(By)通過數字反饋定位故障類型，以(By)便于(At)維護人(People)員及時(Hour)處理，解除故障。

監控系統

        多維監控不(No)僅是手段和(And)角度的(Of)多樣性，如電視、光電信号、設備參數等，而且還包括設備壽命監控、系統關鍵指标監控等；不(No)僅要(Want)監控當前的(Of)運行狀态，還應爲(For)系統提供預警，預防故障的(Of)發生(Born)。

        對于(At)越來(Come)越複雜和(And)龐大(Big)的(Of)系統，多維監控提供不(No)同角度監控系統的(Of)能力。一(One)方面，可以(By)盡可能的(Of)減少監控的(Of)死角，包括視頻監控、設備狀态監控、設備壽命監控和(And)關鍵參數監控等；另一(One)方面，多維度監控爲(For)系統的(Of)穩定運行提供保障。

        ❖  2 挑戰

        電視監控仍然是系統監控的(Of)重要(Want)方式之一(One)，高清晰度的(Of)監控技術目前已經得到(Arrive)廣泛應用(Use)。具有挑戰性的(Of)是：是否支持諸如圖像比對等自主功能，這(This)一(One)技術使電視監控改變過去僅僅是監視功能的(Of)模式，從而具備智能監控的(Of)能力。

        數字反饋未來(Come)的(Of)挑戰在(Exist)于(At)大(Big)量現場數據的(Of)傳輸和(And)處理問題。目前的(Of)問題是，有些故障無法反饋，從而造成問題得不(No)到(Arrive)及時(Hour)處理。

        預警是未來(Come)技術發展的(Of)最有價值的(Of)方面，除了監視設備的(Of)設定壽命以(By)外（可以(By)通過數據庫提示），還要(Want)監視設備在(Exist)運行過程中關鍵參數的(Of)漸變，爲(For)系統預警提供數據支持。尤其對于(At)高端設備，如高速堆垛機、分揀機等，這(This)一(One)技術将可以(By)預防災難性結果發生(Born)。

        ❖  3 目标

        （1）電視監視系統具備自主監視和(And)報警能力，在(Exist)技術上的(Of)難度已經突破，關鍵是成本問題。目前，高清晰度監視系統的(Of)費用(Use)将比普通監視系統高出(Out)10倍左右，很多企業無法承受。估計具備自主識别功能的(Of)監控系統未來(Come)的(Of)應用(Use)将局限于(At)關鍵設備和(And)關鍵系統。前者如AS/RS系統和(And)高速分揀系統，後者如煙草生(Born)産物流中心、電子商務配送中心。

        （2）數字監控技術将是未來(Come)發展的(Of)重點方向。随着通訊技術的(Of)發展，更大(Big)的(Of)數據量将使得更多的(Of)現場信号反饋到(Arrive)中央控制室，從而使得監控更加及時(Hour)、全面、有效。

        （3）預警和(And)關鍵設備壽命監控是多維監控發展的(Of)重要(Want)方向。通過獲取關鍵設備和(And)系統的(Of)關鍵參數信号，從而判斷設備和(And)系統當前是否處于(At)健康運行狀況，是否需要(Want)維護，從而避免事故發生(Born)後所造成的(Of)重大(Big)損失。

        （4）基于(At)圖像識别技術的(Of)智能識别監控也是未來(Come)可能的(Of)發展方向。通過圖像的(Of)識别實現設備某些工況的(Of)狀态反饋，也可實現基于(At)圖像識别技術的(Of)倉庫智能盤點。

        （三）大(Big)數據技術（決策、跟蹤、服務）

        ❖  1 現狀

        大(Big)數據包羅萬象，具有四個(Indivual)基本特征，即：大(Big)量、高速、多樣、價值。大(Big)數據所包含的(Of)範圍非常廣泛，在(Exist)物流系統中，所有被控制對象的(Of)位置、運動、震動、溫度、濕度以(By)及周邊環境數據都屬于(At)大(Big)數據的(Of)基本範疇。所謂大(Big)數據技術，就是從各種各樣類型的(Of)數據中，快速獲取有用(Use)的(Of)數據信息。随着數字化時(Hour)代的(Of)到(Arrive)來(Come)，大(Big)數據時(Hour)代已經悄然而至。

        目前雖然還沒有大(Big)數據技術在(Exist)物流集成控制中的(Of)典型應用(Use)，但可以(By)預期的(Of)是，系統診斷、集成控制等關鍵技術的(Of)應用(Use)将有賴于(At)大(Big)數據技術。

        ❖  2 挑戰

        大(Big)數據在(Exist)物流系統集成控制中的(Of)應用(Use)研究是一(One)項嶄新的(Of)課題，将徹底改變目前依靠單一(One)和(And)有限數據來(Come)源進行控制、故障診斷的(Of)方式。有一(One)些重點方向可以(By)預測，如：

        （1）設備和(And)關鍵零部件特征參數的(Of)數據判斷；

        （2）基于(At)曆史特征數據比對技術的(Of)故障分析技術；

        （3）基于(At)現場多維數據反饋的(Of)系統故障的(Of)診斷和(And)預警；

        （4）基于(At)對未來(Come)預期的(Of)系統軟啓動技術。

        ❖  3 目标

        （1）大(Big)數據技術的(Of)應用(Use)将會有一(One)個(Indivual)由淺入深的(Of)過程。基于(At)曆史特征數據參數分析的(Of)故障診斷技術将會很快投入使用(Use)，尤其對于(At)AS/RS系統、快速分揀系統、AGV系統、機器人(People)系統等關鍵設備，這(This)一(One)技術将會有用(Use)武之地。

交叉帶自動分揀系統

        （2）系統軟啓動技術對于(At)提高系統的(Of)效率會有一(One)定效果。但如何實現可能需要(Want)大(Big)量現場數據的(Of)支持，由于(At)這(This)一(One)技術困難較小，其應用(Use)會很快展開。

        （3）遠期（2030）可以(By)期望在(Exist)系統預警方面發揮作(Do)用(Use)。現場反饋的(Of)有效信息越多，系統預警的(Of)可靠性就越高。

        （四）自主控制技術與可熱插拔技術

        ❖  1 現狀

        自主控制和(And)自動控制有一(One)個(Indivual)模糊的(Of)邊界：自主控制技術目前已經在(Exist)類似AGV的(Of)系統中得到(Arrive)廣泛采用(Use)。未來(Come)随着機器人(People)的(Of)大(Big)範圍使用(Use)，自主控制将進入一(One)個(Indivual)嶄新的(Of)時(Hour)代。

        與自主控制類似的(Of)概念是智能控制。在(Exist)一(One)個(Indivual)複雜的(Of)物流系統中，系統将根據當前所處的(Of)狀态自主選擇設備、速度、方向甚至任務策略，這(This)是未來(Come)發展的(Of)重要(Want)方向。

        熱插拔技術源于(At)計算機系統，其基本含義是在(Exist)不(No)停止主機系統工作(Do)的(Of)情況下增加或減少外設，包括磁盤、鼠标、顯示器、打印機等。目前來(Come)看，物流倉儲系統中的(Of)熱插拔設備還寥寥無幾，熱插拔技術對于(At)物流系統的(Of)靈活性、可維護性、柔性将會産生(Born)重要(Want)影響。

        熱插拔技術可以(By)在(Exist)系統的(Of)擴展方面發揮重要(Want)作(Do)用(Use)，如AS/RS、AGV、輸送機、包裝台等。移動網絡對于(At)可插拔技術将有更大(Big)的(Of)支持。

AGV系統

        此外，熱插拔技術還基于(At)設備的(Of)模塊化技術支持。可自成系統的(Of)模塊，可能是一(One)組輸送設備，一(One)台AGV，通過簡單組合，即将構成一(One)套新的(Of)系統。随着電池性能的(Of)大(Big)幅提升，可移動設備會成爲(For)未來(Come)設計的(Of)一(One)個(Indivual)趨勢。

        ❖  2 挑戰

        （1）自主控制的(Of)控制理論和(And)方法研究。

        自主控制是智能控制的(Of)組成部分，重點研究内容将在(Exist)識别、運算、控制等方面，最大(Big)的(Of)挑戰在(Exist)于(At)控制理論和(And)方法的(Of)研究。

        （2）熱插拔技術的(Of)可靠性與安全性研究。

        熱插拔技術将改變系統擴展遇到(Arrive)的(Of)難題，如接口問題，不(No)間斷工作(Do)問題等。但如何使工作(Do)變得更爲(For)簡單可靠，并解決安全問題将是研究的(Of)主要(Want)工作(Do)。其中，尤其難以(By)克服的(Of)是控制系統的(Of)硬件和(And)軟件連接問題。

        ❖  3 目标

        未來(Come)自主控制将會得到(Arrive)的(Of)應用(Use)場合包括：

        （1）根據貨物的(Of)特性參數（包括尺寸、重量、商品環境需求特性、易碎性等）選擇不(No)同的(Of)設備，包括儲存設備、揀選設備、輸送設備和(And)分揀設備；

        （2）根據可移動設備（如AGV）充電狀況選擇不(No)同的(Of)設備進行作(Do)業；

        （3）根據可移動設備的(Of)位置、工作(Do)狀況選擇不(No)同設備進行作(Do)業；

        （4）無固定路徑移動設備的(Of)路徑選擇、障礙回避、速度調整。

        熱插拔技術的(Of)應用(Use)首先會在(Exist)AGV系統，AS/RS系統和(And)輸送系統中實現。在(Exist)AGV系統中，采用(Use)激光、圖像導引技術、陀螺儀導引技術等可以(By)支持路徑的(Of)重新規劃，可以(By)靈活追加和(And)減少AGV數量。在(Exist)AS/RS系統中，可以(By)通過熱插拔技術，在(Exist)不(No)影響系統運行的(Of)前提下增減或減少堆垛機和(And)輸送機設備的(Of)數量。其他(He)系統如包裝台數量的(Of)調整，如果采用(Use)熱插拔技術将變得更加方便。