摘要：随着科技不断进步，人们对于生产效率和安全性的需求也在逐渐提高。货物智能装卸设备作为一种新型的自动化设备，正逐渐被运用到各个领域中。本文将从货物智能装卸设备的定义、技术难点、国内货物智能装卸设备发展现状等方面进行详细阐述，并探讨其未来发展趋势，为各方对智能装卸设备的研究提供参考。
关键词：智能装卸设备、箱式、整垛、作业模式
作者：谢义朋李志鹏田勇傅金根
中车株洲车辆有限公司
近年来，我国经济持续快速增长，但随着人口老龄化加重，人工成本显著增加，尤其是在制造业和物流行业中存在着大量重复性、低附加值，且易导致工伤事故的体力劳动工作。因此，如何利用现代科技手段提高生产效率和安全性，成为亟待解决的问题。
货物智能装卸设备通过模仿人类操作方式实现自主操控，并具有较强学习与判断能力，可以有效减轻企业负担并提高整体运营水平。本文旨在分析货物智能装卸设备的发展现状，为相关企业提供有益参考。
一、智能装卸设备定义
货物智能装卸设备是一种具备自主学习、判断和操作功能的高度集成化设备，主要是由行走驱动系统、输送系统、作业执行系统、排列整形系统等部分组成，可广泛用于物流站场、生产型企业、铁路站场等环境，通过对环境信息进行感知、处理和控制，实现对各种货物从月台到运载工具之间快速、准确的装载与卸载作业。
二、智能装卸设备技术难点
从装卸作业的全过程来看，实现各类货物的自动化装卸作业存在以下难点：
1.作业对象多样。作业对象的包装类型、材质、包扎方式、状态和码放形式等具有多样性，且来自各国的执行标准、规范不统一。在各类作业场景下，由于货物的种类、包装类型、材质、包扎方式、货物状态等各不相同，同时存在货物横、竖、立、斜等多种方式混摆，存在较大不确定性，对自动化设备的柔性化程度和适应性提出较高的要求，制约了装卸设备自动化发展。[1]
2.现有作业流程不规范。大多存在标准不统一、不衔接等问题，使实际作业过程中货物的包装、装载方式与标准要求的相关规定有一定出入。
3.装卸系统整体布局空间占用较大。由于拆垛系统空间的占用，以及输送线要达到最大作业长度所需的最小本体长度的影响，导致整个装卸系统在长度方向上占用空间较大。
4.信息化技术运用不够广泛。例如，往往出库、入库作业对象的信息（每托盘货物数量信息，货物规格、包装情况、码放状态等、运载工具的货箱尺寸等信息）未进行收集录入，信息涵盖面不够全面，现场相关数据需要人工测量后箱装卸系统人工进行信息输入，相关数据调用不够便利。
5.运载工具尺寸多样。目前国内运输货车以集装箱、平板车、高栏车、厢式车等为主，相互之间尺寸相差较大，运输车辆多为个体车辆以及物流公司车辆，种类复杂，即使是同类车辆，由于国内车辆改装现象严重，内部尺寸都存在较大偏差。
6.高装车效率与高容积利用率的不匹配。目前现场人工装载一车（约箱）的时间约为90min，每箱约需要3s，这使得企业自动装车效率的要求较高，大多都不能慢于人工。同时，由于人工装车灵活性较高，人工装车可以达到较高容积率，而采用设备装车时，由于机械机构的限制和机械的安全空间预留，设备装车后通常会留有一部分空间，造成空间上的浪费。
三、货物智能装卸设备作业模式及性能
根据对目前国内外各种智能装卸设备进行分析研究，目前该类设备的作业模式主要可以分为单元货物作业模式、整排货物作业模式、半排货物作业模式、整托货物作业模式、整车货物作业模式。
1.单元货物作业模式
该种作业模式的装卸设备通常需要搭载视觉识别系统，采取单个货物识别、单个货物装卸、单个货物传输的方式，进行货物的装卸作业。该种作业模式前端作业执行机构一般较为小巧，作业柔性化程度较高，可以适应不同摆放状态货物的作业，但该类设备存在识别难度大、作业效率低的问题。[2]
目前，该类设备的作业效率处于～件/h，主要代表性企业有兰剑智能、蓝胖子机器人、深圳金奥博、BastianSolutions、蓝芯科技等。
图1兰剑智能箱式装卸车
2.整排货物作业模式
该种作业模式的装卸设备采用整排货物装卸、单个货物或者多个货物输送的方式进行装卸作业，该种作业模式前端作业执行机构一般宽度较大，需要覆盖运载工具整个宽度范围，该类设备柔性化程度较低，无法进行不同摆放方式货物的作业，同时在卸货作业过程中对货物摆放整齐要求较高，但该类设备可以实现整排货物的批量装卸作业，作业效率高于单元货物作业模式的设备。
目前，该类设备作业效率处于～件/h，主要代表性企业有中车株洲车辆有限公司、美国Honeywell，深圳敏锐捷自动化设备有限公司等。其中，中车株洲车辆有限公司FastMover智能装卸设备为集装卸为一体的设备，美国Honeywellintelligrated全自动高速卸货机器人则是针对快递行业的批量卸货设备，卸货速度高达箱/小时。
中车株洲车辆有限公司FastMover智能装卸设备
3.半排货物作业模式
该种作业模式的装卸设备采取两次装卸一排货物的方式，该种模式前端作业执行机构较整排货物作业模式的作业执行机构的宽度窄。该类设备由于半排货物作业，仅对半排货物的摆放方式和整齐度有一定要求，适应性高于整排货物作业模式设备，在效率方面要低于整排货物作业模式设备，部分设备为提高作业效率会采用双作业执行机构交替作业的方式，但该方式会导致前端作业执行机构结构较为复杂庞大。
目前，该类设备作业效率处于～件/h，主要代表性企业有中车长江铜陵车辆有限公司、上海克来机电自动化工程股份有限公司、国软科技等。
图3上海克来机电自动码垛装车系统
4.整托货物作业模式
该种作业模式的装卸设备主要对整托货物带托或者不带托进行装卸作业，由于受到整垛货物规格的影响，通常会造成装车后侧面以及顶面空间的浪费，所以该作业方式大多适用于密度较大货物的装卸。该方式一次作业货物较多，所以作业效率较高，可达到30min/40ft，主要代表性企业有Trapo公司、龙合智能等。
图4龙合智能极速智能装卸系统
5.整车货物作业模式
该种作业模式是通过整车货物预先出库在装载平台上紧密排列备料，车辆停靠到位后一次性进入车厢装载，3～6min可完成一车货物的装载。该类设备需要在装载平台进行备货，占用空间场地较大，同时由于是整车货物进行装载，所以对设备以及运载工具定位精度、设备于运载工具平行度要求较高，主要代表性企业有Ancra、EZLOAD易载、龙合智能等。[3]
图5龙合智能极速智能装卸系统
四、智能装卸设备发展趋势分析
1.产品智能化
近年来，随着仓储自动化与智能化技术快速发展，仓储月台作业的自动化程度成为制约物流效率的重要因素。关于货物的装卸作业，目前绝大部分仍以人工作业方式为主，配以叉车等辅助设备[4]，随着人力成本逐年上升，该环节成为影响供应链效率以及成本的瓶颈环节，越来越多的企业开始寻求自动化系统替代人力，以提高物流效率。随着各类设备在企业中的运用效果以及企业数字化转型的需求，装卸设备更加注重新型传感技术、视觉识别、数据处理算法以及控制系统等方面的突破，以提高产品的智能化程度。[5]
2.产品定制化
未来的智能装卸设备，将根据客户不同的运用场景、运用需求呈现差异化，客户运用定制化和差异化也是智能装卸设备的发展趋势。由于客户现场环境、智能化程度、作业对象、运载工具等多样，客户对于设备的需求存在较大差异性，为使产品的功能更加满足客户的实际需求，需要在产品研发初期根据客户行业特点、行业规范、作业对象、配套设施、预算等众多因素进行产品的方案设计，以更好地服务客户。[6]
五、结束语
本文对智能装卸设备的定义进行了阐述，系统分析了目前智能装卸设备发展的技术难点，并且以设备的四种作业模式为分类，简要分析了国内外现有装卸设备的主要性能，最后对智能装卸设备未来趋势进行展望，既可为相关企业对装卸设备的需求提供参考，也可供企业快速了解智能装卸设备现状及难点，便于加快智能装卸设备的研发。
参考文献:
[1]黄文成.机器人柔性分拣机构[J].科学技术创新,(21):90-91.
[2]顾绮芳.箱柜车厢式货物自动装卸机器人设计[J].无线互联科技,,19(14):71-73.
[3]常志刚.厢式汽车货物自动装卸装置[J].专用汽车,(09):80-83.
[4]黄琳.面向现代物流中心建设的货运装卸机械优化配置研究[D].西南交通大学,.
[5]张赟,王工一.基于5G的智慧物流园自动装卸技术研究[J].无线互联科技,,19(02):7-9.
[6]郭竹学.加强战略装(卸)车点和区域物流基地建设促进铁路现代物流发展[J].中国铁路,(11):10-12+4.DOI:10./j.issn.-x..11..
本文源自《物流技术与应用》年09期机器人增刊
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