智能仓储的关键技术发展及应用分析

金旭东 潘民康 钱 芳 贺文斌 路 江

（常州晋陵电力实业有限公司物资分公司 江苏·常州 213000）

0 引言

目前我国智能物流发展迅速，市场潜力巨大。国务院先后出台了《“互联网+”高效物流实施意见》（2016年）和《新一代人工智能发展规划》（2017年）等政策文件，明确提出智能物流将成为我国新一轮产业变革和经济发展的动力。随着物联网、人工智能等新技术在物流领域逐步推广，智能仓储作为物流业发展的重要环节，日渐受到政府和企业的重视。智能仓储依托智能化系统集成技术、信息技术、机器人技术等各类技术构建智能化仓储体系，能够对物流信息的高效自动感知和数据采集，实现仓储物流作业的智能化和精准化操作。

本文针对智能仓储发展现状，对其中关键技术进行综述分析，为智能仓储的设计与应用提供参考。

1 关键技术发展现状

目前智能仓储领域关键技术主要包括射频识别技术、机器人技术、5G通信技术、智能化仓储管理系统技术、自动化立体仓库技术等。

1.1 射频识别技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）硬件系统主要由RFID标签、读写器和后端计算机系统组成。当RFID标签进入读写器范围内，标签与读写器之间通过射频信号通讯，完成非接触式识别、定位与数据读写等功能。在现有库房系统中引进RFID技术，对库房到货查验、入库、出库、调拨、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动收集，可保证企业及时准确地把握库存数据，方便对物品的批次、保质期等进行办理，有利于提高库房办理的作业效率。

RFID标签的供电方式可分无源、有源和半有源。无源RFID标签通过电磁感应线圈获取能量对自身进行短暂供电。该类标签体积小巧、结构简单、成本低、寿命长，但有效识别距离极短。有源RFID标签通过外接电源供电，主动向读写器发送信号，体积较大，但是传输距离长、速度快。典型的有源RFID标签能在百米之外与读写器建立联系。半有源RFID标签可以在工作和休眠状态中切换。休眠状态时仅对标签中保持数据的部分进行供电，大幅延长电池使用时间。当标签进入读写器范围后，读写器先以125 kHz低频信号在小范围内精确激活标签使之进入工作状态，再通过2.4 GHz微波与其进行高速信息传递。读写器可以布置于固定设备上，亦可布置于人工堆垛等移动场景。目前各种类型读写器发展迅速，普遍具有低成本、高功用、安全可靠、人性化规划、通讯方便等优点。

对于RFID仓库管理系统的研究和应用正日益增多，各类产品已经非常成熟。但是在实际应用中由于仓库环境通常十分复杂，定位精度仍然不足，因此仍然需要开发更好的算法和管理系统。此外将RFID与其他仓库管理技术实现更好的集成，也是RFID系统设计的关键问题。

1.2 机器人技术

仓储业早期使用的机器人以传送带和相关机械为主。近年来，随着人工智能技术快速发展，仓储机器人应用范围不断延伸，已经成为智能仓储的关键技术之一。

仓储机器人涉及诸多核心技术，如运动控制、避障机制、导航技术、视觉识别、机械结构、动作算法等。目前智能仓储中常见的智能机器人有自动导引车（AGV）、码垛机器人、分拣机器人等。

自动导引车AGV属于一种无人驾驶且拥有搬运功能的自动导航装置。在现有仓库中使用AGV无须更改仓储的基本配置。AGV可以代替叉车，并且可以持续不间断地运行，因此使用AGV替代人力可以大幅提高工作效率。目前使用成本不断降低，即使是在最小的配送中心，AGV全面使用也有望成为现实。

智能化码垛机器人可替代人工进行搬运、码垛、拆垛等任务，其具有动作灵敏准确、运行效率高、能够适应危险环境等优势，目前应用码垛机器人实现生产自动化是推动仓储企业发展的有效手段。但是其结构和算法设计的难度较高，设备购买、运行和维护成本也普遍较高，因此目前仅适用于自动化水平较高的企业，在小型企业中仍难以普及。

分拣机器人是一种具备了传感器、物镜和电子光学系统的机器人，可智能化对物品进行识别、抓取、放到指定位置，从而实现货物快速分拣。自动分拣机器人能够实现24小时不断分拣，占地面积小，分拣效率高，可降低70%人工成本。目前国内主流快递企业和大型农产品企业，均已采用智能分拣机器人大幅替代人工。但是目前分拣机器人仅擅长处理特定类型物品，处理复杂类型的物品仍需人工干预，智能化水平仍需提高。此外设备研发和维护费用仍然较高，这也是中小型企业无法大规模使用的原因之一。

我国智能化仓储中的机器人技术起步较晚，但是发展极快。在国家智能制造政策背景下，各方面技术突飞猛进。目前持续提升技术水平，研发创新解决方案以实现更高的效率和更低的成本，是机器人行业发展的重点所在。

1.3 5G通信技术

第五代移动通信技术简称5G通信技术，其特点是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高了系统容量和可以进行大规模设备连接。智能仓库通过使用更擅长移动场景的5G通信替换传统的Wi-Fi和有线通信，就可以用一张网承载制造物流、园区物流和在途物流，实现了信息流、物流和业务流的统一连接、统一管控，使物流系统可以更高效率、更大规模、更低成本、更高性能地运行。目前中国5G通讯技术走在世界前列，但是整体工业互联网应用还处于发展阶段。中国多家企业智能化仓储技术中已经开始推广5G智慧物流技术。该领域必定会成为未来物流市场上主流技术。

1.4 智能化仓储管理系统技术

智能化仓储管理系统技术主要包含三大类系统技术，仓储管理系统（WMS）、仓储控制系统（WCS）和物流运输管理系统（TMS）。

仓储管理系统WMS是针对仓储精细化操作的管理系统。通过在系统中配置业务操作流程，可以自动生成系统指令，指导现场人员进行实物作业，并记录操作过程。现代智能WMS支持各行业的仓库及配送中心，并可支持多模式（批发、零售、B2C、生产制造）、多业态（超市、卖场、便利店）、多仓库的个性化需求。使用WMS仓储管理系统，可以有效减少仓库出错率、提高操作效率、实时管理仓库数据、提高库存准确率和周转率。

仓储控制系统WCS可协调各种物流设备如输送机、堆垛机、穿梭车以及机器人、自动导引小车等物流设备之间的运行。该系统通过任务引擎和消息引擎，优化分解任务，分析执行路径，为上层系统的调度指令提供执行保障和优化，实现对各种设备系统接口的集成、统一调度和监控。

物流运输管理系统TMS适用于运输公司、各企业运输队等，它主要包括订单管理、配载作业、调度分配、行车管理、GPS车辆定位系统、车辆管理、人员管理、数据报表、基本信息维护、系统管理等模块。该系统对车辆、驾驶员、线路等进行全面详细的统计考核，能提高运作效率，降低运输成本。

在现代智能化背景下，智能化仓储管理系统直接影响着企业的管理效率和生产效率。目前我国物流仓储产业信息化处在高速发展阶段，行业内现代仓储与物流观念仍需加强。系统开发商应与使用单位展开更深入的合作，提升仓储管理系统的智能化水平。

1.5 自动化立体仓库技术

自动化立体仓库简称为“AS/RS系统”。1963年美国率先在立体仓库中引入计算机控制技术，此后该技术迅速发展。自动化立体仓库可以充分利用仓库用地，减轻劳动强度，提高仓储自动化水平及管理水平，降低储运损耗，有效地减少流动资金的积压，提高物流效率。自动化立体仓库中包含了很多配套设施以及管理系统：立体货架、存储托盘、有轨巷道堆垛机、叉车、自动化输送线、控制管理系统、AGV系统、智能化仓储管理系统等。在自动化立体仓库设计过程中，应明确用户所要达到的目标和功能要求，明确自动化立体仓库与上游、下游衔接的工艺过程，物流要求，物料的规格参数，立体仓库的现场条件及环境要求等。

我国在自动化立体仓库领域起步并不晚，1980年即建成中国的第一座自动化立体仓库。2019年中国自动化立体仓库保有量6000座左右，总立体库面积达到3.49亿立方米。其中，电商、快递、零售、冷链行业等服务领域需求增速明显，服装、新能源等新兴行业亦开始发力。未来自动化物流与仓储场景将日趋增多，除了大型企业之外，小型企业和物流点对于仓储自动化需求也将大幅增加。相关设计和研发企业，应根据具体使用场景，开发功能更加细化的自动化立体仓库，以期有效地降低人力成本，改善管理混乱的局面，让仓储物流变得更加智能高效。

2 总结

随着物联网技术和人工智能技术的快速发展，智能化仓储技术也开始广泛应用，并逐渐成为仓储物流行业的重要环节。本文总结了目前智能化仓储的关键技术，并对其应用情况进行了分析。目前RFID、机器人、5G通信、管理系统、自动化立体仓库等技术都已经取得巨大进步。我国在智能化仓储的研发和应用领域已经走在世界前列。未来应在智能算法、核心硬件、复杂场景应用等基础领域进一步发力，为下一代技术的应用奠定研究基础。