物流无人化发展状况与趋势展望

2019-02-21 11:16 | 作者:江宏

  毋庸置疑,物流行业正在从劳动密集型向技术密集型转变。这一轮由电商行业巨头主导推动的物流无人化,以无人仓、无人车、无人机为代表性技术,在政策与资本的助力下加快落地应用,并将机器换人浪潮扩散到更多行业、更多场景。

  电商的突飞猛进无疑是近年来物流技术发展的最大驱动力。当前,中国物流行业正处于技术变革的关键时期,以无人仓、无人机、无人车为代表的物流无人化技术备受关注,京东、菜鸟、苏宁、顺丰、通达系快递企业都在投入巨资进行研发,希望抢占物流无人化发展的先机。

  2018年12月3日,中通快递发布《工业级无人技术在物流领域的应用报告》(以下简称“中通报告”)。该报告分为无人机篇、无人车篇和展望篇三部分,对无人机与无人车的发展历程、发展现状、主要技术、实践应用进行了全面分析。

  中通提出,从人机协同向全自动无人化演进,大大提升运营效率,以无人仓、无人车、无人机为代表的无人科技协同运作,将推动物流网络实现前所未有的高效。智慧物流体系下无人产品的协同将起到核心推动作用,不仅为消费者和商家带来“快”、“精”、“准”的极致服务,还将成为推进物流业发展的新动力、新路径。物流行业将逐步实现由劳动力密集型向技术密集型的转变,物流装备发展在转型升级大战中起着举足轻重的作用。

  物流无人化发展背景

  当前电商、物流行业巨头推动的物流无人化,是为了满足大幅增长的快递包裹高效处理与配送需求,以提升消费者体验为目的,以数字化为核心驱动力,以自动化、智能化技术设备取代人力。受到技术、成本、政策等条件的制约,物流无人化的真正实现还有相当一段距离,但作为发展方向,其研究意义在于,以智慧物流技术实现设备与人力的协同作业,提高物流效率,降低物流成本。

  在物流无人化创新发展方面,亚马逊居于全世界领先位置。亚马逊电商事业的成功离不开其持续打造先进的物流系统。其中最引人瞩目的是,2012年,亚马逊斥资7.75亿美元收购了机器人制造商Kiva Systems,自2014年开始将机器人“货到人”系统落地应用。大量Kiva机器人穿梭在亚马逊的配送中心里,把货架连同货品一起搬运到作业人员身边,大大节省了拣货人员在仓库里行走取货的时间,使物流效率显著提升。2013年左右,亚马逊又开启了无人机物流项目。2014年底,亚马逊的另一项专利“空中物流中心”获批。

  亚马逊在物流无人化领域的成功探索无疑起到了示范作用,阿里、京东、苏宁等紧随其后,开展物流无人化研究,并带动快递物流企业投入该领域。综合来看,物流无人化发展是由以下几个因素叠加推动的:

  一是市场需求。中国电商市场的爆发式增长与巨大规模,为物流技术创新发展提供了巨大动力与市场空间。2018年“双11”主要电商企业全天共产生快递物流订单13.52亿件,全年快递包裹量突破500亿件。除了数量大,速度快成为物流行业永恒的主题,必须采用自动化物流系统提高效率。

  二是技术发展。互联网、物联网、大数据、AI等技术的不断发展,促使更加高效智能的物流设备与物流系统产生,为实现物流无人化提供了条件。

  三是人口红利消失与人力成本不断上涨。因此从长期来看,以自动化设备替代人力完成各项物流作业是必然趋势。

  四是多项政策出台推动物流业发展。其中很多都提到鼓励智能物流软硬件技术设备的研发创新和推广应用,为物流无人化创造了利好的政策环境。

  五是资本助力。智慧物流技术受到追捧,一些有技术优势的物流技术装备特别是机器人企业获得了大量融资,助力其不断创新提供智能物流技术设备。

  物流无人化发展概况

  电商、快递行业巨头是现阶段物流无人化领域的最主要玩家,从京东、菜鸟的布局可以基本看出物流无人化的发展重点与方向:

  1.京东

  京东2016年提出全面向技术转型,X事业部正式成立,开始自主研发物流无人化技术设备。目前,京东依托多年来自营物流拥有的深厚行业经验和丰富的应用场景,在无界零售的发展目标之下,更加积极地探索物流无人化、智能化技术研发与应用,其物流无人科技已经完整覆盖仓、运、配整个物流环节。

  

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  在无人仓方面,2016年,京东无人仓雏形揭开面纱;2017年10月,京东推出国内首个正式投用的无人仓——昆山无人分拣中心,该项目采用了京东自主开发、集成的无人仓智能控制系统,以及高速交叉带分拣机、输送系统AGV、自动卸载设备、单件分离设备等物流设备,实现了包裹从卸车、供件、分拣、装车等全流程作业的完全无人化。截至2018年底,京东已有16座“亚洲一号”投用,不同层级的无人仓数量达到50个,仓内使用的自主研发设备包括地狼、天狼、分拣AGV、交叉带分拣机、AGV叉车、机械臂等十多种。

  在无人车方面,京东配送机器人2016年开始路测,2018年6月在北京首次开启全场景常态化运营,目前已经成功升级到3.5代,在全国20多个城市投入城市末端“最后一公里”的配送测试运营。接下来,京东将不断进行产品与技术升级,使配送机器人在未来两到三年内实现更多的商业化应用。

  2018年,京东正式发布自主研发的L4级别无人重卡。据悉,未来京东无人卡车将特别专注于在高速公路上L4级别智能驾驶的研发和推广,在国内建立基于L4级别的自动驾驶重型卡车网络,承接北上广和京东七大区域中心在高速公路上的运行,完成干线上货运中转和长途运输。

  

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  在无人机方面,2018年11月,京东自主研发的首款支线无人货运飞机“京鸿”正式完成首飞。

  2.菜鸟

  阿里在2013年5月牵头成立菜鸟,开始通过自建、共建、合作、改造等多种模式打造智能物流骨干网,此后阿里持续加大对菜鸟的投资。2018年5月,马云在智慧物流大会上表示,未来5年再投入上千亿元乃至更多资金来建设国家智能物流骨干网。

  在无人化物流方面菜鸟早就进行了布局。2016年菜鸟无人仓亮相。在菜鸟无人仓中,包括立体存储仓、机器人拣选仓、机械臂拣选仓及机器人分拨区域等部分,应用了无人叉车、拣选AGV、分拨AGV、自动封箱机、码垛机器人等多种物流设备,在入库、拣选、打包、分拔等物流全链路都体现了柔性自动化的特点。2018年“双11”期间,菜鸟位于无锡的IoT未来园区正式投入运营,近700台机器人同步上线运行,而无人仓正是未来物流园区中的标配。

  

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  在无人机方面,2017年,菜鸟无人机群组飞越近5公里海峡为农村淘宝提供物流服务。菜鸟提出了未来的三种物流无人机应用场景:第一种是解决中远程省际间物流运输的大型物流无人机;第二种是在地震、火灾等情形下适合空投的物流无人机;第三种是在海洋环境、岛屿环境、海礁环境下都可以运输的水上物流无人机。

  在无人车方面,菜鸟推出了末端无人配送车菜鸟小G、菜鸟小G 2代以及菜鸟小G Plus。2018年5月,菜鸟首发了两款无人驾驶产品:定位于末端低速无人配送的固态激光雷达无人物流车和高速公路上的“公路高铁”。在2018年9月,菜鸟发布了两款第四代新零售物流无人车,车上分别搭载刷脸取件柜、零售货架等。此外,2018年菜鸟还宣布了“驼峰计划”,未来3年将联合合作伙伴共同推动物流无人设备量产,打造一张囊括无人车、无人机的新型立体智慧物流网络。

  

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  目前,菜鸟除了自身在物流科技方面布局外,还投资了其他公司,以期扩大智能物流骨干网。菜鸟通过电子面单、物流天眼、智能语音助手和实时计算异常协同技术等技术输出,与商家及物流企业一起,进行物流数字化、智能化升级,以技术驱动创新引领行业发展。

  除了京东、菜鸟,顺丰、通达系、苏宁等也都看好智慧物流发展,积极布局物流无人化。可以说,这一轮物流无人化的本质是技术推动下的物流产业升级。以数字化、智能化、无人化为特征的新一轮物流技术的创新应用,将深刻影响物流行业格局。

  物流无人化关键技术

  实现物流无人化需要采用多种硬件、软件以及算法,下面主要围绕无人仓、无人车、无人机三大技术领域进行介绍。

  1.无人仓

  无人仓是物流无人化发展的一个重点领域,也是目前最受各方关注的技术。所谓无人仓,即以自动化物流设备替代人工完成仓库内所有作业。但现阶段真正意义上的无人仓凤毛麟角。无人仓从字面理解是无人作业的仓库,其本质是先进技术设备与智慧软件系统的结合体。无人仓并不是追求所有仓库内作业都由设备来完成,其核心在于提高整个物流系统以及作业人员的效率,同时减少人力,降低成本。

  2018年5月24日,京东物流首次公布了无人仓的世界级标准,并对无人仓相关技术进行了全面阐述。京东认为:无人仓指的是货物从入库、上架、拣选、补货,到包装、检验、出库等物流作业流程全部实现无人化操作,是高度自动化、智能化的仓库。京东提出的无人仓建设标准包括“三极”、“五自”和“一优”原则。三个“极”是极高技术水平、极致产品能力、极强协作能力;五个“自”是自感知、自适应、自决策、自诊断、自修复;一个“优”是成本、效率、体验的最优。从传统仓库到无人仓的终极形态,要经历5个层次的演变。

  京东物流首席规划师、无人仓项目负责人章根云认为,无人仓的标准须从“作业无人化”、“运营数字化”和“决策智能化”三个层面去理解。在作业无人化方面,无人仓使用了自动立体储、3D视觉识别、自动包装、人工智能、物联网等各种前沿技术,实现了设备、系统之间的高效协同,要具备三“极”能力,即单项核心指标、设备的稳定性、各种设备的分工协作都需要达到“极致化”的水平。

  在运营数字化方面,无人仓需要具备自感知等能力,运营过程中,与面单、包装物、条码有关的数据信息要靠系统采集和感知,出现异常要自己能够判断。基于数据的人工智能算法需要在货物的入库、上架、拣选、补货、出库等各个环节发挥作用,同时还要随着业务量及业务模式的变化不断调整优化作业。因此可以说算法是无人仓技术的灵魂。

  在决策智能化方面,无人仓能够实现成本、效率、体验的最优,可以大幅减轻工人的劳动强度,且效率是传统仓库的10倍。无人仓的智慧化在于能够驱动上下游协同决策,并快速地调整决策,进而形成整个社会的、全供应链的共同协同、共同智慧化。

  其实,无人仓中不同功能的各类物流设备,绝大多数都存在并使用了很多年,如AS/RS系统、Miniload系统、输送机、AGV、分拣系统、拆码垛机器人等。此外,也有如类KIVA货到人系统、机器人分拣系统等创新产品发挥着重要作用,得到越来越广泛的应用。与传统仓库不同的是,无人仓的设备之间、设备与工人之间需要依靠功能强大的软件——无人仓智能控制系统去调度与指挥,以实现紧密配合、高效协同作业。因此,数据感知技术(如同为机器设备安装了“眼睛”)和人工智能算法可谓无人仓的重中之重。

  2.无人车

  无人车是汽车行业以及互联网巨头都看好的方向。中通报告指出,无人驾驶干线货运场景道路环境较简单,不可控因素较少出现;“最后一公里”配送的现实刚需程度高,而且可预期安全风险较低。因此,无人驾驶在物流运输领域会更快落地,时机也更成熟。物流无人车受到汽车企业以及电商、快递、外卖巨头等企业的关注。

  无人车的主要技术包括感知系统、决策系统、控制系统和通信系统。物流无人车主要有无人重卡、无人配送车两种类型。其中,无人配送车不仅适合开放密集的楼宇、城市CBD,也可以在居民社区、校园、工业园区等封闭或半封闭的环境内运行,以此减少配送员的工作量。对于无人重卡而言,干线和港口是两个比较理想的落地场景,目前国内已有无人重卡落地干线、港口场景的实例。

  3.无人机

  根据中通报告,物流无人机拥有复杂的零部件和系统模块,核心技术包括飞控系统、导航系统、动力系统、通信链路系统。无人机的技术难点在于:自主规划路线和自动避障,同时又不偏离航线;电池的续航能力,保证无人机能够完成长时间、远距离的飞行作业;安全飞行,能够保证无人机在降雨等恶劣天气下不受影响。此外,现阶段采用无人机配送成本较高,制约了大范围应用;监管政策还不健全,使无人机送货尚处于测试阶段。

  2018年8月28日,京东发布《世界物流无人机产业发展年度报告(2017-2018)》,全面分析了2017~2018年全球物流无人机发展状况。该报告指出,世界物流无人机产业呈现出美国全面领先、欧洲积极跟随、中国几近同步并逐步领跑、其他国家开始布局的格局。在中国,目前物流无人机应用还处于探索阶段,难以在短期内产生巨大的经济价值,但是未来前景广阔。因此,电商、物流快递行业领先企业与专业无人机企业纷纷涉足该产业,抢占巨大的市场空间。由干线级、支线级、末端级组成的三级智能物流体系成为物流无人机产业发展方向,其中,末端级物流无人机配送产业化进程加快,支线级物流无人机将成全球竞争焦点。

  在末端配送领域还有一种无人化方式也值得一提,即应用智能自提柜替代快递员送货上门。智能自提柜集成了物联网、智能识别、动态密码、无线通讯等技术,能够实现快递包裹的24小时自助存取、远程监控和信息发布等功能,既在一定程度上缓解了配送用工荒、用工贵等难题,又能根据客户的不同需求(保护隐私需求、灵活时间取件需求等)提供服务,因此在末端物流配送环节得到广泛使用。

  物流无人化发展趋势

  物流无人化是市场需求与技术升级共同发力的结果。随着电商、传统零售向新零售转型,以及制造业智能制造的升级发展,物流体系与零售体系、智能制造深度融合,物流的重要性进一步凸显,物流无人化技术需求将从电商、物流巨头逐渐拓展到更多行业。

  如今,在配送中心、分拨中心以及制造企业生产线与仓库、新零售门店、无人餐厅乃至无人码头等越来越多的场景,包括无人化仓储、无人化分拣、无人化线边库等物流环节,AGV、机器人等自动化、智能化设备得到广泛应用,助力企业改善物流运营、减少用人数量、提高物流效率、降低物流成本、增强竞争优势。特别是电商与新零售、快递、汽车、电子等行业,更希望加快引入自动化、智能化物流设备取代人工作业。

  但是,受技术尚不成熟、成本有待下降、政策配套欠缺等因素影响,物流无人化尚处于起步阶段。

  首先,任何技术都有其适用条件,物流自动化设备系统并不是万能的。以无人仓为例,由于物流作业环节多,现场条件复杂,物流作业对象多种多样,产品、设备、作业流程等方面难以实现标准化,完全以设备取代人力,实现仓库或工厂所有物流作业的无人化,并做到效率、质量、成本的平衡,目前还有相当的难度。现阶段,企业需要树立正确认知,片面追求物流无人化不是一个好的方式,有一些岗位人的作业效率会更高,需要减少的是人的重复性劳动。

  其次,物流无人化需要大量应用高技术设备与智慧系统,实现成本较高,绝大多数企业难以承受。在京东集团副总裁、X事业部总裁肖军看来,目前中国人口基数较大,人力成本还没有成为企业面临的最大挑战,因此未来很长一段时间内,设备完全取代人工作业并非必要,人机协作仍将是物流无人化最突出的特点。他建议企业引入自动化系统时,应从局部改善开始尝试,逐渐积累经验再扩大应用范围。要实现整个物流场景的无人化,并非依赖某一种设备的开发应用,最重要的还是整体解决方案。

  最后,技术有待提升。例如,无人仓的主要技术瓶颈——机器人技术、人工智能算法、精准识别技术等有待突破。此外,物流机器人作为无人仓的核心技术设备之一,要代替人工作,需要具备行走、识别和抓取的能力,目前相关技术还有待升级,同时成本仍需下降。上海欧链供应链管理有限公司首席营运官刘世宏认为,好的AGV产品应该可以快速部署,快速运行,快速搬迁,适应柔性化应用场景;此外,AGV还需要与传输系统、升降机、叉车、人工实现柔性化结合。这些都是需要解决的问题。

  实际上,未来以无人仓、无人车、无人机为代表的物流无人化技术,不仅会带来物流运营效率的大幅提升,还将成为推进物流业发展的新动力,使物流行业逐步由劳动密集型向技术密集型转变,整个物流产业将产生颠覆式变革。

  普洛斯战略顾问和隐山资本管理合伙人董中浪清晰地指出,今后最好的物流公司一定是科技公司,是披着物流外衣的科技公司。未来,科技将横切物流产业,基本要素将会被重构。数据和AI驱动的物流资产带来运营的高效率,将彻底改变原有的物流产业格局。

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