我国ULD自动装箱打板设备发展研究

付豪

（中国民航工程咨询有限公司，北京 100621）

1 研究背景

随着国内电商、跨境电商等新业态的发展，国内航空货物中快件占比越来越高。以普货为主的传统货运结构受到冲击，使航空货运在流程、功能规划、业务模式上都有新的变化来适应新环境。从国家政策导向看，中共中央、国务院印发的《国家综合立体交通网规划纲要》指出，要鼓励物流园区、港口、机场、货运场站广泛应用物联网、自动化等技术，推广应用自动化立体仓库、引导运输车、智能输送分拣和装卸设备。民航局印发的《“十四五”航空物流发展专项规划》指出，要建设智能作业设施设备，以简化流程、缩短时间、降低成本为核心，支持智能分拣、智能装载、建设智能作业设施设备，提升自动化作业效率。智慧物流发展的下一个重要方向是无人化，还滞留在人工搬运的ULD（Unit Load Device，航空集装器）装箱操作将会大大降低物流时间效益，而ULD 自动装箱打板设备将通过其对货物重量、尺寸的测定，优化出一批货物在ULD 中的最佳装箱方式，借助码垛机械手进行自动堆垛，从而顺应无人化物流发展趋势。

ULD 自动装箱打板设备是衔接自动分拣系统的安全、经济、高效的航空货物自动装箱打板设备，是机器人技术在ULD 货物装卸中的重要应用。受飞机货舱尺寸和形状的限制，为了确保货舱有限空间的最大装载率，需用ULD 装载货物。ULD 是航空货物运输中用来空运货物的标准化集装设备，包含多种种类和型号，主要分为航空集装箱、集装板与集装网组合的两大类。ULD 自动装箱打板设备运用计算机技术将尺寸重量测量设备、传送带、码垛机械手等设备有机结合起来，通过对分拣完的货物进行尺寸扫描、重量测定、分类暂存、堆垛模拟、自动装箱等操作，实现对货物装箱组板操作的全自动化运作，从而极大地解放人力，提高ULD 的装箱速率与空间利用率。

目前，我国ULD 自动装箱打板设备的发展尚处于起步阶段，相关研究较少。国外ePiece 等公司将更高的速度、准确性、质量、安全性和信息透明度与更低的单位成本结合起来，利用现有的第三方技术和方法，已经基本实现ULD 装箱操作的自动化运作。ULD 自动装箱打板设备设计包含四个关键部分：咨询、项目控制、实施和变更管理。其拥有一款图像化的3D 模拟工具，可模拟出整个操作过程中的不同场景，并且已开发ULD 自动装箱打板设备所对应的机器人装箱堆垛工作站。ULD 自动装箱打板设备的应用将大大提高我国航空物流企业在货物装箱流程中的安全、经济、高效性能，从而成为我国航空物流企业降本增效，向智慧物流升级的重要手段。

2 ULD 自动装箱打板设备的优势与特点

2.1 安全性较高，能避免人为操作造成的货物损坏

当今典型的货物装箱打板作业，是以叉车和人工搬运相结合的方式将货物堆垛在ULD 中。货物经过自动分拣系统分拣后，部分重货还需使用叉车运输至航空集装箱或集装板旁，方便操作员进行装箱操作。ULD 装箱操作员需按规定步骤对货物进行装箱，才能最大程度地保证货物在堆垛过程中的安全和ULD 的安全性能。正确装箱包括8 个步骤，分别为检查ULD 的适用性；准备ULD、清除所有杂物、采取防潮措施；首先使用基础箱；一次只堆叠一行，一直堆叠到ULD 顶部；使用T 型叠装法或砌砖层法；保持每一行的正面平整以及顶行的上面平整；使用填充货物填充间隙；最后装载袋装货物和时效性货物，将其放在最外面几行的顶部。

ULD 自动装箱打板设备自动化程度高，其通过对码垛机械手的应用替代传统ULD 装箱操作员的人工搬运。对货物来说，能大大降低人工装箱搬运时货物的破损率；对操作员本身来说，能大大降低操作员的伤亡率。ULD 自动装箱打板设备的安全性能，能大大降低在传统装箱过程中的人为因素，防止货物损坏，避免人员伤亡。

2.2 经济性良好，能降低货站装箱打板环节的人力成本

一方面，ULD 自动装箱打板设备能持续运作，减少企业对ULD 装箱操作员的聘用，从而降低人员成本，提升网络盈利率。ULD 装箱操作员的培训烦琐，需要具备常见货运飞机的各种类型、窄体机和宽体机最大装载重量分别是多少、可以上载哪些ULD 板箱等知识。以深圳口岸的中外运敦豪（DHL）为例，其会对操作员进行每两年复训一次的ULD 装箱培训，主要介绍由于错误操作ULD 板箱导致严重事故的真实案例，讲解各种ULD 板箱的基本信息及可用性检查，介绍特殊货物及其装载要求等。ULD 装箱操作员们还需了解超尺寸货物和空ULD 集装板在转运过程中的固定方法，如垫板、绑带、安全绳及蜘蛛网等辅助工具的计算及应用。而这些操作、内容都可被全自动化的ULD 自动装箱打板设备所替代。码垛机械手的结构非常简单，故障率低，容易保养、维修。其主要构成零件少，配件少，维持费用很低。码垛机械手设置在狭窄的空间即可使用，该设备的通用性强，通过更换机械手的抓手即可完成对不同货物的码垛及拆垛，相对降低了客户的购买成本。

另一方面，ULD 自动装箱打板设备通过装箱模拟优化，相比ULD 装箱操作员靠经验进行的装箱操作，能大大增加每个ULD 的空间利用率，从而节省企业对ULD 的使用数量，降低企业ULD 使用费用，进一步减少物流费用。同时，为了达到单个ULD 的最大空间利用率与经济效益，将通过建模、模拟和可视化工具为每件货物规划其在ULD 中的堆垛、摆放形式，这种循序渐进的方法确保了持续的经济可行性。

根据有关数据，机场货站的货物中有76%的货物重量小于300kg；13%的货物重量介于300～600kg 之间；4%的货物重量介于600～1000kg 之间；7%的货物重量大于1000kg。市面上大多码垛机械手的抓举重量为300kg，数据中近八成的货物重量小于300kg，在码垛机械手的抓举重量内，故应用ULD 自动装箱设备对货物进行自动堆垛操作可省下大量人力，并将大大提高ULD 装箱效率。

2.3 时效性较优，能够极大提升货物操作效率

ULD 自动装箱打板设备拥有机器人设备所具有的高效性。码垛机械手的能力比人力、普通机械式码垛的堆垛速率都要高。由仿真模拟数据可知，以三架码垛机械手所组成的4 个ULD 装箱台进行仿真模拟得出ULD 自动装箱打板设备的最大处理能力为每小时集装4～16 个集装板或8～24 个集装箱，这是ULD装箱操作员人工搬运装箱所无法企及的。ULD 自动装箱打板设备的高效性能确保货物及时送达，确保客户忠诚度。通过对ULD 自动装箱打板设备的设计、仿真模拟，可得高达80%的集装板与集装网可以无人工操作帮助，形成全自动化的装箱流程；利用系统的处理系统和码垛机械手对货物进行虚拟堆垛规划能极大地提高装箱效率与ULD 空间利用率；在整个系统中，高度的自动化水平将大大降低与人相关因素的影响。

根据集装板中货物数量的统计数据显示，机场货站的货物中用集装板与集装网装载货物时，约6%的集装板中含有160 件以上的货物；约37%的集装板中含有90 件以上的货物；约75%的集装板中含有60 件以上的货物；约9%的集装板中含有小于10 件的货物，如图1所示。

图1 集装板中货物数量占比图

根据集装箱中货物数量占比的统计数据显示，用AKE 或AKH 集装箱装载货物时，约8%的集装箱中含有90 件以上的货物；约23%的集装箱中含有60 件以上的货物；约47%的集装箱中含有45 件以上的货物；约27% 的集装箱中含有小于15 件的货物，如图2所示。数据显示，大约3/4 的集装板与集装网可装载60件以上的货物，约1/2 的AKE 或AKH 集装箱中可装载45 件以上的货物。ULD 中一定的货物装载数量保障，使ULD 自动装箱打板设备中的码垛机械手对ULD 装箱操作员的替代性越来越强。大型机场或航空物流公司转运中心的货量越大，ULD 装箱操作员的工作量越繁重，ULD 自动装箱打板设备的优势越凸显。

图2 集装箱中货物数量占比图

3 ULD 自动装箱打板设备发展中存在的问题

3.1 全自动化运作技术尚不成熟

航空物流货物种类多样，货物的尺寸、重量及特性会影响装箱操作的规则。一些过高、过大、过重的货物无法应用码垛机械手装箱，还需ULD 装箱操作员进行装箱操作。高达80%的集装板与集装网能构建成全自动设施，意味着还有20%的集装板由于货物的特殊性，需要人工搬运、装箱。如何解决重货、轻抛货将成为物流企业进一步提升物流效率，实现ULD装箱全自动化运作的重要研究方向。

系统完成装箱操作的ULD 数量不同，处理能力为每小时0～8 个ULD。说明ULD 自动装箱打板设备的每小时处理能力不稳定，受到每一时段和上一时段中每件货物尺寸和重量及系统持续工作导致货物接收能力下降等因素影响，遇到大型、特种、轻抛货物还需ULD 装箱操作员帮助进行人工装箱。

3.2 设备前期固定资产投入过高

ULD 自动装箱打板设备是运用计算机技术将尺寸重量测量设备、传送带、码垛机械手等设备有机结合起来的。这些中大型物流设备前期投入大，投资回报期长，需要有足量的货物去处理才能将大量的固定资产花销分摊在每一件需要运输的货物上，故ULD自动装箱打板设备只适用于我国大型的机场、物流企业的转运中心，这些地方有充足的货物，需要这样的高自动化的设备降低企业整体的物流成本。固定资产投入过高将会在一定程度上限制ULD 自动装箱打板设备的市场扩充。

4 ULD 自动装箱打板设备发展的对策建议

4.1 增加技术研发投入，完善系统自动化程度

ULD 装箱设备的开发与应用，还应不断加强技术研发与投入，利用新的技术手段解决重货、轻抛货的全自动化装箱问题，完善整个ULD 自动装箱打板设备的自动化程度，从而更好地顺应未来无人化物流的发展趋势。

ULD 自动装箱打板设备还应注重冷鲜货物、高价值和高附加值货物、危险品在系统中的适配情况。冷鲜货物、高价值和高附加值货物、危险品的运输要求不同，所对应的运输、仓储、包装、装卸搬运、流通加工、配送均与普货也不同，系统还应加强这些货物在ULD 装箱过程中的自动化操作水平。

4.2 强化各个设备功能，模块化销售各种设备

整套的ULD 自动装箱打板设备价值高，一方面可考虑融资租赁的形式对有需求的机场、航空公司租赁整套系统设备。另一方面可强化尺寸重量测量设备、码垛机械手等设备的模块化功能，单独出售各种设备，使各子设备能够灵活搭配，适用于ULD 装箱之外的操作，从而扩大系统经营企业的销售市场，更好地服务于物流行业。码垛机械手除了应用于货物搬运、码垛等外，还可广泛应用于汽车、家电、医药、食品饮料等不同领域。

4.3 加强信息系统建设，衔接好先进物流技术

ULD 自动装箱打板设备作为衔接自动分拣系统的设备，还应加强信息系统的建设，使其能够更好衔接装卸管理系统、搬运管理系统、货物管理系统与仓库管理系统。ULD 自动装箱打板设备应能兼容如RFID、货物追踪、AGV 传输、自动化立体仓库等先进物流技术设备，实现在信息系统的支持下所有物流先进设备相互衔接、配合，达到降低所有企业物流运输成本的目的。

5 结语

ULD 自动装箱打板设备是实现我国机场货站装箱打板操作无人化转型的重大创新举措。本文针对ULD 自动装箱打板设备的安全性、经济性、时效性优势与特点进行了深入探讨，并针对设备发展中存在的主要问题，提出了三方面的对策建议，以期为推动我国ULD 自动装箱打板设备发展提供借鉴。此外，希望行业能够加强ULD 自动装箱打板设备作业效率提升与投入产出方面的研究，从而加速设备的推广与应用，助推我国航空物流企业智慧化升级。