重载物流系统关键技术与市场发展概述

文/ 本刊记者 江宏

随着整个工厂智能物流一体化转型的加速推进，近年来重载物流系统需求快速上升。与常规的自动化物流系统相比，重载物流系统由于其巨大的重量和体积，对货架、堆垛机等物流设备设施都有非常高的要求。本文简要分析了重载物流系统的特点、核心设备、建设要点及市场状况。

近年来，传统工厂在加快向智能工厂转型升级，整厂物流系统自动化与智能化升级是其中的重要一环，移动机器人AGV、线边立体仓库等的应用越来越广泛。用于重型货物存储与搬运的重载自动化立体库和重载AGV的市场需求快速上升，吸引了越来越多企业的关注。

一、什么是重载物流系统

顾名思义，重载物流系统的处理对象是重型货物（重型负载单元），常见的重型货物有钢卷、纸卷、模具、汽车框架配件、大型铸件、石油管道、船舶材料等等。目前国内外都没有关于重载物流系统明确的定义，对重载货物的标准也说法不一。

沈阳飞机工业集团物流装备有限公司（简称“沈飞”）总工程师王中军告诉记者，在自动化立体库（AS/RS）中，巷道堆垛机属于核心设备，按照载荷单元可以分为料箱堆垛机和托盘堆垛机。其中，料箱堆垛机一般载荷在100kg以下，托盘堆垛机常见的载荷系列有250kg、500kg、1000kg、2000kg等，通常将3000kg及以上载荷的堆垛机划分为重载系列。常见的重载堆垛机有3吨、5吨、7吨、10吨等产品。

而罗伯泰克自动化科技（苏州）有限公司第二工程技术中心总监周维存认为，重载货物的界定可以参考国家标准GB/T 3811-2008《起重机设计规范》。该标准按照载荷将货物划分为四大类：轻载货物为1000kg，中载货物为2000kg，重载货物为4000kg，特重货物为7000kg。按照行业规划经验，将4000kg以上的货物划为重载物流较为合理。

欧洲重载物流技术发展早于中国几十年，但对于重载货物单元也没有明确规定。据意大利Bonfanti s.r.l.公司中国区总经理陈睿女士介绍，在欧洲，仓库一般使用规格为1200×800mm的欧标托盘，其最大载荷为1.5吨。凡是超过欧标托盘的尺寸和载荷范围的货物，都可以归类为重载货物。但也有人认为，“重型”负载单元的产品应具有非常大的重量，不能使用标准托盘承载。

本文讨论的重载物流系统，主要是指处理超重类货物的自动化物流系统。超重货物往往也超大超长，因此需要采用特定仓储形式与特定物流设备。

二、核心设备与关键技术

重载货物从外形来分类主要分为：重型托盘货物（超过3吨）、卷材（直径超过3m）、管材（长度超过10m）、金属材料、大型备件、集装箱等类型。相应地，重载物流系统最常见的形式有长条形货物仓库（如型材库）、卷轴仓库（如卷材库）、板锭仓库（如板材库）、集装箱仓库、车辆仓库、铁路机车仓库、飞机驾驶舱仓库、大型备件仓库（如巨型轴承库）等等。

重载物流设备按照功能分为存储与搬运两大类。存储设备主要是行车（又称天车、桥式起重机）或巷道堆垛机（双立柱或四立柱堆垛机）；搬运设备通常包括重载叉车、重载AGV、重载RGV、大型输送机（用于重量大的托盘货物单元）。超重超大货物的自动化物流系统需要采用特定仓储形式，需要特殊类型的堆垛机，货架、输送机、AGV等设备也与常规的物流系统有很大不同。

1.重载AGV

随着智能化、柔性化成为物流技术发展方向，重载AGV在生产或搬运场景中越来越多地使用。

新松港口用重载AGV

据新松机器人自动化股份有限公司（简称“新松”）移动机器人BG市场执行总监卢玉峰介绍，对于载重大于多少吨位才被定义为重载AGV，业界也没有统一的标准。新松习惯将5吨及以上AGV定义为重载AGV，因为随着载重的增大，AGV的结构设计难度随之增加。“当载重达到5吨左右，需要采用承载及驱动能力更强的AGV专用驱动轮；电机功耗和工作电流都将加大；AGV框架强度需要加强；举升形式也多由电动改为液压举升。”卢玉峰说。

首先，重载AGV的驱动轮特别重要，既要满足承载性和驱动能力，还需要多个驱动轮协同工作。因为驱动轮间的协调控制直接决定了AGV的整体效率，同时也决定了AGV行走的平稳度和可靠性。

在进行重载AGV设计时，需要对驱动轮的应力进行分析，以确保AGV运行的可靠性和稳定性。据了解，一般载重在15吨以下的重载AGV，采用驱动舵轮，该车轮集成行驶单元与转向单元，车轮结构紧凑、空间占用少、可控性高、性能可靠、维护简单；载重在15吨以上的重载AGV，采用液压浮动轮，单个差动轮组成一个可旋转的驱动单元，通过多组驱动单元，车体可以全方位运行。

除了驱动技术，重载AGV的关键技术与供应商面临的挑战还包括以下3个方面：（1）导航技术，需要采用双闭环甚至是多闭环的控制方式，确保AGV导航技术稳定可靠；（2）户外防护技术，随着户外使用场景越来越多，需要考虑到雨雪、沙尘等环境因素对AGV的影响，需要重点考虑AGV户外导航系统的可靠性和AGV户外充电安全等方面；（3）非标设计能力，对AGV厂商的机械结构设计能力要求非常高。

罗伯泰克的重载堆垛机

卢玉峰告诉记者，国外传统重载型AGV厂家起步较早，在机械方面和电气方面，拥有自主研发的专利型单元提供整体的技术支撑。而国内AGV企业目前仍在一定程度上面临着国外企业的技术封锁，例如，高性能芯片和核心的控制器基本受制于国外企业。因此整个行业需要不断创新，走出一条属于自己的技术路线，加大高性能控制器的研发投入，缩小核心技术差距，把主动权握在自己手中。

2.重载堆垛机

一个典型的重载仓储自动化系统主要由重型货架、重载堆垛机、重型输送线、RGV等核心设备以及仓储系统管理软件组成。要保证重载物流系统能够平稳、可靠和高效运行，堆垛机、货架等设备都要根据货物的形状和重量进行专门设计，对结构强度、整体性能等都提出了更高要求。

周维存认为，货物重量过大时，对堆垛机的金属结构、载货台、货叉等都有很高要求，设计难度更大，需要在堆垛机的材料、结构、安全性、能耗等方面综合创新。例如，材料方面，相对于轻载堆垛机，重载机型的设备整体质量较大，整体钢结构设计需要使用较高性能的材料元件；结构方面，重载堆垛机的起升传动机构使用多组动滑轮的设计以减轻钢丝绳受力，减少钢丝绳的延伸，增加钢丝绳的使用寿命。

米亚斯在全球累计销售堆垛机超过几千台，特别擅长重型、长大件、高速、超高堆垛机的设计制造。据介绍，米亚斯重载型堆垛机融合了多项关键技术，包括：（1）双驱动结构，存取货物性能更加强劲；（2）自动集中润滑解决方案，减少设备日常维护保养工作量；（3）纠偏装置，保证伸缩货叉与货物位置的精准，降低变形与沉降带来的风险；（4）多种安全保护装置，确保堆垛机安全运行；（5）高效控制系统，使堆垛机运行更加安全平稳高效。基于这些技术，米亚斯重载型堆垛机承载大、震动小、速度快，最高负载达32吨，运行时速度可达210m/min。

企业在重载货物生产和仓储作业中存在诸多痛点

除了堆垛机，重载立体仓库的货架承重大，货架安全至关重要。货架必须根据货物的形状和重量进行专门设计，需要更多的加固措施；货架对地面的要求也比较高，地面的厚度和坚固度需要增加。据了解，国内工业货架企业提供的是单元载荷3吨以下的货架，超重型货架绝大部分是由钢结构公司提供的。此外，输送设备的速度和加速度必须与货物负载和形状相对应，它们对系统的运行性能产生巨大的影响。

与常规货物的解决方案相比，重载物流系统处理的货物尺寸更大而且形状不规则，对设备负载要求高，在方案设计中需要重点关注以下方面：

一是在物流设备选型时，稳定性和安全性是首要考虑因素，一般不会为了追求效率而选择速度大大超过需求的物流设备。

二是货物重量较大，在输送、搬运过程中惯性较大，所以物流设备需要注意制动，在方案设计时要有更多的保护措施。

值得注意的是，在制造工厂的物流系统设计中，还需要充分考虑重载自动化仓储设备与上下游设备和生产线的衔接，以缩短货物等待时间，满足生产工序的流量要求。此外，由于每个行业的特殊性，集成商在根据客户实际需求做好物流方案规划的同时，还要为客户定制开发专用设备。

关于未来技术发展趋势，重载物流系统将会朝着无人化、柔性化、智能化方向发展。

三、市场需求

中国是制造业大国，很多企业在重载货物的生产、仓储作业中存在以下痛点问题需要解决，参见图1，主要包括：

图1 重载货物仓储管理难题

1.货物重量大、尺寸大；

2.劳动强度大；

3.安全隐患大；

经皮蛛网膜下腔引流：如果术后4 h内，术区引流量多于250 ml且引流液为稀薄血性，可予腰部行经皮蛛网膜下腔引流。将麻醉导管细管于腰部置入蛛网膜下腔内部 5 cm 处 ， 可分别于 L2～3、L3～4、L4～5 椎间部位置管。体外导管通过三通管与引流管完全封闭连接，可通过对引流袋高度的调整从而控制脑脊液引流速度及引流量，引流量要控制在100～200 ml/d。可于手术切口处脑脊液漏完全消失5 d后进行引流管拔除。引流口和切口愈合后拔除蛛网膜下腔置管［15-16］。

4.占用空间大；

5.作业效率低；

6.货物规格差异大，标准化程度低；

7.信息化管理难，库存不准确。

以铝材生产加工为例，坯料或初级加工的铝卷重达几十吨，产品尺寸大、构造特殊，并且铝卷是不稳定的弧形，运输搬运过程中易滚落，尤其是在部分生产工艺阶段温度可达几百摄氏度，这些都对人工作业造成了极大的安全隐患。如何提高铝卷在加工储运环节的可靠性、安全性和作业效率，是摆在企业面前的一大难题。采用重载物流系统取代人力实现无人化操作，可以大幅降低安全风险，提高运作效率。

近年来，国内重载物流自动化市场需求日益增多，主要影响因素有以下几点：

一是传统工厂向智能工厂进化，在生产实现了自动化、信息化之后，物流智能化建设成为车间改造升级的核心内容，首先需要破解的就是超重超大物料的自动化搬运和存储问题。

二是人口红利逐渐消失，制造企业“招工难”、“用工难”问题日趋严重，特别是重载物流现场条件较差，劳动强度大，安全风险高，相比其他场景的招工难度更大，促进企业加快自动化升级。

三是重载物流技术发展，国内供应商能力逐步提升，专业设备不断增加，且成本下降，具有更高的性价比，吸引了众多企业进行物流自动化升级。

在智能车间，实现了一体化生产模式，原材料的仓储区与加工区合并，原材料仓储以线边库的方式存在，通过实现物料的自动化搬运、拣选、配送上线、生产与仓储，提升工厂信息化与数字化管理水平，可以助力企业节省厂房面积、减少作业人员、提高仓储效率、降低成本、防控安全风险、实现高质量发展。

在应用行业领域方面，随着我国制造业加快升级换代，把“中国制造”变成“中国智造”，近年来，有色金属、钢铁、造纸、船舶、汽车及零部件、工程机械、高铁装备、铸造、航空航天、造纸、军事、垃圾处理、港口、物流等行业领域，对重型自动化立体库的市场需求持续扩大。

如，某国内铝深加工龙头企业，按照智能化、绿色化标准投资兴建一座智能化工厂，根据生产工艺要求，需要在铝卷生产加工环节建立一座自动化立体库，用于厂内铝卷坯料加工后仓储问题，高频率的生产作业要求设备必须高效、安全、可靠的存取。

四、供应商及其发展

重载物流是一个比较冷僻的细分领域，专业做重载物流装备的企业比较少。据意大利Bonfanti s.r.l.公司中国区总经理陈睿介绍，欧洲主要的重载物流系统供应商来自：德国（特别是机械设备），如德马格、科尼等公司；英国（软件和货架）；意大利（设备和货架），如邦福迪Bonfanti等公司。在10吨以上的重载物流领域，欧洲供应商有很高的市场占有率。总体而言，欧洲企业实施的重载物流项目较多，有大量的实践案例可供参考，在软件系统和硬件设备配套方面都相对完善，技术成熟，经验丰富，值得我们学习借鉴。

意大利Bonfanti公司为中国铝加工行业提供的铝板自动立体仓库，该项目为高温仓库

中国重载物流自动化市场仍处于起步阶段，相关技术设备还比较少，特别是10吨以上自动仓库核心设备供应商主要是国外品牌。如果重载自动化立体库再加上高温等特殊要求，国内企业在该领域基本是空白。

国内企业进入重载物流领域较晚，还需要时间去积累经验，有些技术也需要突破。近年来，一些企业仅仅是为了解决自己企业内部的问题而开发了重载物流装备，如，宝钢集团实现了各类钢材的自动化搬运和存储。

一些物流装备企业也在扎根重载物流领域，不断探索实践。如，沈飞自2008年开始一直致力于重载堆垛机的研究，陆续开发出针对板材、棒材、工装模具、大尺寸成品等物料存储的特殊类型堆垛机，不仅完成了全系列重载物流典型产品的开发，还具备了从方案规划、设备开发与生产、安装实施与售后服务的整体服务能力，目前已在多个行业拥有多个落地项目。沈飞看好超重超长超大物料仓储市场未来前景，将在这个细分领域持续发力。

合肥井松智能科技股份有限公司（简称“井松”），在重载领域打破国外“卡脖子”的技术垄断，创新研发出20吨级、30吨级激光叉车AGV。井松为国内最大的铝加工制造企业承建了智能仓储、智能配送、智能工厂、智能车间配送等多期多个项目，实现了铝行业超重载、大尺寸、多形状物料的自动接驳、自动搬运、自动暂存等全流程无人化作业，为客户企业实现人力大幅缩减、全天候作业模式、配送效率多倍增长，快速促进客户企业智能物流环节的数智化转型升级。

在长大物料的重型自动化立体库方面，山西迎才物料设备科技有限公司针对铝材行业的需要，设计、开发了自动装框设备等专用设备，实现了自动化物流系统与产线的无缝对接，实现了超长超大物料整厂自动化物流解决方案成功落地。

重载堆垛机方面，国内供应商主要有米亚斯、罗伯泰克等。如，米亚斯昆山工厂已经完成了20吨级和30吨级堆垛机的设计与制造，该系列堆垛机已成功应用于国内某有色金属深加工龙头企业的智能铝卷立体库项目。

重载AGV方面，据卢玉峰介绍，国内重载AGV需求从2010年前后开始增多，到2015年重载多轮控制技术已经成熟，标志着中国重载AGV自主设计与制造能力已经不受载重限制。从2018年到现在，重载AGV需求量每年增幅在20%以上，吸引了更多企业进入重载AGV领域，一起加快了重载AGV技术进步和制造成本下降。

目前，新松、井松、国自、朗誉等都开发了重载AGV。如，新松的重载AGV产品有很多种，在汽车行业、核工业、飞机制造、港口等众多行业领域，都可以看到新松重载AGV的身影。在实际项目中，新松会根据客户工况选用最合适的导航形式，并按照客户的需求定制AGV车体及附属机构，以便最大程度地与客户工艺相匹配。