任务二　智慧装卸搬运作业系统

引　例

智能搬运机器人的运用使装卸效率大大提高

目前，机器人技术越来越多地被应用于物流的装卸搬运作业中，如机器人叉车、码垛机器人（见图9-8）、搬运机器人（见图9-9）等，直接提高了物流系统的效率和效益。搬运机器人可安装不同的末端执行器来完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，目前已被广泛应用于工厂内部工序间的搬运、制造系统和物流系统连续的运转以及国际化大型港口的集装箱自动搬运。

图9-8　码垛机器人

图9-9　搬运机器人

搬运机器人的出现，不仅充分利用了工作环境的空间，而且提高了物料的搬运能力，大大节约了装卸搬运过程的作业时间，提高了装卸效率，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本都具有十分重要的意义。

思考题：

1.什么是智能搬运机器人？智能搬运机器人有何特点和优势？

2.在装卸搬运环节会用到哪些智能机器人？举例说说智慧装卸搬运设备及其应用。

一、装卸搬运作业概述

（一）装卸搬运的定义

我国国家标准《物流术语》（GB/T 18354—2021）中，将装卸定义为：在运输工具间或运输工具与存放场地（仓库）间，以人力或机械方式对物品进行载上载入或卸下卸出的作业过程。

我国国家标准《物流术语》（GB/T 18354—2021）中，将搬运定义为：在同一场所内，以人力或机械方式对物品进行空间移动的作业过程。

装卸搬运是随运输和仓储而产生的必要物流活动，是对运输、仓储、包装、流通加工等物流活动进行衔接的中间环节，也包括在仓储作业中为检验、维护、保养所进行的装卸活动，如货物的装上卸下、移送、拣选、分拣等。在物流活动的全过程中，装卸搬运是出现频率最高的一项活动，也是造成货物破损、散失、损耗的主要环节。

（二）装卸搬运作业活动的意义

装卸搬运活动的作业量大，方式复杂，作业不均衡，对安全性要求高。它是物流活动中不可缺少的环节，对物流发展和增加效益意义重大。

装卸搬运在物流活动中起着承上启下的作用。在物流的各环节中都必须进行装卸搬运作业，正是装卸活动把物流各个阶段连接起来，使之成为连续流动的过程。在生产企业物流中，装卸搬运成为各生产工序间连接的纽带，它是从原材料、设备等装卸搬运开始到产品装卸搬运为止的连续作业过程。

装卸搬运在物流成本中占有重要地位。在物流活动中，装卸活动是不断出现和反复进行的，出现的频率也高于其他物流活动。而且每次装卸活动都要花费很长时间，所以往往成为决定物流速度的关键。装卸活动所消耗的人力活动也很多，所以装卸费用在物流成本中所占的比重也较高。

（三）装卸搬运作业活动特点

1.附属性、伴生性

装卸搬运是物流每一项活动开始及结束时必然发生的活动，因而有时常被人忽视。例如，一般而言的“汽车运输”，就实际包含了相随的装卸搬运，仓库中泛指的保管活动，也含有装卸搬运活动。

2.支持、保障性

装卸搬运的附属性不能理解成被动的，实际上，装卸搬运对其他物流活动有一定决定性。装卸搬运会影响其他物流活动的质量和速度，例如，装车不当，会引起运输过程中的损失；卸放不当，会造成货物下一步运送的困难。

3.衔接性

物流活动的过渡都是以装卸搬运来衔接，因而，装卸搬运往往成为整个物流的“瓶颈”，是物流各功能之间能否形成有机联系和紧密衔接的关键。

（四）装卸搬运作业分类

1.按设备对象分类

按设备对象可分为仓库装卸、铁路装卸、港口装卸、汽车装卸等。

视频　全自动装卸系统

仓库装卸配合出库、入库、维护保养等活动进行，并且以堆垛、上架、取货等操作为主。铁路装卸是对火车车皮的装进及卸出，特点是一次作业就实现一车皮的装进或卸出，很少有像仓库装卸时出现的整装零卸或零装整卸的情况。港口装卸包括码头前沿的装船，也包括后方的支持性装卸，有的港口装卸还采用小船在码头与大船之间“过驳”的办法，因而其装卸的流程较为复杂，往往经过几次的装卸及搬运作业才能最后实现船与陆地之间货物过渡的目的。汽车装卸一般一次装卸批量不大，由于汽车的灵活性，可以减少或减去搬运活动，而直接、单纯利用装卸作业达到车与物流设施之间货物过渡的目的。

2.按机械分类

按机械方式分为：使用吊车的“吊上吊下”方式，使用叉车的“叉上叉下”方式，使用半挂车或叉车的“滚上滚下”方式，“移上移下”方式及散装方式等。

3.按作业场所分

车间装卸搬运：指在车间内部工序间进行的各种装卸搬运活动。

站台装卸搬运：指在企业车间或仓库外的站台上进行的各种装卸搬运活动。

仓库装卸搬运：指在仓库、堆场、物流中心等处的装卸搬运活动。

4.按作业方式分

吊装吊卸法（垂直装卸法）：主要是使用各种起重机械，以改变货物的铅垂方向的位置为主要特征的方法，这种方法应用面最广。

滚装滚卸法（水平装卸法）：是以改变货物水平方向的位置为主要特征的方法。

5.按作业对象分

单件作业法：是指单件、逐件装卸搬运的方法，这是以人力作业为主的作业方法。

集装作业法：是指对煤炭、矿石、粮食、化肥等块、粒、粉状物资，采用重力法（通过筒仓、溜槽、隧洞等方法）、倾翻法（铁路的翻车机）、机械法（抓、舀等）、气力输送法（用风机在管道内形成气流，利用压差来输送）等方法进行装卸。

（五）装卸搬运作业原则

1.减少装卸作业次数

装卸作业本身并不产生价值，但是，如果进行了不适当的装卸作业，就可能造成商品的破损，因此，需要尽量排除无意义的作业，尽量减少装卸次数，尽可能地缩短搬运距离。

2.注意装卸作业的连续性

装卸作业的连续性是指两处以上的装卸作业要配合好。进行装卸作业时，为了使连续的各种作业能不停顿、协调地进行，需要优化其作业流程，考虑合理装卸或出库的方便，系统考虑一系列装卸作业动作的顺序、装卸作业动作的组合或装卸设备的选择及运用。

3.提高装卸作业的灵活性

所谓装卸作业的灵活性，是指在装卸作业中的物料进行装卸作业的难易程度。在堆放货物时，事先要考虑到物料装卸作业的灵活性。衡量商品堆存形态的搬运灵活性，用灵活性指数表示。一般将灵活性指数分为五个等级：散堆于地面上为0级；装入箱内为1级；装在货盘或垫板上为2级；装在车台上为3级；装在输送带上为4级。

小思考：如何实现装卸搬运的合理化？

4.增加装卸作业过程中的合理化措施

增加装卸作业过程中的合理化措施包括：避免没有物流效果的装卸作业，能有效地减少装卸次数；提高被装卸物料的纯度；包装要适宜；缩短搬运作业的距离，选择最短的路线完成这一活动，就可避免超越这一最短路线以上的无效劳动。

二、智慧装卸搬运作业系统

（一）智慧装卸搬运作业系统概述

智慧装卸搬运作业系统是指将装卸货物、存储上架、拆垛补货、单件分拣、集成化物品等任务信息收集并传递到智能决策系统，决策系统将任务分解，制订物品需求计划，合理选择与配置装卸搬运方式和装卸搬运机械设备，尽可能减少装卸搬运次数，以节约物流费用，并获得较好的经济效益。

智慧装卸搬运作业系统是自动化装卸搬运作业发展得更高级阶段，它不仅仅实现了作业过程的自动运行与自动控制，而且应用物联网、人工智能技术，实现作业环境的智能感知、作业方式的智能选择、作业状态的智能控制以及应急情况的智能处置，从而达到装卸搬运无人化运作要求。

（二）智慧装卸搬运作业设施设备

根据设备的类型和功能分类，智慧装卸搬运作业设备主要包括码垛机器人、龙门吊自动装卸系统、卡车自动装卸系统等。

1.码垛机器人

码垛机器人是在工业生产过程中执行大批量工件和包装件的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人，是集机械、电子信息技术、智能技术等于一体的高新机电产品。它可以集成在任何生产线中，为生产现场提供智能化、机器人化、网络化的装卸作业，可以实现多种多样作业的码垛，广泛应用于纸箱、塑料箱、瓶类、袋类、桶装、膜包产品及罐装产品等的装卸作业。码垛机器人及其结构如图9-10所示。

图9-10　码垛机器人及其结构

码垛机器人主要由机器人主体、伺服驱动系统、手臂结构组成。机器人主体包括固定座以及减速机底座；伺服驱动系统包含腰部电机、竖直电机和水平电机三大电机组成的电机组，中间通过竖直滑块和水平滑块连接主体；手臂结构包括前大臂、调幅杆、后小臂、后大臂。码垛机器人主要针对码垛应用设计，关节式手臂结构精巧，能便捷地集成于紧凑型后道包装环节。同时机器人通过手臂的摆动能实现物品搬运，从而使前道来料和后道码垛柔性衔接，大幅缩短了包装时间，提高了生产效率。码垛机器人可按不同的物料包装、堆垛顺序、层数等要求进行参数设置，实现不同类型包装物料的码垛作业。

图9-11　龙门吊

2.龙门吊自动装卸系统

龙门吊（见图9-11）是一种大型起重机。龙门吊的横梁和立柱结构呈现门字形状，属于轨道式集装箱起重机，具有节能环保、可靠性高、起重能力大、维修保养工作量小、易于实现自动化操作等优点。

3.卡车自动装卸系统

（1）卡车自动装卸系统的组成。

自动装卸系统（ATLS）通常由两部分组成：卡车（拖车）上的系统和月台上的系统。

卡车（拖车）上的系统：根据客户需求和货物种类有不同类型，大多数类型的系统都可以安装在新的或改装过的标准卡车（拖车）上，具体可以改装为滑链、滑叉、链板、滑轮等多种形式。

月台上的系统：一般和卡车（拖车）上的系统配对，便于对接，分别有滑链系统、滑叉系统、链板系统、滑轮系统等。此外，月台还装有视觉扫描定位系统、过渡桥、信号灯及卡车控制系统、控制箱、卡车导向装置、安全防护栏等。

（2）自动装卸系统的作业流程。

自动装卸系统的作业流程基本如下：卡车到达月台后，沿着月台上安装的卡车导向装置到达指定位置；通过视觉系统使卡车上的系统和月台上的系统对齐，然后锁定卡车；驾驶员开启自动装卸系统，货物一次性从卡车自动输送到月台，或者从月台输送到卡车上。

（3）自动装卸系统的应用场景。

自动装卸系统（见图9-12）的应用场景主要有三种：进货（自动卸货）、出货（自动装货）和班车（自动装卸）。其中，用于生产设施和配送中心之间的班车服务是卡车装载和卸载系统的最常见应用。

图9-12　自动装卸系统

根据卡车是否需要改装，自动装卸系统可以分为需要卡车改装和无须卡车改装两大类型。

需要卡车改装的自动装卸解决方案，尤其适用于需要大批量频繁装卸的班车应用场景。对于短途班车，适合的解决方案有滑链式、链板式、输送带式和包装式自动装卸系统；对于中途班车，适合的解决方案有滑叉式自动装卸系统。

无须卡车改装的自动装卸系统，包括：适用于发货（仅需装货）的解决方案，有滑动式自动装货系统；适用于进货和发货的解决方案，有加强版滑叉式自动装卸系统。

4.AGVS

智慧搬运作业系统是利用自动导引搬运工具系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS）进行物流搬运的作业系统。AGV是一种柔性化和智能化物流搬运机器人，它装备了电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，是具有安全保护以及各种移载功能的运输车。简单理解就是，小车可以通过人工设定的路径，自动去搬运货物存放。AGVS作为工业自动化物流的主要实现方式，被广泛应用在重复性搬运、搬运工作强度大、工作环境恶劣、环境要求高的领域。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无须铺设轨道和支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

三、智慧装卸搬运作业系统的典型应用

（一）自动装卸系统的应用

汽车行业需要及时（JIT）物流，零部件必须在正确的时间以正确的顺序交付。卡车自动装卸系统可以将自动化仓储和运输连接，简化复杂的物流过程，提高交付速度，并保证产品的安全。目前宝马、奥迪、欧宝、沃尔沃等汽车厂商及汽车配件厂商都在全球多个生产基地实施了卡车自动装卸系统。

冷链物流的核心需求是保持产品新鲜，因此必须减少冷藏运输和储存的冷损失。卡车自动装卸系统可以缩短装卸环节的时间，同时减少人工接触货物的机会，以避免冷损失的风险。许多大的冷库运营商均已经使用自动装卸系统。例如，某冷链运营商采用滑链系统，包含10个月台系统和12个卡车系统，每个月台都安装了控制箱，驾驶员到达后可以通过控制箱实施装货和卸货过程。从卡车停放到驶离，整个过程仅需10～15分钟。该解决方案保证了冷链的完整性，同时最大限度地减少了人们接触冷冻货物的次数，降低了货物损坏、丢失或错误的可能性。

（二）自动搬运系统在智慧仓储领域的应用

仓储领域是智慧装卸搬运系统应用的主要领域，从具体应用案例来看，通过智慧装卸搬运系统的应用可以实现仓储货物的自动卸车、自动输送、自动分拣、自动取货、自动装车以及信息数据的自动更新等业务工作。

如京东昆山无人分拣中心主要分为自动卸车区、到件缓存区、空笼存放区、倾倒区、单件分离区、分拣区、空笼等候作业区、AGV充电区、RFID识别区、AGV自发货区、装车区等多个功能区。主要作业流程：自动卸车—自动供包—自动分离—自动扫描—自动分拣及落包—自动取货—自动装车。昆山无人分拣中心AGV得到大规模应用，实现了全国首例分拣前后端AGV自动装车、卸车作业，实现了对包裹六面的精确扫描和面单信息的快速识别，为分拣系统实现快速准确的分拣提供了保障。采用RFID识别发货订单，进一步保障了发货准确性。带笼箱运输的方式尽管会损失部分装载空间，约减少20%的装载量，但是可以有效保护包裹不受损坏，而且装载效率也大幅提升，装满一辆车由之前的30分钟缩短至5分钟。