近年來，傳統(tǒng)工廠在加快向智能工廠轉型升級，整廠物流系統(tǒng)自動化與智能化升級是其中的重要一環(huán)，移動機器人AGV、線邊立體倉庫等的應用越來越廣泛。用于重型貨物存儲與搬運的重載自動化立體庫和重載AGV的市場需求快速上升，吸引了越來越多企業(yè)的關注。

一、什么是重載物流系統(tǒng)

顧名思義，重載物流系統(tǒng)的處理對象是重型貨物（重型負載單元），常見的重型貨物有鋼卷、紙卷、模具、汽車框架配件、大型鑄件、石油管道、船舶材料等等。目前國內(nèi)外都沒有關于重載物流系統(tǒng)明確的定義，對重載貨物的標準也說法不一。

沈陽飛機工業(yè)集團物流裝備有限公司（簡稱“沈飛”）總工程師王中軍告訴記者，在自動化立體庫（AS/RS）中，巷道堆垛機屬于核心設備，按照載荷單元可以分為料箱堆垛機和托盤堆垛機。其中，料箱堆垛機一般載荷在100kg以下，托盤堆垛機常見的載荷系列有250kg、500kg、1000kg、2000kg等，通常將3000kg及以上載荷的堆垛機劃分為重載系列。常見的重載堆垛機有3噸、5噸、7噸、10噸等產(chǎn)品。

而羅伯泰克自動化科技（蘇州）有限公司第二工程技術中心總監(jiān)周維存認為，重載貨物的界定可以參考國家標準GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》。該標準按照載荷將貨物劃分為四大類：輕載貨物為1000kg，中載貨物為2000kg，重載貨物為4000kg，特重貨物為7000kg。按照行業(yè)規(guī)劃經(jīng)驗，將4000kg以上的貨物劃為重載物流較為合理。

歐洲重載物流技術發(fā)展早于中國幾十年，但對于重載貨物單元也沒有明確規(guī)定。據(jù)意大利Bonfanti s.r.l.公司中國區(qū)總經(jīng)理陳睿女士介紹，在歐洲，倉庫一般使用規(guī)格為1200×800mm的歐標托盤，其最大載荷為1.5噸。凡是超過歐標托盤的尺寸和載荷范圍的貨物，都可以歸類為重載貨物。但也有人認為，“重型”負載單元的產(chǎn)品應具有非常大的重量，不能使用標準托盤承載。

本文討論的重載物流系統(tǒng)，主要是指處理超重類貨物的自動化物流系統(tǒng)。超重貨物往往也超大超長，因此需要采用特定倉儲形式與特定物流設備。

二、核心設備與關鍵技術

重載貨物從外形來分類主要分為：重型托盤貨物（超過3噸）、卷材（直徑超過3m）、管材（長度超過10m）、金屬材料、大型備件、集裝箱等類型。相應地，重載物流系統(tǒng)最常見的形式有長條形貨物倉庫（如型材庫）、卷軸倉庫（如卷材庫）、板錠倉庫（如板材庫）、集裝箱倉庫、車輛倉庫、鐵路機車倉庫、飛機駕駛艙倉庫、大型備件倉庫（如巨型軸承庫）等等。

重載物流設備按照功能分為存儲與搬運兩大類。存儲設備主要是行車（又稱天車、橋式起重機）或巷道堆垛機（雙立柱或四立柱堆垛機）；搬運設備通常包括重載叉車、重載AGV、重載RGV、大型輸送機（用于重量大的托盤貨物單元）。超重超大貨物的自動化物流系統(tǒng)需要采用特定倉儲形式，需要特殊類型的堆垛機，貨架、輸送機、AGV等設備也與常規(guī)的物流系統(tǒng)有很大不同。

1.重載AGV

隨著智能化、柔性化成為物流技術發(fā)展方向，重載AGV在生產(chǎn)或搬運場景中越來越多地使用。

新松港口用重載AGV

據(jù)新松機器人自動化股份有限公司（簡稱“新松”）移動機器人BG市場執(zhí)行總監(jiān)盧玉峰介紹，對于載重大于多少噸位才被定義為重載AGV，業(yè)界也沒有統(tǒng)一的標準。新松習慣將5噸及以上AGV定義為重載AGV，因為隨著載重的增大，AGV的結構設計難度隨之增加。“當載重達到5噸左右，需要采用承載及驅動能力更強的AGV專用驅動輪；電機功耗和工作電流都將加大；AGV框架強度需要加強；舉升形式也多由電動改為液壓舉升。”盧玉峰說。

首先，重載AGV的驅動輪特別重要，既要滿足承載性和驅動能力，還需要多個驅動輪協(xié)同工作。因為驅動輪間的協(xié)調(diào)控制直接決定了AGV的整體效率，同時也決定了AGV行走的平穩(wěn)度和可靠性。

在進行重載AGV設計時，需要對驅動輪的應力進行分析，以確保AGV運行的可靠性和穩(wěn)定性。據(jù)了解，一般載重在15噸以下的重載AGV，采用驅動舵輪，該車輪集成行駛單元與轉向單元，車輪結構緊湊、空間占用少、可控性高、性能可靠、維護簡單；載重在15噸以上的重載AGV，采用液壓浮動輪，單個差動輪組成一個可旋轉的驅動單元，通過多組驅動單元，車體可以全方位運行。

除了驅動技術，重載AGV的關鍵技術與供應商面臨的挑戰(zhàn)還包括以下3個方面：（1）導航技術，需要采用雙閉環(huán)甚至是多閉環(huán)的控制方式，確保AGV導航技術穩(wěn)定可靠；（2）戶外防護技術，隨著戶外使用場景越來越多，需要考慮到雨雪、沙塵等環(huán)境因素對AGV的影響，需要重點考慮AGV戶外導航系統(tǒng)的可靠性和AGV戶外充電安全等方面；（3）非標設計能力，對AGV廠商的機械結構設計能力要求非常高。

盧玉峰告訴記者，國外傳統(tǒng)重載型AGV廠家起步較早，在機械方面和電氣方面，擁有自主研發(fā)的專利型單元提供整體的技術支撐。而國內(nèi)AGV企業(yè)目前仍在一定程度上面臨著國外企業(yè)的技術封鎖，例如，高性能芯片和核心的控制器基本受制于國外企業(yè)。因此整個行業(yè)需要不斷創(chuàng)新，走出一條屬于自己的技術路線，加大高性能控制器的研發(fā)投入，縮小核心技術差距，把主動權握在自己手中。

2.重載堆垛機

一個典型的重載倉儲自動化系統(tǒng)主要由重型貨架、重載堆垛機、重型輸送線、RGV等核心設備以及倉儲系統(tǒng)管理軟件組成。要保證重載物流系統(tǒng)能夠平穩(wěn)、可靠和高效運行，堆垛機、貨架等設備都要根據(jù)貨物的形狀和重量進行專門設計，對結構強度、整體性能等都提出了更高要求。

羅伯泰克的重載堆垛機

周維存認為，貨物重量過大時，對堆垛機的金屬結構、載貨臺、貨叉等都有很高要求，設計難度更大，需要在堆垛機的材料、結構、安全性、能耗等方面綜合創(chuàng)新。例如，材料方面，相對于輕載堆垛機，重載機型的設備整體質量較大，整體鋼結構設計需要使用較高性能的材料元件；結構方面，重載堆垛機的起升傳動機構使用多組動滑輪的設計以減輕鋼絲繩受力，減少鋼絲繩的延伸，增加鋼絲繩的使用壽命。

米亞斯在全球累計銷售堆垛機超過幾千臺，特別擅長重型、長大件、高速、超高堆垛機的設計制造。據(jù)介紹，米亞斯重載型堆垛機融合了多項關鍵技術，包括：（1）雙驅動結構，存取貨物性能更加強勁；（2）自動集中潤滑解決方案，減少設備日常維護保養(yǎng)工作量；（3）糾偏裝置，保證伸縮貨叉與貨物位置的精準，降低變形與沉降帶來的風險；（4）多種安全保護裝置，確保堆垛機安全運行；（5）高效控制系統(tǒng)，使堆垛機運行更加安全平穩(wěn)高效?；谶@些技術，米亞斯重載型堆垛機承載大、震動小、速度快，最高負載達32噸，運行時速度可達210m/min。

除了堆垛機，重載立體倉庫的貨架承重大，貨架安全至關重要。貨架必須根據(jù)貨物的形狀和重量進行專門設計，需要更多的加固措施；貨架對地面的要求也比較高，地面的厚度和堅固度需要增加。據(jù)了解，國內(nèi)工業(yè)貨架企業(yè)提供的是單元載荷3噸以下的貨架，超重型貨架絕大部分是由鋼結構公司提供的。此外，輸送設備的速度和加速度必須與貨物負載和形狀相對應，它們對系統(tǒng)的運行性能產(chǎn)生巨大的影響。

企業(yè)在重載貨物生產(chǎn)和倉儲作業(yè)中存在諸多痛點

與常規(guī)貨物的解決方案相比，重載物流系統(tǒng)處理的貨物尺寸更大而且形狀不規(guī)則，對設備負載要求高，在方案設計中需要重點關注以下方面：

一是在物流設備選型時，穩(wěn)定性和安全性是首要考慮因素，一般不會為了追求效率而選擇速度大大超過需求的物流設備。

二是貨物重量較大，在輸送、搬運過程中慣性較大，所以物流設備需要注意制動，在方案設計時要有更多的保護措施。

值得注意的是，在制造工廠的物流系統(tǒng)設計中，還需要充分考慮重載自動化倉儲設備與上下游設備和生產(chǎn)線的銜接，以縮短貨物等待時間，滿足生產(chǎn)工序的流量要求。此外，由于每個行業(yè)的特殊性，集成商在根據(jù)客戶實際需求做好物流方案規(guī)劃的同時，還要為客戶定制開發(fā)專用設備。

關于未來技術發(fā)展趨勢，重載物流系統(tǒng)將會朝著無人化、柔性化、智能化方向發(fā)展。

三、市場需求

中國是制造業(yè)大國，很多企業(yè)在重載貨物的生產(chǎn)、倉儲作業(yè)中存在以下痛點問題需要解決，參見圖1，主要包括：

圖1：重載貨物倉儲管理難題

1.貨物重量大、尺寸大；

2.勞動強度大；

3.安全隱患大；

4.占用空間大；

5.作業(yè)效率低；

6.貨物規(guī)格差異大，標準化程度低；

7.信息化管理難，庫存不準確。

以鋁材生產(chǎn)加工為例，坯料或初級加工的鋁卷重達幾十噸，產(chǎn)品尺寸大、構造特殊，并且鋁卷是不穩(wěn)定的弧形，運輸搬運過程中易滾落，尤其是在部分生產(chǎn)工藝階段溫度可達幾百攝氏度，這些都對人工作業(yè)造成了極大的安全隱患。如何提高鋁卷在加工儲運環(huán)節(jié)的可靠性、安全性和作業(yè)效率，是擺在企業(yè)面前的一大難題。采用重載物流系統(tǒng)取代人力實現(xiàn)無人化操作，可以大幅降低安全風險，提高運作效率。

近年來，國內(nèi)重載物流自動化市場需求日益增多，主要影響因素有以下幾點：

一是傳統(tǒng)工廠向智能工廠進化，在生產(chǎn)實現(xiàn)了自動化、信息化之后，物流智能化建設成為車間改造升級的核心內(nèi)容，首先需要破解的就是超重超大物料的自動化搬運和存儲問題。

二是人口紅利逐漸消失，制造企業(yè)“招工難”、“用工難”問題日趨嚴重，特別是重載物流現(xiàn)場條件較差，勞動強度大，安全風險高，相比其他場景的招工難度更大，促進企業(yè)加快自動化升級。

三是重載物流技術發(fā)展，國內(nèi)供應商能力逐步提升，專業(yè)設備不斷增加，且成本下降，具有更高的性價比，吸引了眾多企業(yè)進行物流自動化升級。

在智能車間，實現(xiàn)了一體化生產(chǎn)模式，原材料的倉儲區(qū)與加工區(qū)合并，原材料倉儲以線邊庫的方式存在，通過實現(xiàn)物料的自動化搬運、揀選、配送上線、生產(chǎn)與倉儲，提升工廠信息化與數(shù)字化管理水平，可以助力企業(yè)節(jié)省廠房面積、減少作業(yè)人員、提高倉儲效率、降低成本、防控安全風險、實現(xiàn)高質量發(fā)展。

在應用行業(yè)領域方面，隨著我國制造業(yè)加快升級換代，把“中國制造”變成“中國智造”，近年來，有色金屬、鋼鐵、造紙、船舶、汽車及零部件、工程機械、高鐵裝備、鑄造、航空航天、造紙、軍事、垃圾處理、港口、物流等行業(yè)領域，對重型自動化立體庫的市場需求持續(xù)擴大。

如，某國內(nèi)鋁深加工龍頭企業(yè)，按照智能化、綠色化標準投資興建一座智能化工廠，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，需要在鋁卷生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)建立一座自動化立體庫，用于廠內(nèi)鋁卷坯料加工后倉儲問題，高頻率的生產(chǎn)作業(yè)要求設備必須高效、安全、可靠的存取。

四、供應商及其發(fā)展

重載物流是一個比較冷僻的細分領域，專業(yè)做重載物流裝備的企業(yè)比較少。據(jù)意大利Bonfanti s.r.l.公司中國區(qū)總經(jīng)理陳睿介紹，歐洲主要的重載物流系統(tǒng)供應商來自：德國（特別是機械設備），如德馬格、科尼等公司；英國（軟件和貨架）；意大利（設備和貨架），如邦福迪Bonfanti等公司。在10噸以上的重載物流領域，歐洲供應商有很高的市場占有率?？傮w而言，歐洲企業(yè)實施的重載物流項目較多，有大量的實踐案例可供參考，在軟件系統(tǒng)和硬件設備配套方面都相對完善，技術成熟，經(jīng)驗豐富，值得我們學習借鑒。

意大利Bonfanti公司為中國鋁加工行業(yè)提供的鋁板自動立體庫，該項目為高溫倉庫

中國重載物流自動化市場仍處于起步階段，相關技術設備還比較少，特別是10噸以上自動倉庫核心設備供應商主要是國外品牌。如果重載自動化立體庫再加上高溫等特殊要求，國內(nèi)企業(yè)在該領域基本是空白。

國內(nèi)企業(yè)進入重載物流領域較晚，還需要時間去積累經(jīng)驗，有些技術也需要突破。近年來，一些企業(yè)僅僅是為了解決自己企業(yè)內(nèi)部的問題而開發(fā)了重載物流裝備，如，寶鋼集團實現(xiàn)了各類鋼材的自動化搬運和存儲。

一些物流裝備企業(yè)也在扎根重載物流領域，不斷探索實踐。如，沈飛自2008年開始一直致力于重載堆垛機的研究，陸續(xù)開發(fā)出針對板材、棒材、工裝模具、大尺寸成品等物料存儲的特殊類型堆垛機，不僅完成了全系列重載物流典型產(chǎn)品的開發(fā)，還具備了從方案規(guī)劃、設備開發(fā)與生產(chǎn)、安裝實施與售后服務的整體服務能力，目前已在多個行業(yè)擁有多個落地項目。沈飛看好超重超長超大物料倉儲市場未來前景，將在這個細分領域持續(xù)發(fā)力。

合肥井松智能科技股份有限公司（簡稱“井松”），在重載領域打破國外“卡脖子”的技術壟斷，創(chuàng)新研發(fā)出20噸級、30噸級激光叉車AGV。井松為國內(nèi)最大的鋁加工制造企業(yè)承建了智能倉儲、智能配送、智能工廠、智能車間配送等多期多個項目，實現(xiàn)了鋁行業(yè)超重載、大尺寸、多形狀物料的自動接駁、自動搬運、自動暫存等全流程無人化作業(yè)，為客戶企業(yè)實現(xiàn)人力大幅縮減、全天候作業(yè)模式、配送效率多倍增長，快速促進客戶企業(yè)智能物流環(huán)節(jié)的數(shù)智化轉型升級。

在長大物料的重型自動化立體庫方面，山西迎才物料設備科技有限公司針對鋁材行業(yè)的需要，設計、開發(fā)了自動裝框設備等專用設備，實現(xiàn)了自動化物流系統(tǒng)與產(chǎn)線的無縫對接，實現(xiàn)了超長超大物料整廠自動化物流解決方案成功落地。

重載堆垛機方面，國內(nèi)供應商主要有米亞斯、羅伯泰克等。如，米亞斯昆山工廠已經(jīng)完成了20噸級和30噸級堆垛機的設計與制造，該系列堆垛機已成功應用于國內(nèi)某有色金屬深加工龍頭企業(yè)的智能鋁卷立體庫項目。

重載AGV方面，據(jù)盧玉峰介紹，國內(nèi)重載AGV需求從2010年前后開始增多，到2015年重載多輪控制技術已經(jīng)成熟，標志著中國重載AGV自主設計與制造能力已經(jīng)不受載重限制。從2018年到現(xiàn)在，重載AGV需求量每年增幅在20%以上，吸引了更多企業(yè)進入重載AGV領域，一起加快了重載AGV技術進步和制造成本下降。

目前，新松、井松、國自、朗譽等都開發(fā)了重載AGV。如，新松的重載AGV產(chǎn)品有很多種，在汽車行業(yè)、核工業(yè)、飛機制造、港口等眾多行業(yè)領域，都可以看到新松重載AGV的身影。在實際項目中，新松會根據(jù)客戶工況選用最合適的導航形式，并按照客戶的需求定制AGV車體及附屬機構，以便最大程度地與客戶工藝相匹配。