冷链仓储自动化技术发展研究

摘要：本文首先从政策环境和社会环境两个角度分析了近几年冷链物流的发展概况，在此背景下，冷链物流自动化技术不断升级发展，呈现出共享化与可视化、智能化与自动化、精细化与专业化等特点。并通过重点分析四向穿梭车立体库与堆垛机立体库，指出自动化立体库是未来冷库运营发展的趋势，适用于冷库作业场景的自动化设备也将迎来较大提升空间。

关键词：冷链、仓储、自动化技术

作者：白光利（北京亚冷控股有限公司）

一

冷链物流发展概况

1.政策发展环境分析

在国家政策层面，一方面是完善冷链物流网络布局，推动整合集聚冷链物流市场供需、存量设施以及农产品流通、生产加工等上下游产业资源，提高冷链物流规模化、集约化、组织化、网络化水平；另一方面是不断完善行业管理规范，进一步细化相关法律法规对冷链销售者安全主体责任的相关要求，逐渐加强监管力度，引导冷链企业规范经营，有助于行业长期健康发展。

（1）冷链物流行业相关政策

2019年至2021年3月，国家出台的冷链物流行业相关政策超过20项，尤其是2020年受新冠肺炎疫情的影响，政府对冷链物流建设发展密切关注，一系列政策意见的出台给中国冷链物流行业的发展指明了方向。整体来看，国家有关冷链物流行业的政策主要关注冷链物流设施布局、冷链物流体系建设、行业疫情防控要求、冷链食品安全防范、促进农产品流通等方面。

（2）冷链物流行业国家标准

《食品安全国家标准食品冷链物流卫生规范》（GB31605-2020）于2020年9月11日发布，并于2021年3月11日正式实施。标准规定了食品在物流过程中的基本要求，包括交接、运输配送、储存、人员和管理制度、追溯及召回、文件管理等方面的要求和管理准则，适用于各类食品从出厂后到销售前需要温度控制的物流过程。

《电子商务冷链物流配送服务管理规范》（GB／T39664-2020）于2020年12月14日发布，并于2021年7月1日正式实施。标准规定了电子商务冷链物流配送的基本要求、管理要求、作业流程及要求、评审及改进。适用于电子商务冷链物流配送服务提供方对配送作业服务的管理，不适用于医药冷链物流配送。

2.社会发展环境分析

随着城镇化发展和居民消费水平的不断提升，人们对健康生活方式的追求意识逐渐加强，生鲜食品逐渐受到大众青睐，而冷链物流作为生鲜产品流通的支撑，也相应受到重视，并且在短时间内得到快速发展。同时近几年生鲜电商需求的爆发式增长，也进一步带动了冷链物流行业的快速发展。2020年，我国冷链物流市场规模达4850亿元，同比增长21.2%；2020年上半年我国冷库面积超952.26万平方米，占2020年上半年仓库总量的5.53%，较2019年年底的652.79万平方米增长45.9%。

（1）城镇化水平不断提高

2020年年末我国常住人口城镇化率超过60%，较1980年的19.40%增长了超40个百分点。根据统计结果，目前我国城镇人口饮食结构中易腐食品比例约为62%，而农村人口饮食结构中易腐食品比例约为37%，主要原因是城镇人口的肉类、水产消费量远高于农村人口。因此随着城镇化进程的加快，中国食品消费结构也不断随之进行调整，易腐食品的比重不断增大，促进了生鲜农产品从产地到城市消费的冷链物流需求进一步增长。

（2）居民消费水平升级

随着我国居民人均可支配收入的不断增长，食品安全意识的逐渐提升，食品安全、鲜活农产品供应逐渐成为居民生活关注热点，冷链物流的发展对保障食品质量安全、提高居民生活水平、降低物流损耗和社会资源浪费具有巨大的促进作用。以生鲜商品为例，目前行业平均腐损率达到10%～20%，而运用冷链物流直配的企业可以将腐损率降低到3%～5%。2020年在冷链物流服务的行业中，食品行业占比高达90%。

二

技术发展趋势分析

随着冷链物流技术的快速发展与升级，在冷链物流业的应用会逐步加快，为冷链物流业的健康发展提供源源不断的动力支持，同时也提升食品安全保障效能和冷链效率，更好地满足居民的冷链消费需求。

1.冷链物流信息共享化与可视化

冷链物流信息闭塞、不透明是制约我国冷链物流发展的一大“痛点”，是导致冷链物流基础设施资源分配不合理、冷链成本过高以及增加农产品冷链流通周期的主要问题之一。实现冷链物流上下游信息共享化与可视化是改善冷链物流效率、确保农产品质量与安全、防止发生农产品冷链物流“断链”问题以及提高消费满意度的关键，同时也是打通冷链物流体系，形成相对完善的冷链物流产业链条的关键性解决措施之一。

2.冷链物流作业自动化与智能化

随着我国冷链物流基础设施建设的不断完善，农产品冷链物流信息化的不断建设与发展，互联网、物联网与区块链技术的不断成熟以及大数据挖掘分析、云计算技术在整个冷链物流产业链上的广泛应用，农产品冷链物流自动化、智能化作业成为未来冷链物流发展的必然趋势与需求。

3．冷链物流运营精细化与专业化

伴随着冷链物流信息化、智能化、自动化的不断发展，针对农产品在冷链物流流通中的每个环节都可实现农产品质量与安全的实时监控，通过客观的大数据统计与挖掘分析，冷链物流每个操作环节存在的不足或隐患都可被及时获知，并对其进行针对性处理与优化，这可极大地促进与推动我国冷链物流向精细化、专业化管理运营方向发展。

三

冷链物流仓储技术简介

冷链物流仓储因其低温的作业环境和食品安全的特殊要求，无人化、自动化立体库是未来的发展方向，通过系统控制驱动机械完成重复性作业，可以大幅提升仓储作业效率，取代重复性的体力劳动，控制各环节食品生产流通安全。另外，通过堆垛机、穿梭车自动化立体库的应用，减少了仓库通道面积，增加空间利用率，大幅降低单位储存成本。

1.冷链自动化立体库 (AS/RS)分类

自动化立体库是在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料的仓储系统。主要由存储设备、搬运设备、装卸设备、软件系统等构成。根据存储容器区分，可分为托盘立体库、料箱立体库及其他特殊品类属性立体库。根据硬件设备区分，可分为堆垛机库、子母穿梭车库、四向穿梭车库等。

2.冷链自动化操作系统

软件构成包括：订单管理系统（OMS）、仓储管理系统（WMS）、仓储控制系统（WCS）；硬件载体包括：存储设备、输送设备、分拣设备、搬运设备等。与传统的“人到货”拣选模式相比，穿梭车密集仓储系统的作业效率及拣选正确率大大提高，同时节约了大量人力成本和土地成本。其中，仓储控制系统在智能物流体系中扮演着最为重要的角色，是智能仓储设备控制中心、调度中心和任务管理中心；通过科学合理的路径规划、设备调度保障智能仓储体系安全、稳定、智能、高效运行；通过直观的监控窗口监控设备运行状况、任务执行过程、储位存储状况；仓储控制系统与各种仓储管理系统及多车交通管理系统（CMS）快速对接，通过大量设备运行数据收集分析，自动预警备品、备件、维修、保养。

3.冷链自动化硬件设备

常见的冷链自动存取设备包括：RGV穿梭车、堆垛机等，设备实现密集式存储立体仓库中的整托盘货物的自动搬运，实现托盘货物的快速移载运输及不同区域功能分区内货物的出入库。在PLC系统控制下，通过条码定位控制方式精确定位各取货口，进行货物的链条输送移载，并根据上位机指令运送至指定端口，进行仓储出入库。输送设备是在一定的线路上输送物料的搬运机械，输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路。可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业需要。可连续搬运物料，输送量大，运转轻快，结构简单。常见码垛设备多为4轴机械臂，码垛主要在物流线末端进行，是机械与计算机程序有机结合的产物，有着运作灵活精准、快速高效、稳定性高，作业效率高等优势。常见码垛机器人的末端执行器有吸附式、夹板式、抓取式、组合式，在拆码垛作业中主要采用吸附式。

四

冷链自动化仓的优劣分析

1.四向穿梭车优劣势分析

当前冷链自动化存取应用中，堆垛机和穿梭车应用较为广泛，2019年前后企业开始尝试四向穿梭车在冷库中使用，四向穿梭车可以实现平面上四向（前、后、左、右）的转向和移动，提升机可实现四向穿梭车在上下方向不同层货架间的移载。通过提升机加四向穿梭车配合作业实现自动存取。此项技术的优点是可实现多深位布局，提高空间利用率，相对比堆垛机方案更适用于B2B类少SKU、多深度的货品存储，对于多频次出库的场景理论上可以通过软件优化和增加四向穿梭车数量提升出库效率；四向穿梭车在低温环境下的应用风险需要重点评估两个方面：第一，四向穿梭车硬件在低温、高湿环境下运行的稳定性包括电池、电子元器件等；第二，四向穿梭车与其他设备的协调运营，在低温情况下货架、地面沉降问题对四向穿梭车运行稳定性的影响，理论上四向穿梭车运行要求平面高低差±3mm，如果出现较大的高低差，整个自动化立体库运营将会受到重大影响。

2.四向穿梭车立体库、堆垛机立体库的比较

堆垛机冷库稳定性较高，应用较成熟，冷链行业自动化立体库80%以上采用堆垛机；堆垛机库可扩展性交叉，可通过双轨、变轨堆垛机调整设备数量投入，目前最多可做到双深位。成本较高的堆垛机造价约70万～90万元。效率可达到140m/min，对于单边较长的立体库因为单向堆垛机投入少，更适用于堆垛机方案。四向穿梭车冷库稳定性和耐久性待市场验证，尤其冷库应用故障率高，同时需考虑电池寿命、电气防潮、地面沉降等问题。但四向穿梭车库可扩展性高，可通过增加提升机和四向穿梭车数量，调整软件算法等方式灵活调整。成本方面，提升机造价约30万元，四向穿梭车造价在20万元以内，是未来冷链自动化立体仓库的主流建设方向。

五

结论

通过调研目前市场冷库自动化应用案例，大部分企业或集成商选择堆垛机存取模式。堆垛机存取模式的优点包括：在低温环境下运行稳定，托盘存取效率高，货架投入成本低（比四向穿梭车低30%）；缺点是：采用双深位布局、空间利用率有限。相较于四向穿梭车库，堆垛机库货位数量较少，效率受布局和堆垛机数量制约，后期无扩展性。因为冷库低温作业环境，对电控设备的防结露、电池保温等性能提出更高要求。综上，自动化立体库是未来冷库运营发展的趋势，同时适用于冷库作业场景的自动化设备仍有较大提升空间。

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