付豪

（中國民航工程咨詢有限公司，北京 100621）

1 研究背景

隨著國內電商、跨境電商等新業(yè)態(tài)的發(fā)展，國內航空貨物中快件占比越來越高。以普貨為主的傳統(tǒng)貨運結構受到?jīng)_擊，使航空貨運在流程、功能規(guī)劃、業(yè)務模式上都有新的變化來適應新環(huán)境。從國家政策導向看，中共中央、國務院印發(fā)的《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》指出，要鼓勵物流園區(qū)、港口、機場、貨運場站廣泛應用物聯(lián)網(wǎng)、自動化等技術，推廣應用自動化立體倉庫、引導運輸車、智能輸送分揀和裝卸設備。民航局印發(fā)的《“十四五”航空物流發(fā)展專項規(guī)劃》指出，要建設智能作業(yè)設施設備，以簡化流程、縮短時間、降低成本為核心，支持智能分揀、智能裝載、建設智能作業(yè)設施設備，提升自動化作業(yè)效率。智慧物流發(fā)展的下一個重要方向是無人化，還滯留在人工搬運的ULD（Unit Load Device，航空集裝器）裝箱操作將會大大降低物流時間效益，而ULD 自動裝箱打板設備將通過其對貨物重量、尺寸的測定，優(yōu)化出一批貨物在ULD 中的最佳裝箱方式，借助碼垛機械手進行自動堆垛，從而順應無人化物流發(fā)展趨勢。

ULD 自動裝箱打板設備是銜接自動分揀系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、高效的航空貨物自動裝箱打板設備，是機器人技術在ULD 貨物裝卸中的重要應用。受飛機貨艙尺寸和形狀的限制，為了確保貨艙有限空間的最大裝載率，需用ULD 裝載貨物。ULD 是航空貨物運輸中用來空運貨物的標準化集裝設備，包含多種種類和型號，主要分為航空集裝箱、集裝板與集裝網(wǎng)組合的兩大類。ULD 自動裝箱打板設備運用計算機技術將尺寸重量測量設備、傳送帶、碼垛機械手等設備有機結合起來，通過對分揀完的貨物進行尺寸掃描、重量測定、分類暫存、堆垛模擬、自動裝箱等操作，實現(xiàn)對貨物裝箱組板操作的全自動化運作，從而極大地解放人力，提高ULD 的裝箱速率與空間利用率。

目前，我國ULD 自動裝箱打板設備的發(fā)展尚處于起步階段，相關研究較少。國外ePiece 等公司將更高的速度、準確性、質量、安全性和信息透明度與更低的單位成本結合起來，利用現(xiàn)有的第三方技術和方法，已經(jīng)基本實現(xiàn)ULD 裝箱操作的自動化運作。ULD 自動裝箱打板設備設計包含四個關鍵部分：咨詢、項目控制、實施和變更管理。其擁有一款圖像化的3D 模擬工具，可模擬出整個操作過程中的不同場景，并且已開發(fā)ULD 自動裝箱打板設備所對應的機器人裝箱堆垛工作站。ULD 自動裝箱打板設備的應用將大大提高我國航空物流企業(yè)在貨物裝箱流程中的安全、經(jīng)濟、高效性能，從而成為我國航空物流企業(yè)降本增效，向智慧物流升級的重要手段。

2 ULD 自動裝箱打板設備的優(yōu)勢與特點

2.1 安全性較高，能避免人為操作造成的貨物損壞

當今典型的貨物裝箱打板作業(yè)，是以叉車和人工搬運相結合的方式將貨物堆垛在ULD 中。貨物經(jīng)過自動分揀系統(tǒng)分揀后，部分重貨還需使用叉車運輸至航空集裝箱或集裝板旁，方便操作員進行裝箱操作。ULD 裝箱操作員需按規(guī)定步驟對貨物進行裝箱，才能最大程度地保證貨物在堆垛過程中的安全和ULD 的安全性能。正確裝箱包括8 個步驟，分別為檢查ULD 的適用性；準備ULD、清除所有雜物、采取防潮措施；首先使用基礎箱；一次只堆疊一行，一直堆疊到ULD 頂部；使用T 型疊裝法或砌磚層法；保持每一行的正面平整以及頂行的上面平整；使用填充貨物填充間隙；最后裝載袋裝貨物和時效性貨物，將其放在最外面幾行的頂部。

ULD 自動裝箱打板設備自動化程度高，其通過對碼垛機械手的應用替代傳統(tǒng)ULD 裝箱操作員的人工搬運。對貨物來說，能大大降低人工裝箱搬運時貨物的破損率；對操作員本身來說，能大大降低操作員的傷亡率。ULD 自動裝箱打板設備的安全性能，能大大降低在傳統(tǒng)裝箱過程中的人為因素，防止貨物損壞，避免人員傷亡。

2.2 經(jīng)濟性良好，能降低貨站裝箱打板環(huán)節(jié)的人力成本

一方面，ULD 自動裝箱打板設備能持續(xù)運作，減少企業(yè)對ULD 裝箱操作員的聘用，從而降低人員成本，提升網(wǎng)絡盈利率。ULD 裝箱操作員的培訓煩瑣，需要具備常見貨運飛機的各種類型、窄體機和寬體機最大裝載重量分別是多少、可以上載哪些ULD 板箱等知識。以深圳口岸的中外運敦豪（DHL）為例，其會對操作員進行每兩年復訓一次的ULD 裝箱培訓，主要介紹由于錯誤操作ULD 板箱導致嚴重事故的真實案例，講解各種ULD 板箱的基本信息及可用性檢查，介紹特殊貨物及其裝載要求等。ULD 裝箱操作員們還需了解超尺寸貨物和空ULD 集裝板在轉運過程中的固定方法，如墊板、綁帶、安全繩及蜘蛛網(wǎng)等輔助工具的計算及應用。而這些操作、內容都可被全自動化的ULD 自動裝箱打板設備所替代。碼垛機械手的結構非常簡單，故障率低，容易保養(yǎng)、維修。其主要構成零件少，配件少，維持費用很低。碼垛機械手設置在狹窄的空間即可使用，該設備的通用性強，通過更換機械手的抓手即可完成對不同貨物的碼垛及拆垛，相對降低了客戶的購買成本。

另一方面，ULD 自動裝箱打板設備通過裝箱模擬優(yōu)化，相比ULD 裝箱操作員靠經(jīng)驗進行的裝箱操作，能大大增加每個ULD 的空間利用率，從而節(jié)省企業(yè)對ULD 的使用數(shù)量，降低企業(yè)ULD 使用費用，進一步減少物流費用。同時，為了達到單個ULD 的最大空間利用率與經(jīng)濟效益，將通過建模、模擬和可視化工具為每件貨物規(guī)劃其在ULD 中的堆垛、擺放形式，這種循序漸進的方法確保了持續(xù)的經(jīng)濟可行性。

根據(jù)有關數(shù)據(jù)，機場貨站的貨物中有76%的貨物重量小于300kg；13%的貨物重量介于300～600kg 之間；4%的貨物重量介于600～1000kg 之間；7%的貨物重量大于1000kg。市面上大多碼垛機械手的抓舉重量為300kg，數(shù)據(jù)中近八成的貨物重量小于300kg，在碼垛機械手的抓舉重量內，故應用ULD 自動裝箱設備對貨物進行自動堆垛操作可省下大量人力，并將大大提高ULD 裝箱效率。

2.3 時效性較優(yōu)，能夠極大提升貨物操作效率

ULD 自動裝箱打板設備擁有機器人設備所具有的高效性。碼垛機械手的能力比人力、普通機械式碼垛的堆垛速率都要高。由仿真模擬數(shù)據(jù)可知，以三架碼垛機械手所組成的4 個ULD 裝箱臺進行仿真模擬得出ULD 自動裝箱打板設備的最大處理能力為每小時集裝4～16 個集裝板或8～24 個集裝箱，這是ULD裝箱操作員人工搬運裝箱所無法企及的。ULD 自動裝箱打板設備的高效性能確保貨物及時送達，確?？蛻糁艺\度。通過對ULD 自動裝箱打板設備的設計、仿真模擬，可得高達80%的集裝板與集裝網(wǎng)可以無人工操作幫助，形成全自動化的裝箱流程；利用系統(tǒng)的處理系統(tǒng)和碼垛機械手對貨物進行虛擬堆垛規(guī)劃能極大地提高裝箱效率與ULD 空間利用率；在整個系統(tǒng)中，高度的自動化水平將大大降低與人相關因素的影響。

根據(jù)集裝板中貨物數(shù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，機場貨站的貨物中用集裝板與集裝網(wǎng)裝載貨物時，約6%的集裝板中含有160 件以上的貨物；約37%的集裝板中含有90 件以上的貨物；約75%的集裝板中含有60 件以上的貨物；約9%的集裝板中含有小于10 件的貨物，如圖1所示。

圖1 集裝板中貨物數(shù)量占比圖

根據(jù)集裝箱中貨物數(shù)量占比的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，用AKE 或AKH 集裝箱裝載貨物時，約8%的集裝箱中含有90 件以上的貨物；約23%的集裝箱中含有60 件以上的貨物；約47%的集裝箱中含有45 件以上的貨物；約27% 的集裝箱中含有小于15 件的貨物，如圖2所示。數(shù)據(jù)顯示，大約3/4 的集裝板與集裝網(wǎng)可裝載60件以上的貨物，約1/2 的AKE 或AKH 集裝箱中可裝載45 件以上的貨物。ULD 中一定的貨物裝載數(shù)量保障，使ULD 自動裝箱打板設備中的碼垛機械手對ULD 裝箱操作員的替代性越來越強。大型機場或航空物流公司轉運中心的貨量越大，ULD 裝箱操作員的工作量越繁重，ULD 自動裝箱打板設備的優(yōu)勢越凸顯。

圖2 集裝箱中貨物數(shù)量占比圖

3 ULD 自動裝箱打板設備發(fā)展中存在的問題

3.1 全自動化運作技術尚不成熟

航空物流貨物種類多樣，貨物的尺寸、重量及特性會影響裝箱操作的規(guī)則。一些過高、過大、過重的貨物無法應用碼垛機械手裝箱，還需ULD 裝箱操作員進行裝箱操作。高達80%的集裝板與集裝網(wǎng)能構建成全自動設施，意味著還有20%的集裝板由于貨物的特殊性，需要人工搬運、裝箱。如何解決重貨、輕拋貨將成為物流企業(yè)進一步提升物流效率，實現(xiàn)ULD裝箱全自動化運作的重要研究方向。

系統(tǒng)完成裝箱操作的ULD 數(shù)量不同，處理能力為每小時0～8 個ULD。說明ULD 自動裝箱打板設備的每小時處理能力不穩(wěn)定，受到每一時段和上一時段中每件貨物尺寸和重量及系統(tǒng)持續(xù)工作導致貨物接收能力下降等因素影響，遇到大型、特種、輕拋貨物還需ULD 裝箱操作員幫助進行人工裝箱。

3.2 設備前期固定資產投入過高

ULD 自動裝箱打板設備是運用計算機技術將尺寸重量測量設備、傳送帶、碼垛機械手等設備有機結合起來的。這些中大型物流設備前期投入大，投資回報期長，需要有足量的貨物去處理才能將大量的固定資產花銷分攤在每一件需要運輸?shù)呢浳锷?，故ULD自動裝箱打板設備只適用于我國大型的機場、物流企業(yè)的轉運中心，這些地方有充足的貨物，需要這樣的高自動化的設備降低企業(yè)整體的物流成本。固定資產投入過高將會在一定程度上限制ULD 自動裝箱打板設備的市場擴充。

4 ULD 自動裝箱打板設備發(fā)展的對策建議

4.1 增加技術研發(fā)投入，完善系統(tǒng)自動化程度

ULD 裝箱設備的開發(fā)與應用，還應不斷加強技術研發(fā)與投入，利用新的技術手段解決重貨、輕拋貨的全自動化裝箱問題，完善整個ULD 自動裝箱打板設備的自動化程度，從而更好地順應未來無人化物流的發(fā)展趨勢。

ULD 自動裝箱打板設備還應注重冷鮮貨物、高價值和高附加值貨物、危險品在系統(tǒng)中的適配情況。冷鮮貨物、高價值和高附加值貨物、危險品的運輸要求不同，所對應的運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工、配送均與普貨也不同，系統(tǒng)還應加強這些貨物在ULD 裝箱過程中的自動化操作水平。

4.2 強化各個設備功能，模塊化銷售各種設備

整套的ULD 自動裝箱打板設備價值高，一方面可考慮融資租賃的形式對有需求的機場、航空公司租賃整套系統(tǒng)設備。另一方面可強化尺寸重量測量設備、碼垛機械手等設備的模塊化功能，單獨出售各種設備，使各子設備能夠靈活搭配，適用于ULD 裝箱之外的操作，從而擴大系統(tǒng)經(jīng)營企業(yè)的銷售市場，更好地服務于物流行業(yè)。碼垛機械手除了應用于貨物搬運、碼垛等外，還可廣泛應用于汽車、家電、醫(yī)藥、食品飲料等不同領域。

4.3 加強信息系統(tǒng)建設，銜接好先進物流技術

ULD 自動裝箱打板設備作為銜接自動分揀系統(tǒng)的設備，還應加強信息系統(tǒng)的建設，使其能夠更好銜接裝卸管理系統(tǒng)、搬運管理系統(tǒng)、貨物管理系統(tǒng)與倉庫管理系統(tǒng)。ULD 自動裝箱打板設備應能兼容如RFID、貨物追蹤、AGV 傳輸、自動化立體倉庫等先進物流技術設備，實現(xiàn)在信息系統(tǒng)的支持下所有物流先進設備相互銜接、配合，達到降低所有企業(yè)物流運輸成本的目的。

5 結語

ULD 自動裝箱打板設備是實現(xiàn)我國機場貨站裝箱打板操作無人化轉型的重大創(chuàng)新舉措。本文針對ULD 自動裝箱打板設備的安全性、經(jīng)濟性、時效性優(yōu)勢與特點進行了深入探討，并針對設備發(fā)展中存在的主要問題，提出了三方面的對策建議，以期為推動我國ULD 自動裝箱打板設備發(fā)展提供借鑒。此外，希望行業(yè)能夠加強ULD 自動裝箱打板設備作業(yè)效率提升與投入產出方面的研究，從而加速設備的推廣與應用，助推我國航空物流企業(yè)智慧化升級。