在中国推进智能制造大背景下，工厂的制造模式、运营模式、管理模式正逐步向自动化、数字化、智能化的方向发展。智能物流已成为制造企业迈向无人化、智能化转型的有效途径之一。

    有关数据统计，在当前现代化制造业中，物料传送占据了大量的生产环节，最高可以达到90%左右。物料传送过程中，结合存储费用，加起来占到物流加工总费用的40%左右。对于物料传送设备，如果自动化水平过低，将不利于经济效益的提升，直接会导致制造生产过程的成本增高。因此，提高制造过程的物流自动化水平，对工厂的整体经济效益提升尤为重要。

    然而，从目前的工厂运营状况来看，一方面物流环节仍然是以人工作业方式为主。伴随着生产过程中插单、换线等出现的概率越来越大，对工厂物流的响应速度，搬运准确性要求提高，而人工作业存在着随意性，在及时性和准确性方面无法达到标准化作业的要求。另一方面，人们对生产和作业环境的要求越来越高，无人叉车在特种环境下如高温、有毒、有害、粉尘、噪音、爆炸、辐射等，作业的劳动力已面临危机。同时，单调、重复的体力劳动也存在劳动力紧缺的难题，这些危机必将日趋严重。

    对此，制造企业必须重视物料搬运、输送自动化设备的研发与引进。通过机器人替代人在特种环境、高劳动强度环境下的直接劳动，提升物料运送的响应时间，提升物流作业的质量和效率，从而提升整体生产作业的效率，降低生产成本。

一、无人叉车是一种新型智能物流解决方案

图1 无人叉车

    “无人叉车”又称“叉车AGV”，是一种智能工业车辆机器人，目前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。无人叉车可以解决一系列的工业及特种环境难题，例如重型物料搬运。通过无人叉车的应用可以解决工业生产过程中物流量大，人工搬运劳动强度高等问题。基于多无人叉车协作的物流优化系统，可以解决搬运过程中被动等待时间过长，搬运效率低下的问题。

    无人叉车作为现代物流自动化和柔性制造的关键设备，是智能物流的应用热点。无人叉车融合了叉车技术和AGV技术，通过加载各种先进导引技术、构图算法、嵌入式车体软件、安全避让技术等，能够实现车辆的自动导引、搬运与堆垛功能，进而实现了叉车的无人化作业。主要特点包括可编程、自动规划、可协调等，满足一系列生产过程中的物流智能操作，是当前柔性化生产的重要组成部分。

    在中国，无人叉车在2000年就已出现。一开始应用在烟草、军工、铸币等行业，无人叉车的价格也十分高昂。而如今，随着传感器的广泛应用，以及导航系统的自主研发，国内的无人驾驶叉车的价格通常在几十万元之内，让更多的客户获得了合理的投资回报率。

    （一）无人叉车的分类与组成

    无人叉车包含托盘叉车式AGV，宽脚堆高式无人叉车，无脚堆高式无人叉车。用于堆栈托盘类货物的物流周转，由液压升降系统、差速驱动系统、PLC控制系统、导引系统、通信系统、警示系统、操作系统和动力电源组成，是集液压升降和PLC控制的可编程无线调度的自动导引小车。

    完整的无人叉车系统可以分为四个大块：车辆本体、柔性的库位信息管理系统、调度平台和无线网络通讯。

    1.调度平台安装在后台服务器上，主要完成无人叉车运行状态监视，远程控制、数据存储、分析、指令下发等功能；

    2.无线通讯网络完成无人叉车和系统之间的通讯；

    3.柔性的库位信息管理系统适用于工厂物流过程中各环节的缓存区管理；

    4.车辆本体为整个智能物流系统中的执行者。

    其中车辆本体具有如下功能：

    1.导航传感器采用测量式激光，可不借助外围的人工标识，实现定位和自主导航；

    2.可方便的进行手自动切换，配置人工驾驶手柄方便人工操作；

    3.机器人具有安全保护装置，包括：行走方向配置激光防护和机械防撞装置，叉齿前端配置机械防撞，并可检测前方障碍物；在显著位置装有急停开关；

    4.车体可选择配置电子标签读写装置，通过电子标签识别物料信息；

    5.高清摄像头能将现场画面实时传送到监控后台；

    6.拥有标准程度的防护等级。

    （二）无人叉车是独立的物流智能单元

    无人叉车系统是符合软件定义硬件的创新方向，其中叉车导引系统、构建地图算法、安全避障系统、自动感知系统等是无人化叉车的技术进化主体，需要实现控制层、数据层、与硬件层的逻辑分层，可以实现相关软件系统的迭代升级和不断进化。

    作为独立的智能单元的无人叉车，应该具有操作系统和计算系统，有软件运算的内存和数据存储空间，其智慧晋级方向是不断升级控制系统软件，优化导航系统，升级调度和运作的算法，通过软件升级不断进化大脑系统。当然，目前的智能叉车不仅仅需要软件进化，更需要硬件的不断进化。无人叉车拥有如下关键技术：

    1.智能导航技术。目前无人叉车导航系统主要有6条技术路线：自然导航、混合导航、磁条导航、磁钉导航、激光导航、二维码导航。依赖于标记物的方案目前较成熟，且搭建的硬件有一定的局限性；自然导航无人叉车，不依赖于外部硬件，灵活性高，场地适应性强，但技术门槛高很多。

图2 无人叉车导航方式

    2.感知技术。如车载超高频RFID读写技术，与巷道标签、货位标签、货物标签有效识别感知，实现出入库系统自动确认。

    3.与信息系统调度指令的交互技术，最典型的是车载电脑和手持的应用，大大提高物流效率。

    4.各类传感器的应用，如速度、重量、碰撞、温度、油压、电量等传感技术，使得叉车总线控制数据更加丰富，配以系统安全预警，实现设备状态的监控。

    5.将智能化叉车的位置、任务、状态、效率等信息汇集“工业车辆远程平台”，进行大数据处理和输出，实现叉车的远程运维和租赁运营。

    （三）多无人叉车协作的物流优化系统

    多无人叉车组成的协作物料运输系统是实现自动化工厂柔性制造的有效途径。它可以解决传统物流系统衔接不紧凑、成本高的缺点，在降低生产成本、提高效率方面具有巨大的应用价值。

    要实现多无人叉车无故障、高效协调地运行，必须通过一定的建模与优化方法，对其进行建模优化，采用适当的调度策略，将上位机、生产系统、库存管理及物料运输等不同的系统进行协调组合，使得总体生产效率与效益最大化，才能更好地以满足未来激烈的市场竞争。多无人叉车物流调度系统的设计，需要同时考虑调度、路线和工厂（车间）布局等多方面因素。物流调度系统需要满足以下几个要点：

    1.调度计划确定运行终点和起点；

    2.车辆由局部线路选择和避撞功能，并满足全局规划；

    3.车辆有相同的信息处理方式。

    多无人叉车物流系统调度常用解决方法通常有两种，神经网络方法、人工智能方法。实现动态路径规划、无碰撞路径建模、建立调度模型机器人软件主要指车载控制器上的软件，主要负责传感器数据的采集、执行机构的执行、自定位与导航功能，以及基础任务逻辑功能，主要包括数据通信模块、底盘模块、定位模块、导航模块、原子任务模块、安全防护模块、故障诊断模块等。

二、无人叉车的应用优势

    随着导航技术的不断突破，令无人叉车行走自如；通过与企业的MES、WMS等系统双向信息集成，实现作业指令与作业反馈信息闭环，信息流和实际物流同步；通过WMS远程下发作业任务，由智能调度系统针对任务向各个无人叉车下达作业指令，协调无人叉车各司其职各行其道；无人叉车通过配备RFID系统扫描，能够与电梯进行对接，实现跨楼层的物料运送；通过精确的路线规划和安全管制办法保证车与车之前不发生碰撞，当一个车辆发生故障时，另外的车辆可以绕道而行。

    目前国内先进的智能调度系统可以调度几百台无人叉车。通过自主学习环境，快速建立地图，灵活编制路径，应对多种特殊环境；全数字驱动，通过管理和调度系统，使上百个生产要素被协同与协调，上万条生产指令及作业序列得到最优安排，流程管理、作业调度实现无缝衔接，实现效率流程均衡化管理。对工厂来说，直接减少了工厂线边硬件设备的铺设、减少成本投入，颠覆了传统物流运输作业和管理模式，车间作业现场实现无人化，实现低成本、短周期、全智能、高效率的智能物流。

图3 无人叉车应用场景

    （一）无人叉车VS传统叉车

    无人叉车与传统叉车最大的区别是无需人工驾驶，采用导航技术，能实现24小时自动完成各种搬运和运输任务。无人叉车与传统叉车相比：

    1.更加安全。无人叉车比叉车司机更高效、稳定、精准、安全性好。无人叉车有紧急接触保险装置、自动报警装置，急停按钮装置及物体探测器等多个保护装置，可以避免伤害工人和损毁库存，其他设备及建筑物，工作风险减少。无人叉车严格按照规定路线行驶，当行驶路线上有障碍物或行人时会自动停车或主动避让，可减少与搬运有关的磕碰损伤，保证物料完好运到指定的位置，大大降低了人工开叉车带来的不确定性。据统计，美国每年在叉车相关的事故中有100名工人丧生，20000人严重受伤。使用无人叉车，可以大幅降低事故发生率。

    2.节省成本。无人叉车可按照提前设定的路线、任务进行搬运，无需人工参与，可24小时持续工作。大大提升了工作效率，减少人员投入。相关数据显示，无人叉车的应用可以使仓内成本下降30%，毛利润增加7%。此外，通过监控系统，可以看到每台叉车的位置和运行情况，同时可以发布指令指挥叉车的运行和工作，1个人就可以实现对多台叉车的调度和使用，节省了人力。

    3.抗干扰能力强，节拍稳定可靠。无人叉车机动灵活，无地面障碍，它能充分利用现有空间和场地，线路通道设置灵活，且抗干扰能力强，灰尘、噪音、地板上的细小物体都不能干扰搬运工作，如遇到较大物体，它将开动安全保险装置并制动搬运车或是自动避障。这使得无人叉车运行节拍连续可靠，不会造成大范围停工。适用于大规模作业，多辆同时行驶，自动避让，货物摆放精确规范，适应生产的自动化、连续性、柔性化需求。

    4.适用于特殊环境。无人叉车具有智能，低成本，高服从和安全运转的特点。可以应用在高危行业或特种行业，在寒冷和炎热气候下，以及在光线很差甚至没有光线的区域工作。

    2019年11月23日，智久和德邦联合举办了无人叉车和叉车司机的对抗赛，结果证明，在速度方面二者不分伯仲，但无人叉车在多机调度、多车协同、行走路径优化等方面更具备优势，而且一方面无人叉车的状态不会像叉车司机那样出现下滑；另一方面，叉车司机的精力体力有限，而在技术的加持下，无人叉车性能的上升空间非常巨大。

    （二）无人叉车VS传统AGV小车

    不可否认，在电商、物流等领域，AGV小车有其不可替代的适用性。然而在机械制造、汽车、炼钢等领域，无人叉车更加实用。

表1 无人叉车与AGV小车性能对比

    AGV小车的负载比较小，通常采用双轮差速旋转，转弯半径为零，因此显得比较灵活。抛开灵活性、转弯半径，从负载和功能性上面来说，无人叉车更具优势。常见的无人叉车负载都在2吨以上，尤其是托盘车，更是可以根据客户需求定制，负载区间更大。至于功能性，AGV小车只能提供一个搬运的功能，无人叉车不一样，有堆高的、牵引的、搬运的、窄通道三向插取的、前移式的。就系统完整性来说，无人叉车更容易与原有的生产系统形成工作闭环。

    （三）无人叉车VS全自动化立体仓库

    全自动化立体仓库利用立体仓库设备实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化，也是当前智能物流的应用热点之一。全自动化立体仓库(AS/RS)是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，通过以上设备的协调动作进行出入库作业。然而，由于其造价较高，投入较大，建造完成后不易更改等问题。有些制造企业已经应用无人叉车与普通高架库协同的解决方案替代全自动化立体仓库。

    杭叉智能的总经理任海华先生也表示，在货架高度不超过12米的普通高架库里应用无人叉车是可以替代全自动化立体仓库的，且杭叉智能已经有了非常成熟的解决方案。他们在一家光伏制造企业的4000平米的普通窄巷道（巷道1.9米）高架库内（货架高度11米左右），通过6台叉车AGV就成功实现了自动化仓储作业。另外，在一家从事国际海运拆装箱业务的知名物流企业——龙星物流，也成功应用了杭叉的解决方案，通过杭叉AGV混合调度系统，连同3台前移式AGV、7台堆垛AGV与该公司的WMS仓库管理系统、AMS自动舱单系统对接。WMS将物流任务下发给AMS，AMS针对任务进行管理下发作业指令给AGV，AGV执行并随时反馈信息给AMS，从而实现多AGV的协同作业。AGV叉车保证该物流中心的卸货和装箱的搬运任务，同时完成堆高储存任务，堆高能力达到9米，并在低能量时自动充电，实现24小时自动化仓储作业。

三、实施无人叉车项目的注意事项

图4 杭叉智能无人叉车整体解决方案

    在生产制造中，无人叉车能够在多个生产环节完成对接，在生产线、仓库等多样生产场景，根据进出口、生产线、上下线、装配线、传输线、车站、货架、操作点等不同需求，实现多种功能。因此需要根据应用场景的需求来选择合适的无人叉车解决方案。另外，一个有效的无人叉车智能化物流项目不仅仅涉及设备。相反，应该将它们作为复杂的解决方案来处理，包括设备，控制软件，无线通信，传感器，专用导航技术，系统集成和技术支持等，有时还包括布局重新配置。因此，实施无人叉车项目时，企业需要有以下注意事项：

    注意事项一：不盲目追求“一步到位”，逐步实施。企业实施无人叉车项目时，不要追求“一步到位”。需要按照“先连接，然后优化，最后进行自动化”的优先顺序进行实施。首先通过“连接”，使用远程信息处理和车队管理系统来获取有关叉车活动的准确基准数据，使无人叉车运转企业；其次，根据无人叉车的基准数据进行优化分析，改进和优化无人叉车的管理路径和计算模型；最后，在运行优化的基础上，选取真正需要自动化的地方实施无人叉车的无人化作业。

    注意事项二：注重投入产出比。有些人认为，引入无人驾驶叉车可以实现两年或更短的投资回报率。但是有专家警告说，物流的总体成本可能很高，因为最终用户必须考虑整个项目的成本，而不仅仅是新设备，有可能还涉及到工厂改造、软件系统购买、运维服务等等。如果整体成本较高，则可以选择使用部分自动化的设备或部分需求最迫切区域应用该产品。

    注意事项三：考虑产品的运行速度和效率。与物流配送中心（DC）所需要的快速步伐和频繁的轮换的需求相比，生产企业对无人叉车运行速度的要求并不高，但需要综合考虑多车辆协同运作的方案。车辆运行速度过快或过慢，将直接导致交通拥堵或车辆难以控制。此外，在适用无人驾驶叉车的ANSI/ITDSF B56.5安全标准下，这意味着它们需要比人工操作叉车更大的“工作范围”，在密集的操作环境中，可能需要较小的叉车来保持所需的最小间隙。

    注意事项四：考虑设备的适应性。企业在选择设备时，需要满足在人工干预的情况下，无人叉车能轻松切换到手动模式。另外还要考虑无人叉车是否能够适应动态的多变的厂区环境。

    注意事项五：建立企业内部有效的项目实施团队。成功实施无人叉车智能物流项目是多方合作的共赢结果，需要企业和解决方案提供商共同努力。企业内部需要建立由高层领导的有效的项目实施团队，实施团队提供企业需求、反馈运行异常、跟进项目进度，以确保项目的顺利实施。

    注意事项六：确保售后维护与技术支持。无人叉车智能物流项目除了叉车设备的维修维护，还包括软件的升级与更新。企业需要确保无人叉车解决方案提供商能够提供大部分技术支持和本地化服务。

    注意事项七：建立有关规章制度，注重企业内部人员培训。一方面，无人叉车的“道路规则”与传统车辆的指南不同，为了安全起见，在车辆运行前期必须明确定义规则，建立有关管理规定。即使无人叉车配备了防止碰撞的传感器，还是会有一些无法预测的情况发生，因此执行这些管理规定至关重要。另一方面，应该注重培训作业区内的每位员工如何与无人叉车互动，包括避让、紧急制动、异常处理等等。

四、无人叉车未来发展方向

    未来，无人叉车将不仅仅是简单的把货物搬运到指定的位置，而是要把5G技术、大数据、物联网、云计算等贯穿于产品的设计中，让无人叉车成为一种实时感应、安全识别、多重避障、智能决策、自动执行等多功能的新型智能工业设备。作为智能单元的无人叉车，还应该具有物联网全面感知与硬件单元互联与互操作功能，当多台无人叉车组建叉车车队系统时，可以实现系统级的进化，形成叉车车队智慧系统；此外，叉车还应该可以与其他的物流智能硬件互联互通与互操作。

    （一）大型化和高速化

    大型化是指设备的规模、能力越来越大。高速化是指设备的运转速度、运行速度、识别速度、运算速度大大加快。无人叉车未来应在载重和举升方面做研发升级，在运行速度等方面做升级，但是前提还是需保证产品的可靠安全。

    （二）实用化和轻型化

    由于无人叉车是在通用的场合使用，作业按生产线节拍来定，因此应好用，易维护、操作，具有耐久性、无故障性和良好的经济性，以及较高的安全性、可靠性和环保性。考虑到综合效益，未来无人叉车可在简化结构、优化叉车性能及结构方面等做部分调整。

    （三）专用化和标准化

    随着生产工艺流程的多样性，无人叉车的品种越来越多且不断更新。搬运活动的系统性、一致性，经济性、机动性、快速化，要求一些AGV厂商向通用化、标准化方向发展。

    （四）成套化和系统化

    只有当组成生产系统的设备成套匹配时，生产流程才是最有效、最经济的。在无人叉车基础上，通过其中央控制系统与MES、ERP、RFID等其他系统无缝对接，协调配合，发挥出整个生产流程最佳效用。为此，成套化和系统化具有广阔的发展前景。未来无人叉车企业更多的是给应用企业提供一个完整的解决方案，而不是单独一台两台无人叉车产品去卖。要与应用企业完整的生产体系以及相关软件对接，这样才能真正把枯燥的工业制造通过无人叉车产品改善整个生产过程，并且在实践过程中不断优化无人叉车解决方案。

五、国内无人叉车市场及知名厂商

    纵观近十年国内叉车的发展，2012年开始传统叉车出现明显下降，之后一直保持着下降趋势，而无人叉车从2012年开始增速明显。总体而言，无论是导航技术的不断成熟还是人工智能技术的应用，最终的根本目的都是未来提高无人叉车的效率，更好的替代人工最大程度的减少成本。虽然目前整体来说，无人叉车市场规模尚小，但它作为AGV行业的一个细分领域，未来替代的是广阔的传统叉车市场，前景远大。据新战略机器人产业研究所统计、中国移动机器人（AGV）产业联盟数据，2019年中国无人叉车（含视觉导航）销量达2700台，较之于2018年度增长幅度为80%，市场规模达13亿元，较之于2018年增长44%。随着生产无人化、少人化的逐步深入，无人叉车刚需明显，市场潜力巨大。

图5 无人叉车行业企业类型分布

    数据来源于中国移动机器人（AGV）产业联盟数据、新战略机器人产业研究所

    我国无人叉车在2014年之前市场仅有数家企业在销售，2014之后，无人叉车企业雨后春笋，诸多企业纷纷切入市场。据了解，活跃在国内无人叉车市场的企业数量超过200家。据中国移动机器人（AGV）产业联盟数据、新战略机器人产业研究所统计，目前国内无人叉车厂商包括专业AGV厂商、传统叉车厂商、物流集成商及仓储机器人企业等，其中传统AGV企业占比52%，仓储机器人企业占比16%，物流集成商占比18%，传统叉车企业占比14%。

表2 国内部分主流无人叉车产品提供商