1 引言
機器人在解決勞動力不足、提高生產率、改進產品質量和降低生產成本方面發揮著越來越顯著的作用。2007年比爾·蓋茨在《環球科學》中親筆撰寫了《機器人將徹底改變人類的生活方式》一文，再次向世界預言：機器人將與30年前的個人電腦一樣邁人家家戶戶，徹底改變人類的生活方式。工業領域的焊接、噴涂、搬運、裝配等場合，已經開始大量使用機器人。另外，在軍事、海洋探測、航天、醫療、農業、林業甚至服務娛樂行業，也都開始使用機器人。未來物流業的發展同樣離不開機器人技術的支持，機器人技術在物流作業過程中發揮著越來越重要的作用，是引領現代物流業發展趨勢的重要因素。
本文通過對比國內外機器人技術的發展，分析機器人技術在我國物流業中的應用現狀及存在問題，并提出相應的發展建議，以期重啟人們對機器人技術及現代物流業發展的思考。
2 國內外機器人發展及應用現狀
2.1 國外機器人發展現狀
自1962年美國制造了第一臺工業機器人以來，機器人就顯示出了極強的生命力。按照機器人產生和發展過程，機器人專家把機器人分為三代：分別是示教再現型機器人、感覺機器人和智能機器人。第一、二代機器人在各產業領域已經得到廣泛應用，而第三代機器人還處在研究開發階段，仍有很多技術問題有待解決，尤其在非結構性環境下機器人的自主作業能力還十分有限，然而，智能機器人的研究在各個國家都得到普遍重視，有不少國家把智能機器人的研究當作未來技術發展的戰略要點加以重視。按照應用環境，機器人可分為工業機器人和特種機器人。由于物流作業中用到的機器人主要是工業機器人，因此本文的討論以工業機器人為主。
目前，在工業發達國家，工業機器人已經廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電了電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、物流業等諸多領域。作為先進制造業中不可替代的重要裝備和手段，工業機器人已經成為衡量一個國家制造水平和科技水平的重要標志。在國外，工業機器人技術日趨成熟，并相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業機器人公司，如瑞典的ABB，日本的FANUC、YASKAWA、MOTOMAN，德國的KUKA等，這些公司已經成為其所在國家的支柱企業。據國際機器人聯合會(IFR)統計，上世紀60年代以來，全球共銷售工業機器人214.2萬多臺，若按每臺工業機器人的服務年限為12-15年計算，則2010年底全世界現役工業機器人保有量約為103.5-130萬臺。美國是機器人技術的發源地，日本率先從美國引進機器人技術，雖然起步比美國晚五六年，但日本政府十分重視機器人技術的發展，對工業機器人產業和應用實施了積極的扶植政策，日前日本在機器人的生產、出口和使用方面都位居世界榜首，榮獲了“機器人王國”的美譽。截止2010年底，日本每萬名工人擁有306臺工業機器人，工業機器人密度達到了世界平均水平的6倍，其次是韓國的287臺和德國的253臺，而中國的工業機器人密度也由2006年的37臺/萬工人增長到105臺/萬工人。
近年來，機器人技術研發與應用得到了各國的重視，機器人產業得到了快速發展，2010年全球共安裝工業機器人11.8萬臺。圖1為2010年各主要國家工業機器人安裝量占全球安裝量的比重，不難看出，日本和韓國的年安裝量遠高于其他國家，而中國的工業機器人安裝量位列世界第三位。從行業分布情況來看，汽車和電子工業是機器人應用最多的領域，物流業中的機器人安裝量也有了大幅度增張。
圖1 2010年世界各主要國家工業機器人安裝情況
2.2 國內機器人發展現狀
我國的工業機器人研究始于20世紀70年代，由于當時經濟體制等因素的制約，發展比較緩慢，研究和應用水平也比較低。1985年我國將工業機器人列入了“七·五”科技攻關計劃，形成了中國工業機器人研究的第一次高潮。在國家的支持下，我國已基本掌握了機器人的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，先后研發出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人，形成了一批具有競爭力的工業機器人研究機構和企業，如北京機械工業自動化研究所、新松機器人公司等。
2008年我國工業機器人年銷售收入達44.43億多元，是2003年銷售收入的4.96倍，年均增長37.75%。近年來，機器人作為高新技術產業，不管是在生產加工系統，還是在物流系統中都得到了長足的發展。據IFR預計，2014年我國工業機器人年安裝量將超越世界上任何國家。但從總體來講，我國機器人產業日前還很薄弱，相對于國外的先發、領先優勢，我國的機器人技術研發遠遠落后于美、日兩國，我國在智能機器人方面的研究還剛剛起步，具有中國知識產權的工業機器人較少，機器人傳感技術和機器人專用控制系統等方面的研究還比較薄弱，在機器人的應用方面仍較落后。日前我國的機器人技術僅相當于發達國家20世紀80年代的水平，且主要集中在廣東、江蘇、上海、北京等地，其工業機器人擁有量占全國的一半以上，外商獨資企業和中外合資企業是其主要用戶，而從生產銷售來看，我國機器人市場約88%的份額被國外機器人企業所占據。
3 機器人技術在物流業中的應用現狀
在物流產業高速發展的今天，機器人技術的應用程度已經成為決定企業間相互競爭和未來發展的重要衡量因素，目前，機器人技術在物流中的應用主要集中在包裝碼垛、裝卸搬運兩個作業環節，隨著新型機器人技術的不斷涌現，其他物流領域也出現了機器人的應用案例。
3.1 機器人技術在包裝碼垛作業中的應用
企業為了提高自動化程度和保證產品質量，通常需要高速物流線貫穿整個生產和包裝過程。機器人技術在包裝領域中應用廣泛，特別是在食品、煙草和醫藥等行業的大多數生產線已實現了高度自動化，其包裝和生產終端的碼垛作業基本都實現了機器人化作業。機器人作業精度高、柔性好、效率高，克服了傳統的機械式包裝占地面積大、程序更改復雜、耗電量大的缺點；同時避免了采用人工包裝造成的勞動量大、工時多、無法保證包裝質量等問題。國外研發的機器人已經具備足夠的智能來察覺生產線上的不易處理的各種產品，并且能夠基于很多的參數來做出相應的抓放動作，工業發達國家的食品、醫藥行業的包裝作業中機器人技術已得到廣泛應用。然而，在我國的絕大多數企業中，這種帶有高度重復性和智能性的抓放工作只能依靠大量的人工去完成，不僅給工廠增加了巨大的人工成本和管理成本，還難以保證包裝的合格率，而且人工的介入很容易給食品、醫藥帶來污染，影響產品的質量。
以碼垛作業為例，目前歐洲、美國和日本的包裝碼垛機器人在碼垛市場的占有率超過了90%，絕大多數包裝碼垛作業由機器人完成。碼垛機器人能適應于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝成品碼垛作業。包裝碼垛機器人在我國物流行業中也已得到廣泛應用，較典型的案例有蒙牛乳業、可口可樂、珠江啤酒等。他們借助機器人技術實現包裝碼垛作業的自動化，節約了成本，提高了物流效率和企業利潤。但與發達國家相比，國內包裝碼垛機器人在研發、生產及應用方面都有很大差距。
總之，包裝機器人在各工業領域得到越來越廣泛的應用，但國內包裝機器人的開發還處于起步階段，特別是隨著近年來食品、醫藥高端產品和個性化產品市場的不斷擴大，企業實現規模化生產的需求與裝備技術水平相對落后的矛盾顯得更為突出。我國“十一五”期間的863計劃再次將工業機器人列入了國家科技發展規劃，并提倡產學研模式。我們有理由相信，具有我國自主知識產權的高速包裝機器人及其成套設備在不久的將來必將結成碩果。
3.2 機器人技術在裝卸搬運中的應用
裝卸搬運是物流系統中最基本的功能要素之一，存在于貨物運輸、儲存、包裝、流通加工和配送等過程中，貫穿于物流作業的始末。當前，機器人技術越來越多的被應用于物流的裝卸搬運作業，從而直接提高了物流系統的效率和效益。搬運機器人可安裝不同的末端執行器來完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動，目前已被廣泛應用到工廠內部工序間的搬運、制造系統和物流系統連續的運轉以及國際化大型港口的集裝箱自動搬運。
搬運機器人的出現，不僅可以充分利用工作環境的空間，而且提高了物料的搬運能力，大大節約了裝卸搬運過程中的作業時間，提高了裝卸效率。部分發達國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的搬運必須由搬運機器人來完成。目前搬運機器人的最大負載可以達到500公斤。
搬運機器人與其他機器人設備相比，在價格方面便宜很多，而且技術較為成熟，被越來越多的物流企業所接受。在國外如英國泰晤士港、日本川崎港以及荷蘭鹿特丹港均規劃建設了自動化運轉的集裝箱碼頭，在使用自動搬運機器人后，堆場的工作效率大幅提高。隨著經濟實力的增強，國內對搬運機器人的需求也在日益擴大。
3.3 機器人在物流其他方面的應用
目前，世界各國都在致力于機器人的研發，新型機器人不斷涌現，并在冷鏈物流、醫藥物流及倉儲作業中開始應用。德國KUKA公司專門為冷凍食品行業的物流開發了一款能在零下30攝氏度環境下工作的機器人，開創了機器人技術在冷鏈物流中應用的先河。另外，在醫藥物流方面，由德國ROWA公司研發的“機械手式自動化藥房”是典型代表，這種自動化藥房是由一個機械手進行藥盒搬運，實現藥品的進庫與出庫，并且能實現藥盒的密集存儲和數量管理。我國的自動化藥房的研究還處在初級階段，但為了適應中國醫院的自動化藥房的要求，實現藥品的快速配送和高效率的管理，自動化藥房的研究還要一直進行下去。一家名為Kiva system的公司仿照電腦內存隨機存取的原理，開發出一種能加快處理網上訂單的機器人應用系統，商品倉庫被安排成像內存芯片一樣，由縱橫交錯的獨立式貨架組成網格，這些網格使得機器人可在任意時間接觸到倉庫中的任何物品，一個客戶下完訂單后，機器人在一分鐘之內就可將訂單上的貨物交給工人進行包裝，如果一個訂單內包含多種物品，機器人能盡可能快地為工人整理好以便IT人進行包裝，一旦貨物包裝完成，機器人能拿起這些箱子，將它們臨時存放起來或交付給適當的送貨車。
雖然在冷鏈物流、醫藥物流及倉儲作業中出現了機器人的應用案例，但目前由于該方面機器人技術尚未成熟，因此暫未形成規模。相信隨著機器人技術的進步，新型的物流用機器人不斷出現，未來機器人可以更好地替代人類，出現在物流的各個作業環節，為物流的快速發展做出貢獻。
4 機器人在我國物流行業推廣應用的主要障礙和解決措施
4.1 物流企業對機器人的認知度還不高
雖然機器入技術在物流業中的應用已初見成效，但對大多數物流企業尤其是中小物流企業來說，對機器人技術還不是很了解，還沒有認識到機器人給企業帶來的效益，從而導致機器入技術在物流業中不能大范圍的推廣和使用。在日本，機器人技術的應用已非常廣泛，一般的工廠已經用機器人進行生產。而在我國，只有比較先進的工廠或外資企業使用機器人。能否及時轉變陳舊的觀念，進而跟上現代物流發展的趨勢，成為企業管理者的當務之急。而相比國外，我國政府在這一方面做的還很不足，國家和有關企業應把機器人知識的普及和宣傳放在一個重要位置上。
4.2 機器人的自主性和環境適應性還有待提高
物流企業對機器人及機器人自動化成套裝備需求強勁，為機器人產業的發展提供了良好的機遇，而機器人技術遲遲沒有在物流業中得到廣泛應用，其中一個重要原因是機器人技術的發展相對滯后。目前機器人的自主性不高，只能在固定的環境中作業，對于可變環境的適應能力較差，從而導致了機器人僅能完成較簡單的物流作業，不能適應較復雜的物流作業環境。目前，日本已把可變環境中搬運機器人系統列入了先進機器人關鍵技術開發計劃。
我國的機器人技術發展還較落后，機器人需要的許多關鍵原部件需要進口，國產機器人價格沒有優勢，機器人產業化發展較慢，市場一直處于培育期，缺少有效的機器人產業發展策略。為此，我國政府、相應研究機構和有實力的企業都應重視機器人技術的研發和推廣應用，在機器人關鍵技術上加大研究力度，注重機器人的基礎技術研究，并把重點放在機器人的應用研究上，使機器人技術的研究和應用相互促進。
4.3 我國低勞動力成本阻礙了機器人優勢的發揮
長期以來，由于機器人成本較高而勞動力價格相對低廉，我國大部分企業走的是勞動密集型道路。我國物流業發展起步較晚，目前仍處在相對落后的階段，人工作業的比重較大。國內物流企業大都是民營企業，中小企業居多，資金有限，而購買機器人需要大筆的資金，在勞動力成本相對較低的情況下，中小物流企業寧愿選擇成本較低的人工作業，再加上對機器人的認識不足，不愿冒購買和使用機器人的風險。
隨著國民經濟的快速發展，生產技術的進步和勞動力成本的不斷上升，如何進一步提高物流效率、服務質量和企業競爭力，改善工人勞動條件，已經成為企業不得不考慮的問題，為此，物流企業對工業機器人的需求將不斷增長。隨著機器人產業化程度的逐步提高，目前機器人生產批量小、生產和應用成本高的現狀將會得到極大改善，這使機器人在物流業中進一步推廣應用成為可能。
4.4 機器人的應用、維護、管理人才缺乏
雖然機器人的自動化、智能化已日趨成熟，但仍需要專業的機器人技術人員的控制與維護。為了保障機器人的正常運轉，各機器人使用企業需引進一批具備機器人技術知識，懂機器人的應用與維護的技術和管理人才，而目前我國機器人技術人員嚴重缺乏，在就業市場上供不應求，而且這些人員的勞動報酬相對較高，致使相關物流企業無法或不愿花高薪引進該類人才，從而無法保障機器人正常、高效的運行，使得機器人不能充分發揮應有的效用。
建議機器人相關部門或協會可以借鑒臺灣機器入學會的做法，制定機器人產業人才培養計劃，為各類機器人應用企業培養機器人技術人員和管理人員，企業也應端正對機器人和機器人技術人才的認識，放眼長遠，注重長效，重視相關人才的引進和培養。
4.5 我國機器人產業化程度相對較低
目前，我國機器人產業化程度仍然較低，生產批量小，從而使礙機器人的生產和維護成本較普通的物流設備高得多，物流企業寧愿選擇效率較低、成本也較低的普通物流設備或者人工作業方式，從而阻礙了機器人在物流業中的推廣。我國機器人產業發展潛力巨大，如何加快機器人的產業化進程，提高機器人的質量、降低機器人生產制造成本，應該引起相關政府部分和企業的重視。
機器人產業屬于國家戰略性高技術產業，國家應該制定長遠政策加以規劃和發展。國內機器人公司目前在技術、人才、資金等方面面臨著國外大公司的激烈競爭，與國外的大公司相比，國內公司在各個方面都存在不小差距，需要國家在資金、稅收等各個方面給予一定的優惠政策，把機器人產業發展納入到重要產業政策中，鼓勵企業采用國產機器人，如對購置機器人的企業進行優惠補貼，以進一步推廣機器人在物流業中的應用．擴大市場需求，以市場來拉動機器入技術的進步和產業化進程。日本政府通過制定政策，采取一系列措施鼓勵企業應用機器人，幫助日本機器人在其國內開拓市場的經驗值得我們借鑒。美國、日本、歐洲正是由于政府對機器人技術的重視和大力度的投入，才使得他們在機器人先進技術和應用領域取得了領先優勢。中國機器人產業的發展正處于關鍵的轉折點，如果政府加大扶持力度再向前推進一步，中國的機器入產業將會跨上一個新的臺階，進入快速發展階段。
5 機器人技術在物流業中的應用前景
機器人作為最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍廣，作為先進制造業的支撐技術和信息化社會的新興產業，必將對未來的生產和社會發展起著越來越重要的作用，機器人將逐漸成為自動化生產線的主要形式。國外專家預測，機器人產業是繼汽車、計算機之后出現的一種新的大型高技術產業。
機器人技術可以有效地提高物流效率和質量，而且對保障人身安全、改善勞動環境、減輕勞動強度、提高勞動生產率、節約材料消耗以及降低生產成本都具有十分重要的意義。近年來，機器人技術在物流業中的應用優勢慢慢體現了出來，一些國內外企業由于在物流作業中應用機器人技術，不僅使企業的經營規模增大，更重要的是搶先一步，走在了現代物流行列的前列，引領了物流業未來發展的趨勢。目前，越來越多的企業把引進機器人技術作為公司長遠發展的重要一步，比如沃爾瑪、豐田、蒙牛等。機器人技術不僅在包裝和裝卸搬運中得到廣泛應用，隨著機器人技術的不斷進步和各種智能機器人的不斷涌現，運輸配送、流通加工、倉儲和信息處理等物流作業環節中機器人也必將得到廣泛應用。
可以預見，隨著機器人技術的不斷進步和物流市場競爭的不斷加劇，機器人技術在物流業中的應用范圍和規模必將逐步擴大，機器人將更好、更高效地服務于物流業，從而促進現代物流業的快速發展。
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本文標題：機器人技術在物流業中的應用
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