作为货物基本单元之一，托盘被广泛用于储存、拣选和配送等物流系统全过程仓储物流。在长期的历史演变过程中，托盘自动化仓储物流解决方案也在不断发生变化。本文主要对托盘自动化物流系统的技术演变、应用范围和发展趋势进行了全面介绍与分析。
当人们在讨论自动化物流系统解决方案时，会特别关注货物单元化问题仓储物流。目前，主要有三种典型的货物单元：集装箱、托盘和周转箱。集装箱的用途主要在于解决航空货物和海运货物的装卸和运输问题，箱单元（包括周转箱和纸箱）主要在于解决拆零拣选和配送问题，只有托盘单元，被广泛用于储存、拣选和配送等物流系统全过程。因此，托盘单元在物流系统中一直备受关注，也是物流系统中最常见的处理对象和解决方案。
托盘和计算机信息系统被认为是现代物流系统的两大支柱仓储物流。托盘是传统物流走向现代物流的关键标志和分水岭。正是因为托盘的发明和在物流系统中的应用，使得无论是物流作业效率，还是管理水平，都出现了质的飞跃。
托盘自动化解决方案，在长期的历史演变过程中，其技术、应用范围、解决方案等也都在发生翻天覆地的变化仓储物流。这些变化贯穿于物流和供应链的全部过程，即装卸、储存、分拣、搬运、配送以及信息化处理等。
在全球范围内，托盘特别是联运托盘，很早就已有国际标准仓储物流。比如，最早的ISO托盘标准是在1961年颁布的，距今已有60多年，瑞典更是在1947年就曾颁布过托盘标准，我国则在1982年颁布自己的托盘标准（GB/T2934:1982）。然而，早期的托盘尺寸和规格仍比较混乱，现代物流技术也在刚刚起步阶段，洲际货物贸易量也处于较低水平。尽管如此，托盘的大致尺度却比较明确，如1200mm×1000mm，1200mm×800mm，1100mm×1100mm，1140mm×1140mm等，载重量大致在1000kg左右。托盘在不断应用中，其单元尺寸、形式和重量也在不断突破，以适应生产和流通的需求。如钢板用的托盘，其重量可能会超过10吨，而一些铝型材、钢材立体库内应用的托盘，长度会超过7000mm甚至更多。
在现代仓储物流技术发展方面，自动化立体库（AS/RS）是一种标志性技术仓储物流。世界上第一座自动化立体库已经无法考证，但时间应早于1960年。我国的第一座立体库建设开始于1973年，大致在1978年投入使用。自动化立体库被认为是现代物流仓储技术的重大发明之一，并开启了立体存储的新纪元。此后，新的自动化技术层出不穷，其应用也日益广泛。从自动化立体储存，发展到自动搬运（如AGV的应用），以及自动装卸、带板运输等，逐渐形成如今百花齐放的繁荣景象。
托盘自动化仓储物流系统的技术演变
1.储存环节
托盘单元用于储存环节仓储物流，既是托盘自动化最典型的应用，也是取得最显著成效的应用，主要有几个方面的优势：
一是解决快速存取问题仓储物流。托盘存储被认为是最有效的存储方式，自动化立体库堆垛机相较于叉车等存储装备技术，其存储效率大幅度提升，尤其针对高度超过15米以上的立体库的作业，传统叉车对此则已无能为力。
二是解决立体存取和密集存储问题仓储物流。在高度上，自动化立体库很早就突破了叉车的限制，最高时超过40米。此外，随着各种密集存储技术的诞生，使空间利用率大幅提升。
三是解决先入先出（FIFO）等管理问题仓储物流。FIFO被认为是现代物流的典型策略之一，而正是因为采用托盘和立体库，使得完全的先入先出成为可能。
自动化立体仓库
虽然自动化立体库技术出现较早，但国外真正大规模应用是在20世纪80年代以后，日本和欧洲成为自动化立体库应用最早和最多的国家和地区仓储物流。长期以来，托盘的自动化存储要解决的问题，主要包括：一是密集存储效率，二是存取效率，三是降低成本，四是提升系统的柔性。几乎所有关于托盘自动化技术的发展，基本是围绕这几点展开。
在解决密集存储方面，首先是立体库的高度，从不到20米逐步提升到40米以上，使空间利用率大大提升；其次是堆垛技术，从一开始的单深度堆垛技术发展到双深度，以及多深度（如重力式堆垛技术）仓储物流。随着不同存取技术的发明，密集存储逐渐发展到一个新高度，如穿梭板技术、子母车技术、四向穿梭车技术等，使存储密度、灵活性和适应性等得到进一步提升。特别是近年来的四向穿梭车的发明应用，使托盘自动化存储技术达到一个新高度。
堆垛机
众所周知，一台堆垛机的作业效率，根据自身的参数配置（巷道的长度和高度，堆垛机的三个方向的速度和加速度等）和托盘大小不同，其大致在20～60托盘/小时之间仓储物流。为提升作业效率，工程师们采取了诸多措施，如提升设备起升和运行的速度和加速度，采用变频控制和伺服控制技术，优化堆垛机的速度曲线等，使单机设备的性能大幅度提升。此外，采用多工位代替单工位，也是提升效率的常见方法。四向穿梭车技术更是一项具有革命性的技术，并将作业效率提升到一个前所未有的高度。
在一些项目中，如何降低投资成本是设计的关键目标，各种技术也由此应运而生仓储物流。为降低成本，减少关键设备（主要是堆垛机）的数量，成为研发的重要方向。转弯堆垛机和道岔式堆垛机的研究取得了明显效果。由于货物存取的需求千差万别，各种异形堆垛机得到广泛应用。
关于柔性技术的发展，主要基于两个方面考虑：其一是降低成本，快速部署；其二是解决现场作业的场地限制问题仓储物流。AGV的应用，是系统柔性化的最典型例子。早在20世纪60～70年代，AGV就已发明出来，但大量应用还是2000年以后的事情。特别是最近10年，随着技术不断成熟和成本大幅度降低，AGV技术和应用得到迅猛发展。一方面，AGV取代输送机完成输送作业成为一种趋势，另一方面则是在高度较低的场合，AGV可以直接取代叉车或堆垛机完成立体存取作业，更加凸显出柔性化的巨大影响力。
2.输送与搬运环节
托盘自动化解决方案在输送与搬运环节的应用，最初是与自动化立体库作业紧密联系的，如托盘输送机、提升机、直线穿梭车、环形穿梭车、四向穿梭车等技术的应用就是如此仓储物流。然而，更为熟悉的托盘搬运技术则是无人叉车技术的应用。
托盘输送线
当前，叉车仍是仓库内最主要的搬运设备仓储物流。为实现叉车作业的自动化和无人化，AGV和无人叉车应运而生。AGV分为顶升移载式和叉式两种，叉式AGV可以直接将托盘从地面取走或放置在地面，这是其主要优点，其成本较高；顶升移载式AGV成本较低，却无法将托盘放在地面或从地面直接取走，其灵活性大打折扣。无人叉车是叉式AGV的一种典型形式，在很多情况下，无人叉车可以完成高架库内托盘的存取作业，使库内自动化达到一个新高度。
AGV的技术演变，主要是其导航方式的演变仓储物流。最早的导航方式是磁条和磁钉导航，后来又尝试采用图像导航技术，到20世纪90年代中后期，激光导航横空出世，这是AGV导航技术的一次巨大突破。进入21世纪，开始流行采用二维码导航，因为其廉价也使AGV/KIVA的价格得以大幅下降。此后，RFID技术被应用到AGV导航，以弥补二维码导航的不足。2015年之后，随着自动驾驶技术不断成熟，基于机器视觉的自然导航技术成为最新研究成果，并有望取代此前的导航技术。
穿梭车
3.装卸、集货、配送环节
与其他领域的自动化发展路径一样，物流自动化的演变也是历经从局部到整体的一个过程，从开始只注重储存等少数环节，逐渐演变到聚焦物流仓储的各个环节仓储物流。由于技术难度大、投入大，加上人的固有思维限制，物流系统中的装卸环节一直不被重视，自动化装卸技术的研究和应用时间相对较短。其实，就物流系统整体来说，无论是从作业成本、装备投入，还是从对物流效率的影响看，装卸环节都占据非常重要的地位。装卸效率直接影响着月台的数量、停车场的大小以及集货区的设计，甚至影响车辆的使用率。
（1）自动码垛与自动拆垛
机械手码垛与拆垛的应用有超过40年的历史，如今机械手在物流系统中的角色，已从备选变为必选仓储物流。特别是在生产物流系统中，机械手作为完成从生产线到立体库之间自动衔接的关键技术，已经成为物流解决方案的标配。自动码垛技术还被经常应用于自动拣选过程，尽管在混合码垛等方面还存在一些技术难题，但机械手的应用已日渐为人所接受。
（2）自动装车与自动卸车
装车与卸车作业是非常影响物流作业效率的重要环节之一仓储物流。尤其是对于一些吞吐量较大和货物笨重的物流场景，托盘的自动装卸货显得尤为重要。随着机器视觉技术的应用，自动装卸将变得相对容易，其应用也将呈现多元化趋势。
（3）自动集货
在集货环节，采用AGV辅助集货已经成为很多物流中心的首选仓储物流。更加重要的应用，是采用立体化集货以解决集货空间不足的问题。
（4）带板运输
配送环节采用带板运输的价值逐渐被认可仓储物流。带板运输不仅可以大量节约月台资源，而且在车辆资源利用、货物保护、节约人力等多方面，也具有显著优势。然而，带板运输尚需克服托盘回收和托盘管理方面的难题，托盘共用体系的建立或将为解决这一难题提供答案。
托盘自动化仓储物流系统的应用范围
1.制造业领域
制造业领域（也称为生产领域）是托盘自动化物流系统最早的应用场景之一仓储物流。制造业涵盖机械、汽车、航空、火车、新能源、电子、家电、鞋服、食品、烟草、酒类、饮料、制药、石化等多个行业，其中主要牵涉到原材料、外购件、中间件以及制成品的物流问题。
在制造业企业物流中，托盘的规格多样性是其典型特性之一仓储物流。不同的产品类型，所用托盘单元的差异极大，从而会增加托盘自动化的难度。此外，制造业企业物流的流程与生产工艺紧密相连，生产产品不同，节拍不同，对物流的需求各异，尤其是线边库呈现出五花八门的态势，更加加剧了物流解决方案的个性化。这是制造业物流的难点所在。
越来越多的制造业物流倾向于采用全自动化解决方案仓储物流。AGV的应用最早就在离散型制造业企业中得以实现。面对个性化、规模化的生产特征，物流在生产中的角色显得愈发重要，将生产和物流紧密联系在一起，是制造业物流发展的一个趋势。在生产车间或组装车间，原辅料和零部件的及时自动供给，产成品的自动码垛、入库，是未来生产物流升级的主要内容。
2.流通及电商领域
随着商业化程度加快，尤其是电子商务发展，流通领域物流变得越来越重要仓储物流。连锁企业（B2B）和电子商务（B2C）的物流配送，成为流通领域两个最重要的分支。
对于线下连锁企业而言，无论是大卖场、便利店等综合超市，还是各种门类产品的门店，典型的如鞋服、卷烟、图书、零食、医药、酒类等，其物流供应链模式已基本趋同，即：采用中央仓模式，直接配送到终端仓，或采用中央仓+地方仓两级模式，其选择主要看布局成本、物流量和响应时间要求等仓储物流。中央仓一般采用自动化立体库技术或密集存储技术，解决大宗货物的储存问题，各种拆零拣选技术则负责完成按订单的拆零拣选。“货到人”拣选和全自动拣选受到越来越多企业的认可。由于连锁企业的规模越来越大，物流中心的规模也越来越大。在鞋服行业，安踏的中央仓规模超过30万平方米，其立体库储存能力超过10万托盘。在医药流通领域，以国药为代表的企业，其自动化立体库规模也越来越大，老百姓长沙物流中心规模超过10万平方米，立体库储存能力也达到5万托盘。酒类的成品库规模更是动辄数十万平方米，储存能力达到10万托盘以上。
在过去20年间，电子商务发生翻天覆地的变化仓储物流。2024年电商包裹数达到惊人的1745亿个，平均每天4.78亿个，高峰时超过10亿个。可以说，电子商务的蓬勃兴起，大大推动了中国物流技术的快速发展。虽然在电子商务物流系统中，托盘单元主要用于储存环节，但托盘自动化系统仍然占据十分重要的位置。尤其是在大件货物的存储和配送过程中，托盘是最主要的作业单元。
3.应急物流
我国的应急物流系统建设，在经历几次大的自然灾害特别是新冠疫情考验后，已经逐渐找到应对之策，这就是“平急两用”的策略仓储物流。
与民用需求不同，应急物流（包括应对自然灾害、疫情、战争等场合）特别要求快速响应与准确识别，包括快速集货、快速分拣、快速分发，以及准确定位、准确标识仓储物流。托盘单元化物流系统将是完成这一目标的最佳选择。随着数字化技术的应用，以托盘为单位的接收、储存、拣选、集货、配送，将极大提升物流响应效率，并且在配送过程中易于跟踪追溯，在现场易于识别定位。而自动化不仅可以提升配送中心的作业效率，还可避免因人员对系统和环境的生疏导致的现场混乱，使作业有条不紊。
在应急物流系统建设中，存在的一个棘手问题是：花费很大力气建设的应急物流中心，往往到时却派不上用场仓储物流。信息管理混乱，系统操作不熟练，人员对作业流程普遍感到陌生，设备出现故障，等等。为此，平时的训练和演习是非常必要的。这就是“平急两用”的基本出发点。无论是人员，还是系统和设备，都要处于一个可以随时转换的状态，以便在应急时刻可以做到“召之即来，来之能战，战之能胜”。
4.农业和其仓储物流他领域
托盘自动化系统凭借其独特优势，在国民经济的各个方面都有广泛应用仓储物流。比如，在农产品（渔业、畜牧、果蔬、花卉等）储存和配送方面，通过实现全程冷链和单元化作业，产品品质将得以最大限度的保护，损耗也将降低到一个新水平。在冷链物流系统中，托盘自动化存储在提升存储效率、降低能耗，以及将作业区和存储区分开，以提升作业环境的舒适度等方面显得尤为重要。
托盘自动化在农业领域的另一个应用是立体化农业，如立体化种花、立体化种菜、立体化养殖等仓储物流。关于这方面的应用已有先例，未来市场将十分广阔。
托盘自动化仓储物流系统的发展趋势
1.技术发展趋势
科学技术的发展没有止境，物流技术也是如此仓储物流。从大的趋势看，人工智能将对物流技术产生颠覆性的变革，智慧物流将是未来物流技术发展的主要方向和特征。
从具体的技术创新方向看，其目标非常清晰，即追求更高的效率与更低的成本，以便提供更好和更加多元化的服务仓储物流。人工智能只是一种技术手段，其作用是为单元化物流赋能。至于数字化、智能化、柔性化等具体技术的应用更是如此。可以肯定的是，无论技术如何发展，以托盘为单元的物流处理手段将是优先方式。
从短期的技术发展前景看，自动化立体库技术和以AGV为代表的柔性化技术将会进一步得到快速发展，其在储存、搬运、输送等方面的应用将更加普遍，机械手（包括人形机器人）则在收发货组盘、自动拣选、自动装卸和车间自动组盘等应用环节更加普及，托盘四向穿梭车目前还处于发展的初级阶段，未来将更加智能化、更加柔性化，并且适应性更广，如在冷库中的应用就是一个巨大市场仓储物流。传统的堆垛机，也将变得更智能、更安全和更高效。
宏观来看，我国的托盘自动化技术，无论是堆垛机、穿梭车（主要是环形穿梭车和四向穿梭车），还是AGV技术，已越来越接近世界先进水平仓储物流。关键零部件和元器件的国产化替代成为共识。但我们也要看到，并不是所有供应商的产品都具有很高水准，因此要全面提升国产设备的技术水平，仍需相当长的时间。
2.应用发展趋势
尽管在制造业领域，智能物流的作用得到前所未有的重视，但还远远不够仓储物流。托盘自动化系统将越来越重视无人化和智能化。未来工厂的设计，将不得不重新审视物流的地位。现有关于线边库、AGV、悬挂系统等的处理方式，可能会被颠覆，更加精准的配送，更加柔性化的技术应用，以及车间与仓储系统的一体化等，将是未来探索的方向。物流很有可能反过来对生产工艺提出要求，如车间的布局等。在标准化层面，对产品包装将有一个全新认识。包装单元的标准化，将反过来影响产品的设计。
在商业流通领域，未来主要将会是线下连锁+电子商务的基本模式，而线下连锁还会承担一部分电子商务的职能仓储物流。以托盘为单元的储存仍将会是最主要的储存模式，而在拣选和配送环节，更多的应用也将会是基于托盘单元的。尤其是线下连锁店的带托盘配送更是如此。
电子商务已经成为日常生活中不可缺少的部分，并且逐步成为终端销售的最主要方式仓储物流。2024年中国快递包裹数达到1745亿件，未来仍然存在较大的增长空间。电商物流中心的规模将越来越大，托盘仍然是货物储存的主要方式。以数字化为基础，更加智能化和柔性化的系统，将受到市场的青睐。
此外，我国的物流技术全面走出国门，将是未来的主要话题之一，也将迎来巨大的机会仓储物流。然而，技术和产品的成熟度是一个挑战，标准化更是需要引起广泛重视的问题。对于大多数企业来说，这是未来需要修炼的主要“内功”。
参考文献:
[1]尹军琪,托盘自动化立体库存库设备的选型分析,物流搜索公众微信号,2024.9.11.
[2]尹军琪,说说托盘标准化问题,伍强智能公众微信号,2024.6.12.