摘要：近年来，机器人技术有了跨越式的发展，机器人产业已然成为国家发展的重大战略，机器人替代低端劳动力已成为不可逆转的趋势。现国外民用航空业已陆续出现搬运与服务相关机器人，为顺应时代发展趋势，本报告对物流行业中的搬运机器人进行了一些研究，阐述了使用行李搬运机器人的必要性，对比了人工搬运与机器人搬运的成本，并得出了相应的结论。
关键词：智能物流、机器人应用、机场分拣
1、背景简介
近几年，无论从国家顶层设计到地方规划、产业路线图，一系列针对机器人的扶持政策连续密集地出台，形成了完整的政策体系，机器人产业也已然上升为国家战略。
2015年5月19日，中国政府发布《中国制造2025》规划，作为我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领，文件提出了九大战略任务、十大重点领域和五项重大工程，其中机器人产业是其中核心发展重点。
2016年4月，工信部、发改委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，提出聚焦智能制造、智能物流，面向智慧生活、现代服务、特殊作业等方面的需求，在此过程中，将出台系列政策，加大财税支持力度，拓展融资渠道，营造良好市场环境，培育重点领域机器人应用系统集成商及综合解决方案服务商。
2015年深圳市政府将搬运机器人、码垛机器人及现代物流业列入《产业结构调整优化和产业导向目录》，成为重点扶持产业。同时，市、区两级政府出台了多项配套政策，引导运输、物流业向自动化、智能化发展。
2、智能搬运机器人方案简介
（一）方案整体介绍
该方案对深圳机场所有行李转盘进行了通盘考量与设计，在每个分拣传送带旁配备一台搬运机器人，配套以专门开发的运行系统，并与深航现有行李数据对接，能够实现所属行李传送带完全自动化、智能化作业。机器人可根据工作实际需要进行增加或减少，例如可在两个一组的传送带之间配置滑轨，当一台机器人空闲时，可自动就近配置到需要工作的工位。
图1 现场布局概况
图2 单组传送带配置概况
（二）搬运机器人简介
单个搬运机器人的主要组成部分为：
（1）由六轴器械手与传送拖盘组成的机械搬运机构；
（2）采用工业传送带机构传送行李箱、包等物件；
（3）采用360度工业测量相机对行李箱与行李包的长、宽、高座标位置进行测量。
（4）装载深度学习系统对行李搬运能力进行学习与提升。
图3 搬运机器人示意图
（三）搬运机器人主要性能
（1）最大载重量：60KG
（2）每小时组装载数：360件
（3）最大尺寸：三边之和不超过158厘米
（4）智能化功能：自动识别、根据航班号分装、自动码摞
（四）主要工作流程
（1）行李箱通过传送带传送到CCD相机工作位置后进行长、宽、高与座标位置的测量；
（2）测量完成后把测量参数发送给机器人，机器人跟据行李箱的长、宽、高和位置自动调整机械手取料方式，固定在机械手上的行李箱拖盘与传送带对接，把行李箱传送到机械手行李箱拖盘上；
（3）机械手根据预读的航班号与行李重量信息，按照航班号区分行李，并可按照配载要求，对前后仓行李进行区分；
（4）机械手根据行李车的空位放置行李箱，每放一个行李箱机器都自动计算行李箱所占用的空间。放完第一个行李箱后机械手上的相机拍测行李车的空位、距离，根据下一个行李箱的尺寸自动选择足够放置的空间，依次进行码垛；
（5）机器人自动检测行李车是否装满，如果装满机器自动停止报警，更换空行李车后重新开始运行。
图4 工作示意图
3、深圳机场具体实施建议
（一）离港行李部分
现有的基础设施将非常适合整合自动化装载系统。在约50％的装载泊位，楼层空间和高度可适用于安装装载机器人，并在上层楼层(行李分拣小车运转层)安装行李传送带(便于机器人逐件搬运行李)。其实等于是将目前地面层行李传送带码头区提升，为机器人搬运提供缓冲区。
有一种可行的方法是在上层使用现有的分拣机出口(直接安装行李填进传送带)，替换原有的落体下降式螺旋槽。通过更换现有的地面传送带，将机器人单元更换在同一区域，甚至可以使用缩短的传送带进行组合操作（手动部分：ULD顶部部分的装载，和商务/一等行李，机器人部分：经济仓行李）。
通过直接与分拣机外送口的链接，可以实现行李的自动跟踪（还需要验证行李控制系统的确认接口），不需要额外的对行李标签进行阅读。
此外，由于现有的早到行李存储（EBS）系统，可以引入行李机器人操作，这将提高机器人单元的操作效率（此系统可确保不间断地发送行李给机器人搬运）。在将行李发送到机器人之前，通过对批次进行取样，可以实现行李到机器人的连续流动式操作。然而，这种操作模式要求行李过程和飞机分配进行调整变化，这样就需要与机场行李管理团队进行讨论和验证。
要考虑的另一个问题是机器人及相关单元组的基本设计。根据要处理的航班，将一个以上的飞机航班对应的行李小车/航空集装箱分配给机器人搬运行李可能会更有效率。因此，即使航班的行李数量不足也可以减少机器人的空闲时间（等待行李时间），这样可以提高机器人工作的整体工作量。
根据现有的行李大厅环境，可以实现多种选择，并且可以采用设计来利用优化的机器人单元布局。为了将来推出，甚至可以设想装载单元的混合设计。
从目前布局初步估算，在不需要更改现有建筑主体前提下，一个机器人单元可以同时服务2个目前的行李转盘。这个潜力在建筑设计初期如合理规划，还可以更高。
（二）到港行李部分
根据现场访问的印象，应该可以根据倾斜式倾倒概念集成整合自动卸载系统。
为了减少行李小车的耦合和开耦合的操作，应选择多功能倾斜式倾倒设计.在深圳机场，行李卸载场,应有空间放置2至3台车的卸载工作台。
4、必要性分析
1、人力资源短缺，人力成本日益高涨。
近年来，我国劳动力人口的增长率持续降低，随着社会逐步步入老龄化，劳动人口总量也将出现减少，人口红利逐步消失。珠三角制造业陆续出现了用工荒，工厂、工地工人出现短缺，人力资源面临短缺。另外，据中国南方人才市场连续第十年出版发行的《南方人才年度广东地区薪酬调查报告》显示，2015年度深圳平均工资连续3年居于广东地区榜首，平均月薪为7631元，平均涨幅为5%左右，日益高涨的用工成本为企业增添了比较大的负担。同时，劳动法规越来越严格，企业社保、公积金及其他福利支出也越来越多，这也变向地增加了企业的人力成本。
图5 中国人口总量与增长率趋势图
2、解放机械性重复劳动，投入更具有价值工作。
行李搬运工作中，搬运部分属于机械性重复劳动，也是非常繁重的体力劳动。行李搬运员在核实行李信息后，需要人工将行李由传送带提至行李车上摆放，平均每人每天需要搬运行李1000件左右，长时间机械性地用力，容易导致腰肌劳损等职业疾病。使用行李搬运机器人，能够为公司减少低端岗位，降低管理成本与风险。解放出来的劳动力也可以投入安全检查、质量监督、服务提升等更具价值的工作当中。
3、效率、可靠性大大提高，连续作业耐疲劳。
在重复性劳动方面，机器人占据绝对优势。该行李搬运机器人每小时搬运行李360件，作业高效。在搬运过程中机器人将按照预先设计好的动作，精度、可靠性极高，将真正做到轻拿轻放，完全避免抛接行李的可能性，最大限度地避免行李受损。同时，该机器人只要在通电的情况下，能够在噪音过大、环境温度过高或过低的情况下连续作业24小时，耐疲劳、连续作业等方面也明显优于人工。
5、经济性分析
（一）效率对比
与机器人集成的操作概念相比，机器人单元的技术性能（例如，单一装载的循环时间）仅起到较小的作用,机器人可能作为操作人员装载行李的工作速度较人工慢。但是，它能够不断地进行工作。如果可以确保连续的行李传送流向机器人（例如，通过装载调度分配最适合的航班或通过在EBS内的行李配比），总体日常装载量与人工手提装载进行比较可以增加2至3倍。
（二）财务费用对比
以某深圳基地航空公司为例，2015年X航深圳进港行李总量约为316.88万件，出港行李总量约为305.02万件，预计2016年全年进港行李数将达到352万件，出港行李总数将达到344万件，增长率分别为11.1%与12.8%。随着深圳城市国际与国内地位的提高，进出港旅客总数将继续增长，X航进出港行李总数也将继续攀升，以年增长率10%测算，预计“十三五”末，深圳进出港行李总量将突破1000万件每年。
表1 深圳进出港行李增长测算表
为满足“十三五”末的行李搬运需要，并留有一定余量，预计引入10台行李搬运机器人能替代X航现有普通行李搬运人员60人。假设“十三五”期间，不新增招聘行李搬运人员，整体工资增长率为5%，则十年间整体付出工资约为3773万元。使用十台行李搬运机器人，假设售价为200万元每台（包含硬件、软件开发费用与税费，产品十年保修），同时计入每年总价值千分之一的维护费用，则十年间整体付出成本约为2651万元，同时使用搬运机器人可适量减少对机场行李传送带的租用。对比使用人工成本3773万元，使用行李搬运机器人在财务成本上较为占优。
表2 采用人力搬运与搬运机器人搬运成本对比表
（三）对财务报表的影响
行李机器人保修年限为10年，计入每年维护费用后，假设采取平均折旧的方法，折旧年份为8年，预计8年后残值为0,则每年对该航净利润的影响为：2017年250万元，2018年至2024年310万元，2020年至2021年为60万元。对比采用人工2018年以后每年的影响均在310万元以上，则使用行李搬运机器人对X航的财务报表影响也低于使用人工。同时，机器人采购中增值税部分可抵扣，可抵扣进项税约为290万元。
表3 财务影响对比表
6、政府相关扶持政策
深圳市、区两级政府分别出台了相应政策，对机器人使用单位进行补助。经研究，适用于深航的补助有以下两项：
（一）深圳市科技应用示范项目，单个项目资助强度不超过500万元；
（二）宝安区机器换人资助项目，示范项目，给予设备投入的15%，不超过200万元的补贴；一般项目，给予设备投入的10%，不超过100万元补贴。
预计可得到市、区两级政府共不超过700万元的补贴。
7、结论
采用行李搬运机器人搬运行李，无论在财务成本上，还是财务影响上，都是比较有利的。同时，使用行李搬运机器人可减少管理成本，缓解人力资源短缺，增加更有价值工作投入，提高工作效率和可靠性。因此，建议开展行李搬运机器人项目，加大研究力度。
论文作者：习 峰、邓志平-深圳航空有限责任公司
来源：四型机场
