单元化容器：物流实体网络高效运行的智能模块

作者：尼迪玛•格罗弗 班旺•蒙特勒伊

来源：实物互联网PI

实物互联网Physical Internet是超链接的/覆盖全球的物流系统，能够促进资源快捷共享和物流无缝整合，并通过标准化的封装、模块、协议和接口，来提升产能、效率、稳定性和可持续性，以更好地满足人们的物质需要[1]。

什么是单元化物流（unitized logistics）？

单元化物流是在物流和供应链过程中，采用一定的单元器具对物品的存储和操作进行规范，并在一定范围内保持其物理形态和信息的稳定，以便实施物流作业，提升作业效率的一种物流过程。

托盘、叉车、货架、货车车厢尺寸等一旦遵循同一个标准体系，实现匹配，就能实现更大价值。目前，我国托盘保有量为15~16亿片，每年都会生产约2亿片托盘。但这个数量平均到每人，与美国等发达国家相比仍存在着极大的差距。

为什么要物流单元化？

这里需要了解一些枯燥的理论“活性搬运指数”

搬运活性指数是指搬运某种状态下的物品所需要进行的四项作业(集中、搬起、升起、运走)中已 经不需要进行的作业数目。

搬运活性是指物品按照装卸与搬运次数进行分类，通常用活性指数0、1、2、3、4来表示。指数越高表明搬运的方便程度越高，搬运起来越容易。例如：无包装在地面散放的货物很不方便移动，其活性指数为0；有包装或放置在一般容器内的物品，其活性指数为1；装载在托盘上或者入集装箱的物品，其活性指数为2；在无棚货车与可移动设备及工具上装载的货品，其活性指数为3；放置在输送线上，其活性指数为4。

搬运指数即要将物体集成为单元，再进行平移是最能体现搬运指数的理论依据的。

其中，标准的/智能的实物互联网容器，在实物互联网中发挥着关键作用。它们不仅减轻了运输、处理和包装的巨大成本负担，还提供了很多运营操作上的便利。

实物互联网容器应具备的特征和功能。 目前，实物互联网容器还处于概念化的阶段，但是这些要求并不是遥不可及的。 在示例中，我们将举出一些已经能满足部分功能的商业化的容器，并探讨未来的可能性。

（图1：智能模块化容器具有多种功能）

集装单元器具标准化的重要性

单元化物流系统中，物流作业是以集装单元为对象而组织的装卸、搬运、储存和运输等一体化运作方式的活动。单元化物流作业系统是由货物单元、集装器具、物料搬运技术装备设备和输送设备以及运输车辆等有机和谐组成的高效、快速地进行物流功能运作的系统。在供应链各个环节、各种作业和作业机械之间需要协调配合统一标准，货物单元是单元化物流的作业对象，是组成单元化物流的主体，货物单元标准决定于集装单元器具标准。集装器具的标准是系统标准化的起点，单元化物流作业机械和运输设备的规格标准都应该以集装单元的标准为参照制定执行。

集装单元器具承载着货物形成货物单元，货物包装的规格尺寸也应该和集装器具标准相匹配，从而充分提高集装器具的容积率。货物包装和集装器具相匹配就是要按照集装单元器具的规格来制定货物包装方案，而不是根据包装规格来确定集装器具的大小。因为集装器具和包装在物流系统中的概念定位是不同的。有一些文献把集装和包装混为一谈，其实不然。集装和包装在功能、处理对象和技术应用范围等方面都有原则性的区别，如下表所示：

集 装

包 装

功能

把零散物品集合为一个整体，便于进行物流作业。服务对象是物流系统。

起到保护商品或促进销售的作用。服务对象是商品及货物的本体。

处理对象

不同种类、规格、尺寸的物品可以共同形成一个集装单元。

一般是针对某一种商品形成一个包装单元。

集装器具和包装器材的性质

集装器具有通用性，和承载的物品属性没有内在联系，可以回收循环使用于不同种类的物品。

包装器材是商品的附属物，商品消费后一般成为废弃物，其中一部分也可以回收加工再利用。

技术应用范围

是单元化物流的核心技术，涉及供应链各个环节的物流作业。

限于包装环节，如包装技术、包装机械、包装材料等。

表一：集装与包装的区别

集装器具标准化是单元化物流系统的基本要求和必须具备的条件，是推行单元化物流必须遵守的原则。为了提高集装器具的容积率，货物包装规格应该以集装器具标准为依据进行设计和实行。

集装单元器具的标准处于单元化物流系统标准化的核心位置，它影响相关物流作业机械如货架、搬运机械、运输车辆的规格设定，同时又对货物包装的规格尺寸形成约束条件。从集装器具出发推行系统的标准化是建设单元化物流系统必须遵循的原则，集装单元的设计成为物流系统规划设计的起点。

1. 简介

在数字互联网Digital Internet中，我们将信息封装，以数据包的形式传输——数字互联网并不需要处理数据包内信息。

受此启发，在基于实物互联网Physical Internet的物流系统中，人们可以将快递包裹，封装在模块化的实物互联网容器中。这些模块化的容器，具有统一的标准尺寸，它们可以像乐高积木或俄罗斯方块一样，整齐堆叠在一起。一方面，便于操作；另一方面，省却了处理内容的时间。根据尺寸，从大到小，这些容器可以分为运输级、处理级和包装级，小号的容器可以装在大号的容器中(如图2)，处理级的容器也可以做成模块化的小箱子(如图3)，从而可以放在移动货架上，便于搬运。

马尔科姆•麦克林的天才发明——航运集装箱，自1958年起，彻底改变了航运业，拉高了世界的经济，也拉近了世界的距离。在航运系统更便宜、内在连接更紧密的影响下，全球经济发生了转变。[5]同样为了提高运输效率而发明的运输级、处理级和包装级实物互联网容器，也会改变世界物流业，使其成为一个更加超互联的网络。

（图2：处理级容器封装在运输级容器内）

（图3：模块化容器在移动货架上）

2. 实物互联网容器的特点与优势

设计模块化容器，具有组合在一起装载更多货物的能力，并可以在需要时轻易拆解。为了实现这些设想，模块化容器采用卡扣式联锁设计(如图4)，坚固可靠，能够保障安全的运输和处理，将对货物的损坏降到最小。

这些功能，使装货和卸货更容易、更快捷。

这些智能容器，贴有射频识别标签和基于物联网的通信功能，从而能更好地与其他容器协调联动。它们具有追踪记录货物的温度/湿度等信息的功能，从而可以保障货物安全。

同时，由于这些容器可以重复回收使用，所以很环保。而且它们又轻又薄，可以最大限度降低运输负担，还具有不同的结构强度，来适应不同的目的和需求，比如有些情况下，纸箱容器就可以，有些时候可能要可降解塑料或者金属盒子。

这些实物互联网容器，可以很好地整合运输路径相同的货物。这将简化操作，减少物流站的处理工作量，减少在中转站消耗的时间，从而使货物在高度集成的网络中运输，简化了物流网络。比如在图4中，颜色代表不同的容器箱；灵活便捷的卡扣联锁设计，使得组合和拆解变得迅速安全，模块化和标准化的容器箱也使组合和拆解变得迅速，能够提高车厢中的空间利用率。

（图 4：模块化容器采用卡扣式联锁设计，可实现组合和拆解，从而简化运输和处理操作 [1]）

3. 实物互联网容器中的动态整合封装

在基于实物互联网的超互联物流中，容器通过物流枢纽的多层网状网络进行运输，文献证实：其比传统网络更高效、更可持续、更有弹性。

分散的包裹，被整合封装在模块化的实物互联网容器中，因此它们在多枢纽的旅程中，在很长一段时间内，都是一起运输的，这就减少了在中转站的处理时间，并使运输车的利用率大大提高。

实物互联网的研究人员，综合考虑每个容器在路径中的中转站序列、到达时间、目标出发时间和尺寸，专注于动态优化容器在中转站的整合封装。卡布德万和蒙特勒伊的研究（2021）[8]、格罗弗和蒙特勒伊的研究（2021）[9]，以及谢赫等人（2021）的研究[10]，开发了优化模型和处理流程，使处理成本最小/利用率最大，并同时确保尽可能满足交付时间、整合目标和其他运营限制。

如图5所示，模块化容器的使用，促进了中转站处理流程的革新。有了模块化的运输容器，司机在交接时，可以直接交换模块化的运输容器或直接交换整个车辆。他们可以给车辆加油，或者给电车充电/更换电池。有了包含在运输级容器内的处理级容器，人们可以将它们轻松转运到不同的拖车上[5]。

处理级容器可以进一步通过整合，例如用货架整合，形成更大的复合容器，从而可以作为整体交叉对接，或将复合容器重新整体安排，使同一复合容器内的所有容器一起运输。

对于封装在处理级容器内的包装级容器，可能需要在中转站重新装箱，使得处理级容器内的所有容器合并，从而使它们在中转站之间的很长一段旅程中，保持同步运输。这使得容器可以在中转站统一交叉停靠或转运，而不是被送入分拣，从而可以减少容器在中转站的停留时间。

（图 5: 多种利用模块化运输、容器处理简化物流站操作的实例[5]，以颜色区分物品的目的地。图片从上至下/从左至右，分别为互换司机、互换拖车、装卸部分货架、分解重组货架与分解重组包裹）

4. 实物互联网中的工业进步

智能运输容器：爱乐(Aeler)科技创业公司(https://www.aeler.com/)，开发了下一代智能运输容器，从而提高效率/保护货物，并使得供应链更智能且具有可持续性。

模块化处理容器：波内拉集团(Ponera group)(https://www.poneragroup.com/)，在可重复使用的模块化工业包装方面进行了创新，发明了不同尺寸的模块。这些模块可以在任何方向相互连接，从而满足所需的表面积，并且易于组装和拆卸。

如图6所示，亚马逊物流中心，正在使用托盘上的模块化手提容器。欧盟亚马逊的配送站，还应用了可以装入移动推车的模块化袋子(或货架)。

模块化包装容器：例如米泰克(MiTek)这样的公司(https://www.mii.com/)，正在对整合制造进行创新，希望将物品有效地包装在模块化容器中，从而减少对容器填充物的需求。

（图6：亚马逊中转站的包裹处理((图片来源网络)）

国外案例：

在欧洲区域，单元化-小型集装箱物流创新模式成为了欧盟Ctiylog项目工程和欧洲最大电商Ocado在中短途及城配场景上颠覆性 创新的典型应用。

欧洲citylog城市配送工程，大量采用单元化理念，而且专门为小集 装箱开发了自动装卸的技术方案，一辆车一个司机，不用其他装卸设备，即可完成小集装箱的装卸与搬运。

Citylog中的Bento物流配送箱，减少终端85%的汽车运输，从而大 幅度减轻车辆进城压力。此外，终端配送员的配送距离大幅缩短，货物延误与差错降低，还可进行夜间配送服务。

欧洲最大电商Ocado的配送车队，车辆上装载的是五颜六色 的单元化、标准化的配送箱，是提前分拣好的配送箱，可以大大减少配送场站的二次拣选。

在亚洲区域，单元化物流已经拓展到多式联运领域，比如日本铁路（JR)通过集装箱的公铁海联运，将货物运送至日本国内各 指定区域；通亚航运（ Trans Asia Line ，世界最大的集装箱租赁公司）在亚洲通往欧洲的航线上应用单元化集装箱多式联运。

单元化物流创新模式目前在国内零担物流和第三方物流市场兴起，出现了很多玩家，分为两类，一类是以零担物流或第三方物流本身运营为主，开始实行单元化集装箱公交货巴班车运行模式，另一类是以轻资产技术平台为主，通过SaaS信息系统+集装箱的应用，推进标准化的高效率的网络构建。

进一步的创新思路

模块化容器的设计，有着很大的创新空间。通过利用物联网技术，可以使它们变得智能，从而实现容器内温度和湿度的跟踪与调节。这些功能的实现需要应用智能标签，通信技术在这方面有很大创新空间。这些采用卡扣联锁设计的容器，需要经过设计便于制造和组装。容器的设计还需要考虑可持续性，以确保它们可以重复回收和利用。

搬运这些容器的机器人技术也有创新空间。在这个领域，已经有一些初创公司出现。如图7所示，可以使用机器人来简化复合容器的装卸操作；使用机器人在车间转移容器、在机架间搬运模块化手提容器，转运站的运营更加高效。

（图7：装卸机器人(图片来源网络)）

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