物流無人機發(fā)展趨勢,打造專業(yè)物流無人機

5月31日，在杭州“2018 全球智慧物流峰會”上由菜鳥、北航和長鷹信質三方聯(lián)袂打造的“噸位級”民用物流無人機正式對外發(fā)布，受到了物流行業(yè)、無人機行業(yè)以及廣大用戶的高度關注?！爸腔邸蔽锪魇潜敬畏鍟闹黝}，在現場我們看到了各式各樣的智能物流產品，包括自動化搬運車、自動揀選器、智能廂式卡車、機器人、自動化無人倉儲以及物流無人機，無一不透露如今蓬勃發(fā)展的物流事業(yè)。

1 當前物流發(fā)展需求

自從互聯(lián)網時代的到來帶動了電商的快速發(fā)展，與之同時也帶動了物流運輸和配送的巨大需求。隨著海運、陸運和空運等基礎設備的不斷完善，物流總額近十年來持續(xù)增長。據數據統(tǒng)計2016年國內物流運輸突破300億件，2017年更是突破400億件達到400.6億件，同比增長28.07%。如此龐大的物流體系從貨物拾取、揀選、打包、配送等環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人工操作和普通運輸無法滿足日益增長的物流運輸需求。因此，隨著國內自動化信息技術水平的不斷提升，國內智能物流系統(tǒng)行業(yè)也隨之應運而生。

工業(yè)4.0也就是物聯(lián)網的時代已經來臨，智能物流作為其核心組成部分在連接供應和生產環(huán)節(jié)起著重要的作用。如今，大型物流企業(yè)如菜鳥、京東、順豐等都已著手構建整套智能自動物流系統(tǒng)，將智能單元化物流技術、自動物流裝備、智能物流信息以及智能物流運輸系統(tǒng)逐漸完善。我國電商物流不再僅僅局限于簡單的倉儲、運輸與配送，而是通過構建新型的物流配送中心等模式提供供應鏈管理整體解決方案。新型物流配送中心使得網絡對物流配送的實施控制代替了傳統(tǒng)的物流配送管理程序，不僅大幅縮短了物流配送，而且極大的簡化了物流配送過程。物流運輸作為物流系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，也是促進社會不斷發(fā)展的重要因素之一。如今地面物流在一二線城市已經基本完善，但是在一些偏遠地區(qū)和島嶼之間的物流運輸仍然不是方便，無人機物流作為現代物流運輸的科技產品能快速而高效的解決這些地區(qū)的物流運輸問題。

02強大的研發(fā)和制造能力

北航是國內最早從事無人機研制的單位，先后自主研制了大型無人靶機、高空高速無人偵察機和中高空長航時無人偵察機。2016年原北航無人機所改制成為北航無人機公司，開始面向國內外市場，研發(fā)先進的無人機系統(tǒng)解決方案。2017年10月在浙江臺州下線的“天鷹”無人機，是北航無人機公司面向國內外市場推出的第一款新產品，是一種軍民兩用的中高空長航時無人機。物流無人機則是研發(fā)團隊在完成天鷹無人機的相關設計工作轉入試飛階段后，接下來開發(fā)的第二款大型民用無人機。

北航無人機公司及其前身北航無人機所一直以來從事大型高性能無人機的研發(fā)，不但有豐富的研發(fā)經驗而且與北航各院系深度合作，承擔了大量的預先研究等前瞻性課題，掌握了一系列先進無人機、飛行控制、空管系統(tǒng)的相關關鍵技術，然而物流無人機則是這些關鍵技術的應用集成。因此，順應目前時代發(fā)展的需求，菜鳥、北航和長鷹信質三方都有意打造和發(fā)展物流無人機事業(yè)，促進快速物流的發(fā)展。

03物流無人機發(fā)展趨勢

如今，商用無人機已經不是新鮮的概念了，在國外國外的Matternet、亞馬遜、UPS、DHL 等早在幾年前都已經開始在物流無人機領域布局。我國也已經有不少企業(yè)在研發(fā)和生產小型和大型的物流無人機，然而真正的要解決大載荷的物流運輸問題還是需要大型物流無人機。

近年來，隨著國民的消費能力的提升和消費方式的改變，導致了快件、特種貨物持續(xù)高速增長，帶來了大量的航空運輸需求。國內快遞航空對航空貨運飛機需求空間巨大，開始建立“干線”“支線”“末端”三級物流體系。其中干線主要是樞紐對樞紐的大宗貨物運輸，一般采用民航改裝的貨機如B757來執(zhí)行。然而對于末端消費者來說，如何快速解決“最后一公里”的配送問題對于支線運輸目前還相對空白。尤其是在省際的中長航段上，點到點，中小規(guī)模貨運量，突出考慮在中西部偏遠地區(qū)、山區(qū)、海島等地區(qū)運輸困難的問題，因此物流無人機的出現能解決行業(yè)的痛點。

04 打造專業(yè)物流無人機

目前，市面上所知的大型物流無人機基本上都是基于有人機改裝而來。然而，北航物流無人機是第一款專為物流場景而設計，采用正向開發(fā)思想設計的無人機，突出考慮了物流運輸低密度、快速轉運的需要。著重以“高效、智能、安全”三個方面為核心所研發(fā)，保證其在即便在一些特殊環(huán)境飛行時也能通過自主飛行管控技術從而能夠及時的判斷出危險。通過自主應急處置、自動迫降等技術實現順利安全的返航或降落。

高效

對于北航物流無人機來說除了創(chuàng)新氣動布局帶來的高氣動效率和燃油經濟性，面對物流場景，更突出的是容積效率和裝卸轉運效率。公司采用了集裝箱式運輸方式，通過標準規(guī)格的物流箱，實現物流無人機、物流無人直升機和地面物流車之間的空地一體快速聯(lián)運。為此北航借鑒了在C-5和An-124這類超大型軍用運輸機上才會采用的機體設計，頭部和尾門都可開啟，形成一個無障礙的貫通空間。采用上單翼布局，降低地板高度，并在地板上設置導軌、滾道、系留點、自動鎖止機構等專業(yè)設施。貫通式無障礙空間占到了機身體積的70%以上，超過16m3。其中僅固定裝載貨物的規(guī)整容積就達到了13.5m3，借用汽車行業(yè)的話來說，物流無人機采用了“越級空間設計”，在3噸級飛機上實現了5噸級飛機才有的空間。另外采用這種貫通式空間設計還帶來了其它的好處，就是物流無人機可以加裝自動空投系統(tǒng)，通過尾門完成空投任務，在應急救援、防災減災等方面也能發(fā)揮很大的作用。

智能

物流無人機一定是智能的，就是一臺高速聯(lián)網的智能終端。通過環(huán)境智能感知技術，可以讓無人機如生命一般實現視覺和聽覺。通過自主行為與決策技術，讓物流無人機思考、判斷和抉擇。最后再通過三維航線在線規(guī)劃技術，讓物流無人機的飛行既安全可靠又能使航程最優(yōu)化。目前北航已經實現了全自主、全權限的飛行控制，能夠全程自主飛行，自動起飛降落。但是，在物流機上需要更進一步引入智能控制技術。一方面，無人機能夠感知外界環(huán)境，自主進行決策，一定程度上能夠自動規(guī)劃航線、航跡。

安全

北航物流無人機將會引入全壽命周期健康管理系統(tǒng)和自主應急處置能力，從而實現自主應對各種險情。舉例來說，在空中進行實時健康診斷、評估和自主決策。如發(fā)生單點故障，則予以隔離。如發(fā)生局部故障，系統(tǒng)可以實現自動重構；發(fā)生嚴重故障，自動判斷返航或尋找備降場；發(fā)生致命故障，能夠自動應急迫降。在無人機智能化提高的前提下，地面系統(tǒng)也就能實現一站多機、一人多機的控制模式，最大限度地減輕飛行操作工作量，節(jié)省人力資源。

除了上面提到的實時健康診斷和自動應急處置外，還有一點是關鍵系統(tǒng)的余度設計與配置。比如采用雙發(fā)、雙電源系統(tǒng)、雙余度導航系統(tǒng)、多余度飛控系統(tǒng)、視距/衛(wèi)通鏈路系統(tǒng)等，大大提高無人機的可靠性。采用雙發(fā)設計在單發(fā)失效時仍能保證持續(xù)飛行。

05 北航物流無人機發(fā)展歷程

2017年10月在浙江臺州下線的“天鷹”無人機，是北航無人機公司面向國內外市場推出的第一款新產品，是一種軍民兩用的中高空長航時無人機。此次所發(fā)布的這款物流無人機則是研發(fā)團隊在完成天鷹無人機的相關設計工作并轉入試飛階段后才著手開發(fā)的第二款大型先進無人機。

歷程

2017年開始醞釀物流無人機的開發(fā)，先后與主要物流企業(yè)對接了解了用戶的需求，初步形成了無人機的設計要素，并開展了第一輪概念方案設計。

2018年5月正式啟動研制，目前正有條不紊的進行著。

2018年內準備完成方案設計。

2019年，預計完成詳細設計，樣機制造。

2020年，預計完成系統(tǒng)首飛，開展應用驗證，智能控制系統(tǒng)和無人機空管系統(tǒng)也將同步開發(fā)。

2025年預計可以初步建成無人機物流體系。

06 完善整套無人機物流體系

今后，北航無人機公司將進一步完善無人機物流體系，除固定翼支線物流無人機外，還將開發(fā)用于短途、市內或郊區(qū)、山區(qū)使用的無人物流直升機。可用于運輸重型、大件物品和戰(zhàn)略物資的無人飛艇。以及可用于海島間或島礁間等特殊應用場景的水上物流機等。所有機型都將具有通用的地面系統(tǒng)，并納入無人機空管系統(tǒng)，實現覆蓋各種應用場景的無人機物流體系。