今天讓老K再次帶著大家一起了解一下這些發(fā)生在我們倉儲物流自動化行業(yè)的工程師們的智慧結(jié)晶。

料箱與托盤

為了讓大家更好的理解托盤類立體庫與料箱類立體庫的區(qū)別，這里先把兩者的典型物料擺出來給大家有個直觀的認(rèn)識：

托盤類物料：

典型尺寸：1200mm(長)*1000mm（寬）*1500mm（高）

典型重量：1噸

料箱類物料：

典型尺寸：600mm(長)*400mm（寬）*200mm（高）

重量：20Kg

將料箱放置到托盤的感覺大概如下：

很顯然，在廠內(nèi)的所有物料環(huán)節(jié)中，不可能所有的物料存放單元都是以托盤為單位的，而伴隨著廠內(nèi)的物料的加工、揀選、臨時存放等過程更多發(fā)生的是以比托盤更小的物料為存放單元的，又或者是從托盤上拆下來的更小的物料單元。

另外隨著當(dāng)今商業(yè)的變化，電子商務(wù)的崛起，在Ｃ2B商業(yè)中大量的倉儲系統(tǒng)中的訂單朝著更加碎片化的方向發(fā)展，倉儲的訂單履行需要從大量的料箱類存儲單元

前世

與托盤類起源時的坎坷出身不同的是，料箱類的自動化立體庫是含著金鑰匙出身的。

料箱自動化倉儲系統(tǒng)是建立在傳統(tǒng)托盤類自動化倉儲系統(tǒng)上被發(fā)展出來的。從傳統(tǒng)托盤類自動化立體庫到料箱類的自動化立體庫，可以簡單粗暴的理解為將重載的設(shè)施更換為輕載的設(shè)置就順利過渡了，比如miniload料箱類自動化立體庫。而這一過程并未經(jīng)歷很長的時間，傳統(tǒng)的托盤自動化立體庫在上世紀(jì)60年代被發(fā)明出來，而在70年代miniload輕載立體庫就已經(jīng)被投入實(shí)際生產(chǎn)中使用了。

事實(shí)上，傳統(tǒng)的托盤自動化立體庫為miniload的誕生，鋪平了很多的技術(shù)上的道路：

• 系統(tǒng)整體構(gòu)架和設(shè)計

• 堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

• 堆垛機(jī)與配套設(shè)施的匹配：出入庫端、貨架、地面、消防等等

• 動化立體庫信息管理系統(tǒng)與自動設(shè)備的對接

• 其他無數(shù)技術(shù)細(xì)節(jié)

miniload輕載型自動化立體庫的誕生，開啟了后續(xù)無數(shù)種料箱類自動倉儲系統(tǒng)的發(fā)明和出現(xiàn)，通過無數(shù)的工程師的智慧和工程實(shí)踐，創(chuàng)建出各種精巧的輕載料箱類自動化立體庫的實(shí)際應(yīng)用。

經(jīng)典miniload立體庫

最早的miniload立體庫是參考傳統(tǒng)托盤式自動化立體庫而來的，因此物料的小型輕載化是所有相關(guān)的系統(tǒng)組成部分調(diào)整的方向：

• 高位托盤貨架調(diào)整為輕載料想式貨架

• 堆垛機(jī)本體輕量化，載貨臺調(diào)整的更加小巧

• 出入庫周邊的設(shè)施由1噸左右的重載調(diào)整為幾十公斤的輕載設(shè)施

與傳統(tǒng)托盤立體庫的平面布局類似，miniload立體庫常見的布局也類似如下：

今生

miniload立體庫在上世紀(jì)70年代就開始國外投入使用，隨著商業(yè)的發(fā)展、應(yīng)用場景的變化和自動化技術(shù)的進(jìn)步，miniload立體庫也在逐漸的發(fā)展中，主要體現(xiàn)在如下幾個方向：

密集

與托盤自動化立體庫的優(yōu)化過程類似，miniload自動化立體庫也有需要更加密集的應(yīng)用場景，需要每臺堆垛機(jī)能觸及更多的料箱。因此也有類似的雙伸位、三伸位甚至更多的伸位的密集的miniload自動化立體庫。

多伸位的料箱存儲貨位用法與托盤類的類似。

與托盤的密集存儲類似的系統(tǒng)也有miniload配合流利式貨架的方式，如下圖。

快速

在傳統(tǒng)商業(yè)模式中，主要以整托盤或者整箱為單元的大批量倉儲和運(yùn)輸，而隨著電商商業(yè)模式的變化，訂單碎片化特征越來越明顯，多頻次、小批量和及時響應(yīng)成為倉儲物流的方向。因此提高吞吐量也變?yōu)閙iniload立體庫的發(fā)展方向。

對于離散搬運(yùn)設(shè)備，提高其吞吐量，一方面可以提高miniload堆垛機(jī)的本身運(yùn)行速度，比如一些miniload堆垛機(jī)的水平運(yùn)行速度能高達(dá)300m/min；另外一方面也可以通過提升單次搬運(yùn)的裝載量來實(shí)現(xiàn)。比如堆垛機(jī)上的雙料箱存儲機(jī)構(gòu)：

或者更靈活的雙載貨臺

或者雙層分離的載貨臺上疊加雙存儲貨位：

亦或者同一巷道內(nèi)多臺miniload堆垛機(jī)并行實(shí)現(xiàn)吞吐量的最大化。

需要提出的是：與傳統(tǒng)托盤對堆垛機(jī)不同的是，由于處理的輕載物料在幾十公斤，因此miniload堆垛機(jī)上的存取機(jī)構(gòu)可以采用新的一方式：伸縮夾抱的方式，省去了傳統(tǒng)貨叉的提升動作，使料箱的存儲過程更加快速。

• 傳統(tǒng)貨叉：

• 伸縮夾抱：

以上提及的miniload立體庫中的使用前提是，所有的物料都是統(tǒng)一尺寸的，比如同樣的周轉(zhuǎn)箱或者統(tǒng)一尺寸的紙箱。而能處理各種不同尺寸料箱的立體庫是要滿足市場碎片化、產(chǎn)品差異化的必經(jīng)之路。通過改進(jìn)夾抱機(jī)構(gòu)使其可自調(diào)整以適應(yīng)不同的料箱尺寸，也在廣泛的應(yīng)用場景下會逐步投入使用。

演化

隨著近代電子商務(wù)突飛猛進(jìn)式的發(fā)展和大規(guī)模定制時代的到來，商品的種類越來越繁多，訂單批量越來越小，而對時效性要求卻越來越高，倉庫已經(jīng)不只是存儲和保管物料，而是以支撐快速周轉(zhuǎn)和訂單揀選的角色出現(xiàn)了。比如很多電商中揀選需要做到每人每小時600個訂單行的吞吐量。

為了應(yīng)對上述這種超高吞吐量的場景要求，工程師需要在常規(guī)的miniload立體庫上別出心裁的優(yōu)化和改造以提高料箱的出入庫吞吐率。

多層穿梭車系統(tǒng)

以一個巷道為例，如果能在一個軌道上布置N臺minload堆垛機(jī)，那勢必可以提升整體效率。

不幸的是一個軌道上的堆垛機(jī)太多了互相影響運(yùn)行，效率反而底下。

而從高度方向上如果按層把堆垛機(jī)分割后布置到各層上，則可將一個巷道內(nèi)的各個層同時并發(fā)出入庫，效率得到“層數(shù)倍”的提升。比如堆垛機(jī)有10層，按層分割后每層設(shè)置一個出入庫設(shè)備，整體效率將會是10倍（現(xiàn)實(shí)不可能）。

此時多層穿梭車就誕生出來了：

穿梭車只在本層的軌道上前后運(yùn)行，并用伸縮夾抱機(jī)構(gòu)進(jìn)行料箱的存取。多個穿梭車在不同貨架層上前后運(yùn)行和存儲料箱代替了堆垛機(jī)的運(yùn)行，同時由于穿梭車沒有升降功能，因此需要物料放置于每層的端口處，由專用提升機(jī)完成各層的互換。換句話將堆垛機(jī)的垂直升降動作轉(zhuǎn)移給了巷道口的料箱提升機(jī)，此提升機(jī)無需水平方面移動。

多穿系統(tǒng)的布局和基本構(gòu)成如下：

四向多穿系統(tǒng)

多層穿梭車立體庫里的每個穿梭車只能處理左右兩排貨架里的料箱，如果貨架排數(shù)較多，那就需要立體庫配置更多的穿梭車用來給多個巷道的料箱進(jìn)行進(jìn)出庫作業(yè)。如果穿梭車能自己移動到隔壁的巷道里，那多排貨架可以用少量的穿梭車就能完成所有料箱的進(jìn)出庫作業(yè)。也就是穿梭車除了能前后移動，也能左右移動，即四向多層穿梭車。

在吞吐量要求不算太高，布局需要更加靈活、需要節(jié)省整體系統(tǒng)的場景下，有類似的應(yīng)用需求。

整體的布局如下圖所示：

可爬升的多穿系統(tǒng)

不論是兩向多穿還是四向多穿系統(tǒng)，物料從貨架高處到揀選層都是通過提升機(jī)完成的。如果穿梭車能帶著物料在貨架上上升下降，則可以省掉提升機(jī)機(jī)構(gòu)，從而使系統(tǒng)的搭建將更加輕量化，系統(tǒng)柔性有提升。

“兩棲”穿梭系統(tǒng)

不論是miniload還是多穿系統(tǒng)，庫內(nèi)的搬運(yùn)設(shè)備由于必須沿著既定軌道，因此只負(fù)責(zé)庫內(nèi)貨架區(qū)域的物料存儲，物料離開立體庫到其他上下游設(shè)施使，多數(shù)都是采用輸送機(jī)或者其他設(shè)備。

如果堆垛機(jī)或者多穿系統(tǒng)能離開貨架而直接搬運(yùn)貨物進(jìn)入上下游，那系統(tǒng)的柔性將進(jìn)一步加強(qiáng)，整體系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)更加簡單。

貨架地面“兩棲”穿梭車并由此產(chǎn)生。此類穿梭車不僅能在貨架內(nèi)進(jìn)行物料的存儲，還可以直接離開貨架在普通地面運(yùn)行到人工揀選工位處。

垂直式存儲料箱立體庫

以上所有的料箱自動立體庫對于料箱單元的存儲動作都是由一個自動搬運(yùn)機(jī)構(gòu)朝著貨架左右的方向完成料箱的存儲，搬運(yùn)設(shè)備是沿著巷道運(yùn)行的。

如果把巷道去掉，那這樣的倉庫勢必是最密集的。基于這種的思路出發(fā)，國外有垂直式的料箱自動立體庫被研發(fā)出來。這種自動庫由垂直的貨架單元格組成，料箱被搬運(yùn)機(jī)器人放到垂直的一個個的格子里，料箱和料箱之間是上下堆疊的，所有的存放動作有位于貨架上方的多臺搬運(yùn)機(jī)器人完成，貨架既是存儲料箱的容器，也是搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行的軌道。

其他

在現(xiàn)實(shí)情況中，由于存儲工藝和現(xiàn)場工控的不同，不同的行業(yè)往往會有自己特殊的需求場景。因此除了上述的幾種料箱自動化倉儲系統(tǒng)位，工程師們針對性的運(yùn)用自己的智慧，開發(fā)除了一些針對特定應(yīng)用場景下的特殊的料箱類的自動化存儲系統(tǒng)。

無貨架式垂直立體庫

以上介紹的各種料箱立體庫形式都是將料箱存放到貨架里，如果不用貨架，料箱直接垂直的一個個互相堆疊摞在地上，然后由一個天車式的機(jī)構(gòu)進(jìn)行存儲也可以完成同樣的自動存儲的效果。這種自動立體庫需要料箱互相能物理上上下兩個料箱嵌套的很好，保證足夠的穩(wěn)定。

環(huán)形貨架機(jī)器人揀選庫

以上介紹的各種料箱立體庫里對應(yīng)的貨架占地范圍上整體是個長方形的布局，這就意味著需要自動化的存儲設(shè)備需要順著長邊的方形進(jìn)行移動才能夠到所有的物料單元，移動就需要消耗時間，如果當(dāng)前的訂單需要出入庫很快，并且存儲的容量不大的話，可以考慮用如下的自動化系統(tǒng)，想必很多人在網(wǎng)上看到過它的身影，在菜鳥無人倉里，由機(jī)械手配合環(huán)形貨架組合而成的小型立體庫。

移動貨架立體庫

上邊幾種料箱自動化立體庫都是由一個自動機(jī)器來搬運(yùn)倉庫里的每個料箱單元，而貨架是保持不動的，換個思路，如果貨架單元可以動的話，也可以達(dá)到自動進(jìn)出庫的目的。

旋轉(zhuǎn)立體庫

與移動貨架自動庫類似，整個貨架單元旋轉(zhuǎn)起來并結(jié)合自動存取機(jī)構(gòu)也在電商行業(yè)里有的案例應(yīng)用。料箱被存儲在一個可以自動旋轉(zhuǎn)的貨架結(jié)構(gòu)里，在旋轉(zhuǎn)貨架的一端配置有一個可以從貨架上自由提取料箱的進(jìn)出庫機(jī)構(gòu)。

柔性機(jī)器人料箱立體庫

隨著亞馬遜投資Kiva公司之后，類Kiva搬運(yùn)機(jī)器人在電商行業(yè)有了爆發(fā)式的應(yīng)用。類Kiva機(jī)器人無需地面軌道，通道地面二維碼定位慣性導(dǎo)航方式或者其他導(dǎo)航方式指導(dǎo)搬運(yùn)機(jī)器人在倉庫內(nèi)自由的運(yùn)行。基于類Kiva搬運(yùn)機(jī)器人的底盤，一些可以在高位貨架進(jìn)行料箱的存儲機(jī)器人也在貨到人揀選中有所應(yīng)用。

總結(jié)

經(jīng)典的自動化立體庫倉庫經(jīng)久不衰，目前仍舊在各個行業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。本文中提及的料箱類的各種自動化倉儲系統(tǒng)是傳統(tǒng)自動化托盤立體庫倉庫的延續(xù)和發(fā)展。每種不同的系統(tǒng)都有各自適應(yīng)的應(yīng)用場景，互相并不能完全替代。傳統(tǒng)方案有傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢和劣勢，新型的自動化存儲方案有前沿的技術(shù)加持，但也有很多潛在的問題和不一定能全面適應(yīng)的場景。總之，隨著人工智能技術(shù)的逐漸普及，未來的自動化立體倉庫會演化成何種形式，很值得我們的期待！