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(chǔ)物流自動(dòng)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(gè)直觀的認(rèn)識(shí)：

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(shí)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(chǔ)系統(tǒng)中的訂單朝著更加碎片化的方向發(fā)展，倉儲(chǔ)的訂單履行需要從大量的料箱類存儲(chǔ)單元

前世

與托盤類起源時(shí)的坎坷出身不同的是，料箱類的自動(dòng)化立體庫是含著金鑰匙出身的。

料箱自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)是建立在傳統(tǒng)托盤類自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)上被發(fā)展出來的。從傳統(tǒng)托盤類自動(dòng)化立體庫到料箱類的自動(dòng)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(dòng)化立體庫。而這一過程并未經(jīng)歷很長的時(shí)間，傳統(tǒng)的托盤自動(dòng)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(dòng)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(jì)

• 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(dòng)化立體庫信息管理系統(tǒng)與自動(dòng)設(shè)備的對(duì)接

• 其他無數(shù)技術(shù)細(xì)節(jié)

miniload輕載型自動(dòng)化立體庫的誕生，開啟了后續(xù)無數(shù)種料箱類自動(dòng)倉儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(gè)方向：

密集

與托盤自動(dòng)化立體庫的優(yōu)化過程類似，miniload自動(dòng)化立體庫也有需要更加密集的應(yīng)用場景，需要每臺(tái)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(dòng)化立體庫。

多伸位的料箱存儲(chǔ)貨位用法與托盤類的類似。

與托盤的密集存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)響應(yīng)成為倉儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)機(jī)構(gòu)：

或者更靈活的雙載貨臺(tái)

或者雙層分離的載貨臺(tái)上疊加雙存儲(chǔ)貨位：

亦或者同一巷道內(nèi)多臺(tái)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(duì)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(dòng)作，使料箱的存儲(chǔ)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(huì)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(shí)代的到來，商品的種類越來越繁多，訂單批量越來越小，而對(duì)時(shí)效性要求卻越來越高，倉庫已經(jīng)不只是存儲(chǔ)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(shí)600個(gè)訂單行的吞吐量。

為了應(yīng)對(duì)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(gè)巷道為例，如果能在一個(gè)軌道上布置N臺(tái)minload堆垛機(jī)，那勢必可以提升整體效率。

不幸的是一個(gè)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(gè)巷道內(nèi)的各個(gè)層同時(shí)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(gè)出入庫設(shè)備，整體效率將會(huì)是10倍（現(xiàn)實(shí)不可能）。

此時(shí)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(gè)穿梭車在不同貨架層上前后運(yùn)行和存儲(chǔ)料箱代替了堆垛機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)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(dòng)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(dòng)。

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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)，也能左右移動(dòng)，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(chǔ)，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(chǔ)，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(chǔ)料箱立體庫

以上所有的料箱自動(dòng)立體庫對(duì)于料箱單元的存儲(chǔ)動(dòng)作都是由一個(gè)自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)朝著貨架左右的方向完成料箱的存儲(chǔ)，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?；谶@種的思路出發(fā)，國外有垂直式的料箱自動(dòng)立體庫被研發(fā)出來。這種自動(dòng)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(gè)個(gè)的格子里，料箱和料箱之間是上下堆疊的，所有的存放動(dòng)作有位于貨架上方的多臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人完成，貨架既是存儲(chǔ)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(chǔ)工藝和現(xiàn)場工控的不同，不同的行業(yè)往往會(huì)有自己特殊的需求場景。因此除了上述的幾種料箱自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)位，工程師們針對(duì)性的運(yùn)用自己的智慧，開發(fā)除了一些針對(duì)特定應(yīng)用場景下的特殊的料箱類的自動(dòng)化存儲(chǔ)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(gè)個(gè)互相堆疊摞在地上，然后由一個(gè)天車式的機(jī)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)也可以完成同樣的自動(dòng)存儲(chǔ)的效果。這種自動(dòng)立體庫需要料箱互相能物理上上下兩個(gè)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(duì)應(yīng)的貨架占地范圍上整體是個(gè)長方形的布局，這就意味著需要自動(dòng)化的存儲(chǔ)設(shè)備需要順著長邊的方形進(jìn)行移動(dòng)才能夠到所有的物料單元，移動(dòng)就需要消耗時(shí)間，如果當(dāng)前的訂單需要出入庫很快，并且存儲(chǔ)的容量不大的話，可以考慮用如下的自動(dòng)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(dòng)貨架立體庫

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

旋轉(zhuǎn)立體庫

與移動(dòng)貨架自動(dòng)庫類似，整個(gè)貨架單元旋轉(zhuǎn)起來并結(jié)合自動(dòng)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(chǔ)在一個(gè)可以自動(dòng)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(gè)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?；陬怟iva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(chǔ)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(dòng)化立體庫倉庫經(jīng)久不衰，目前仍舊在各個(gè)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(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)是傳統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)化存儲(chǔ)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?？傊?，隨著人工智能技術(shù)的逐漸普及，未來的自動(dòng)化立體倉庫會(huì)演化成何種形式，很值得我們的期待！