智能無人倉庫是如何發(fā)展到現(xiàn)在這么靈活化，智能化的？

各種各樣的無人倉庫，到底有什么區(qū)別，哪個最牛？

下一代機(jī)器人倉庫長什么樣，竟然能上天入地？

物流研究者，行業(yè)從業(yè)者，智能設(shè)備愛好者，必讀好文，3000字帶你了解智能無人倉庫的眾生相！

一、智能無人倉庫發(fā)展史

始祖誕生：第一個智能無人倉，也就是全自動倉庫系統(tǒng)，即所謂的AS/R系統(tǒng)（也稱巷道堆垛機(jī)式倉庫），是德國企業(yè)Demag在20世紀(jì)60年代推出的。從那時起，倉庫發(fā)生了重大變化，開始逐步引入了新的存儲和處理技術(shù)以及先進(jìn)的IT系統(tǒng)。在此后長達(dá)半個世紀(jì)的時間里，配備有堆垛機(jī)和傳送帶的自動化立體倉庫廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和物資流通等實際場景中，同時在學(xué)術(shù)界以Roodbergen和Rene de koster為先鋒的科學(xué)家們開始發(fā)表了大量的相關(guān)學(xué)術(shù)研究論文，促進(jìn)了自動化倉庫在各類場景中運(yùn)作效率的提升。

穿梭車統(tǒng)治時代：近十幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)與發(fā)展，對倉儲場景產(chǎn)生了重大影響。電子商務(wù)運(yùn)營的特點是儲存了大量的產(chǎn)品，訂單結(jié)構(gòu)復(fù)雜且訂單量變化很大，這也帶來了具有高存儲和靈活吞吐能力的AVS/R系統(tǒng)（也稱穿梭車式自動立體庫），這些系統(tǒng)使用帶內(nèi)部通道的高密度立體貨架，并在通道內(nèi)靈活部署自主運(yùn)行的穿梭車（Shuttle），而且貨架的垂直運(yùn)輸通過升降機(jī)實現(xiàn)。由Witron公司開創(chuàng)，將多種自動化技術(shù)相結(jié)合，誕生了這類更具有成本效益的高密度自動化體力倉庫。

機(jī)器人廣泛應(yīng)用：而伴隨著機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展，智能機(jī)器人在物流倉儲業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，一種由機(jī)器人提升和搬運(yùn)可移動貨架的倉庫系統(tǒng)開始出現(xiàn)，即2008年率先由KIVA Systems公司在美國注冊專利，2010年前后應(yīng)用在亞馬遜倉庫的KIVA系統(tǒng)（也稱移動貨架式機(jī)器人倉庫）。在這類倉庫中，機(jī)器人載著可移動貨架，在工作站和貨架區(qū)下方靈活運(yùn)輸。這類系統(tǒng)在吞吐量方面也非常靈活，因為可以向倉庫配置可變數(shù)量的機(jī)器人和工作站，這對于面臨柔性需求的互聯(lián)網(wǎng)零售商來說尤其重要。

上天入地自爬變革：當(dāng)前，智能科技時代的到來掀起了倉儲設(shè)備智能化大潮，國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布的《中國制造2025》強(qiáng)調(diào)推動智能設(shè)備在工業(yè)界的應(yīng)用，更為先進(jìn)和新興的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到了倉儲場景中。近幾年，出現(xiàn)了一類Self-climbing系統(tǒng)，即自爬式機(jī)器人倉庫，自爬式機(jī)器人可以獨立地爬上和爬下貨架，在貨架上存取標(biāo)準(zhǔn)化的料箱，自爬式機(jī)器人可以在倉庫中移動，沒有軌道，并將料箱運(yùn)送到工作站。通過配置自爬式機(jī)器人和特定的三維密集存儲貨架，這類倉庫已經(jīng)在Exotec Solutions和 Attabotics等企業(yè)得到實際應(yīng)用，學(xué)術(shù)界Yeming Gong教授團(tuán)隊對這類前沿系統(tǒng)開展了相關(guān)運(yùn)作管理的研究。

二、各類智能無人倉庫介紹、分析、對比

1、AS/R系統(tǒng)也減肥，同樣擁有“緊致身材”

這種系統(tǒng)包括貨架和自動搬運(yùn)設(shè)備（如起重機(jī)，自動叉車）。這些搬運(yùn)設(shè)備可以是巷道固定式（通常為起重機(jī)）或巷道漫游式（通常是高位自動叉車）。為了執(zhí)行存儲操作，起重機(jī)通常從輸送機(jī)上拾取貨物，并將其存儲在30至40米高的貨架中，一般過道中的駕駛和提升同時進(jìn)行。AS/R系統(tǒng)還可以配備倍深式貨架，例如在雙倍深式貨架中，起重機(jī)可以配備雙深位伸縮叉。

而在特定需要緊致化空間存儲的環(huán)境中，比如新鮮農(nóng)產(chǎn)品和冷藏倉庫，多倍深A(yù)S/R系統(tǒng)可以將貨物存儲在存儲通道中更深處，如圖所示。起重機(jī)負(fù)責(zé)在貨架的水平和垂直方向上的移動，起重機(jī)通過配合多深位存取設(shè)備，來實現(xiàn)在貨架深度的貨物存取。

多深位存取設(shè)備目前主流的主要有三種：

（1）多深位伸縮叉，較為常見，裝配在起重機(jī)上機(jī)械地將貨物推入儲位；

（2）傳送帶，在貨架上配有可以雙向移動的傳送帶，通常搭配后進(jìn)先出的存儲規(guī)則；

（3）穿梭車（Shuttle），帶有穿梭車的起重機(jī)來存取貨物，并行駛至存儲貨架，穿梭車來執(zhí)行深位貨架的貨物存取。

（多倍深A(yù)S/R系統(tǒng)）

2、AVS/R系統(tǒng)的改進(jìn)竟然啟發(fā)于兒童游戲？

AS/R系統(tǒng)在吞吐量方面缺乏靈活性，而AVS/R系統(tǒng)基于穿梭車和升降機(jī)，通過增加或減少設(shè)備數(shù)量，具有更大的生產(chǎn)靈活性，適用于安全可靠地處理各種產(chǎn)品，如紡織品、汽車零部件，電商件等。同樣的，基于存儲能力的提升，這類系統(tǒng)可以配置更為密集的多層多通道多倍深式的存儲貨架，這些穿梭車（四向/六向穿梭車）在每個存儲貨架內(nèi)的貨品或料箱下方移動，以存儲或取出貨物。

為了實現(xiàn)絕對最大的存儲密度，減少穿梭車的行駛巷道數(shù)量以提升存儲能力，有一類特殊的穿梭車式立體倉庫：Puzzle-based系統(tǒng)（或Live-Cube），如圖所示。這類倉庫模型由Kevin Gue教授于2007年最先發(fā)表，其靈感來源于Sam Loyd著名的兒童益智游戲（15張拼圖游戲，其中15個編號的卡片在4×4的網(wǎng)格內(nèi)滑動，游戲的目標(biāo)是從隨機(jī)的初始排列開始，按正確的數(shù)字順序排列卡片，不允許跨越卡片。類似于中國民間益智游戲華容道）。

卡片代表存儲在貨架中的料箱或托盤。貨架平面上只有一個空置位，這就有（n?1）/n存儲密度，其中n是貨架中的儲位數(shù)。為了存取目標(biāo)儲位的貨品，穿梭車?yán)每罩梦?，重?fù)移動料箱，最終將目標(biāo)貨品帶到出入口，由升降梯進(jìn)行出入作業(yè)。目前許多倉儲設(shè)備制造商正在開發(fā)該類型的系統(tǒng)，基于這一概念的實際實現(xiàn)和原型在許多不同領(lǐng)域都在增長，尤其是在自動化停車庫，集裝箱自動化碼頭等。

（Puzzle-based系統(tǒng)）

3、KIVA系統(tǒng)統(tǒng)治電商領(lǐng)域，新王登基

這類倉庫中，由于可移動式貨架的靈活移動，存儲位置和商品儲位完全是動態(tài)的，操作員可以在符合人體工程學(xué)設(shè)計的工作站中工作，真正實現(xiàn)“貨到人”，而不是“人找貨”。

眾所周知，各行業(yè)都存在自有的周期性，柔性化與協(xié)同式的倉儲技術(shù)解決方案能夠更好地在訂單低點減少生產(chǎn)和運(yùn)營費(fèi)用，在訂單峰值發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)高效完成訂單，柔性化與效益成正相關(guān)，倉儲技術(shù)柔性化程度越高，效益越大，因此企業(yè)對于柔性化與高效化的倉儲技術(shù)的需求非常大，大量亞馬遜、京東、阿里等電商巨頭的無人倉庫中，隨處可見KIVA系統(tǒng)的應(yīng)用場景。

4、Self-climbing系統(tǒng)上天入地，爬來爬去

自爬式機(jī)器人倉庫可以配置高密度三維貨架，因為機(jī)器人正好適合在貨架之間的過道上行走，取代了傳統(tǒng)自動化倉庫的過道和巷道，最大限度地提高了倉庫訂單履行的靈活性和速度，并優(yōu)化了空間。根據(jù)機(jī)器人路由軌跡和貨架結(jié)構(gòu)，主要有兩種：靈活組合式自爬倉庫（Exotec公司已應(yīng)用）和緊致三維式自爬倉庫（Attabotics公司已應(yīng)用）。

（1）靈活組合式自爬倉庫中，如圖，貨架布局呈巷道式排列，機(jī)器人在工作站和貨架之間的地面和巷道內(nèi)行駛，到達(dá)貨架后，在巷道內(nèi)開始爬行貨架上升至目標(biāo)儲位存取貨物。這類倉庫與傳統(tǒng)穿梭車式倉庫完全不同，常規(guī)穿梭車作業(yè)時是在固定軌道上運(yùn)行，將貨物運(yùn)送到指定地點，由升降機(jī)進(jìn)行接駁轉(zhuǎn)運(yùn)，而升降機(jī)對于穿梭車式倉庫的性能提升是很大的瓶頸，而自爬式機(jī)器人既能在貨架上運(yùn)行，又能在地上行走，具有更高的性能效率和靈活性。

（2）緊致三維式自爬倉庫中，如圖，貨架為緊致密集排列，并將傳統(tǒng)的平面巷道濃縮為一個單一的垂直巷道，在貨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，機(jī)器人穿梭在貨架的上方，下方，以及垂直巷道，在三維貨架空間中移動，工作站緊鄰配置在貨架區(qū)外部，這大大提升了倉庫的空間效率。相比于第一種自爬式倉庫，第二種倉庫真正實現(xiàn)了全空間三維行走的機(jī)器人，機(jī)器人可以在底層實現(xiàn)四向的水平行走，搬運(yùn)貨物到工作站。機(jī)器人可以垂直爬貨架到頂層，并在頂層同樣實現(xiàn)四向水平行走，機(jī)器人可以從頂層向下垂直爬貨架實現(xiàn)料箱的上架和下架。

（靈活組合式自爬倉庫）

 （緊致三維式自爬倉庫）

（各類智能無人倉庫對比分析表）