上篇介紹了自動化緩存的特點(diǎn)和作用，本篇繼續(xù)分享一下在實(shí)際應(yīng)用場景下有哪些自動化緩存。 

三、自動化緩存的實(shí)際應(yīng)用

緩存是為了補(bǔ)償上下游的波動或者中斷而設(shè)置的，并非要達(dá)到最終的輸送或者搬運(yùn)任務(wù)所必須的模塊。因此緩存的設(shè)置是內(nèi)部物流主線額外的資源配置，并且通常設(shè)置在某些上下游的中間。

因此，額外的配置應(yīng)該盡可能利用最低的資源來達(dá)成。對于緩存，最關(guān)鍵的是要存夠需要存的物料單元，即至少要存夠上邊計(jì)算到的緩存設(shè)置量。存物料需要占用空間資源，對于理想的緩存，最佳的配置就是存放一定量的物料單元所需要的空間占用最小。

自動化倉儲物流系統(tǒng)中，緩存中最常見的應(yīng)用有如下幾類：

01輸送機(jī)：

輸送機(jī)由于是連續(xù)性輸送設(shè)備，設(shè)備自身從出發(fā)地一直延續(xù)到目的地，由于輸送機(jī)具有"長"這一特點(diǎn)，因此物料單元正好可以分布在輸送機(jī)上，這樣輸送機(jī)除了可以輸送物料，也可以利用自身"長"空間為物料的緩存單元。

1.積放緩存輸送機(jī)

緩存輸送機(jī)上的物料可以簡單的認(rèn)為是按照前后的順序進(jìn)行排隊(duì)并置于輸送機(jī)型材上，體現(xiàn)的形式是物料在輸送機(jī)上前后堆積，先進(jìn)入的物料在輸送機(jī)上原地等待后續(xù)物料向前序物料靠攏。

如前邊所述，作為理想的緩存，需要做到在有限的空間內(nèi)盡量存放多的物料。對于輸送機(jī)來講，物料在其上的排列時(shí)能前后無間隔，這樣的空間利用率最高，如下圖所示：

為保證物料能前后無間隔的緩存輸送機(jī)在接收下游的物料時(shí)，一種簡單的方法為輸送機(jī)傳輸前序物料后在最遠(yuǎn)端后原地等待后續(xù)的物料進(jìn)入，如下圖所示：

最先進(jìn)入的“1”號物料在電機(jī)的帶動下，一直被傳輸?shù)骄彺娴淖钸h(yuǎn)端并停止，稍后來自下游的“2”號物料也進(jìn)入緩存，由于“2”號物料在傳輸?shù)倪^程中是由與“1”所在的同樣的輸送機(jī)“帶動”的，因此，在“2”號傳輸過程中，“1”號如果不施加外力，會離開緩存輸送機(jī)進(jìn)入下游。因此在緩存作用過程中，輸送機(jī)的最前端要設(shè)置一個(gè)阻擋器來防止上述的“1”號物料離開緩存。因此類推，緩存輸送機(jī)一直接受并輸送到本段緩存能存放的最大量的物料單元為止。

假如本段緩存最大能存放8個(gè)物料單元，則最先進(jìn)入的“1”號物料在等待后續(xù)存放物料過程中，要持續(xù)承受三個(gè)外力，一個(gè)是前方的阻擋器的阻力，一個(gè)是后方的“2”號物料單元的推力，最后還要承受輸送機(jī)向前輸送的摩擦力。

鑒于前序進(jìn)入緩存的物料在緩存未滿之前，要承受這三種與輸送無關(guān)的外力，如果持續(xù)的時(shí)間比較長，則前序的物料容易被損壞。

因此，要使緩存中的物料盡可能的保存完好，可以從減少物料的受力和時(shí)間入手：

• 將緩存分割成多個(gè)緩存段

如將上例中的緩存量為8個(gè)的緩存輸送機(jī)，拆分成兩段緩存量為4個(gè)的緩存輸送機(jī)。

拆分后的輸送機(jī)，只要各自接受4個(gè)物料即停止動作。以“1”號物料為例，受F1，F(xiàn)2，f三個(gè)力的時(shí)間有效減少了，從之前需要等待接受7個(gè)后續(xù)物料的時(shí)間縮減到等待接受3個(gè)后續(xù)物料的時(shí)間；同時(shí)由于受力F2和F1與該物料后邊的物料個(gè)數(shù)成正比，比如“1”號物料之后的物料數(shù)量由7個(gè)減少為3個(gè)，因此物料的受力也有效的減小。

需要注意的是，拆分緩存輸送機(jī)，意味著要多投入一套設(shè)備或者至少要多投入一組驅(qū)動，因此要合理評估拆分的數(shù)量，不至于成本提高太多。

• 減少摩擦受力f

摩擦力與物體的質(zhì)量和摩擦系數(shù)成正比，物料的重量無法改變，不過可以改變摩擦系數(shù)來降低摩擦力。最通用的減少摩擦系數(shù)的方式為采用輥筒來輸送物料。

達(dá)到的效果為，前序的物料在等待后續(xù)物料的時(shí)候，滾筒轉(zhuǎn)動時(shí)，前序物料由于前進(jìn)受阻，在滾筒上打滑，摩擦力f有效降低。

• 減小推力F2

減少推力F2的主要目標(biāo)是減少物料與物料之間的擠壓，最常見的解決方式即所謂的零壓力積放功能。

將輸送機(jī)按單獨(dú)驅(qū)動分割成不同的塊，每個(gè)塊上有獨(dú)立的光電傳感器和驅(qū)動單元，每個(gè)光電開關(guān)的位置之間的間距>物料單元的長度，這樣，物料進(jìn)入本輸送單元并到達(dá)光電開關(guān)處時(shí)，對前方進(jìn)行判斷，如果前方有物料積壓也沒有移動，當(dāng)前物料就停止在光電開關(guān)處。這樣就可以保證物料與物料之間避免了擠壓的作用，能有效的保護(hù)各個(gè)物料單元。

上邊的方式需要一個(gè)物料單元至少要配置有一個(gè)驅(qū)動，如果只采用一個(gè)驅(qū)動，可以采用如下的方式也可以做做到零壓力積放功能。

如下圖所示：

與單獨(dú)驅(qū)動的零積壓積放的方式不同的是，由于沒有單獨(dú)的驅(qū)動，物料停止不是通過驅(qū)動的停止而是通過獨(dú)立舉升單元將物料與輸送機(jī)脫離的方式，比如圖例中“3”號物料在未到最終緩存位置時(shí)，舉升單元不舉升，物料會一直被輸送機(jī)驅(qū)動帶動向前輸送，待到最終緩存位置時(shí)，舉升單位動作將物料舉升起來，物料將停止在該緩存位置處。在前序物料停止時(shí)，驅(qū)動并不停止，可以保證后續(xù)的物料繼續(xù)進(jìn)入緩存進(jìn)行積放。

另外一種減少物料互相接觸機(jī)會的方案是，輸送機(jī)每次接受到新物料后，輸送機(jī)往前輸送機(jī)的距離只大于物料本身的長度，如下圖所示

下個(gè)要進(jìn)入緩存的物料的長度為l，輸送機(jī)在輸送該物料時(shí)只往前輸送稍微>l的距離，以此類推，以保證每次進(jìn)入的物料與后續(xù)物料無接觸，并且也能保證該段輸送機(jī)上的物料的間隙很小，空間充分可以充分被利用起來。

需要注意的是，此種方案要能精確控制輸送機(jī)輸送的距離，比如需要采用伺服電機(jī)或者在輸送機(jī)上配置有編碼器；另外也需要知道后續(xù)進(jìn)入緩存的物料的長度，比如預(yù)先設(shè)定物料都是規(guī)格統(tǒng)一的，或者在進(jìn)入緩存之前對物料進(jìn)行外形檢測。

2.非積放類緩存

積放類緩存輸送機(jī)中的物料在有限的輸送機(jī)長度內(nèi)盡量存放最多的物料。如果由于運(yùn)輸工藝的要求，輸送機(jī)本身長度足夠長則可以按照輸送機(jī)的常規(guī)配置即可達(dá)到物料緩存的目的。

輸送機(jī)的長度主要由A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離來決定，但是如果要將輸送機(jī)作為緩存，則需要盡可能“繞彎路”將輸送機(jī)長度刻意加長。

比如常見的有螺旋式輸送機(jī)：

或者在空中的加長的輸送機(jī)：

02 垂直類自動化緩存

緩存需要盡可能的在有限的空間內(nèi)存放盡可能多的物料，物料在緩存中緊湊是一方面，緩存本身拓展可用空間也是一個(gè)方面。與前節(jié)分享的自動化倉儲中提及的立體倉庫的思路類似，緩存也可以向垂直方向要空間來緩存更多的物料。

垂直的緩存通常由特殊的機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行過程主要為將物料從低到高（或者從高到底）進(jìn)行互相堆疊。

比較常見的有自動疊盤機(jī)

料箱堆疊機(jī)構(gòu)

帶載料箱的垂直緩存系統(tǒng)

03 其他緩存

1.多品類專機(jī)緩存

    由于生產(chǎn)工藝的要求，某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要與某些物料進(jìn)行頻繁的上下游角色切換，同時(shí)物料的種類繁多且不確定，為了不影響本環(huán)節(jié)停滯等待物料，需要在該生產(chǎn)環(huán)節(jié)配置有能容納多品類，多數(shù)量的物料以實(shí)時(shí)供應(yīng)物料。

    由于物料較多，緩存既要保證空間較高的利用率，同時(shí)也要保證輸入和輸出的效率，此時(shí)可以采用類似于自動化立體庫類似的專用緩存系統(tǒng)。

    比如類似于如下的全自動中小型存儲系統(tǒng)，

再比如在機(jī)器人訂單揀選系統(tǒng)，要揀選的品類較多，將可能的要被揀選的物料提前緩存在都多層貨格的貨架里供機(jī)器人實(shí)施抓取。

2.地堆式緩存

在人工進(jìn)行物流運(yùn)作的工廠內(nèi)，最常見的緩存存放形式是直接將貨物地堆到某些工藝環(huán)節(jié)附近的地面上，待需要貨物時(shí)，人工將物料采用機(jī)械設(shè)施比如叉車搬運(yùn)到需要加工的環(huán)節(jié)去。

這樣的緩存不需要地面安裝任何機(jī)構(gòu)，柔性強(qiáng)，自由靈活，在一些對柔性要求高的場景下是比較合適的緩存方案。利用自動搬運(yùn)設(shè)備代替人工，也是一種自動化的緩存解決方案，如下圖圖例：

緩存不論是為解決物流量的波動還是為防止上下游的中斷，都需要緩存的效率要高，至少在短時(shí)內(nèi)比沒有設(shè)置緩存時(shí)的上下游的效率要高。因此為提高地堆類緩存效率，搬運(yùn)機(jī)器人要通過增加搬運(yùn)機(jī)器人或者提高單次搬運(yùn)量的方式來提高效率，比如：

或

3.貨架式緩存

與人工地堆的方式類似，采用一些特殊的貨架也較適合作為物料的緩存，比如重力式貨架或者流利式貨架。

重力式貨架利用物料自身重力的作用，天然的具有高密度存儲，并且具有類似于前邊所述的輸送機(jī)的積放功能。通過運(yùn)用一些自動化搬運(yùn)設(shè)備完成物料的存入和取出就可以實(shí)現(xiàn)自動化緩存功能。

4.線邊多接駁點(diǎn)緩存

工廠中各個(gè)環(huán)節(jié)需要下游提供加工原料，如下圖所示：

加工工序從物料準(zhǔn)備站內(nèi)取走物料進(jìn)行加工后，由搬運(yùn)設(shè)備將新的物料搬運(yùn)到物料準(zhǔn)備站待下次使用。由于新物料搬運(yùn)到準(zhǔn)備站時(shí)是需要時(shí)間的，如果加工工序正好將上一物料消耗完畢后，準(zhǔn)備站的新物料還未送達(dá)，就會導(dǎo)致加工工序等待的情況，如果統(tǒng)計(jì)加工消耗物料和物料供給的時(shí)序情況，大概如下圖所示：

圖中可以看出，加工消耗的速度要比供料的速度快，要使加工工藝不會由于供料不及時(shí)而引起停機(jī)，有圖中可以分析得到，一方面可以加快供料速度，一方面可以使每次供料的量增加，即：

或者

當(dāng)供料增加大于加工消耗時(shí)，即可保證加工工藝不停滯，供料比加工消耗多出來的部分需要有緩存來承接，這樣可以在加工工序的上游多配置物料準(zhǔn)備站作為緩存。

對于自動離散搬運(yùn)類完成的供料，緩存形式主要為可以與離散搬運(yùn)設(shè)備的接駁機(jī)構(gòu)，如：

4.復(fù)合類緩存

在實(shí)際應(yīng)用中，為了使緩存更加高效、空間利用率更好，常常會結(jié)合上述的幾種方式形成復(fù)合類的緩存，能更加合理的匹配上下游和滿足實(shí)際工藝的要求。

比如，垂直堆疊類和輸送機(jī)緩存結(jié)合，實(shí)例如下圖：

4.自動化倉庫

緩存一個(gè)重要的作用是將物料先進(jìn)行集中，之后根據(jù)未來的實(shí)際需求再將緩存中的物料根據(jù)一定的條件釋放到下游，而倉庫也是作為此作用而被運(yùn)用的，因此倉庫可以當(dāng)做一種緩存。

下一章我們單獨(dú)講述各類自動化倉庫的詳細(xì)內(nèi)容，本次不做贅述。

總結(jié)

緩存在自動化倉儲物流系統(tǒng)中雖然功能不是直接的點(diǎn)到點(diǎn)的搬運(yùn)或者存儲功能，但卻扮演著非常重要的作用，可以有效的補(bǔ)償上下游的物流量波動、減少上下游停機(jī)和中斷、延長停留時(shí)間、可以先集中物料再擇機(jī)釋放。緩存小到線邊的單個(gè)物料工位，大到大型的自動化立體倉庫，都在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用，而許多設(shè)備和子系統(tǒng)都在整個(gè)內(nèi)部物流世界里其實(shí)也間接的扮演著一定緩存的角色。