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)（也稱巷道堆垛機式倉庫），是德國企業(yè)Demag在20世紀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以及先進的IT系統(tǒng)。在此后長達半個世紀的時間里，配備有堆垛機和傳送帶的自動化立體倉庫廣泛的應用在工業(yè)生產(chǎn)和物資流通等實際場景中，同時在學術界以Roodbergen和Rene de koster為先鋒的科學家們開始發(fā)表了大量的相關學術研究論文，促進了自動化倉庫在各類場景中運作效率的提升。

穿梭車統(tǒng)治時代：近十幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務業(yè)務的出現(xiàn)與發(fā)展，對倉儲場景產(chǎn)生了重大影響。電子商務運營的特點是儲存了大量的產(chǎn)品，訂單結構復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)靈活部署自主運行的穿梭車（Shuttle），而且貨架的垂直運輸通過升降機實現(xiàn)。由Witron公司開創(chuàng)，將多種自動化技術相結合，誕生了這類更具有成本效益的高密度自動化體力倉庫。

機器人廣泛應用：而伴隨著機器人技術飛速發(fā)展，智能機器人在物流倉儲業(yè)的應用也越來越廣泛，一種由機器人提升和搬運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年前后應用在亞馬遜倉庫的KIVA系統(tǒng)（也稱移動貨架式機器人倉庫）。在這類倉庫中，機器人載著可移動貨架，在工作站和貨架區(qū)下方靈活運輸。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：當前，智能科技時代的到來掀起了倉儲設備智能化大潮，國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布的《中國制造2025》強調(diào)推動智能設備在工業(yè)界的應用，更為先進和新興的機器人技術應用到了倉儲場景中。近幾年，出現(xiàn)了一類Self-climbing系統(tǒng)，即自爬式機器人倉庫，自爬式機器人可以獨立地爬上和爬下貨架，在貨架上存取標準化的料箱，自爬式機器人可以在倉庫中移動，沒有軌道，并將料箱運送到工作站。通過配置自爬式機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)得到實際應用，學術界Yeming Gong教授團隊對這類前沿系統(tǒng)開展了相關運作管理的研究。

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設備（如起重機，自動叉車）。這些搬運設備可以是巷道固定式（通常為起重機）或巷道漫游式（通常是高位自動叉車）。為了執(zhí)行存儲操作，起重機通常從輸送機上拾取貨物，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AS/R系統(tǒng)可以將貨物存儲在存儲通道中更深處，如圖所示。起重機負責在貨架的水平和垂直方向上的移動，起重機通過配合多深位存取設備，來實現(xiàn)在貨架深度的貨物存取。

多深位存取設備目前主流的主要有三種：

（1）多深位伸縮叉，較為常見，裝配在起重機上機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，通常搭配后進先出的存儲規(guī)則；

（3）穿梭車（Shuttle），帶有穿梭車的起重機來存取貨物，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AS/R系統(tǒng)）

2、AVS/R系統(tǒng)的改進竟然啟發(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，通過增加或減少設備數(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，游戲的目標是從隨機的初始排列開始，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)。為了存取目標儲位的貨品，穿梭車利用空置位，重復移動料箱，最終將目標貨品帶到出入口，由升降梯進行出入作業(yè)。目前許多倉儲設備制造商正在開發(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設計的工作站中工作，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)同式的倉儲技術解決方案能夠更好地在訂單低點減少生產(chǎn)和運營費用，在訂單峰值發(fā)揮規(guī)模效應高效完成訂單，柔性化與效益成正相關，倉儲技術柔性化程度越高，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)的應用場景。

4、Self-climbing系統(tǒng)上天入地，爬來爬去

自爬式機器人倉庫可以配置高密度三維貨架，因為機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)機器人路由軌跡和貨架結構，主要有兩種：靈活組合式自爬倉庫（Exotec公司已應用）和緊致三維式自爬倉庫（Attabotics公司已應用）。

（1）靈活組合式自爬倉庫中，如圖，貨架布局呈巷道式排列，機器人在工作站和貨架之間的地面和巷道內(nèi)行駛，到達貨架后，在巷道內(nèi)開始爬行貨架上升至目標儲位存取貨物。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行，將貨物運送到指定地點，由升降機進行接駁轉(zhuǎn)運，而升降機對于穿梭車式倉庫的性能提升是很大的瓶頸，而自爬式機器人既能在貨架上運行，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，在貨架結構內(nèi)部，機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器人，機器人可以在底層實現(xiàn)四向的水平行走，搬運貨物到工作站。機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）