长文！自动化立体库的前世今生

导语

大家好，我是智能仓储物流技术研习社的社长，你的老朋友，老K。行业群

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自动化立体库是在谈到自动化仓储物流系统中最常被人提起的一项。很多的物流装备厂家即使本行不是做立体仓库的，也往往愿意往这方面去尝试；而各行业的业主们也乐意以自己有一套立体库系统介绍给来访者，也展示自己的企业的先进性。

自动化立体库最早出现在上世纪的60年代，由于其实用性和技术的日益成熟，逐步的被各国和各个行业所应用。因此从时间上来看，自动化立体库并非一项新技术，而从60年代一直到2020年，这么长时间的跨度，立体库的项目没有随着时间越来越少，反而越来越多。这一方面反应了整个社会市场的发展情况，同时也证明了自动化立体库的实用性确实很高。

而随着各行各业和新科技的发展，厂内物流的具体场景也变的越来越多样化，逐渐的衍生出更多的丰富的新的场景需求。而这些新的需求又迫使传统的自动化仓储系统做出升级和改变。因此，基于原有的自动化立体库系统上，逐渐的出现了各种新型的立体库方案和技术。

前世

在之前的文章我们介绍过，在规模化生产的趋势下，降低成本和提高效率是长期运营追求的指标。

对于自动化立体库仓库，在帮助企业降低成本方面有着明显的效果，比如从降低土地成本，降低人力成本，降低管理成本等各方面都有成效。详细分析可参考之前的文章。

为什么要采用自动化仓储物流系统？

同时，采用自动化立体仓库也能帮助提升生产中物料方面的效率，主要体现在物料搬运效率的提升和物料管理决策效率的提升。详细分析可以参考之前的文章。

为什么要采用自动化仓储物流系统？

在上世纪60年代，最早的立体仓库是用来搬运非常笨重的物料的，首先被应用在军事领域。后来立体仓库存储逐渐轻量化，并且堆垛机由专用电子控制器来控制运行，库存也由计算机系统来管理。

试想一下，让我们讲思维跳跃到60年代之前，当时还没有立体库概念的年代，而如果托盘物料量大，作为库管员如何存放和管理这些物料呢？

一个办法就是采用叉车，挑起托盘，往地上堆。一层放不下，摞起来放两层、三层甚至四层。

随着生产的扩大，物料继续增加，而厂房的空间有限，如果物料继续像之前一样直接放到地面上，那势必会变成下边的状况。

物料堆满仓库，要取到某些物料，要层层移挪才能触及物料。因此要处理此中境况，需要处理如下的问题：

1. 为了保证能随时取到任何的一个物料，必须要预留通道给搬运设施（如叉车）。叉车进入通道后，可以在任意时刻向左或向右存取物料。

2.预留出了通道，意味着使用面积的缩小，同样的物料只能互相叠摞的更高才能讲之前所有的物料存下。

3.如果直接叠摞很多层，被压在底部的物料并不能随时被取放，仍旧需要上下移挪几次才能取到下边的物料，效率低，实用性差。

4.要使物料既能互相叠摞，又能随时存取上下的任意物料，则将物料放置于各层分隔的储物格子中可以解决，即货架被运用其中。这样货架从高度上可以配置多层，物料放置在各层货架各种，互相不干扰，每个物料皆可以随时存取。

5.物料被放置在多层货架上，此时对往高处搬运的施舍如叉车提出越来越高的要求，如叉车能往足够高的货架上存储货物；在通道内往左右两边的货架上存取货物时，车体转向要灵活；物料所在的货架层数越高，叉车驾驶员的视野越难触及，需要叉车能辅助定位到每一层高度等等。

6.随着物料越来越多，堆放的货架层数也越做越高，对于叉车的操作高度、效率、便利性都有了进一步的要求，三维窄巷道叉车可以有效的解决这些多方面的要求，比如人驾驶时随着货叉一起起升，所有动作都是视野范围内；货叉自身可以旋转180度，无需调转车头，同时这样通道交窄，节省出来的面积可以用来布置货架；叉车本身可以辅助定位到每一层货架的高度上等等。

7. 物料品类愈加繁多，货架的货位也随之浩瀚。纯人工需要手工记录出入库信息和库内的发生的每次存位的物料变化情况的工作显得困难且容易发生错误，将货架存取设备改为自动化设备并与库存管理系统直接对接是唯一的解决之道，这样自动化立体仓库孕育而生：

存储设备不需要原地转向，只向前向后运行

巷道窄，节省面积

货叉可以直接180度左右作业

高度上可以充分利用

自动定位并能精确运行到任意位置（前后、上下、左右）

人无需在进入仓库做具体操作

设备的存储货物与库存管理软件后台直接对接

今生

自动化立体库仓库从被研发出来至今，在全球范围内已经有广泛的应用，并有了一段不短的历史。不过不论在哪个行业，哪个实际应用中，自动化立体库都是少不了如下几个部分：

堆垛机
高位货架
库存管理系统
出入库设施

细观每个自动化立体库，也肯定是上边提及的几个部分的异化、重新组合、局部优化后形成的不同存储系统。每座自动化立体库形不同，而核心同。

下边老King带着大家一起梳理一下常见的自动化立体库都有哪些？

经典1:1

上图是最经典的自动化立体库的一个单巷道存储的图例，一台堆垛机可以移动到出入库端将托盘叉起并随之移动到某处货架位置后，用货叉将托盘存入到高处的货格中，完成入库。

从俯视的角度可以简化为：

在上述示例的库房中，配置有三台堆垛机，每台堆垛机可以处理其左右两排货架的货物。外部物料要入库时，可以根据一定的原则将物料运输到到这三台堆垛机分别对应的巷道中的出入库端，之后由对应的堆垛机将本物料存入到本巷道中。

双伸位

在同样面积的库房内，为了存放更多的物料或者为减少堆垛机的数量，则可以考虑让单台堆垛机能处理左右两边更多的货物，这样就有了双伸位的堆垛机立体库，布局示意图如下：

由图中可以，系统对于堆垛机提出了要求，每台堆垛机要向左或者向右触及到两个托盘的范围。

同时，系统对于货架上的存储位管理要更加细致，如下图所示

较为简单的货位存放管理方式为，“1”和“2”号货位都存放同样品类的物料，并将“1”和“2”当做一个货位进行先入先出管理。

堆垛机换巷道

如果仓库的效率要求不高，如果堆垛机能在不同的巷道之间切换，则可降低堆垛机的资金投入，同时由保留了立体库的可用性。针对该类应用场景，堆垛机可以换巷道的技术也被应用到项目中了。

换巷道的方式，一种是将巷道的轨道延长并在末端按照一定的曲率延伸到另外一个巷道的轨道上，如下图所示：

可拐弯堆垛机除可拐弯堆垛机除了上述的应用场合外，可能还有如下的应用场景，两排货架并非平行而是垂直的位置关系，可以用转弯堆垛机解决所有货架上的存取。

另外一种是使堆垛机乘坐专门的换巷道小车由一个巷道换道另外一个巷道，示意图如下：

单巷道双堆垛机

在有些应用场景下，仓库的出入库效率要求较高，而一个巷道在作业繁忙的时候，出入库效率可能由一台堆垛机无法完成。此时如果在单个巷道内设置两台堆垛机则可以极大提升整体效率。当然此时也要有多个出入库端设施的配合。典型的布局示意图如下：

此种场景下，同一巷道内的堆垛机要能同时运行，且不受彼此的影响，因此对于堆垛机的运行控制提出了很高的要求。

一个巷道内两台堆垛机的示意图如下：

单堆垛机双货叉

为了达到高效率，单个巷道内布置两台堆垛机必然成本不菲，而对于像堆垛机这种离散式搬运设备，提高效率的另外一个办法是增加单次的搬运量。增加堆垛机单次的搬运量，最直接的办法就是堆垛机设置双货叉，即堆垛机本体上可以承载两个托盘。

示意图如下:

堆垛机可以配置成单载货台和双货叉，如下

更灵活的配置也可以是双载货台，双货叉的形式。

演变

虽然自动化立体库在各行业应用的非常广泛，但是随着近10年电商的快速发展、商业模式和整体社会经济的变化，很多厂内的仓储系统也随之出现了新的需求，而对于自动化立体库也根据需求的变化演变出了新的解决方案和系统。其中最主要的两个方向是，一方面是随着各方面成本的上升，仓储系统有了密集化的需求；另一方面是随着订单的碎片化趋势，仓储系统有了物料轻量级的需求，即以料箱为单位的存储系统。

01密集型立体库

多伸位

为了使在同样仓库面积内，立体仓库能存放更多的物料，一个办法就是尽量的减少巷道的布置，即把双伸位的方式做到极致，也就是“多伸位”存储系统，示意图如下：

多伸位就需要堆垛机的货叉能升的足够远，能探到更远的货物，而这对于货叉这种结构是很难实现的。这就需要将货叉进行异形改造，使其能触及更远的货物。一种异形结构如下图所示：

重力型货架+堆垛机

堆垛机载货台上配置可以远距离伸缩的异形存储货机构对于堆垛机提出来很高的要求，而如果把这种伸缩的功能转交个第三方机构，而堆垛机只用最传统的方式，则整个系统会简单很多。而重力式货架正好具备这种货物朝一个方向移动的功能。因此在重力式货架的两头各配置一台堆垛机，一头堆垛机负责送货，另外一头堆垛机负责取货，则可解决这种密集型的存储的需求。

整体布局图如下所示：

穿梭板+堆垛机

重力式货架在存放物料时，如果某一道的重力滚筒出现问题，则需要花较大的工夫处理维修好本条重力货架才能重新投入使用。而堆垛机载货台自带延伸机构又显得不够灵活。而随着一种穿梭板密集型的货架的半自动存储系统的运用，给堆垛机密集型的应用带来一种新的可能。堆垛机可以移动穿梭板到任何一道密集货架里，穿梭板负责该道货架的内部的移动，这样堆垛机和穿梭板相互分离，冗余性和系统稳定性也有了提高。

典型布局图如下：

子母穿梭车立体库

上边堆垛机结合穿梭板的自动化立体库里解决了高密集存储的问题，这个系统的瓶颈在堆垛机上，每一层的货架货物的处理都需要堆垛机运行到该层上。如果每层都有个单独运行的设备就能更高的提升效率。子母穿梭车立体库就是基于这种形式而做的。每层货架都有专门的母车和子车来配合作业当前层的所有货物的存取，不同层之间的转运通过多台提升机来完成。

整体布局图如下：

三维穿梭板立体库

上边的方案里对于每层的货物都需要一个母车运行在固定的轨道上，然后再释放子车到对应的巷道里去存放货。如果将母车和子车合二为一，可以降低成本，同时也可以使系统更加灵活，简洁。三维穿梭板就是基于这样的思路而设计的。

整体布局如图所示：

无轨柔性立体库

以上提及的所有的系统中的搬运设备都是沿着既定轨道运行的，这意味着轨道一旦被安装就位后，若存储工业发生变化时，很难改变原有的系统和结构。随着工业4.0的提出和社会的发展趋势，柔性化的自动化立体库也会是以后的一个发展趋势。

有些采用激光导引AGV配合货架的存储方式，是柔性化立体库的一种尝试，在效率要求不高的场景下，得到了一些应用。

02 料箱立体库

轻载料箱立体库比如miniload立体库、多层穿梭车等都是由传统堆垛机演化而来的。

关于料箱类的自动化仓储系统，本篇不再做详细接受。后续根据情况再单独介绍。

总结

经典的自动化立体库仓库经久不衰，目前仍旧在各个行业中有着非常广泛的应用。本文中提及的各种自动化仓储系统都有各自适应的应用场景，互相并不能完全替代。传统方案有传统方案的优势和劣势，新型的自动化存储方案有前沿的技术加持，但也有很多潜在的问题和不一定能全面适应的场景。总之，随着人工智能技术的逐渐普及，未来的自动化立体仓库会演化成何种形式，很值得我们的期待！

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