密集存储系统演化史

[罗戈导读]受近年来我国土地成本和人工成本上涨、电子商务高速发展、制造业转型升级等多重外部因素带动,仓储自动化技术装备市场需求旺盛。其中在智能仓储物流设备,“密集存储”是其中一个亮点。

受近年来我国土地成本和人工成本上涨、电子商务高速发展、制造业转型升级等多重外部因素带动,仓储自动化技术装备市场需求旺盛。其中在智能仓储物流设备,“密集存储”是其中一个亮点。

目前有很多厂家都参与其中,从密集设备到密集系统集成再到密集存储管理软件等等。

今天老K也带着大家一起梳理一下自动化密集存储系统的来龙去脉。

“密”是啥

密集存储系统的核心在于一个字:密。

谈到“密”,我们可能想到的是这样,

甚至有个专门的病叫“密集恐惧症”。

那究竟什么是“密”呢?

汉语词典中对“密”做出了解释。

“密”用作形容词,指事物之间的距离很近,事物的部分之间空隙小。如紧密、 严密、稠密、茂密、密集、密封、紧锣密鼓、乌云密布等。

那对应到仓储系统中的“密”,也是类似。

密集存储系统,应该主要指的是:仓库中的物料与物料之间的距离很小。目的是在有限的空间内,存放尽可能多的物料。

因此,某种程度上,很多自动化存储系统不应该叫做密集存储,比如传统自动化立体仓库。

试想一下,我们到了北京,上海这样的内陆大城市,看到下图所示的高楼大厦时往往会说:哇,好高的大楼!

而我们到了香港,看到下图所示的高楼大厦时则往往会说:哇,好密的大楼!

其实这也很好的说明了传统自动化立体仓库就和内陆地区的大楼一样,重点是在于高,在于提高高度空间的利用率。而真正的密集存储是就像和香港的大楼一样,讲究的是物与物之间空间够小,够密。

如果给定一个空间,最密的密集存储是将空间内全部放置物料,将空气完全排除去。

其实在传统的人工仓库中,人们为了尽可能多的存放物料,是采用的密集存储的方式。

但是带来的问题是,位于密集存储区的中间的物料无法自由被出库,即人们说的无法自由拣选出库。

因此密集存储类仓库“先天残疾”,无法自由的提取仓库内的任意物料,必须经过多次“折腾”才能拿到你想要出库的物料。

但是,通过合理的配置和使用,密集存储也可以帅气的奔跑起来,甚至可以比普通人更牛掰。

人们在每天的出库和入库过程中发现:

1,库内有很多同样品类的物品

2,同品类的物品往往都是遵循先入先出的原则,同品类物料自由拣选出库时,通常会出库最先入库的物料

3,同品类物品可以按照入库时间先后的顺序排列存放起来,只需要每次都能取出最先入库的物品也可以达到"自由拣选出库"的效果

要能达到物料与物料之间的间隙足够小,足够密集,则需要尽量减少通道的配置;同时要保证同类物品能按照时间顺序进行进出,最自然的方式就是采用同品类物料按照"道"的方式进行存储:

1.物料在"道"里一头进一头出

2.同一"道"同品类物料存放

3.物料与物料之间的间距尽可能的小

4."道"的设置即可以时水平的也可以是垂直的

因此,最简单的密集存储方式为:

水平上:

垂直上:

机械密集0.1

与地面直接进行密集存储的方式类似,一方面为了提高高度上的空间利用率,另一方面为了更好的保护物料,工程师们设计出基于货架的各种机械式的密集存储方式。

驶入式货架

压入式货架

重力式货架

移动式货架

以上的各种密集存储在自动化技术还不是很发达的当年,人们已经很满意了,因为能在有限的空间内存放了足够多的物品。

但是使用过程中,也发现了这些传统的密集存储系统有一些可以改进的地方。

比如需要人需要驾驶叉车将货物从货架的两段进行存取,越高的位置,存取时越麻烦。

再比如货物被人工放置过程中,对货物的信息跟踪和出入库记录仍旧无法实现自动化。

再比如密集存放的机械结构一单发生故障后,会影响整“道”的出入库,系统不够灵活。

而随着电子、计算机,控制技术的不断发展,工程师绞尽脑汁的琢磨更新的密集存储方式,希望能使系统更加灵活、便于实现全面自动化和信息化,进一步降低人工参与的过程。

半自动1.0

在1993年,全球首个托盘穿梭板由瑞典的EAB公司正式发布的,当时命名为“Radio Shuttle”。

穿梭板的应用第一次将密集存储系统中的存储功能和搬运功能分割开来,由搬运单元穿梭板负责在密集各巷道内的入、出、存,取的动作。穿梭板可以在货物的底部穿行,减少通道数量,实现密集存储。

穿梭板可以通过叉车移动到需要工作的“道”里,按照需要,可以:

1、将托盘往密集区里存放,入库

2、将托盘从密集区往外搬运,出库

3,将托盘在密集区里进行货物的向前移动整理,提高“道”内空白位置可用度

穿梭板使密集存储更加的灵活,可以使物料的管理按照先入先出,或者先入后出的方式随意进行。同时在“道”里的货物的工作由穿梭板自己来搞定。无需人为开叉车进入。

自动2.0

一方面由于成本的考虑,不可能在每个“道”里都放置一个穿梭板,这就需要人为给穿梭板换“道”;另外一方面需要人工驾驶叉车作业时,仍旧是越高处的“道”,越难操作。

这两方面都给操作人员带来不便,因此需要一套能消除太多人工介入的更加自动的方案。

此时需要解决两个问题:

一个是高处“道”里的货物能自动的下到较低的高度,这样叉车不再需要去高处作业了,一个是需要一个自动的设备,能把穿梭板送到需要去的“道”里去存取货。

这就相当于需要一个自动的叉车代替人工开叉车。自然而然,AGV挺身而出了。

不过,问题也来了,传统重载AGV是“急死人不偿命”的角色,比较适合平稳运行有节奏的平稳工况。如果效率要求高一些,则需要采用运行速率更快的设备,好吧,堆垛机说:我来吧。

如果效率进一步要求,此时需要更多的堆垛机或者AGV,甚至是到各层都配备一套。此时就需要解决两个问题。

一个问题是各层怎么将货物运下来到地面,这时候,“提升机”说:我来吧!

一个是需要每层一个设备,能把穿梭板送到需要去的“道”里去存取货。一个叫“母车”的设备说:我来吧了。

整体的布局示意如下:

这样,通过配置多个母车、穿梭板和多个提升机,就可以增加整个密集存储系统的出入库效率。根据具体的业务要求可以在各层配置“一母一子”或者“一母多子”。

自动3.0

自动2.0的各种密集存储系统,物料搬运的时候都是靠几个设备之间互相配合,配合的过程必然会带来“互相迁就”即互相等待的过程,这也就是意味着效率低下。

举个例子:

在4层有10个托盘要出库,而整个密集存储系统中配备了20台母车(10层货架)和20台穿梭板。这10个托盘是属于同品类的物品,只能由4层的这一“道“出库,也就意味着参与这10个托盘出库的只有1台母车、1台穿梭板。

在这”母子“忙活的不可开交的时候,剩下位于各层、各个”道“的其他母子只能干瞪眼默默的祝福他们,并献上一句:加油!

我们需要的不是这样,而是这样的:大家一起来啊

也就是10个托盘的出库任务,所有的穿梭板都同时去帮忙干活。这样可以最大的利用设备资源的同时,也能极大的提升出入库效率。

这就需要"子母"合二为一,穿梭板不再依靠别人去换"道"换"层",消灭掉子母的等待时间,完全变成自由的搬运单元。此时四向穿梭板孕育而生了。

四向车可以在货架中自由行走,可以通过切换X和Y方向的两组轮子,自主的移动到任意的道中,也可以自身乘坐提升机到达各层。

上边提及的例子中的10个托盘要出库,则所有的四向穿梭板都可以依此前后将本道10个托盘移动出库。

而事实上,由于四向穿梭板可以沿着X轴和Y轴方向移动,同时能沿着货架轨道通过托盘底部,因此多台四向车的互相配合避让与Kiva机器人很像,车辆越多,系统对于多台车的调度难度越大。Kiva机器人只在地面一个平面运行,而四向车要在多层货架之间切换,因此对车辆的调度要求更高。

另外由于四向车通常通过无线网络互相通讯,如果多台车进入存满货物的区域后,很容易出现通讯中断的情况,导致前后车辆原地恐惧,停止运行。

因此对于多台四向车来讲,如何真正的发挥四向车全资源利用,不发生“一方有难,八方不管”的情况,是需要深度解决的问题,包括多车调度系统和通讯问题等等。

总结

与其他智能物流系统一样,未来的密集存储系统一定也会朝着柔性化,模块化和高度智能化的方向演进。而作为密集存储的各类搬运机器人,也会朝着更加精巧,更加快速,更加灵活的方向发展,同时搬运机器人也可以将功能区从存储区一直延展到其他更多的功能区。

谈起密集,自然而言的,内含的核心在于“存”,因此更加适合“托盘”类的业务场景,事实也是如此。而对于料箱类的小件物料,更加在于“流通”和“暂存”,因此料箱类的核心在于快速的周转和供拣选用的出入库。而随着用地成本的上升和一些工艺上的要求,也出现了一些料箱类的密集存储方式,比如

再比如

不过这些料箱的密集存储方式更加要注重的是为拣选用的出入库的准确性和高效性。

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