智能無人倉庫是如何發展到現在這么靈活化，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，行業從業者，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、智能無人倉庫發展史

始祖誕生：第一個智能無人倉，也就是全自動倉庫系統，即所謂的AS/R系統（也稱巷道堆垛機式倉庫），是德國企業Demag在20世紀60年代推出的。從那時起，倉庫發生了重大變化，開始逐步引入了新的存儲和處理技術以及先進的IT系統。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生產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。

穿梭車統治時代：近十幾年來，隨著互聯網和電子商務業務的出現與發展，對倉儲場景產生了重大影響。電子商務運營的特點是儲存了大量的產品，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（也稱穿梭車式自動立體庫），這些系統使用帶內部通道的高密度立體貨架，并在通道內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。由Witron公司開創，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展，智能機器人在物流倉儲業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開始出現，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（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，在工作站和貨架區下方靈活運輸。這類系統在吞吐量方面也非常靈活，因為可以向倉庫配置可變數量的機器人和工作站，這對于面臨柔性需求的互聯網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略咨詢委員會發布的《中國制造2025》強調推動智能設備在工業界的應用，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，出現了一類Self-climbing系統，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，這類倉庫已經在Exotec Solutions和 Attabotics等企業得到實際應用，學術界Yeming Gong教授團隊對這類前沿系統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系統也減肥，同樣擁有“緊致身材”

這種系統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境中，比如新鮮農產品和冷藏倉庫，多倍深AS/R系統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，穿梭車來執行深位貨架的貨物存取。

（多倍深AS/R系統）

2、AVS/R系統的改進竟然啟發于兒童游戲？

AS/R系統在吞吐量方面缺乏靈活性，而AVS/R系統基于穿梭車和升降機，通過增加或減少設備數量，具有更大的生產靈活性，適用于安全可靠地處理各種產品，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）在每個存儲貨架內的貨品或料箱下方移動，以存儲或取出貨物。

為了實現絕對最大的存儲密度，減少穿梭車的行駛巷道數量以提升存儲能力，有一類特殊的穿梭車式立體倉庫：Puzzle-based系統（或Live-Cube），如圖所示。這類倉庫模型由Kevin Gue教授于2007年最先發表，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的網格內滑動，游戲的目標是從隨機的初始排列開始，按正確的數字順序排列卡片，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。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。目前許多倉儲設備制造商正在開發該類型的系統，基于這一概念的實際實現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）

3、KIVA系統統治電商領域，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“貨到人”，而不是“人找貨”。

眾所周知，各行業都存在自有的周期性，柔性化與協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和運營費用，在訂單峰值發揮規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系統的應用場景。

4、Self-climbing系統上天入地，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，并優化了空間。根據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行駛，到達貨架后，在巷道內開始爬行貨架上升至目標儲位存取貨物。這類倉庫與傳統穿梭車式倉庫完全不同，常規穿梭車作業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，并將傳統的平面巷道濃縮為一個單一的垂直巷道，在貨架結構內部，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了全空間三維行走的機器人，機器人可以在底層實現四向的水平行走，搬運貨物到工作站。機器人可以垂直爬貨架到頂層，并在頂層同樣實現四向水平行走，機器人可以從頂層向下垂直爬貨架實現料箱的上架和下架。

（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）