仓储物流系统中的自动化缓存（下）

上篇介绍了自动化缓存的特点和作用，本篇继续分享一下在实际应用场景下有哪些自动化缓存。 

三、自动化缓存的实际应用

缓存是为了补偿上下游的波动或者中断而设置的，并非要达到最终的输送或者搬运任务所必须的模块。因此缓存的设置是内部物流主线额外的资源配置，并且通常设置在某些上下游的中间。

因此，额外的配置应该尽可能利用最低的资源来达成。对于缓存，最关键的是要存够需要存的物料单元，即至少要存够上边计算到的缓存设置量。存物料需要占用空间资源，对于理想的缓存，最佳的配置就是存放一定量的物料单元所需要的空间占用最小。

自动化仓储物流系统中，缓存中最常见的应用有如下几类：

01输送机：

输送机由于是连续性输送设备，设备自身从出发地一直延续到目的地，由于输送机具有"长"这一特点，因此物料单元正好可以分布在输送机上，这样输送机除了可以输送物料，也可以利用自身"长"空间为物料的缓存单元。

1.积放缓存输送机

缓存输送机上的物料可以简单的认为是按照前后的顺序进行排队并置于输送机型材上，体现的形式是物料在输送机上前后堆积，先进入的物料在输送机上原地等待后续物料向前序物料靠拢。

如前边所述，作为理想的缓存，需要做到在有限的空间内尽量存放多的物料。对于输送机来讲，物料在其上的排列时能前后无间隔，这样的空间利用率最高，如下图所示：

为保证物料能前后无间隔的缓存输送机在接收下游的物料时，一种简单的方法为输送机传输前序物料后在最远端后原地等待后续的物料进入，如下图所示：

最先进入的“1”号物料在电机的带动下，一直被传输到缓存的最远端并停止，稍后来自下游的“2”号物料也进入缓存，由于“2”号物料在传输的过程中是由与“1”所在的同样的输送机“带动”的，因此，在“2”号传输过程中，“1”号如果不施加外力，会离开缓存输送机进入下游。因此在缓存作用过程中，输送机的最前端要设置一个阻挡器来防止上述的“1”号物料离开缓存。因此类推，缓存输送机一直接受并输送到本段缓存能存放的最大量的物料单元为止。

假如本段缓存最大能存放8个物料单元，则最先进入的“1”号物料在等待后续存放物料过程中，要持续承受三个外力，一个是前方的阻挡器的阻力，一个是后方的“2”号物料单元的推力，最后还要承受输送机向前输送的摩擦力。

鉴于前序进入缓存的物料在缓存未满之前，要承受这三种与输送无关的外力，如果持续的时间比较长，则前序的物料容易被损坏。

因此，要使缓存中的物料尽可能的保存完好，可以从减少物料的受力和时间入手：

• 将缓存分割成多个缓存段

如将上例中的缓存量为8个的缓存输送机，拆分成两段缓存量为4个的缓存输送机。

拆分后的输送机，只要各自接受4个物料即停止动作。以“1”号物料为例，受F1，F2，f三个力的时间有效减少了，从之前需要等待接受7个后续物料的时间缩减到等待接受3个后续物料的时间；同时由于受力F2和F1与该物料后边的物料个数成正比，比如“1”号物料之后的物料数量由7个减少为3个，因此物料的受力也有效的减小。

需要注意的是，拆分缓存输送机，意味着要多投入一套设备或者至少要多投入一组驱动，因此要合理评估拆分的数量，不至于成本提高太多。

• 减少摩擦受力f

摩擦力与物体的质量和摩擦系数成正比，物料的重量无法改变，不过可以改变摩擦系数来降低摩擦力。最通用的减少摩擦系数的方式为采用辊筒来输送物料。

达到的效果为，前序的物料在等待后续物料的时候，滚筒转动时，前序物料由于前进受阻，在滚筒上打滑，摩擦力f有效降低。

• 减小推力F2

减少推力F2的主要目标是减少物料与物料之间的挤压，最常见的解决方式即所谓的零压力积放功能。

将输送机按单独驱动分割成不同的块，每个块上有独立的光电传感器和驱动单元，每个光电开关的位置之间的间距>物料单元的长度，这样，物料进入本输送单元并到达光电开关处时，对前方进行判断，如果前方有物料积压也没有移动，当前物料就停止在光电开关处。这样就可以保证物料与物料之间避免了挤压的作用，能有效的保护各个物料单元。

上边的方式需要一个物料单元至少要配置有一个驱动，如果只采用一个驱动，可以采用如下的方式也可以做做到零压力积放功能。

如下图所示：

与单独驱动的零积压积放的方式不同的是，由于没有单独的驱动，物料停止不是通过驱动的停止而是通过独立举升单元将物料与输送机脱离的方式，比如图例中“3”号物料在未到最终缓存位置时，举升单元不举升，物料会一直被输送机驱动带动向前输送，待到最终缓存位置时，举升单位动作将物料举升起来，物料将停止在该缓存位置处。在前序物料停止时，驱动并不停止，可以保证后续的物料继续进入缓存进行积放。

另外一种减少物料互相接触机会的方案是，输送机每次接受到新物料后，输送机往前输送机的距离只大于物料本身的长度，如下图所示

下个要进入缓存的物料的长度为l，输送机在输送该物料时只往前输送稍微>l的距离，以此类推，以保证每次进入的物料与后续物料无接触，并且也能保证该段输送机上的物料的间隙很小，空间充分可以充分被利用起来。

需要注意的是，此种方案要能精确控制输送机输送的距离，比如需要采用伺服电机或者在输送机上配置有编码器；另外也需要知道后续进入缓存的物料的长度，比如预先设定物料都是规格统一的，或者在进入缓存之前对物料进行外形检测。

2.非积放类缓存

积放类缓存输送机中的物料在有限的输送机长度内尽量存放最多的物料。如果由于运输工艺的要求，输送机本身长度足够长则可以按照输送机的常规配置即可达到物料缓存的目的。

输送机的长度主要由A点到B点的距离来决定，但是如果要将输送机作为缓存，则需要尽可能“绕弯路”将输送机长度刻意加长。

比如常见的有螺旋式输送机：

或者在空中的加长的输送机：

02 垂直类自动化缓存

缓存需要尽可能的在有限的空间内存放尽可能多的物料，物料在缓存中紧凑是一方面，缓存本身拓展可用空间也是一个方面。与前节分享的自动化仓储中提及的立体仓库的思路类似，缓存也可以向垂直方向要空间来缓存更多的物料。

垂直的缓存通常由特殊的机构组成，执行过程主要为将物料从低到高（或者从高到底）进行互相堆叠。

比较常见的有自动叠盘机

料箱堆叠机构

带载料箱的垂直缓存系统

03 其他缓存

1.多品类专机缓存

    由于生产工艺的要求，某些生产环节需要与某些物料进行频繁的上下游角色切换，同时物料的种类繁多且不确定，为了不影响本环节停滞等待物料，需要在该生产环节配置有能容纳多品类，多数量的物料以实时供应物料。

    由于物料较多，缓存既要保证空间较高的利用率，同时也要保证输入和输出的效率，此时可以采用类似于自动化立体库类似的专用缓存系统。

    比如类似于如下的全自动中小型存储系统，

再比如在机器人订单拣选系统，要拣选的品类较多，将可能的要被拣选的物料提前缓存在都多层货格的货架里供机器人实施抓取。

2.地堆式缓存

在人工进行物流运作的工厂内，最常见的缓存存放形式是直接将货物地堆到某些工艺环节附近的地面上，待需要货物时，人工将物料采用机械设施比如叉车搬运到需要加工的环节去。

这样的缓存不需要地面安装任何机构，柔性强，自由灵活，在一些对柔性要求高的场景下是比较合适的缓存方案。利用自动搬运设备代替人工，也是一种自动化的缓存解决方案，如下图图例：

缓存不论是为解决物流量的波动还是为防止上下游的中断，都需要缓存的效率要高，至少在短时内比没有设置缓存时的上下游的效率要高。因此为提高地堆类缓存效率，搬运机器人要通过增加搬运机器人或者提高单次搬运量的方式来提高效率，比如：

或

3.货架式缓存

与人工地堆的方式类似，采用一些特殊的货架也较适合作为物料的缓存，比如重力式货架或者流利式货架。

重力式货架利用物料自身重力的作用，天然的具有高密度存储，并且具有类似于前边所述的输送机的积放功能。通过运用一些自动化搬运设备完成物料的存入和取出就可以实现自动化缓存功能。

4.线边多接驳点缓存

工厂中各个环节需要下游提供加工原料，如下图所示：

加工工序从物料准备站内取走物料进行加工后，由搬运设备将新的物料搬运到物料准备站待下次使用。由于新物料搬运到准备站时是需要时间的，如果加工工序正好将上一物料消耗完毕后，准备站的新物料还未送达，就会导致加工工序等待的情况，如果统计加工消耗物料和物料供给的时序情况，大概如下图所示：

图中可以看出，加工消耗的速度要比供料的速度快，要使加工工艺不会由于供料不及时而引起停机，有图中可以分析得到，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

当供料增加大于加工消耗时，即可保证加工工艺不停滞，供料比加工消耗多出来的部分需要有缓存来承接，这样可以在加工工序的上游多配置物料准备站作为缓存。

对于自动离散搬运类完成的供料，缓存形式主要为可以与离散搬运设备的接驳机构，如：

4.复合类缓存

在实际应用中，为了使缓存更加高效、空间利用率更好，常常会结合上述的几种方式形成复合类的缓存，能更加合理的匹配上下游和满足实际工艺的要求。

比如，垂直堆叠类和输送机缓存结合，实例如下图：

4.自动化仓库

缓存一个重要的作用是将物料先进行集中，之后根据未来的实际需求再将缓存中的物料根据一定的条件释放到下游，而仓库也是作为此作用而被运用的，因此仓库可以当做一种缓存。

下一章我们单独讲述各类自动化仓库的详细内容，本次不做赘述。

总结

缓存在自动化仓储物流系统中虽然功能不是直接的点到点的搬运或者存储功能，但却扮演着非常重要的作用，可以有效的补偿上下游的物流量波动、减少上下游停机和中断、延长停留时间、可以先集中物料再择机释放。缓存小到线边的单个物料工位，大到大型的自动化立体仓库，都在整个系统中起到非常重要的作用，而许多设备和子系统都在整个内部物流世界里其实也间接的扮演着一定缓存的角色。