我们在1966年成功研制开发了日本第一套立体自动仓库。其目的分别为:一,高效利用土地;二,提高存储效率;三,节省仓库内作业的人力及物力;四,提高管理水平,减轻工作量及削减成本等。当时,仓库基本都是普通平库。仓库内的装卸及存储均以人工操作为主,货物采用账册及票据方式管理等,物流功能与现在相比十分落后。在上述情况下诞生的立体自动仓库打破了原有仓库的概念,实现了划时代的物流技术革新。

  自动仓库诞生后的40多年,随着堆垛机及周边处理货物的设备机种的扩大,以及技术进步带来的高效率、高性能化的推进,自动仓库适用的行业、业态及使用目的等也在迅速扩大。在这里,我们将就立体自动仓库市场和技术的变迁、以及今后的动向为大家做详细的介绍。

市场变迁

20世纪70年代:因电脑而普及

  正如其名,立体自动仓库实现了仓库的立体化和自动化,到20世纪70年代初,大多作为厂家的成品仓库及原材料仓库使用。同时,由于当时的自动仓库价格绝非平价,成本核算也很高,因此绝大多数为大公司所采用。

  1966年,我们将国内第一座立体自动仓库人工驾驶型“整体式自动仓库(以下简称‘RB’)”系统交于松下电器产业株式会社电动机事业部(当时称谓、下同)(图片1)使用。同时,自动仓库的库位以X、Y、Z坐标进行管理,利用电脑进行控制,操作极为简单,受到了世人的瞩目。为此,我们开始着手研制开发无人化堆垛机。1969年,我们向旭化成工業株式会社延岡工厂提交了国内首个电脑掌控整体式全自动仓库系统。

  自动仓库的电脑操控使货物进出库及库存的同步管理成为现实,提高了库存管理的精准度,并由此实现了使用领域的急剧扩大。例如,在货物管理种类数量达到数万种的汽车零部件服务领域内,我们向丰田汽车销售株式会社春日工厂、日产汽车株式会社相模原零件中心交付了当时世界上规模最大的自动立库(图片2)。同时,在产品特性上不允许出错的制药公司,也以库存管理及提高出入库精准度为目的采用了自动仓库系统。

  进入20世纪70年代中期后,自动仓库的效果逐渐被市场所认可,相对整体式仓库而言,更加轻型廉价的自动仓库需求日益增长。为适应市场需求,我们开发研制、并开始销售标准型单元式托盘自动仓库——即“单元拣选式自动仓库(CS)”,以及箱盒式自动仓库“Bucket-buil System(BBS)”——现更名为“Fine Stocker(FS)”。

  • 日本国内第一个自动仓库(RB)

    图片1:日本首座自动仓库“RB”

  •  世界最大规模(当时)的汽车配件管理自动仓库

    图片2:当时世界上规模最大的汽车零部件管理用自动仓库“RB”

  • 被称为世界最先进(当时)的机床FA工厂

    图片3:当时被称作世界上最先进的发动机全自动化工厂

20世纪80年代:广泛应用于各领域

  20世纪80年代,日本工业产品的竞争力开始逐渐超越欧美,制造行业的设备投资也越发活跃。自动仓库的用途从以往的以成品仓库功能为主体扩大到生产工厂的各个领域。其中心行业为电器、电子及精密仪器等制造工厂。仓库功能主要包括:零部件的存储及供给功能;为实现24小时运作的缓存功能;承担各工序之间及工序内部的“排序、分拣”功能等。在这种环境下,我们又构建了各工序间、工序内的自动仓库和无人搬运车(AGV)、以及将生产设备用电脑进行统合的生产系统(即“柔性生产系统FMS”、“自动化系统FA”)等。并将这些高度自动化系统提供给“发那科公司(FANUC CORPORATION)”(图片3)、“富士通株式会社”、“株式会社牧野机床制作所”等多家先进企业。当时研究开发的多工序自动数控机床的FMS至今仍有强大的市场需求。

  另一方面,随着市场环境的不断变化,又要求成品仓库能够发挥物流中心的作用。为提高自动化水平,将自动仓库与周边设备有效结合,越来越多的系统化物流中心得到建设。我们相继向“Toppan Moore Co., Ltd.”、“株式会社山月”、“山之内制药株式会社”等众多客户提供了高度系统化物流中心系统。在这些物流中心里,使用专用线路将总公司的信息系统与物流中心系统相连接,有效缩短了交货生产周期、提高了交货及库存管理的精准度。而且,从这个时期起,伴随日本国内制造业的海外入驻,我们开始了自动仓库的出口业务,时至今日我们仍向众多海外公司提供各项物流系统。

  进入80年代中期,受当时的经济环境以及劳动力不足影响,以往主要以大企业为中心引进的自动仓库系统逐渐为中小制造企业所接受,市场也在急剧扩大。与此同时,电脑开始普及,利用电脑及包装软件构建起较为平价的库存管理系统。因此,以单元拣选式自动仓库(CS)为代表的小型自动仓库,通过电脑控制实现与货物出入库同步的库存管理方式也被逐步普及。

20世纪90年代:各种高能力仓库登场

  20世纪80年代末期至90年代初期,制造业以外的农业、仓库业、批发零售业、银行保险业、各政府事业单位等,以往与物流自动化毫无关联的行业,也开始采用自动仓库系统,市场规模进一步扩大。比如,农业领域的糙米存储库、水果的CA冷藏设备、蔬菜的出货前预冷设备、蘑菇的培养设备、甚至蔬菜水果选果厂也将自动仓库作为分拣、出货设备使用。

  进入90年代后期,随着仓库业和批发零售业的通货紧缩,作为消费物资进口产品基地的自动仓库、以及为实现供应链管理(SCM)而建设的物流中心内部的自动仓库也在急剧增加。同时,在更加接近最终消费者的物流阶段也开始引进自动仓库。这些物流中心除托盘式自动仓库外,还利用箱盒式自动仓库(FS)应对多种包装形态及规格的物品。并作为出货前的集货设备、或者作为拣选前的准备设备,与传统的存储功能完全不同的目的进行使用。我们也随之提高了FS的各项功能、实现其移栽装置的多样化,以适应以上种种需求。2002年,我们研究开发了箱盒式高性能自动仓库系统,较以往的FS相比,其循环周期可缩短一半,使得自动仓库也可以适应通过型物流中心的货运操作速度。

  综上所述,物流行业所处环境发生了巨大变化,对物流基本功能的要求也随之不断变化。另外,伴随着20世纪70至80年代建立的自动仓库设备的老化,设备更新的需求也正在逐年增多。

特殊环境下的自动仓库

  最初,冷冻自动仓库曾在20世纪70年代的短时间内得到建设,但因成本核算较高,在很长一段时间内都没有得到发展。随着冷冻技术的进步、以及社会和物流环境的变化,冷冻成本明显降低。而进入20世纪90年代以后,食品批发及水产加工等行业对冷冻自动仓库建设的需求又开始了高涨。

  1990年消防法部分修改并实施后,建筑面积1,000平方米以下、高20米以下的危险品自动仓库的建设成为可能。在此之前,该领域以小规模的组合式自动仓库(工序间仓库)占据主导地位,之后则更多地建设了重视存储功能的整体式自动仓库。

  随着半导体制造业集成电路密度的提高,制造工序内部要求更高的清洁度。洁净室内的工作人员成为最大的粉尘来源,因此极有必要实现各道工序间的搬运及临时存储的无人化。为满足这种要求,作为工序间的缓存设备,专门开发了洁净室用自动仓库“洁净立库(Clean Stocker)”。目前,以大型半导体厂商为中心,向世界各地的半导体工厂提供了众多“洁净立库(Clean Stocker)”系统。另外,该技术同样也适用于液晶及等离子等产品的生产线。

技术变迁

堆垛机(RM):多种用途及功能

  初期的堆垛机驱动部分由变极电动机与滑动接头组成,其行走速度为90米/分、升降速度为20米/分、处理能力为20~30托盘/小时。该驱动部分在20世纪70年代末升级为直流马达、80年代则改为变频器控制,实现了高速度运转。目前的行走速度为200米/分、升降速度为100米/分、处理能力为60托盘/小时,各项指标都得到了大幅度提升。

  同时,伴随其使用目的及功能的不同,堆垛机也逐渐趋于多样化。目前有在多条巷道共用一台堆垛机的平行移载型;在四列货架中间利用一台堆垛机处理货箱的双伸位货叉型;以及可以同时处理2个货箱的双叉并列型等,品种各异、多种多样。随着面向第三产业顾客群体的扩张,箱盒式自动仓库(FS)的堆垛机移载装置也开发出多种类型。为了可以直接处理各种尺寸的纸箱,开发了叉车式、夹具式、以及侧面皮带牵引式等多种类型的堆垛机。

  堆垛机的运转方式分为人工驾驶运转、键盘操作或货架编号卡设定、以及电脑控制等各种方式。目前,几乎所有的自动仓库均采用电脑控制。但在处理像模具这类货物时,由于存储物品固定、品种较少、并使用固定货位存储时,因使用方便,目前仍在使用键盘操作或货架编号卡设定方式进行操作。另外,人工驾驶运作方式在日本国内仅限极少数系统使用。

搭载微型电脑实现高度操控

  开发之初由继电器电路所构成,之后演变成晶体管电路板,上世纪70年代末则升级为搭载微型电脑的电路板。当初,使用移动电缆的堆垛机(RM)本体装置与地面之间的互动在70年代后半期也改为无线感应,而80年代则升级为光传送。

  20世纪80年代,微型电脑的功能提高与价格的降低对RM的高性能化做出了巨大贡献。例如,在RM的停止位置控制方式上,我们研究开发了“位置学习控制系统(本公司专利)”,通过自动检测货架位置决定其在各个货架中的自动停止位置,以取代以往的检测板控制方式。该技术不仅提升了自动仓库的可靠性,而且大大缩短了现场的调整时间。从20世纪80年代末开始,包括周边设备在内的自动仓库控制系统由以往的集中控制转为分散控制。由此推进了控制电路的规格化,并且提升了其品质及维护性,有效缩短了工期。

  随着自动仓库市场从以制造业为中心逐渐向第一及第三产业的扩大,在公司内部不保留维护人员的企业客户越来越多,因此早期发现故障并实现早期恢复正常就显得格外重要。为应对以上需求,我们在1991年,领先业界研发了利用图标显示的菜单形式的监测系统、异常履历管理系统、以及采用通信线路进行远程监控的监测系统相结合的控制模板“9X模板”,并将其与自动仓库配套出售。同时在公司内部开设“系统支持中心(SSC)”,针对引进该系统的客户打造24小时、365日的全天候支持体制。

STV及机器人等周边设备齐全

  初期的自动仓库周边设备几乎全部由传送带生产线构成。20世纪80年代,为提高货物处理速度及可靠性,在主生产线上出现了拥有机械变速装置的外部驱动自动行走台车。但是,其处理能力、运行速度、运作时的噪音以及维护性等功能都远不能满足市场的需求。为解决这些问题,1987年我们正式投产生产了高速度、高性能、高静音的自律分散控制的有轨台车“高速分拣车(STV:Sorting Transfer Vehicle)”。并因此实现了整个系统的标准化,提高了系统的可靠性、缩短了交货期、降低了系统成本。现在STV已成为自动仓库系统中不可或缺的周边设备。

  在物流中心,为应对以货盘为单位存储的商品小批量出货的需求,必须进行以货箱为单位的拣选作业。以往,以货箱为单位出货的拣选作业大多以人工操作为主。该工序系重体力劳动,成为许多工作人员腰疼的原因。因此在货箱拣选作业较多的物流中心,自动化操作成为一大课题。1995年,我们针对这一课题开发了将机器人与利用画面处理进行位置识别的装置相结合的货箱拣选系统。通过构建与自动仓库系统互动的高性能系统,我们成功地实现了向货箱处理作业较多的饮料类厂商的系统交付。

  • 在欧洲,自动仓库系统用于存储电子产品

    图片4:在欧洲交付了用来存储电器产品的自动仓库

  • 在中国,自动仓库系统用于存储PC成品

    图片5:在中国用来存储电脑成品的自动仓库

今后的市场及技术动向

  目前,在日本国内,自动仓库已在各个产业领域普及,无法再次期待实现强盛期的发展。但是,自动仓库不仅可以用于货物的存储、分拣、准备工作,作为生产设备的一部分,也是必不可缺的重要组成部分。因此,我们预计今后对自动仓库的需求还将持续保持同等态势。

  就世界范围来看,自动仓库引进事例最多的当属日本和欧洲。在日本,自动仓库几乎遍布所有产业领域,被用于各种各样不同的目的,其结果便使得小型自动仓库的件数不断攀升。而在欧洲,自动仓库的引进则以大企业为中心,因此相对来说大型自动仓库居多,其功能也以物流中心为主(图片4)。在北美地区,物流中心以货架、传送带及叉车构成居多,因此采用自动仓库的比例较少。而在中国、韩国及台湾等东南亚地区,伴随近年来的经济发展,自动仓库市场也在急剧扩大。在中国,以往仅限于进驻中国的外资企业引进自动仓库,近年来烟草行业等先进的本土企业也相继开始引进,与上世纪70年代的日本十分相似,今后该市场有望继续发展扩大(图片5)。

  随着自动仓库高性能化的发展,其使用目的及用途也在不断发展扩大。当前,所有可以考虑到的功能几乎都已齐备。今后,我们除了着重开发免维修及以预防维修为主的系统外,还将事业重心放在充分利用制定计划时的模拟仿真功能,构建更加高端的全方位系统上。

  我们今后也将侧耳倾听各位客户最诚挚的意见与需求,决心致力于与客户一起全力构建最佳最新的系统平台。

摘自< Daifuku News No.169(2003年9月号) >