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1、托盘四向穿梭车系统的建设要点随着中国制造业加速转型升级，越来越多的企业需要进行物流智能化升级，但是往往受到仓库面积、高度、形状等现实条件的限制，以及市场不确定性因素的影响。因此，相对于投资传统的自动化立体库，企业更倾向于选择智能化、柔性化程度更高的物流系统。托盘四向穿梭车系统以灵活性、智能化等优势，成为市场青睐的自动化密集存储系统。作为近十年来发展起来的新型智能仓储设备，托盘四向穿梭车突破了货架内直线穿梭车与子母车的局限性，能够完成前后左右四个方向的运动，配合提升机能够覆盖立体库中的任意货位。随着小车本体设计的不断完善以及整体数智化水平的提高，托盘四向穿梭车的应用也从货架内存储扩展到库前搬运、
2、拣选等更多场景。托盘四向穿梭车系统具有存储密度高、可扩展性强、交付周期短、低碳节能等特点，可以助力企业实现节省空间、提高效率、减少人力、提高仓储智能化水平等目标；由于其布置灵活，能适应不同类型的仓库条件，且小车数量根据需要随时可调整，因此更适合旧仓库智能化升级改造。近年来，国内托盘四向穿梭车市场快速发展。综合业内人士观点，2022年国内有数百个相关项目，小车年销售量可达三四千台，增幅在30%以上。可以确定的是，随着越来越多的企业推出自主研发产品，这一细分领域的市场规模会越来越大，竞争也日趋激烈。一、概述托盘四向穿梭车(4-waysshuttleofpallet)是近10年发展起来的物流新技术，
3、其创意来源于穿梭板(shuttleboard)和子母车(satellitecar),现在已经成为一项被广为接受的物流技术。托盘四向穿梭车具有许多优点，如特别适合于老旧仓库的改造,无论仓库高低如何，还是形状多么怪异(平面形状曲折多样、空间高度变化等)，四向穿梭车都能适应，因此广受欢迎。又如，四向穿梭车具有很好的柔性，既可以适应出入库频率很高的场合，也适合于出入库频率很低的场合，可以说这一项技术是对AS/RS系统的最佳补充。此外，四向穿梭车系统具有很好的密集存储能力，比传统的AS/RS要好很多，又加之其特别适用于库房空间较低的场景(一般小于15米，AS/RS并不合适)，因此在冷链系统中颇受欢迎。当
4、然，四向穿梭车也并非完美无缺。由于要增加轨道的缘故，所以系统成本相对来说要高一些，这是其柔性和适应性无法弥补的,规模越大的仓库越是如此。此外，大型的四向穿梭车库，其调度是比较困难的，这给很多企业提高了技术门槛，并进一步增加了系统的成本。四向穿梭车技术为物流仓储系统的设计提供了一种新选择，并且在特定情况下成为首选，这是其意义所在。本文将初步探讨四向穿梭车系统建设的要点，以及在设计中要注意的事项。二、系统组成与核心技术一个典型的四向穿梭车系统，主要包括货架、穿梭车、提升机、输送机以及软件系统等，当然还包括一些辅助设施，如维修平台和设备等。1.货架货架是托盘四向车系统的关键设备之一。一方面，与传统横
5、梁式货架不同，四向车系统的货架在结构上增加了供穿梭车行走的轨道，这是一个根本性变化。另一方面，其对货架刚度和精度的要求大幅度提升。因此，货架的加工难度和安装难度大大提升。这种精度的提升，对货架生产制造也提出更高要求，传统的轧机已经难以满足要求，全自动冲孔和轧制技术已成为必要条件，目前一条进口的全自动轧机线动辄超过100O万元，是许多货架企业难以承受的。此外，由于喷涂工艺的误差较大，货架采用镀锌板材料成为趋势。目前，国内只有为数不多的几家企业具备生产能力。2,托盘四向穿梭车托盘四向穿梭车一般采用两套轮系：其中一套负责X方向的运行，另一套负责Y方向的运行。在转向环节，通过交换轮系（高差）完成转向，
6、托盘本身并不转向（目前也有单位在开发可转向的穿梭车，但还没有应用案例，而且前景并不看好）。穿梭车取放货均采用顶升机构完成。在取货时，穿梭车进入托盘底下，对准后起升机构升起，将托盘顶起，底部离开货架L型梁或输送机链条表面，这时穿梭车和托盘就可以脱离货架运行；在放货环节，穿梭车将托盘搬运到指定货位后，对准后起升机构下降，托盘就会被放置在L型梁或输送机上，这样穿梭车就完成了一次放货作业。这是四向穿梭车的基本原理。对托盘四向穿梭车来说，定位技术和无线通讯技术的可靠性是其关键技术；电池的选择和充电管理也很重要，电池技术甚至是影响四向穿梭车发展的主要因素；此外，在一个区域同时运行多辆穿梭车时，车的避让技术
7、是影响系统效率的关键因素。这些都是选择穿梭车的重要参考指标。穿梭车的控制可以采用PLC或集成电路板，集成电路板具有价格优势，因此被越来越多的企业所采用。3 .提升机提升机位于立体库的两端，其作用有两个：一是将托盘从入库层送到目的地层，二是完成穿梭车换层。很多情况下，穿梭车需要换层。提升机之所以重要，是因为它是影响系统效率的瓶颈之一。在一个相对较大的系统中，提升机、穿梭车的数量匹配是一个颇有难度的问题。这一问题除与其自身参数（如加速度、速度、移载时间等）有关，还与系统的流程设计和策略有关。如，如果每次作业都是穿梭车带托盘完成升降作业（每次穿梭车都带货换层），其与穿梭车不换层作业则有很大差异。这些
8、都不能通过简单计算就可以得到准确答案，通常还需要进行计算机仿真才行。4 .输送机输送机在穿梭车系统中也扮演着非常重要的角色，主要用于入出库端托盘的输送。它与流程设计密切相关，影响着系统整体效率，甚至对系统的成本有较大影响。在布局方面，输送机的设计变幻莫测，需要根据流量要求认真考虑，很多初学者对此一筹莫展。5 .软件系统托盘四向穿梭车系统中的软件主要是WMS和WCS,这些软件其实与传统的AS/RS没有显著差异，所不同的是关于穿梭车的调度系统，这是AS/RS所没有的。四向穿梭车系统的一大问题是任务分布不均衡，从而导致实际的效率与理论相去甚远，这是很容易想到的事情。要解决这一问题，需要从多方面入手。
9、如设置库存ABC分布策略，预先调整库存结构，主动控制回库托盘的地址分配等。特别重要的一点是，每个项目要根据具体情况选择相应策略，避免张冠李戴，才能取得较好效果。6 .辅助设备除以上外，四向穿梭车系统的维修平台和维修设备同样必不可少，而充电装置的位置及数量也常常困扰着设计人员。在大型四向车系统中，由于大量的穿梭车相向运动，其对货架产生的共振也是一个大问题，需要采取有效手段预防。三、如何做好系统规划设计要做好一个托盘四向穿梭车系统的规划设计，与其他立体库系统有很多类似之处，如做好数据分析，需求分析，确定总体方案，做好流程分析，选择合适的设备参数等。但也有一些特殊之处：四向穿梭车应用于老旧仓库时，如
10、何做到入出库作业流程畅通就显得非常重要。此外，由于穿梭车本身的一些特点，如在库前输送和货到人拣选区域，完全可以采用穿梭车完成库前输送作业，使得整个物流系统设计变得更加紧凑和一体化。一体化的入出库系统四向穿梭车库的设计，要特别注意托盘、货架和层高的设计。一般来说，在穿梭车库中，托盘的方向是与AS/RS不同的，很多初学者很容易发生错误。对货架来说，因为穿梭车的原因，需要增加轨道和充电装置等内容，其设计比AS/RS的横梁式货架要复杂很多，因此，如何设计穿梭车轨道和货架，成为四向穿梭车立体库设计的关键内容之一。一项不合理的设计，不仅会导致货架无法满足使用要求（包括强度、刚度、稳定性、噪音、共振等方面）
11、，也会大大增加成本（一般情况下，四向穿梭车货架的成本是AS/RS横梁式货架的2倍甚至更多）。穿梭车库的层高要比传统的横梁式货架高（具体数据与穿梭车的结构和载荷有关，也与不同品牌的产品有关）。这就使得在有些场合下，由于空间高度的限制，采用四向穿梭车方案时，会比AS/RS货架少一层，从而影响最终的系统性价比。做好提升机的设计，是穿梭车系统设计另一个关键。在穿梭车库设计中，如果一层的托盘不经过提升机进入货位储存，而是直接采用穿梭车完成入库和出库作业，会大大减少提升机的作业量，从而减少提升机的数量，这是穿梭车库设计的一个小窍门。比如，对一个只有2层的穿梭车库来说，这样做的效果是提升机工作量会减少50%
12、以上（考虑到库存ABC的分布问题，可能会大于50%）；对3层系统，会减少33%以上；即使对一个10层的穿梭车库来说，也会减少10%以上的作业量。因此，提升机的设计往往会变得复杂一些。这是四向穿梭车系统设计要特别注意的。还有一个容易被忽视的问题是维修问题，这是大多数设计工程师最容易犯的错误，而用户也往往不会关心。但对于一个自动化系统而言，维修问题却是一个大问题。维修设备包括维修楼梯、平台以及辅助工具，如轻便型起重机等。对穿梭车立体库而言，这是不可或缺的。有时，维修平台会影响系统总体设计，当然也会增加费用，但这些都是不可避免的。最后要引起重视的是，虽然四向穿梭车系统可以建得很高，但消防问题是其另一
13、个难点。这也就是目前在用的四向穿梭车库规模普遍不大、高度也不高的一个重要原因。要解决这个问题，需要设计人员付出更多的智慧和时间，还要制定相应标准。四、系统关键评价指标要评价一个四向穿梭车系统，其实有很多指标，比较关键的包括以下几个：与地面无健连接的穿梭车库L作业的流畅性主要包括：车辆路线规划，月台规划，托盘规划，收货作业区规划，拣选作业区规划，立体库规划（布局、路线、提升机布局、入出口布局、拣选作业区规划等），发货作业区规划等。一个优秀的系统，其作业路线是流畅的，其布局是合理的，其总体指标是协调的。2 .设备数量与参数的合理性主要是指提升机和穿梭车的数量和参数是否合理、相互匹配。关于提升机的数
14、量，要仔细核算作业流量与系统要求的符合性,过多与过少都是不好的设计；此外，提升机的位置与布局是设计的重点，一个好的设计应合理安排提升机位置。穿梭车数量一般要比计算值多一些，即有一定冗余。3 .性价比人们常常忽略性价比的问题，其实这是评判系统设计合理性的最重要参数之一。一般来说，性价比要在同样的口径进行比较，如储存能力、入出库能力一致等，否则就失去意义。当然，我们也常常会遇到一些要求特别的项目，只有四向穿梭车才能解决，这时的比较意义不大，但还是有进行比较的必要。4 .系统的稳定性稳定性作为系统的重要评价指标，也是设备和系统选型的一个基本要求。从系统设计角度看，可以通过一些冗余设计，提升系统应对故
15、障的能力。在这方面，除硬件设备外，系统流程设计、系统软件也扮演着非常重要的角色。5 .系统的柔性对四向穿梭车系统来说，柔性通常表现在系统应对高峰作业时的能力，包括：增加硬件设备以提高系统的处理能力，以及采用更多设备时系统效率如何有效提升等。有时为满足柔性化的需求，可以提前布置一些设备，如提升机等，有时则要求对未来增加设备应留有余地。五、影响系统运行效果的因素影响四向穿梭车系统运行效果的因素很多，主要分为以下几个部分：L设计的合理性一个物流中心的运行效果，系统设计是最基础的因素。设计过程又分为很多部分，其中预测的准确性、设计指标的合理性、总体方案的合理性、流程设计的合理性、设备选型的合理性，以及
16、软件选型的合理性等，是比较重要的方面。很多企业因为对物流的本质不甚了解，往往容易忽视设计的重要性。殊不知，如果设计方案出现重大问题，再好的设备和软件也无法发挥作用。如果要给设计的重要性做一个评估，可以毫不夸张地说，设计对系统运行的效果起到基础性和决定性作用，比设备和软件都重要得多。在实际项目中，由于看问题的角度不同，用户往往重视硬件投资，轻视软件投资。有的用户宁愿多花几千万元的土建和设备投资，也不肯在软件和设计上花适当的钱。这也是导致很多系统设计不合理甚至失败的根本原因。2 .系统的可靠性系统的可靠性是影响系统运行效率的关键指标之一。如果一个系统中的设备和软件不可靠，轻则影响总体作业效率，重则
17、导致整个系统无法正常运行。一个四向穿梭车系统的硬件，无论是货架、穿梭车，还是提升机、输送机，都要求能达到满足设计要求的可靠性。系统的可靠性可以用系统的可用度来表述1,对于一般场合而言，物流系统的可用度要达到97%以上；对于特殊的场合，可用度要达到99%以上。提高系统可靠性的方法有很多，主要体现在单机设备和软件方面。采用更高质量和可靠性的设备，系统的可靠性必然会提升，但带来的代价是采购成本也会上升。如何在可靠性与成本之间寻求平衡，既是对设计的要求，也是对用户的挑战。在实际应用中，需要避免过度依赖设备可靠性和忽视系统可靠性的倾向。系统的可靠性,不仅仅取决于设备的可靠性，还取决于很多其它因素，如冗余
18、设计、备品备件等。3 .维护的及时性任何复杂的自动化系统，在长期使用过程中，都不可避免会出现故障和问题，这就要求系统要长期得到及时合理的维护。一方面是日常的维护维修工作，尤其是故障监测工作要完善到位；另一方面，系统一旦出现故障，要保障能够快速修复。此时，专业的团队和充足的备品备件都是不可或缺的。在设计中，一方面对关键设备要进行冗余设计，使其在发生故障时可以切换到新的作业模式，如提升机，可以采用多台提升机互为备份，并有一定能力冗余，使得任何一台提升机出现故障，系统还能继续工作，只是效率有所影响。穿梭车也是如此。对于穿梭车这样的移动设备，一旦出现故障，要有能够快速替换的设备，才不至于耽误整个系统的正常作业，在设计中，保持一定的冗余量就显得尤其必要。当然，对于规模很小的系统，硬件的备份显得没有必要或很难实现，这时寻求更高质量的设备和系统就显得非常必要。
