智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)手機站
智能制造網(wǎng)小程序
智能制造網(wǎng)官微
智能制造網(wǎng)服務號
智能控制
機器人
儀器儀表
物聯(lián)網(wǎng)
3D打印
工業(yè)軟件
回放
品牌
其他品牌
從倉庫地面到立庫貨架，物流行業(yè)不斷“內(nèi)卷”，如今智能物流裝備廠商“卷”出了一個適應性更強、柔性化程度更高且更具成本優(yōu)勢的“新寵”-四向穿梭車。
靈活高速、自由變換方向地穿梭于密集型貨架上的物流機器人是人們對于智能倉儲的想象之一，如今已在諸多行業(yè)的自動化立庫中落入現(xiàn)實。
隨著市場競爭的加劇、土地和人力等成本壓力的攀升，企業(yè)對于自動化立庫的建設需求逐年增加，其市場規(guī)模也不斷擴大。在這場倉儲物流改造升級的熱潮中，口袋深的大企業(yè)希望作業(yè)效率能再提高，口袋淺的小企業(yè)希望投資能更具性價比，壓力的天平傾斜到智能物流裝備廠商這邊，在自動化立庫解決方案上掀起了一場曠日持久的“內(nèi)卷”之爭：
1、“卷”環(huán)境適應性？
堆垛機立庫適用較高、較長、布局較規(guī)整的倉庫環(huán)境，當倉庫高度不足、形狀不規(guī)則時，傳統(tǒng)堆垛機立庫就顯得力不從心。如何為企業(yè)提供更具環(huán)境適應性的自動化立庫解決方案？
2、“卷”空間利用率？
倉庫空間有限，自動化立庫建設過程中，如何合理規(guī)劃貨位，同時確保后期擴展的便利性？這成了令許多廠商頭疼的問題。
3、“卷”預算靈活度？
對于許多中小企業(yè)而言，堆垛機立庫的高建設成本是一個不小的負擔。如何在預算有限的情況下幫助企業(yè)實現(xiàn)倉儲自動化升級？
4、“卷”作業(yè)效率？
企業(yè)作業(yè)量波動大，如何在波峰時期提升作業(yè)效率，同時在波谷時期減少資源浪費？這成了廠商追求解決方案持續(xù)優(yōu)化的關鍵。
面對這一系列問題，智能物流裝備廠商“卷”出了一個適應性更強、柔性化程度更高且更具成本優(yōu)勢的“新寵”，那就是四向穿梭車自動化立庫。
堆垛機or四向穿梭車
四向穿梭車作為近些年來興起的物流新設備，其設計概念來源于穿梭板和子母車，是一種應用于自動化立體倉庫系統(tǒng)中，由軌道導引并且可以自動變軌換向的智能物流搬運設備。它根據(jù)作業(yè)指令的要求，在換層提升機的協(xié)助下，通過行駛軌道完成在多層貨架貨位的貨物存取等任務，從而實現(xiàn)貨物的快速出入庫和庫存管理。相較于傳統(tǒng)的堆垛機立庫，四向穿梭車立庫對于倉庫高度、形狀等條件的要求沒有那么嚴格，建設與維護成本相對較低，且具有高效、靈活、柔性的作業(yè)特點，因而應用漸廣。
通常來說，四向車穿梭車與貨架、換層提升機、軌道輸送線以及軟件系統(tǒng)等共同構(gòu)成了四向穿梭車自動化立體倉庫系統(tǒng)。同時，根據(jù)不同的作業(yè)處理形式，四向穿梭車大致分為托盤(重載)四向穿梭車和箱式(輕型)四向穿梭車兩類。其中，前者主要面向托盤載具貨物的密集存儲領域，而后者則被較多地應用于箱式載具貨物的“貨到人”揀選場景。
托盤(重載)四向穿梭車，主要構(gòu)建以托盤為存儲單位的自動化立體倉庫，進行重達幾百公斤乃至是一噸以上的托盤貨物存取作業(yè)。它可與上位機或WMS等系統(tǒng)進行通訊，結(jié)合條碼識別等物流信息技術，完成貨物的存取、搬運作業(yè)，可以較為容易地實現(xiàn)密集存儲，但對貨架的性能要求比較高，從而在一定程度上增加了貨架成本。
箱式(輕型)四向穿梭車，主要構(gòu)建以輕型料箱、紙箱等為存儲單位的自動化立體倉庫。除密集存儲場景外，它還可承載線邊庫重量達幾十公斤的箱式貨物的高速揀選作業(yè)，可有效完成多品種、多規(guī)格、多存儲貨物的自動化存儲及拆零揀選作業(yè)。
四向穿梭車更具性價比
由于四向穿梭車的作業(yè)路徑可以覆蓋倉庫內(nèi)的任何貨位，從理論上來講，當企業(yè)出入庫頻率較低時，一個倉庫布置一臺四向穿梭車，再配合貨架、換層提升機、軌道輸送線以及軟件系統(tǒng)等，即可完成整個倉庫作業(yè)；當企業(yè)出入庫頻率升高時，則可增加四向穿梭車的數(shù)量以完成大量作業(yè)任務。因此，四向穿梭車的出現(xiàn)及應用，革新了傳統(tǒng)的自動化立體倉庫作業(yè)模式，極大提升了倉庫的存儲作業(yè)效率與柔性，具有以下特點與優(yōu)勢：
1)高效率：與傳統(tǒng)立體倉庫中堆垛機的單機作業(yè)模式相比，四向穿梭車一般為多設備聯(lián)動作業(yè)，且具備較高的速度運行能力、精準的定位能力和智能化的調(diào)度能力，因而作業(yè)效率較高。
2)高柔性：四向穿梭車由于具備前、后、左、右四個方向的行駛能力，在作業(yè)時更加高效靈活。同時，與堆垛機立體倉庫對倉儲布局的規(guī)整度、高度要求相比，四向穿梭車系統(tǒng)可適用于倉庫高度較低、異形建筑等不規(guī)整布局環(huán)境，并通過增加或減少四向穿梭車和換層提升機的配置數(shù)量，來滿足不同客戶在具體的倉庫面積、物流倉儲成本、訂單吞吐量等方面的不同需求，具有較高柔性。
3)高密度：由于四向穿梭車的車身較薄、體積小、作業(yè)寬度窄，可在狹小的通道中自由行駛，實現(xiàn)在任意方向的存取操作，并無需額外的轉(zhuǎn)彎空間，適用自動密集型高層貨架，可顯著提高庫位數(shù)量與倉儲空間利用率高，因而具有較高的存儲密度。
4)高性價比：傳統(tǒng)的堆垛機自動化立體倉庫搭建成本較高，庫位數(shù)量較少，單個貨位平均成本較高；四向穿梭車相對堆垛機而言價格較低，雖然貨架密度更大、成本更高，但單個貨位平均成本具有優(yōu)勢。高工咨詢研究數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)的堆垛機立體倉庫相比，四向穿梭車立體倉庫空間利用率可提高 20%以上，同時作業(yè)效率可提高20%，運行能耗可降低30%，單元投資成本可節(jié)約10%左右。
5)可拓展性：相較于堆垛機立體倉庫整體布局形成后難以更改的特點而言，四向穿梭車系統(tǒng)可根據(jù)企業(yè)經(jīng)營情況與發(fā)展需求，通過增加四向穿梭車數(shù)量、擴建貨架等形式進行后期建設，因而具有較好的拓展性。
關鍵技術大揭秘
相較于傳統(tǒng)的兩向(前進和后退)穿梭車而言，四向穿梭車具有兩套輪系，分別負責貨架上X、Y方向的行駛，它通過更換輪系來完成軌道切換，從而實現(xiàn)在平面內(nèi)四個方向(前、后、左、右)的行駛，并通過換層提升機的協(xié)助，完成垂直方向上的換層從而實現(xiàn)三維穿梭。其工作原理如下：
1)通過無線通訊與上位系統(tǒng)(如 WMS、WCS、RCS 等)進行數(shù)據(jù)交換，接收任務指令，實時反饋運行狀態(tài)和位置信息；
2)根據(jù)任務指令，輔以換層提升機的協(xié)助，在不同層級貨架內(nèi)沿著專用軌道進行前后左右行駛，到達目標貨位后，通過頂升機構(gòu)或貨叉機構(gòu)將貨物存入或取出；
3)在完成作業(yè)任務后，返回到指定位置，等待新的作業(yè)指令。
通過解析四向穿梭車的工作原理，我們可以發(fā)現(xiàn)，其關鍵技術主要包括定位技術、控制系統(tǒng)、無線通訊技術、調(diào)度系統(tǒng)和供電技術等。
1)定位技術
由于四向穿梭車在固定軌道上行駛，雖然不需要導航系統(tǒng)，但其作業(yè)對定位精度要求較高，一般需要控制在3mm以內(nèi)。當前市面上，四向穿梭車主流的定位方式有條碼定位、RFID定位和光電開關定位等。
條碼定位：在貨架行走軌道上布置條碼標簽，通過讀碼器識別碼帶上的信息，測量對應條碼的起始角度與終止角度，計算讀碼器與正在識別條碼的相對位置，另加對應條碼的偏移位置信息，從而確定四向穿梭車的位置。該定位方式布置簡便、成本低，但是安裝要求高且需要定期維護。
RFID定位：在貨架行走軌道上布置RFID標簽和定位檢測點，四向穿梭車通過傳感器識別定位檢測點、讀取RFID芯片來確定車體的位置。該定位方式精度較高，降低了系統(tǒng)控制難度，減輕了定位及安裝成本壓力，具有較好的可維護性與容錯性。
光電開關定位：該定位裝置主要由PLC、光電傳感器和反射板組成。其原理是，將光電傳感器安裝在四向穿梭車的底部，反射板設置在巷道入口處，當四向穿梭車行駛至巷道入口處，對齊反射板后，將根據(jù)不同的反射板反饋2進制碼給PLC控制器，即通過光電反射組合精準確定四向穿梭車的位置。與條碼定位、RFID定位相比，在保證定位精度的前提下，光電開關定位具有結(jié)構(gòu)簡單、便于實施和維護的特點。
2)控制系統(tǒng)
目前，市面上四向穿梭車的控制系統(tǒng)主要可以分為PLC控制系統(tǒng)和專用集成電路板控制系統(tǒng)兩種。前者歐洲廠商應用較多，成本較高；而后者日本廠商應用較廣，成本較低。國內(nèi)的四向穿梭車也主要采用了這兩種控制系統(tǒng)。隨著人工智能技術的飛速發(fā)展，四向穿梭車的控制系統(tǒng)正加速結(jié)合底層路徑自學習算法，實現(xiàn)更為高速安全的運行、更為精準可靠的定位。
3)無線通訊技術
如何在密集的貨架與多臺設備運行的環(huán)境中實現(xiàn)實時可靠的通訊，對于四向穿梭車系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行尤為重要。目前，市面上的四向穿梭車主要采用Wi-Fi、Zigbee等無線通訊方式，上位控制器通過無線通訊模塊向四向穿梭車下達任務指令，任務指令傳遞至PLC處理后轉(zhuǎn)變成具體的控制信號，并輸送至驅(qū)動控制模塊，進而完成相應的作業(yè)動作。
4)調(diào)度系統(tǒng)
在四向穿梭車系統(tǒng)中，普遍存在多臺小車同時作業(yè)的情況，而調(diào)度系統(tǒng)通過對小車進行車況識別、小車選用、路線規(guī)劃等作業(yè)調(diào)度任務，可幫助四向穿梭車系統(tǒng)提升整體運行效率。未來，四向穿梭車調(diào)度系統(tǒng)會面臨更多場景融合、更多設備接入、更復雜的全局任務、更高效穩(wěn)定的節(jié)拍要求等現(xiàn)實挑戰(zhàn)，將不斷結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、AI算法以及5G技術實現(xiàn)更強的自主性及邊緣計算能力，發(fā)展更加智能化、集群化、協(xié)同化的調(diào)度系統(tǒng)。
5)供電技術
目前，市面上常見的四向穿梭車供電方式主要有電纜供電、電容加滑觸線供電、電容加電池供電等方式。相較于電容與電池供電，電纜與滑觸線供電的靈活性較差，且維護成本較高，因而電容與電池的組合供電方式更為普遍。同時，由于作業(yè)距離通常較遠，電池只能作為輔助供電，電容則要保證一次充電后能完成至少一次的最遠路徑作業(yè)，而超級電容的發(fā)展則對此有很好的改善。
賽道大熱，多方相繼入局
近年來，四向穿梭車應用漸廣，國內(nèi)四向穿梭車市場也日漸火熱，各類型的入局者正持續(xù)增加。一般來說，國內(nèi)市場上的四向穿梭車廠商大致可以分為以下四類：
第一類是以上海哥倫布、智芯科技、智世機器人、華章智能、智庫智能、牛眼智能等為代表的專業(yè)四向穿梭車廠商。該類型廠商大多數(shù)在成立之初就聚焦四向穿梭車賽道，具備較強的技術創(chuàng)新能力與豐富的行業(yè)經(jīng)驗積累，在產(chǎn)品實力、客戶需求和項目交付等方面的綜合競爭力較強。
第二類是以北自所、凱樂士、伍強智能、蘭劍智能、井松智能、科捷智能、中科微至、中鼎科技等物流系統(tǒng)集成商。該類型廠商基于對下游應用行業(yè)和場景的縱深理解，大多通過成立專業(yè)子公司(例如普羅格智芯科技)或外購車體、控制系統(tǒng)進行組裝的方式進軍四向穿梭車賽道，因為系統(tǒng)集成業(yè)務貼近客戶端現(xiàn)實應用環(huán)境的特點，故該類型廠商在產(chǎn)品應用需求與解決方案設計上具備較強的優(yōu)勢。
第三類是以極智嘉、曠視機器人、勱微機器人、音鋒機器人、臨工智科等為代表的物流機器人廠商。該類型廠商多為集中在物流搬運與輸送場景的機器人廠商，在客戶物流需求整體化趨勢愈發(fā)明顯的態(tài)勢下，通過向密集存儲場景的拓展，形成了存儲、搬運、輸送、分揀等場景設備的銜接與聯(lián)動，實現(xiàn)庫內(nèi)業(yè)務環(huán)節(jié)的整體協(xié)作。同時，基于在物流機器人業(yè)務的豐富軟硬綜合實力，該類廠商在設備調(diào)度管理上具備突出優(yōu)勢。
第四類是以世倉智能、上海精星、南京華德、歐標智能等為代表的倉儲貨架廠商。該類型廠商作為四向穿梭車廠商配套產(chǎn)品的合作伙伴，基于其貨架生產(chǎn)制造與配套服務的優(yōu)勢朝著四向穿梭車領域延伸拓展，豐富自身產(chǎn)品與服務矩陣的同時，具備較強的整體解決方案成本控制優(yōu)勢。
未來，隨著需求市場的不斷發(fā)展以及科學技術的迭代演進，四向穿梭車領域會有更多新玩家陸續(xù)涌入，國內(nèi)四向穿梭車市場也將面臨著更為激烈的競爭角逐。e-works整理了30家活躍在市場上的國內(nèi)四向穿梭車廠商(排名按首字母序，不分先后)，以供需求企業(yè)了解。
更廣泛·更智能·更柔性
四向穿梭車基于快速運行、協(xié)同作業(yè)、柔性部署與拓展等能力，以更為靈活、更高性價比的方式適配于更多布局條件的倉庫環(huán)境；同時，四向穿梭車還可通過與AGV/AMR、輸送線等物流設備集成應用，打通存儲、搬運、輸送、分揀等更多物流場景，這也是其市場高速發(fā)展的主要原因。展望未來，由于四向穿梭車市場仍處于快速發(fā)展期，這將推動四向穿梭車產(chǎn)品功能的不斷完善，以及應用領域與應用場景的加速落地；此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、多重環(huán)境感知等技術的不斷發(fā)展，柔性一體化、智能化調(diào)度或?qū)⑹撬南虼┧筌嚰夹g發(fā)展的重點。
應用領域不斷拓展
當前，四向穿梭車在電商、零售、3PL、汽車零部件、3C電子等領域得到了廣泛應用。例如，電商、零售行業(yè)存在著SKU多、庫存量大、出入庫頻率高等特點，四向穿梭車系統(tǒng)配合AGV/AMR等物流設備，可以實現(xiàn)更為高效的密集存儲和出入庫作業(yè)；汽車零部件、3C電子行業(yè)存在著SKU多、生產(chǎn)節(jié)拍緊密等特點，四向穿梭車系統(tǒng)通過與生產(chǎn)線、分揀線的有效連接，可以優(yōu)化整體倉儲與生產(chǎn)流程、提高企業(yè)效益。近年來，隨著政策支持力度的加大與市場規(guī)模的增長，冷鏈行業(yè)對四向穿梭車的應用需求也在持續(xù)增加。可以預見，四向穿梭車未來將會實現(xiàn)更多行業(yè)領域的拓展應用。
智能化調(diào)度需求更甚
隨著四向穿梭車自動化立體倉庫應用漸廣，多臺四向穿梭車協(xié)同作業(yè)對調(diào)度系統(tǒng)的智能化水平也提出了更高要求。如何利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術不斷優(yōu)化小車作業(yè)路徑、減少排隊等待時間、實時監(jiān)測小車運行狀態(tài)，從而提升系統(tǒng)整體運行的效率和穩(wěn)定性，都是四向穿梭車調(diào)度系統(tǒng)未來需要不斷提升的能力。
柔性一體化程度加深
企業(yè)對物流需求柔性化、一體化程度的加深，驅(qū)動著四向穿梭車廠商不斷提升產(chǎn)品柔性與集成能力，從而幫助企業(yè)建設更為柔性化、一體化的物流系統(tǒng)。例如，可自行升降、可在貨架及地面兩棲行駛是四向穿梭車產(chǎn)品功能的重要研究方向，以及集成四向穿梭車與提升機、輸送線、AGV/AMR等設備的一體化物流系統(tǒng)也是四向穿梭車解決方案廠商關注的重要方面。
寫在最后
四向穿梭車的出現(xiàn)，為企業(yè)倉儲自動化建設提供了新選擇，也滿足了企業(yè)愈發(fā)智能化、柔性化、精細化的倉儲物流管理需求。縱觀四向穿梭車的發(fā)展歷程，從傳統(tǒng)的兩向行駛發(fā)展到如今的四向行駛，從協(xié)同提升機換層到研究自行升降，從貨架行駛到地面兩棲，從需要人為控制操作到智能調(diào)度運行，靈活、柔性、智能是其主要特征，也更適應現(xiàn)代倉儲物流管理的發(fā)展。
參考文獻：
[1]尹軍琪.四向穿梭車技術與應用[J].起重運輸機械.2020
[2]GGII.2023托盤四向穿梭車產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書[R].2023
[3]尹軍琪.托盤四向穿梭車系統(tǒng)的建設要點[J].物流技術與應用.2023
[4]楊光輝,陳園園,管樹林,呂志軍.四向穿梭車智能化密集存儲技術的研究與應用[J]起重運輸機械.2020
[5]移動機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.四向穿梭車大熱，AGV/AMR廠商相繼入局[EB/OL].2023
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)小程序
微信公眾號
