概述
托盘四向穿梭车是近10年来发展起来的一种新型物流技术，其创意是基于穿梭板和卫星车，现已成为一种被广泛接受的物流技术。
托盘四向穿梭车有很多优点，比如特别适合改造旧仓库，无论仓库多高或多低，或者形状多么奇怪（平面形状曲折多变，空间高度变化等），四向穿梭车都可以适应，所以很受欢迎。 例如，四向穿梭车具有非常好的灵活性，可以适应进出频率高的场合，也适用于进出频率非常低的场合，可以说是对AS RS系统的最佳补充。 此外，四向穿梭车系统具有良好的密集存储容量，比传统的AS RS要好得多，特别适用于仓库空间较小的场景（一般小于15米，AS RS不适用），因此在冷链系统中颇受欢迎。
托盘四向穿梭车库案例。
当然，四向穿梭巴士并非完美无缺。 由于需要增加轨道，系统的成本相对较高，其灵活性和适应性无法弥补，尤其是在较大的仓库中。 此外，大型四向穿梭车库的调度难度较大，提高了许多企业的技术门槛，进一步增加了系统成本。
四向穿梭车技术为物流和仓储系统的设计提供了新的选择，是特定情况下的首选，这是有道理的。 本文将初步引出四向穿梭车系统的构建，以及设计中需要注意的事项。
系统组成及核心技术
典型的四向穿梭车系统主要包括货架、穿梭车、提升机、输送机和软件系统，以及一些辅助设施，如维修平台和设备。
1.货架
货架是托盘四向推车系统的关键设备之一。 一方面，与传统的横梁式货架不同，四向车系统的货架在结构上发生了根本性的变化，增加了穿梭车行驶的轨道。 另一方面，其对货架刚度和精度的要求有了很大的提高。 因此，货架的加工难度和安装难度大大提高。 这种精度的提高，对货架的生产制造也提出了更高的要求，传统的轧机已经难以满足要求，自动冲压和轧制技术成为必要条件，目前，一条进口自动轧机生产线往往超过1000万元，是很多货架企业难以承受的。 此外，由于喷涂工艺误差较大，货架使用镀锌板材料已成为一种趋势。 目前，我国只有少数企业具备生产能力。
2.托盘四向穿梭车
托盘四向穿梭车一般采用两套轮系：一套负责X方向作业，另一套负责Y方向作业。 在转向环节中，通过改变轮系（高度差）来完成转向，托盘本身不转动（也有单位开发可旋转穿梭车，但目前还没有应用案例，前景不容乐观）。 穿梭车的取料和卸料由顶升机构完成。 取货时，穿梭车进入托盘底部，对准后升降机构上升，托盘顶起，底部离开货架的L型梁或输送链的表面，然后穿梭车和托盘可以跑出货架; 在释放环节中，穿梭车将托盘运送到指定的货物位置后，升降机构对准后下降，托盘将放置在L型梁或输送机上，使穿梭车完成一次释放操作。 这是四向穿梭车的基本原理。
托盘四向穿梭车
对于托盘四向穿梭车来说，定位技术和无线通信技术的可靠性是其关键技术; 电池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，当多个穿梭车在一个区域同时运行时，车辆避让技术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，具有最大的优势，因此被越来越多的企业采用。
3.提升
提升机位于立体仓库的两端，其功能是双重的：一是将托盘从存储层送到目的层，二是完成穿梭层的换层。 在许多情况下，需要更换穿梭车。
葫芦很重要，因为它是影响系统效率的瓶颈之一。 在一个比较大的系统中，要匹配葫芦和穿梭车的数量是相当困难的。 这个问题不仅与其自身的参数（如加速度、速度、传递时间等）有关，还与系统的工艺设计和策略有关。 例如，如果每个操作都是带有托盘的穿梭车完成升降操作（每个穿梭车携带货物换层），则与没有换层的穿梭车有很大不同。 这些都不能通过简单的计算来回答，通常需要一台计算机。
4.输送 机
输送机在穿梭车系统中也起着非常重要的作用，主要用于在出入库两端运输托盘。 它与工艺设计密切相关，影响系统的整体效率，甚至对系统的成本影响很大。
在布局方面，输送机的设计是不可预测的，需要根据流量要求仔细考虑，很多初学者对此不知所措。
5.软件系统
托盘四向穿梭系统中的软件主要是WMS和WCS，它们与传统的ASRS没有明显区别，但区别在于穿梭调度系统，这是ASRS中没有的。
四向穿梭系统的主要问题之一是任务分布不均，这导致实际效率远非理论上，这很容易想到。 要解决这个问题，我们需要从多方面入手。 例如，设置库存ABC配送策略，提前调整库存结构，主动控制退货托盘的地址分配。 根据具体情况为每个项目选择相应的策略尤为重要，避免戴皇冠和戴皇冠，才能取得更好的效果。
6.辅助设备
除上述外，四向穿梭系统的服务平台和维护设备也是必不可少的，充电单元的位置和数量往往是设计人员面临的问题。 在大型四向车辆系统中，由于大量穿梭车向相反方向移动，其与货架的共振也是一个很大的问题，需要采取有效的措施来防止。
如何做好系统规划设计
要做好托盘四向穿梭系统的规划设计，与其他立体仓储系统有很多相似之处，如数据分析、需求分析、确定总体方案、做好工艺分析、选择合适的设备参数等。 但也有一些特殊之处：当四向穿梭车应用于旧仓库时，如何实现进出仓库的顺利操作过程非常重要。 此外，由于穿梭车本身的一些特点，如仓前输送和货到人拣选区，可以使用穿梭车完成仓前输送作业，使整个物流系统设计更加紧凑和集成。
集成仓储和仓储系统。
四向穿梭车库的设计应特别注意托盘、货架和楼层高度的设计。 一般来说，在穿梭车库中，托盘的方向与ASRS不同，很多初学者容易出错。 对于货架来说，由于有穿梭车的原因，需要增加轨道和充电装置等，其设计比AS RS的横梁货架要复杂得多如何设计穿梭车轨道和货架已成为四向穿梭车立体仓库设计的关键内容之一。不合理的设计不仅会导致货架不能满足使用要求（包括强度、刚度、稳定性、噪音、共振等），而且会大大增加成本（一般来说，四向穿梭货架的成本是AS RS横梁货架的2倍以上）。 穿梭车车库的层高高于传统横梁式货架（具体数据与穿梭车的结构和载重有关，也与不同品牌的产品有关）。 由于空间高度限制，在某些情况下，可以使用比 AS RS 机架少一层的四向穿梭车解决方案，从而影响系统的最终成本效益。
做好葫芦的设计是梭车系统设计的另一个关键。在穿梭车库的设计中，如果一楼的托盘不通过升降机进入货位库，而是直接使用穿梭车完成入库和出库作业，则提升机的作业量将大大减少，从而减少升降机的数量，这是穿梭车库设计的一个小花招。 例如，对于只有2层的穿梭车库，这样做的效果是提升机的工作量将减少50%以上（考虑到库存ABC的分布，可能大于50%）; 对于3层系统，将减少33%以上; 即使是10层的穿梭车库，工作量也可以减少10%以上。 因此，葫芦的设计往往会变得更加复杂。 这是在四向穿梭系统设计时应特别注意的事项。
还有一个容易被忽视的问题修复问题这是大多数设计工程师最常犯的错误，也是用户通常不关心的错误。 但对于自动化系统来说，维护问题是一个大问题。 维修设备包括楼梯、平台和辅助工具（如便携式起重机）的维修。 这对于穿梭车库来说是必不可少的。 有时，维修平台会影响整个系统设计，当然会增加费用，但这些都是不可避免的。
最后，需要注意的是，虽然四向穿梭系统可以建得很高，但是：火灾问题是另一个困难。 这也是目前使用的四向穿梭车库规模普遍不大，高度不高的重要原因。 解决这个问题需要设计师更多的聪明才智和时间，以及制定相应的标准。
系统关键评价指标
要评估四向穿梭系统，实际上有很多指标，包括以下内容：
穿梭车库与地面无缝连接。
1.工作的流畅性
主要包括：车辆路线规划、平台规划、托盘规划、收货作业区规划、拣选作业区规划、立体仓库规划（布局、路线、提升机布置、进出口布置、拣选作业区规划等）、配送作业区规划等。 一个运行路线畅通、布局合理、总体指标协调的优秀系统。
2.器件数量和参数的合理性
主要是指葫芦、梭车的数量和参数是否合理，是否相互匹配。
关于提升机的数量，要仔细计算作业流量与系统要求的符合性，太多和太少都是不好的设计; 此外，葫芦的位置和布局是设计的重点，一个好的设计应该合理安排葫芦位置。 穿梭车的数量一般大于计算值，即有一定的冗余。
3.物有所值
性价比问题经常被忽视，但它是判断系统设计合理性的最重要参数之一。 一般来说，性价比应该在相同的口径上进行比较，如存储容量、存储容量、存储和存储容量等，否则将失去意义。 当然，我们经常会遇到一些只能用四向穿梭车解决的特殊项目，比较意义不大，但还是有必要比较一下。
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基本要求。 从系统设计的角度来看，可以通过一些冗余设计来提高系统应对故障的能力。 在这方面，除了硬件设备外，系统工艺设计和系统软件也起着非常重要的作用。
5.系统的灵活性
对于四向穿梭系统，灵活性通常体现在系统应对高峰运行的能力上，包括增加硬件设备以增加系统的处理能力，以及当使用更多设备时如何有效提高系统的效率。 有时，为了满足灵活性的需要，可以提前安排一些设备，如升降机等，有时要求将来应该有额外的设备空间。
影响系统有效性的因素
影响四向穿梭系统运行效果的因素很多，主要分为以下几个部分：
1.设计的合理性
系统设计是物流中心运营中最基本的因素。 设计过程分为多个部分，其中一等精度、设计指标的合理性、整体方案的合理性、工艺设计的合理性、设备选型的合理性、软件选型的合理性是比较重要的方面。 许多公司往往忽视设计的重要性，因为他们对物流的本质知之甚少。 众所周知，如果设计方案出现重大问题，即使是最好的设备和软件也无法正常工作。 如果要对设计的重要性做出评估，可以毫不夸张地说，设计在系统的运行中起着根本和决定性的作用，比设备和软件都重要得多。
在实际项目中，由于对问题的看法不同，用户往往重视硬件投资，鄙视软件投资。 一些用户宁愿在土木工程和设备投资上多花几千万元，也不愿在软件和设计上花适当的钱。 这也是许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，至少会影响整体运行效率，并导致整个系统无法正常运行。
四向穿梭车系统的硬件，无论是货架、穿梭车、提升机还是输送机，都需要足够可靠，以满足设计要求。 系统的可靠性可以用系统的可用性来表示[1]，对于一般场合，物流系统的可用性应达到97%以上; 对于特殊场合，可用性应达到99%以上。
有许多方法可以提高系统可靠性，主要是在独立设备和软件方面。 有了更高质量和可靠的设备，系统的可靠性将不可避免地提高，但代价是更高的采购成本。 在可靠性和成本之间找到平衡点既是设计要求，也是用户面临的挑战。 在实践中，需要避免过度依赖设备可靠性而忽视系统可靠性的倾向。 系统的可靠性不仅取决于设备的可靠性，还取决于许多其他因素，如冗余设计、备件等。
3.维护的及时性
任何复杂的自动化系统，在长期使用的过程中，都不可避免地会出现故障和问题，这就需要系统长期及时、合理地进行维护。 一方面，日常维护维修工作，特别是故障监测工作要完善到位; 另一方面，如果系统出现故障，重要的是要确保它可以快速修复。 这时，专业的团队和充足的备件是必不可少的。
在设计上，一方面要对关键设备进行冗余设计，使其在发生故障时可以切换到新的运行模式，比如一台葫芦，可以使用多个葫芦相互备份，并且有一定的冗余能力，使任何葫芦出现故障， 系统可以继续工作，但效率受到影响。班车也是如此。 对于穿梭车等移动设备，一旦出现故障，必须有可以快速更换的设备，以免耽误整个系统的正常运行，在设计中，特别需要保持一定的冗余度。 当然，对于非常小的系统，硬件备份不是必需的，也不难实现，需要寻求更高质量的设备和系统。
参考文献：1] 尹俊琦：《现代物流系统集成——方法、实践与思辨》，《财富》出版社，2024年10月。
编辑排版：罗丹。
本文来自：物流技术与应用， 2024年第10期
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