編者按：《物流技術(shù)與應(yīng)用》雜志2017年5月刊登穿梭車專題報(bào)道,，北京伍強(qiáng)科技公司董事長尹軍琪應(yīng)邀撰寫主題文章,。本次轉(zhuǎn)載有細(xì)微修改。

        一,、穿梭車系統(tǒng)的定義,、功能及發(fā)展

    （注：箱式輸送型應(yīng)用極少）

圖1 穿梭車的基本分類

        穿梭車（SHUTTLE CAR），顧名思義,，是物流系統(tǒng)中一種執(zhí)行往復(fù)輸送任務(wù)的小車,，其基本功能是在物流系統(tǒng)中（平面內(nèi)）通過軌道上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以完成貨物單元（主要是托盤和箱子）的輸送。

        穿梭車有別于提升機(jī)（垂直輸送）,，AGV（自動(dòng)導(dǎo)向,，無軌道），以及堆垛機(jī)（AS/RS與MINILOAD,，3維輸送）,。由于其靈活性，廣泛應(yīng)用于物流配送中心和生產(chǎn)物流系統(tǒng),。

        穿梭車按照輸送貨物單元類型可以分為托盤式穿梭車和箱式穿梭車,，按照其作業(yè)場地不同，可分為輸送型穿梭車和存取型穿梭車,。

        穿梭車還有其它多種形式,，只是因?yàn)閼?yīng)用較少，或種類太多,，在這里沒有一一列出,。

        此外，從載荷及存儲(chǔ)形式看,，還有單工位單深度,，單工位雙深度,，單工位多深度，雙工位單深度,，雙工位雙深度,，雙工位多深度，以及多工位的變化,。但應(yīng)用最多的還是單工位單深度和單工位雙深度兩種形式,。

        本文討論的范圍僅局限于存取型穿梭車。

        相對(duì)于輸送型穿梭車有超過50年的發(fā)展歷史,，存取型穿梭車的歷史要短得多。最早的穿梭板和子母車應(yīng)用到現(xiàn)在也不過20年歷史,，而4向車的應(yīng)用則是最近10年以內(nèi)的事情,。究其原因，可能主要是電池技術(shù)和充電技術(shù)的限制所致,，當(dāng)然,，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展也是重要原因。

        隨著電池,、網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵問題的逐步解決,，穿梭車技術(shù)被迅速應(yīng)用于物流系統(tǒng)。在我國,，最早的穿梭板應(yīng)用可以追溯到2010年前,，基本采用半自動(dòng)方式，由叉車進(jìn)行換巷道和換層作業(yè),。

        穿梭車的巨大作用是解決了兩大問題：其一是密集存儲(chǔ)問題,，采用穿梭車系統(tǒng)，可以大幅度提升存儲(chǔ)密度,，這是以前很多技術(shù)--如雙深度堆垛機(jī)--所無法比擬的,；其二是快速存取問題，其實(shí),，目前火熱的“貨到人”揀選技術(shù)的興起,，其根本原因在于采用多層穿梭車等技術(shù)，徹底解決了快速存取問題,?？梢哉f，穿梭車技術(shù)的發(fā)展,，為未來的物流技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)和指明了方向,，并且開辟了一片新天地。

        二,、穿梭車系統(tǒng)的基本構(gòu)成

圖2：穿梭車系統(tǒng)構(gòu)成

        穿梭車系統(tǒng)的基本構(gòu)成多種多樣,，作為一個(gè)獨(dú)特的物流系統(tǒng),，它與普通的物流自動(dòng)化系統(tǒng)有許多相似之處，但也有很大不同,。一般情況下其系統(tǒng)構(gòu)成如上圖所示：

        其中,，調(diào)度系統(tǒng)是至關(guān)重要的子系統(tǒng)之一，有些功能是其他物流系統(tǒng)所沒有的,。

        托盤式穿梭車系統(tǒng)主要用于密集存儲(chǔ),，其收貨系統(tǒng)中主要包括輸送機(jī)（包括提升機(jī)），儲(chǔ)存系統(tǒng)則包括貨架,，穿梭車,，提升機(jī)等，有些也采用堆垛機(jī)（AS/RS）完成穿梭車的換層,，發(fā)貨系統(tǒng)包括輸送機(jī)及揀選系統(tǒng)等,。有些系統(tǒng)比較簡單，如穿梭板可以自行構(gòu)成系統(tǒng),，有些系統(tǒng)則比較復(fù)雜,，如采用機(jī)器人完成入庫碼垛和出庫拆垛等。

        箱式穿梭車系統(tǒng)主要用于“貨到人”揀選系統(tǒng),，其收貨系統(tǒng)包括收貨換箱工作站和收貨輸送系統(tǒng),；儲(chǔ)存系統(tǒng)包括貨架及軌道、穿梭車（包括多層穿梭車,、子母車,，4向穿梭車等）、提升機(jī)等,；發(fā)貨系統(tǒng)則包括揀選工作站,、包裝工作站和輸送系統(tǒng)等，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用不同,，有些系統(tǒng)會(huì)簡單或復(fù)雜一些,。

        穿梭車是系統(tǒng)的核心產(chǎn)品。其本身的構(gòu)成包括車體和移載機(jī)構(gòu),。多層穿梭車只能完成往復(fù)運(yùn)動(dòng),，有的可以依靠提升機(jī)完成換層，有的則不能換層,；4向穿梭車可以完成平面內(nèi)的x方向和y方向的運(yùn)動(dòng),，換層則通過提升機(jī)完成；還有一種子母車,，母車完成巷道內(nèi)x方向的運(yùn)動(dòng),，子車可以完成y方向的運(yùn)動(dòng)。移載機(jī)構(gòu)有很多種形式，其中夾抱式貨叉應(yīng)用比較多,。穿梭車采用電池供電,，為滿足作業(yè)需要，要求一次完全充電能夠滿足6個(gè)小時(shí)以上的正常作業(yè),，作業(yè)空閑時(shí)間,，還要求能夠快速充電。托盤式穿梭車有固定的充電站,，箱式穿梭車則采用多種形式,，如在提升機(jī)上充電就是一種快速充電的方式。

        三,、穿梭車系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)難點(diǎn)

        最早的穿梭板小車,，采用的是半自動(dòng)控制方式，結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)簡單,，電池技術(shù)是影響其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一,。每次完全充電能滿足的工作時(shí)間，成為穿梭板的一個(gè)瓶頸,。而高性能的電池價(jià)格昂貴，使得穿梭板小車的應(yīng)用非常有限,。隨著電池性能的不斷提高,，量產(chǎn)以后價(jià)格下降，穿梭板小車才得以廣泛應(yīng)用,。

        在早期,，有一個(gè)很大的困難是小車的電量監(jiān)測，設(shè)想一下小車突然沒有電時(shí)怎么辦,？而這種情況確實(shí)每天都發(fā)生,。如果不能有效的監(jiān)測到小車的電量，問題就無法解決,。這一問題會(huì)造成全自動(dòng)的系統(tǒng)和大型系統(tǒng)無法應(yīng)用,，也是穿梭車系統(tǒng)遲遲不能推廣應(yīng)用的關(guān)鍵原因之一。

        此外,，通訊和定位也是關(guān)鍵技術(shù),。早期的穿梭板由于通訊問題導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)確，進(jìn)而出現(xiàn)大量空位情況,，而設(shè)備通訊故障頻繁導(dǎo)致維護(hù)也很困難,，也在很大程度上影響其使用。

        托盤式4向車的誕生改變了人們的思維方式,。托盤式4向車為立體儲(chǔ)存提供了新的解決方案,，是對(duì)立體庫存儲(chǔ)技術(shù)的重大突破，傳統(tǒng)以AS/RS為主的立體存儲(chǔ)設(shè)計(jì)思想受到了很大沖擊。然而,，4向車系統(tǒng)的路線設(shè)計(jì)是非常困難的,。對(duì)于越大的系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)難度越大,。此外,，由于增加了橫向和縱向的軌道，系統(tǒng)交通管制也是一個(gè)非常大的問題,，這些問題不解決好,，也將無法大規(guī)模使用。

        對(duì)于箱式穿梭車來說,，最早的多層穿梭車應(yīng)用研究有超過10年的歷史,，它的發(fā)明解決了“貨到人”揀選系統(tǒng)中長期困擾人們的存取速度問題。在此前,，盡管Miniload的速度已經(jīng)提高到驚人的350m/min,，但存取效率還是局限在100多次/臺(tái)，多層穿梭車輕松的突破了這一極限,。多層穿梭車的關(guān)鍵技術(shù)首先是充電問題,，現(xiàn)在的快速充電裝置可以在數(shù)秒之內(nèi)快速充電，滿足小車幾分鐘的作業(yè)要求,，這樣,，小車完全可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷工作，這是一個(gè)重大突破,。此外,，多層穿梭車的貨叉設(shè)計(jì)也是重點(diǎn)。隨著市場分工越來越細(xì),，現(xiàn)在已經(jīng)有成熟的貨叉可以選用,。貨叉的成本約占小車的40%，從這一點(diǎn)也可以看出其重要性,。

伍強(qiáng)科技在2016  CeMAT ASIA 上展示的多層穿梭車解決方案

        對(duì)于4向箱式小車來說,，其難度主要在于控制和調(diào)度系統(tǒng)，訂單管理,，路線優(yōu)化算法非常復(fù)雜,，控制更加困難。設(shè)想一個(gè)具有500輛小車的系統(tǒng),，如何調(diào)度才能有效是一個(gè)非常大的問題,。很多系統(tǒng)的能力受到限制主要是由于車的不合理調(diào)度造成的，不同系統(tǒng)的差異非常大,。

        此外,，穿梭車的軌道要求很嚴(yán)，一般的貨架生產(chǎn)工藝不能滿足要求。國內(nèi)能夠提供4向車軌道的廠家少之又少,，這也為應(yīng)用設(shè)置了障礙,。

        現(xiàn)在的情況是：電池技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，貨叉也有成熟的產(chǎn)品,，但控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)卻沒有現(xiàn)成的可以采購,，使得大型物流中全面應(yīng)用穿梭車還有很大難度。

        四,、市場需求及未來變化

        穿梭車的誕生,，為密集存儲(chǔ)和快速拆零揀選提供了十分有效的解決方案，所以一經(jīng)推出,，便廣受用戶歡迎,。

        對(duì)托盤式穿梭車來說，與傳統(tǒng)的AS/RS系統(tǒng)相比,，根據(jù)方案不同,，其存儲(chǔ)密度會(huì)提高30%-50%不等，而且最大的優(yōu)勢是：4向穿梭車不受空間形狀的限制,，幾乎可以在任意的空間中布置,，這是AS/RS所無法比擬的優(yōu)勢。雖然AS/RS系統(tǒng)也有雙深度存儲(chǔ)技術(shù)以增加存儲(chǔ)密度,，但無論存儲(chǔ)密度還是對(duì)空間的要求,，都與穿梭車相去甚遠(yuǎn)。

        密集存儲(chǔ)的應(yīng)用場合非常多,，如煙草原料和成品、食品飲料,、工業(yè)制造等,。尤其在冷鏈有很大的用武之地。傳統(tǒng)的冷庫不僅空間利用率底,，而且作業(yè)環(huán)境非常惡劣,，托盤式穿梭車的發(fā)明，大幅度提升了密集存儲(chǔ)的密度,，也改善了作業(yè)環(huán)境,，可謂一舉多得，市場前景非常廣闊,。目前存在的問題是,，由于穿梭車系統(tǒng)的貨架要求比較高，增加了系統(tǒng)的成本,，為需要快速入出作業(yè)的系統(tǒng)帶來了成本壓力,。

        箱式穿梭車在拆零揀選方面的應(yīng)用則更為廣闊。箱式穿梭車系統(tǒng)可以適應(yīng)于多種現(xiàn)場情況，這是與Miniload不同的地方,，此外,，Miniload的存取能力受到限制，無法滿足“貨到人”揀選的需求,。與傳統(tǒng)的閣樓式貨架比較,，穿梭車系統(tǒng)存儲(chǔ)效率更高，揀選更為準(zhǔn)確,，對(duì)人的需求也大幅度降低,，這是其具有巨大優(yōu)勢的幾個(gè)方面。當(dāng)然,，成本是其劣勢之一,。但隨著人工成本的不斷增加，這一點(diǎn)很快會(huì)達(dá)到平衡,，并顯示出優(yōu)勢,。

        就“貨到人”揀選技術(shù)而言，目前也有多種形式,，如典型的KIVA系統(tǒng)就是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一,。KIVA系統(tǒng)十分靈活，設(shè)計(jì)簡單,，容易搬遷和增減設(shè)備,，這是其得以推廣的主要原因。然而,，KIVA系統(tǒng)存儲(chǔ)效率低,，揀選難度相對(duì)較大和效率相對(duì)較低的缺點(diǎn)，也注定其應(yīng)用將受到限制,。

        對(duì)設(shè)計(jì)和使用者來說,，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如何選擇和評(píng)價(jià)穿梭車系統(tǒng)非常關(guān)鍵,。主要應(yīng)該注意的是以下幾個(gè)方面：

        出入庫作業(yè)能力：出入庫作業(yè)能力是衡量穿梭車系統(tǒng)的重要指標(biāo),。包括輸送系統(tǒng)，提升機(jī),，穿梭車,，堆垛機(jī)等所有關(guān)聯(lián)系統(tǒng)或設(shè)備的作業(yè)能力的匹配，以及揀選工作站的能力等,。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，要求一個(gè)拆零揀選工作站達(dá)到600行以上的揀選能力是非常普遍的情況，這對(duì)工作站,、輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也提出了很大挑戰(zhàn),。

        存儲(chǔ)能力：儲(chǔ)存能力基本是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo),。不同的設(shè)備和技術(shù)所能夠達(dá)到的儲(chǔ)存能力是不一樣的。一般情況下,，儲(chǔ)存能力越高越好,。密集庫系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)存指標(biāo)要求比較高，但拆零揀選系統(tǒng)卻并不特別追求這一點(diǎn),。要注意儲(chǔ)存能力和存取能力的一致性,，有時(shí)過分追求單一指標(biāo)是沒有意義的。

        軟件系統(tǒng)：對(duì)于箱式穿梭車系統(tǒng)來說,，其難點(diǎn)在于軟件系統(tǒng),，如何快速高效地響應(yīng)訂單的揀選要求，是考驗(yàn)一個(gè)穿梭車系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容,。而對(duì)于托盤式穿梭車來說,，4向車的控制系統(tǒng)是難點(diǎn)，密集庫的管理與作業(yè)流程設(shè)計(jì)與普通倉庫也大不一樣,。

        可靠性指標(biāo)：沒有什么比可靠性指標(biāo)更重要的了,。什么是可靠性指標(biāo)，很多人不是很明白,。在FEM標(biāo)準(zhǔn)中,，有一個(gè)可用度指標(biāo)，可以用來描述系統(tǒng)的可靠性,。其計(jì)算公式是：

        系統(tǒng)的可用度=（系統(tǒng)的可用時(shí)間/系統(tǒng)運(yùn)行的總時(shí)間）*100%

        具體應(yīng)用到穿梭車系統(tǒng),，可以將系統(tǒng)分為若干部分，對(duì)于串行系統(tǒng),，每部分的權(quán)重為1,，對(duì)于并行系統(tǒng)，每個(gè)并行支線的權(quán)重為1/n（n為并行子系統(tǒng)的數(shù)量）,。系統(tǒng)的可用時(shí)間是指系統(tǒng)總時(shí)間扣除故障恢復(fù)時(shí)間所剩余的時(shí)間,。FEM規(guī)定，系統(tǒng)的可用度大于97%才能正式上線運(yùn)行,。

        此外，還有一個(gè)指標(biāo)叫做平均無故障時(shí)間MTBF（Mean time between failure）,，其單位為小時(shí),。MTBF越大，系統(tǒng)越可靠,。這一指標(biāo)對(duì)于單一設(shè)備的評(píng)價(jià)非常適用,，但用于對(duì)物流系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)卻并不適用。其理由是物流系統(tǒng)非常復(fù)雜,，存在很多“部分可用”的情況,，無法用這一指標(biāo)來評(píng)估,。

        五、穿梭車系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

        穿梭車的誕生是物流裝備技術(shù)的一次重大創(chuàng)新,，它甚至改變了長期以來AS/RS系統(tǒng)長期獨(dú)占市場的格局,。對(duì)于未來的發(fā)展趨勢，行業(yè)內(nèi)多數(shù)專家都表現(xiàn)出極大的樂觀,。

        托盤式穿梭車的應(yīng)用,，徹底改變了密集存儲(chǔ)系統(tǒng)的概念，甚至可以說是一種顛覆,。從簡單的穿梭板應(yīng)用,，到子母車，再到4向車系統(tǒng),，其發(fā)展軌跡一致圍繞著密集存儲(chǔ)進(jìn)行,。密集存儲(chǔ)在制造業(yè)物流中有廣泛的應(yīng)用空間，尤其在煙草,、食品,、酒水、家電等大宗商品生產(chǎn)領(lǐng)域,，而冷鏈物流的市場需求將超出人們的期望,，托盤式穿梭車可以說是應(yīng)運(yùn)而生。

        如果說托盤式穿梭車是為密集存儲(chǔ)而生,，箱式穿梭車則完全是為拆零揀選而生,，一個(gè)巷道達(dá)到1000余次的作業(yè)量，這在以前是無法想象的,。而箱式穿梭車的誕生輕易的將人類這一夢想變成了現(xiàn)實(shí),。其意義是巨大的，影響也是深遠(yuǎn)的,。

        過去幾年來,，智能物流（SMART LOGISTICS）成為行業(yè)最亮眼明星。人們暢想的智能物流到底是什么,？有的人不是很清楚,，有的人給出了藍(lán)圖。其中最關(guān)鍵的一點(diǎn)共識(shí)是,，智能物流是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)的基礎(chǔ),。什么是大規(guī)模定制化生產(chǎn)？簡單來說就是要將以前的“千人一面”市場需求轉(zhuǎn)變?yōu)椤扒饲妗钡膫€(gè)性化需求,。從這個(gè)意義上講,，生產(chǎn)物料需要拆零，配送也需要拆零,，拆零揀選將是未來的主要揀選形態(tài),。由此可見箱式穿梭車的價(jià)值所在,。

        許多年前，人們在預(yù)測物流未來的時(shí)候,，往往樂觀的認(rèn)為未來物流中心規(guī)模將越來越小,，理想甚至是庫存等于0。但是事與愿違,，現(xiàn)在的物流中心,，規(guī)模變得越來越龐大，品規(guī)數(shù)變得越來越多,，訂單越來越細(xì),，這正是一個(gè)大規(guī)模定制化模型的真實(shí)寫照，電子商務(wù)很好的詮釋了這一模型,，并在很短的時(shí)間內(nèi)使之成為現(xiàn)實(shí),。可以預(yù)見的是,，穿梭車的應(yīng)用將越來越廣泛,，規(guī)模也將越來越大，前景不可限量,。