▼
前言
隨著物流產業的迅猛發展，托盤四向穿梭式立體庫因其在流通倉儲體系中所具有的高效密集存儲功能優勢、運作成本優勢與系統化智能化管理優勢，已發展為倉儲物流的主流形式之一。本篇接上文《托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統規劃 | 連載二》，全文系統介紹了托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的基本概述、系統規劃、硬件配置、主要特點、作業框架、管控系統分析、安裝調試、應用前景和評價體系。
56君建議您閱讀前先思考：
1、穿梭式立體庫的軟硬件配置系統；
2、托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的特點；
3、托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的作業框架；
4、托盤四向穿梭式立體庫管控系統的分析與研究；
5、托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的安裝與調試；
6、托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的應用前景；
7、如何選擇與評價托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統？
推薦閱讀：托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統概述 | 連載 一
穿梭式立體庫的軟硬件配置系統
客觀地分析客戶的需求，合理配置托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統，托盤四向穿梭式立體庫物流管控系統一般由多層托盤四向穿梭式貨架、存儲單元、物流搬運設備（含托盤四向穿梭車、托盤提升機等）、出入庫輸送系統、通訊系統、WCS控制系統、計算機監控系統、WMS計算機管理信息系統以及其他輔助設備組成；WCS通過網絡通訊、PLC來操控和管理托盤四向穿梭車、其它物流搬運設備、托盤提升機和輸送鏈；托盤四向穿梭車採用光電開關加編碼器的雙重認址方式，通過計算目標的相對位置方式來實現方向控制和位置控制，實現所有的托盤四向穿梭車、存儲物品沿托盤四向穿梭式立體庫內鋼貨架結構中配置的運行軌道在各個層面合理移動與調度，大大提高了貨物週轉的速度；出入庫輸送系統包括單元化輸送系統、紙箱(物流箱)揀選輸送系統、連續提升機、分配車、AGV等，出入庫輸送系統的規劃設計以及輸送設備的配置，需要根據倉庫的整體佈局、倉庫的功能以及存儲單元或貨物的類型等情況決定，出入庫系統的輸送速度以及分岔、合流點的數量等，都要以滿足倉庫的出入庫效率為原則來確定，並處理好電氣控制技術問題。
圖6 托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的拓撲圖
整個計算機系統由中控室計算機系統和倉庫計算機系統所組成，倉庫計算機系統均通過網絡連接到中控室計算機系統，並通過應用服務器訪問數據庫和各個設備系統。
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的功能架構分為：信息管理層、調度監控層和設備執行層三個層次；信息管理層實現物流系統的管理功能，同時還是銜接自動化物流系統與企業信息管理系統的接口層，這一層由物流計算機系統實現，軟件的可用性、技術的先進性與接口的開放性尤為關鍵，該層對圍繞生產組織的物流活動提供最大化的信息管理，並具備與相關的信息管理系統接口的能力，以確保信息的自動化和實現資料共享；調度監控層是連接信息管理層和設備控制層的紐帶；設備執行層是集成了各種執行設備的工業控制網或專用控制系統；在托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中包括：輸送控制系統、托盤四向穿梭車、托盤貨物提升機、地面搬運AGV、揀選設備控制系統等。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的倉庫管理系統功能架構圖如下：
圖7 WMS與WCS功能圖
電氣控制技術主要指對相關機械機構運動的控制，包括對機械部分的定位、軌跡、速度、壓力、角度等進行控制；另一個是邏輯控制：
（a）運動控制：運動控制就是以電機與傳動機構為控制對象，通過控制器和驅動裝置，對機電系統的速度、加速度(轉矩)、位置等運動量進行控制，以滿足托盤四向穿梭車的功能和性能的要求。
（b）邏輯控制：邏輯控制是以邏輯代數為理論基礎的一種控制思想，它遵循一定的規律，托盤四向穿梭車必須根據客戶的工藝路線設置合理的行程順序邏輯控制；
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中常用的電氣控制技術主要有常用傳感器、低壓控制電器、電動機驅動、可編程控制器、嵌入式系統和機電系統接口技術，
（1）傳感器：主要被用於檢測托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中的自身與作業對象、作業環境的狀態，向控制器提供信息以決定系統的動作。傳感器的精度、靈敏度和可靠性很大程度上決定了系統性能的好壞；
（2）直流伺服電動機：就是微型的他勵直流電動機，其結構與原理都與他勵直流電動機相同。按磁極的種類劃分為兩種：一種是永磁式直流伺服電動機，它的磁極是永久磁鐵；另一種是電磁式直流伺服電動機，它的磁極是電磁鐵，磁極外面套著他勵勵磁繞組；
（3）嵌入式系統：嵌入式系統是計算機軟件與計算機硬件集成在一起，嵌入到應用對象內部的計算機系統。這種系統往往與應用對象技術，如通信技術、傳感技術、信號處理技術、控制技術等結合在一起，成為嵌入式系統應用對象的控制中樞。嵌入式系統具有芯片集成度高、硬件軟件最小化、高度自動化、響應速度快以及性能可靠等基本特點，特別適合於要求實時和多任務的場合。從應用角度考察，目前相當一部分嵌入式產品都具有3c融合特徵，即計算機（computcr）、通信(Communication)和消費電子(Consume Electronic)一體化；
（4）機電一體化接口技術：托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的性能在很大程度上取決於接口性能。各子系統之間的接口性能成為判斷系統整體性能好壞的決定性因素。接口技術的研究對象正是機電自動化系統中的各種接口。機電接口包括硬件接口和軟件接口兩大類。硬件接口主要在於系統之間或人與系統之間建立物理連接，為信息和能量的輸入／輸出、傳遞和轉換提供物理通道。軟件主要是提供系統信息交互、轉換、調整的方法和過程，協調和綜合機電組成技術，使各子系統集成並融合為一個整體，實現新的功能。機電系統的接口根據輸入／輸出的關係，可以分為人機接口、機電接口、機械接口、電氣接口和軟件接口(信息接口)；
（a）人機接口是主要解決人與機電系統之間的接口。通過人機接口，可以向系統輸入操作指令，計算機的處理信息、報警信號、系統的運行狀態等都需要通過顯示器的輸出傳遞給操作者，便於操作者監視系統的運行狀態，控制其運行過程。人機接口是雙向互動的。接口硬件包括輸入／輸出設備，人機輸入接口主要有；鍵盤鼠標、掃描儀、照相機、撥碼盤、觸摸屏、開關和旋鈕、虹膜識別、手寫輸入、指紋識別、面部識別和聲音識別等；人機輸出接口主要有；觸模屏、LED、LCD顯示屏、打印機、數碼管、指示燈和音響等；
（b）機電接口主要解決動力源與驅動裝置之間的能量轉換接口。機電系統中的驅動裝置有各種交、直流電動機，液壓執行裝置，氣動執行裝置（機械手）和其他新型執行裝置。驅動這些裝置需要用到機電接口。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中存在一定的輸送線、提升機、疊碼盤機、機械手等多種物流配置設備，內部的運動機構及其系統的工作方式和原理也是多種多樣，要實現各類設備的合理配置與兼容，機電接口的設計也稱為了項目案例成功與否的關鍵要素；
（c）電氣接口主要解決控制系統與驅動系統、驅動系統與傳感器、傳感器與控制系統之間的接口，或解決外部裝置與計算機之間的硬件接口。也就是說，電氣接口將傳感器輸出的信號進行轉換，輸入到控制系統中，將控制系統輸出的數字量信號轉換為驅動系統所需要的信號；這些信號的轉換都是通過軟件進行的；這個也是托盤四向穿梭車電氣模塊化設計的關鍵之一。電氣接口劃分為輸入接口和輸出接口兩種類型。輸入接口包括開關量、數字量和模擬量這三種輸入接口。輸入接口的功能就是將傳感器輸出的信號經過信號放大、調製與解調、濾波、限幅和A／D轉換等一系列操作，將輸入信號轉換成數字信號輸入到計算機中，在這個轉換過程中，要解決電平和量程匹配；輸出接口輸出數字量，經過電氣隔離、D／A轉換和功率放大，送到執行機構；
（d）軟件接口主要解決不同總線、不同程序之間的信息格式轉換。例如，ISA總線與USB總線的轉換、windows下的設備驅動程序、不同語言之間的混合編程等；
（e）機械接口技術是主要解決執行機構和驅動系統之間的接口。機械接口有零接口和被動接口兩種。零接口直接將執行機構和驅動系統連接，不進行能量和運動的變換，本系統中存在輸送線與提升機、輸送線與地面AGV、提升機內置運行軌道與貨架結構軌道的對接等零接口。被動接口要進行能量的轉換和運動的變換，例如托盤四向穿梭車內置電機驅動液壓系統形成液壓換向裝載、托盤舉升裝置動作等，驅動電機減速器進行減速增矩構建行駛運動及運動加速度。
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的特點
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統可認為是在穿梭車貨架系統基礎上提出的一種新倉儲概念。其中托盤四向穿梭車具有顯著的特點：
1）托盤四向穿梭車具有結構緊湊：高度尺寸小，節省更多存儲空間；不僅能夠在配套的貨架軌道上四向行駛，還能利用垂直提升機實現換層作業，進一步增加了倉庫貨架佈局和四向穿梭車庫內作業的靈活性、可擴展性。
2）四向行駛：可在立體貨架交叉軌道上沿縱向或橫向軌道任意行駛，實現一站式點到點輸送，可到達倉庫平面層的任何一個貨位；
3）智能換層：配合本公司的提升機，穿梭車可實現自動精準換層的高效工作方式作業；實現空間三維運動，精準控制鋼貨架區域內的每一個貨位的出入庫；
4）智能控制：具有全自動和半自動兩種工作模式。極大提高了貨物存取效率及倉庫的空間利用率。運用WMS、WCS系統軟件與企業ERP/SAP/MES等管理系統軟件的對接，還可以保持貨物的先進先出法存儲，清除了人為因素作業的混亂無序或低效率；
5）存儲空間利用率高：傳統庫房儲放的密度低，導致庫房總面積利用率低、庫房容積利用率低；托盤四向穿梭車在貨架內的主軌道上四向運行，無需叉車和其他設備協調即可自主完成作業，由於貨架主軌道的體積小於叉車作業通道的體積，托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統相較於普通穿梭車貨架系統，可進一步提高存儲空間利用率，通常可提高20％～30％，是普通平庫的2～5倍；
6）貨位動態性管理：傳統倉庫只是貨物儲存的場所，保存貨物是其唯一的功能，是一種“靜態儲存”，托盤四向穿梭車為先進的自動化物料搬運設備，不僅能使貨物在倉庫內按需要全信息化自動存取，而且可以與倉庫以外的生產環節進行有機的連接。便於形成先進的物流系統，提高企業管理水平；
7）無人自動化倉儲模式：大大降低了庫房工作人員工作任務負荷量，為庫房實現無人化工作提供可能性，商品出立體倉庫直接由托盤四向穿梭車、貨物垂直提升機與自動輸送機進行連接，庫房工作人員只需時不時監控系統運作，實現了存取自動化，無需人員進入庫房內進行作業，尤其適用於冷庫、存儲有毒貨物等不適合人員長期駐留的倉庫，是未來高密度密集存儲和自動化倉儲的發展方向。
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的作業框架
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統採用托盤集裝，貨架結構內儲貨位密集排列，貨格存儲深度大於1個托盤，具有較高的存儲空間利用率和自動化作業能力，對庫房的結構、高度等要求較低。倉儲系統佈設於庫房內，與組盤／拆盤作業臺、叉車（或地面AGV，後續包含在叉車作業中）等協同完成出入庫上下架作業。在作業過程中，倉庫管理員、理貨組拆盤作業人員和叉車操作手在管理控制信息系統的調度下協同配合，完成貨物出入庫任務，作業過程涉及的設施設備包括叉車、托盤四向穿梭車、貨架、服務器（部署管理控制信息系統）、托盤、射頻標籤、射頻識讀設備和手持終端等。
貨物入庫作業過程主要包含四個環節：理貨組盤→叉車運輸→輸送線或其他周邊設備→托盤四向穿梭車運輸系統（含垂直提升機運輸和→托盤四向穿梭車運輸。
在貨物入庫過程中，首先管理控制信息系統根據入庫單制訂入庫作業計劃，理貨組盤作業人員將到達的散件貨物進行組盤作業，通過手持終端將組盤作業信息上傳到管理控制信息系統；然後進行托盤貨物上架作業，叉車將托盤運送至貨架端口或輸送線上料口，安裝在端口處的射頻識讀設備讀取托盤上的射頻標籤獲取托盤貨物信息，管理控制信息系統給該托盤貨物分配存儲貨位；最後，托盤四向穿梭車將托盤貨物從端口運送至指定貨位，貨物出庫作業流程與之相反，也包含四個環節：四向穿梭車運輸（含垂直提升機運輸和四向穿梭車運輸）→輸送線或其他周邊設備→叉車運輸出庫發運（含拆盤迴庫），作業過程與入庫相反。出入庫作業操作必須依據客戶的作業流程設置合理的控制節點，確保出入庫作業的效率和作業質量。
托盤四向穿梭車運輸環節，即托盤貨物在貨架內存取的相關問題。以系統作業流程和貨物存取需求為基礎，分析貨架貨位佈局對托盤貨物存取效率的影響，根據托盤四向穿梭車在軌道交通網內的運行特點研究軌道交通網的活性，給出貨架軌道設計原則和定向方法。在此基礎上，根據作業進程優化貨物存取任務分配，對托盤四向穿梭車進行路徑規劃，給出最優的托盤四向穿梭車路徑規劃和交通控制方案，提高貨物存取效率。
【案例】某醫藥存儲倉庫
倉庫概述：倉庫共有三層貨架，三臺智能穿梭車，每層貨架一臺車執行任務（每層車僅執行當前層任務，不換層）；倉庫共有2臺提升機，2個入庫口；因輸送線為雙向輸送線，2個入庫口同時包含出庫功能。基本平面佈局與鋼貨架結構簡圖如下；
圖8 案例庫簡圖
倉庫運作流程：
1）入庫：入庫托盤通過叉車直接放到入庫口，按下入庫按鈕後，輸送線入庫方向移動。經過外形檢測檢驗貨物擺放是否合格，如合格，則進行入庫，進入條碼掃描；如不合格，則退回入庫口，人工進行重新擺放貨物。掃碼器對托盤碼進行掃描，當掃碼成功後，WCS把條碼值反饋給WMS，WMS根據條碼值，分配貨物的貨位並下發給WCS（包含貨位的層數、行、列、深位等信息）；WCS根據接收到的貨位信息，下發給PLC；PLC通過所得到的入庫目的地址，控制輸送線運轉；同時控制提升機，運送貨物至目的層。如掃碼器掃碼失敗，WCS向WMS反饋掃碼失敗結果，輸送線停止運行，等待人工處理；如掃碼值經WMS判定為無效碼，則輸送線停止運行，等待人工處理；操作人員可利用手持終端再次掃碼或更換條碼信息等方式，處理掃碼異常情況。如需貨物退回處理，則在入庫口按“返回按鈕”，貨物返回入庫口，等待處理。
2）貨物運行至提升機口處輸送線，停止等待；PLC根據入庫的目的地址，確認貨物所需到達的貨架層數，調用提升機。當提升機到達1層時，輸送線運送貨物至提升機內，貨物通過提升機，到達目的層；提升機到達目的層後，貨物隨提升機輸送線出提升機，至穿梭車取貨口等待穿梭車取貨。
3）WMS定時發送入庫任務，WCS接收到入庫任務後，下發給貨物目的層穿梭車；穿梭車接收入庫指令，行駛至目的層取貨口取貨，把貨物運送至目的貨位。WMS每次下發一個任務，WCS根據WMS下發的任務先後順序，執行出入庫任務。WMS下發入庫任務前，需判斷出庫任務是否已經完成；在出庫任務執行結束後，再下發入庫任務，防止因輸送線資源佔用導致的死鎖現象。
4）出庫：WMS下發出庫任務（包含起始地址及目的地址）給WCS，WCS接收到出庫任務後，由貨物當前層穿梭車運送出庫貨物至提升機口輸送線；貨物在提升機口輸送線停止等待，同時PLC控制提升機至貨物當前層；提升機到貨物當前層後，輸送線運送貨物至提升機內，提升機載貨至1層，貨物出提升機，輸送線運送貨物至出庫口。人工取下托盤，完成出庫。
5）入庫，出庫，移庫（移出，移入）貨位由WMS系統分配，倉庫控制系統不支持分配貨位；智能穿梭車在行駛路徑中，如果有托盤阻擋，WMS需先下發移庫任務，將阻擋托盤移出，才能下發後續任務。
6）自動控制系統（WCS）按照任務接收到的時間先後順序執行，先接收到的任務優先執行。
7）WMS定時下發任務，WMS內部排列好優先級後，每次下發WCS單個任務。
8）自動化設備的執行效率與貨品入庫擺放順序（例如：同批號同巷道擺放，同批號不同層擺放等），以及出庫方式（例如：先進先出，後進先出等），巷道深度，密切相關，這些方式決定了最終的自動化設備的實際效率高低，自動化設備效率以上述情景為運行基礎的前提下得到的效率為準。
9）如某一層穿梭車故障，在人工確認故障信息後，把故障車輛移至不影響出入庫路徑的位置的情況下，其他層空閒車輛可通過提升機換層到故障車輛層執行任務。
托盤四向穿梭式立體庫管控系統的分析與研究
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統基於庫房內局域網架設，相關設備通過有線和無線網絡實現互聯互通。系統採用PLC組網對底層設備進行控制，總控PLC、垂直提升機PLC、鏈式輸送機PLC之間採用有線工業以太網進行連接，與托盤四向穿梭車之間採用無線工業以太網連接，實現高速無縫信息交換。
托盤四向穿梭式立體庫管理控制信息系統由倉儲管理信息子系統和設備監控信息子系統組成。
倉儲管理信息子系統實現倉庫內存儲物品的動態管理，保證庫存實物與賬目始終保持一致，隨著出入庫作業的進行，庫存賬目實時更新。同時，倉儲管理信息子系統為設備監控信息子系統生成出入庫作業指令。
設備監控信息子系統用於保證各設備的協同運行，實現系統的優化調度，達到較高的出入庫作業效率，並採集和監控設備狀態和運行狀況，實時進行過程控制管理。設備監控信息子系統向托盤四向穿梭車、垂直提升機、出入庫輸送機等執行設備傳遞任務信息，同時為各托盤四向穿梭車規劃最佳行駛路線。
其管理及控制系統大致可以分為兩大類：三級管理控制結構和二級控制管理結構。三級管理控制結構是指由管理層、監控層和執行層組成的三級控制系統；二級控制管理結構將監控層與執行層功能融合在一起，簡化了計算機系統結構，但是加重了嵌入式控制系統或PLC執行層的負擔，選擇什麼樣的管理及控制系統是需要結合具體的實際進行分析決策的；托盤四向穿梭式立體庫是一個相對複雜的自動化控制系統，各系統、各設備之間存在大量的信息交換與通訊，其中WCS的主要功能是對出入托盤四向穿梭式立體庫、輸送線的物流單元及各主從設備進行動態管理與調度，具有系統維護、貨物管理、數據維護、數據查詢、設備運行狀態顯示、設備遠程控制、自動事務處理以及與其它信息管理系統的接口等功能，以及時、準確完成貨物的出入庫，由於托盤四向穿梭式立體貨架的特點，存在高密度存儲單元，形成無線通訊網路的信號影響，也存在有貨荷載與無貨荷載下結構的變形與絕對位置的偏移；既要保證通訊控制信號的有效性，又要保證定位的高速準確性，對於信息交換與通訊的要求相當高，其中貨格相對定位是比較容易實現的一種可靠方式；同時對物流信息實現與物流的同步管理，WCS需要根據客戶的物流工藝合理選擇物流搬運設備及主流托盤四向穿梭式立體庫配置模式；托盤四向穿梭式立體庫軟控系統則要實現客戶訂單管理、設備及物流單元位置管理、設備及物流單元的路徑規劃與管理、系統管理等功能，並實現各系統與設備間的信息收集、輸送及交換。
托盤四向穿梭式立體庫管控系統可以非常容易地與外部ERP或者WMS系統整合對接，交互式的操作界面，允許操作者對托盤四向穿梭式立體庫中的托盤四向穿梭車、托盤提升機、輸送線及庫存物品進行實時監測、操作與管控，可以對一些突發事件、故障及安全問題或者未完成的工作作出快速反應或互鎖聯動，托盤四向穿梭式立體庫軟控系統的模塊化設計和可擴展性，使用戶可以根據業務發展情況隨時改變物流參數，對WCS系統進行再配置和適應性調整，控制貨物單元在倉庫中的儲存、運動，完成進出、排序、揀選等功能，以實現快速進貨、快速出貨、按指令轉移、按指令排序、直接分撥、不同溫度區域分類與智能儲存、按指令緩存等功能。
可視化三維監控與展示：
可視化三維監控圖
圖9 可視化三維監控圖
配備三維實時動態監控的設備，展示三維仿真效果，有良好的顯示效果。通過三維仿真的實施，實現以下工作目標：
（1)可以顯示實時庫存信息，包括所有貨位的狀態信息，有無貨物、貨物類別、貨物狀態等。
（2)可以顯示搬運設備實時運作狀態，數據必須真實可靠；
（3)可以分別顯示貨架每一層的情況，或顯示全局情況，採用透視圖的呈現方式；
（4)三維仿真系統具有可擴展性，未來自動化立體庫設備增加時，可在原仿真系統中增加新設備的動態仿真、故障報警與處理策略、作業可追溯與記錄等功能。
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的安裝與調試
托盤四向穿梭式立體庫是一個多設備多任務流的自動化密集倉儲系統，各組成元素之間是相互聯繫相互影響的；多層托盤四向穿梭式鋼貨架結構在保證整體結構的強度、剛度和穩定性的前提下，其製造與安裝的精度和性能直接影響自動化立體倉庫中其它配置設備的使用性能與可靠度，也是托盤四向穿梭式立體庫設計的有效實施與保證手段之一；如托盤四向穿梭車運行導軌梁在多荷載狀態下的撓度變形的安裝適應性調整、對接縫隙修正與平整度調整等直接影響到托盤四向穿梭車的行走與定位精度、運行平穩性和使用壽命等；多層穿梭式鋼貨架結構的安裝驗收中必須有效檢查無載和有載狀態下鋼貨架的靜態結構參數及其變化範圍、安裝精度符合項等，配套設備的精準匹配性檢查，並通過多設備聯合調試來有效評估與此關聯的設備配置精度的合理性和性能影響度；如托盤垂直提升機進出口端與相配置的立柱或導軌端部在無載、滿載狀態下的絕對位移偏差值、公差、安裝誤差等決定了配置過橋的結構設計與製造精度、設備運行控制的模式或者托盤四向穿梭車配置行駛輪的方式等；設備專用的導向軌、鋼貨架結構中配置的定位件等的製造安裝精度將直接影響到設備的運行定位精度和導向運行性能，也會影響到設備的運行速度和定位效率；由於客戶地面基礎水平的不均勻差異與未來沉降、貨架立柱的製造誤差與安裝誤差、同層裝配部件的製造安裝精度影響等都可能造成同層高度水平誤差或偏差，托盤四向穿梭式立體庫選用可調立柱地腳結構是一種比較經濟可行的解決方案，既可以確保一次性調平，也可以根據項目實際運營後存在的基礎不均勻沉降等影響方便實現二次調平作業；多因素分析、多設備聯調、結構優化、軟硬件配套及托盤四向穿梭式立體庫的安裝調試是確保系統成功運行的關鍵因素。在鋼貨架結構的設計與配套上要方便托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的安裝與調試，單元化、模塊化設計及其標準化生產是整體系統評價的關鍵。
表3 四向穿梭車貨架安裝尺寸，單位為毫米
項 目
指 標
貨架沿巷道方向全長累計偏差
全長≤40000時，±20
全長＞40000時，±L/2000
立柱片在貨格寬度方向和貨架總長度方向的垂直度
貨架高度≤12000時，0～+7
貨架高度＞12000時，0～+10
立柱總高度偏差
0～+10
首列立柱片與基準軸線偏差
0～+10
貨架第一層支撐橫樑與基準面距離偏差
0～+5
上下相鄰軌道層間距偏差
±5
同層軌道面高低差偏差
0～+1/1000(任意每1000）
總長範圍內，0～+L/2000
母軌道與子軌道對接面高度偏差
0～+0.5
子軌道4個相鄰的支撐點不平度
0～+2
任意子軌道間尺寸偏差
0～+3
任意母軌道間尺寸偏差
0～+4
跨越母軌道的兩正對子車軌道錯位
0～+2
子軌道側面扭曲度
0～+1/2000(任意每2000）
總長範圍內不超過3
軌道對接間隙
0～+1
軌道對接高低差
0～+0.5
注：L——貨架沿巷道總長度。
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的應用前景
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統是一種全新的自動化倉儲系統解決方案，能夠通過靈活的配置實現多種自動化倉儲功能，既可配置成密集存儲穿梭車貨架，也可配置成巷道式自動化立體庫貨架，還可配置成各式輸送系統。該系統適合低矮庫房、柱子過多庫房、形狀不規則庫房的自動化改造，可根據實際作業效率需求，按需增減合理配置設備數量，以解決現有自動化立體倉庫維護成本高、系統機械結構複雜的弊端。
1）多種作業模式：四向穿梭式自動化密集倉儲系統可滿足多種類型倉儲模式的存儲需求，配置成為多種模式的自動化立體倉庫系統；
2）廣泛的適用性：對於原本由於建築結構、尺寸不適合採用巷道式自動化立體庫貨架解決方案的庫房，通過四向穿梭式自動化密集倉儲系統也可以實現庫房的自動化、智能化高密度倉儲，可應用於各行各業的倉儲、配送及其產線佈局中；
3）充分的靈活性和可拓展性：四向穿梭式自動化密集倉儲系統具有很強的靈活性和可拓展性。在空間拓展性上，能夠在任意方向拓展存儲空間；在出入庫能力上，能夠隨時通過增加或減少四向穿梭車數量來改變作業效率；在存儲密度和貨物類別上，可以動態地改變庫房的存儲密度和貨物類別。四向穿梭式自動化密集倉儲系統的這些優點，使人們在設計貨架時不需過多考慮未來的變化，在有新的需求時，隨時可以對貨架系統進行動態調整和拓展；
4）可靠性：在常見的巷道式自動化立體庫中，堆垛機被設置為固定為某個巷道提供托盤貨物出入庫作業服務，當某臺堆垛機出現故障時，會導致整個巷道癱瘓。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的四向穿梭車不侷限在某個區域，多臺四向穿梭車可以到同一位置作業，互為備份。出現問題的四向穿梭車可以隨時從貨架中取出，不影響整個系統運行，從而提升了整個系統的可靠性。
穿梭車系統的關鍵技術及技術難點
1、結構設計與分析
托盤四向穿梭車的構成機構與模塊多，結構緊湊，整機框架比較複雜，結構部件上缺口、孔洞比較多，應力集中與設計薄弱點比較多，對於整車的結構設計與分析的難度比較大；需要藉助於有限元來輔助分析，尤其整車的行駛穩定性分析目前僅僅建立在工況模擬試驗的基礎上，還不能從理論上有體系地研究。整車的運動振動主要集中在驅動及液壓部分，其輪軸及軸承上最容易引起振動疲勞破壞，主要在於鋼貨架內配置的軌道存在接頭及安裝偏差，貨架結構體也存在一定的彈性變形，車輪與軌道的接觸剛度較大，易引起輪軌接觸振動、車體振動，目前多采用包膠車輪等措施來優化輪組共振；整車的結構優化空間還很大，技術難點也客觀存在，有限元模擬及分析手段是結構的優化與改進的有效途徑之一，結合工況試驗與分析，可以為客戶提供完善的可靠的物流解決方案；
2、路徑規劃與調度控制系統
托盤四向穿梭車為立體儲存提供了新的解決方案，是對立體庫存儲技術的重大突破，傳統以AS/RS為主的立體存儲設計思想因此受到了很大沖擊。然而，托盤四向穿梭車由於增加了橫向和縱向的軌道以及提升機的上下換層作業，存在空間交通管制與設備運行避障，其系統的路線設計與路徑優化是技術難點之一，實現難點是非常困難的，系統越大，其調度系統複雜，系統調度難度大；
3、高容量電池技術
電池技術是影響托盤式四向穿梭車應用的關鍵技術之一。因為托盤四向穿梭車存儲搬運的托盤單元貨物荷載重，單位運行路程的功耗大，每次完全充電能滿足的工作時間成為托盤式四向穿梭車廣泛應用的一個瓶頸。有效地監測到托盤四向穿梭車的鋰電池健康狀態及充放電性能，也是保證托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統全自動化的關鍵技術之一，而高性能高容量的電池價格昂貴，使得托盤式四向穿梭車的製造成本居高不下；
4、通訊與信息傳輸技術
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中由於存儲托盤單元貨物密度大，通訊信號屏蔽及干擾比較大，存儲托盤單元貨物荷載重，存儲搬運過程中的運動慣性大，影響托盤四向穿梭車及其系統的運動特性，導致定位不準確，而設備通訊故障頻繁導致故障排查及維護很困難，也在一定程度上成為研發難點之一；
5、技術通用性不強，市場競爭力度大
出於技術保護的目的，公開的資料大都是簡單地參數說明及整車框架結構描述。整車具有較高的安全性，需要設置多重安全防護措施，例如聲光警報、急停、多車避讓、防撞保護、運行區域安全檢測等，而整車的空間體積較小，結構及機構的設計相當緊湊，對整車的維修保養難度比較大。另外整車的運動可靠性及整機可靠性研究還缺乏，相應的試驗研究及方法還有待改進。廣泛的同業技術交流、跨行業的技術融合是未來必然的出路之一；
6、定位檢測技術
條碼定位檢測：通過條碼閱讀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，經過專門的算法，計算閱讀器與正在閱讀條碼的相對位置，另加對應條碼的偏移位置信息，從而得到基於條碼帶的絕對位置信息。條碼閱讀器發出的激光閱讀線， 每秒掃描條碼可高達800次，每個條碼長度約40mm，根據不同的閱讀距離可以覆蓋3～6個條碼，測量範圍可達10km。其測量精度高且速度快的優勢在我司的托盤四向穿梭車及貨物垂直提升機中獲得了很好的應用。
編碼器定位：旋轉編碼器是測量轉速的裝置，旋轉編碼器與從動輪軸相連且同步旋轉，通過脈衝數及車輪周長計算出穿梭車在軌道上行走的距離，進而確定穿梭車的行進位置。通常在精度要求較高的場合加裝光電開關或者在軌道旁單獨設置輔助齒條、同步帶等機構輔助減小由磨損帶來的誤差。編碼定位在我司的托盤四向穿梭車及貨物垂直提升機中獲得了很好的應用。
激光測距：目前常用的有相位法、脈衝法、干涉法等，其中相位法常用在機械及地理工程測量中。激光測距儀安裝在貨物垂直提升機的載貨臺上隨動運行，在地面基準處標定點安裝有反射板，激光測距儀發射激光束照射到標定點處的反射板上，激光束反射回激光測距儀，通過數據傳輸及控制運算測定距離，可有效保證高層貨物垂直提升機的運行精度和換層定位精度，是建設高位及超高位托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的關鍵部件之一。激光測距具有抗干擾能力強、準直性好、測量精度高的優勢。
如何選擇與評價托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統
對設計和使用者來說，如何選擇和評價托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統非常關鍵。主要應該注意以下幾個方面：
1、出入庫作業能力
出入庫作業能力是衡量托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的重要指標。包括輸送系統、提升機、托盤四向穿梭車、貨架等所有關聯繫統或設備的單機與整線聯調作業能力的匹配，以及揀選工作站的能力等；
2、存儲能力
存儲密度就是重要的考核指標，依此界定出單位面積或者單位空間的存儲成本指標體系。通過最小存貨單位(SKU)，分析對比某個庫區的各個貨架倉儲系統的可能庫存容量，有助於用戶判斷其倉庫有沒有獲得高效的空間利用率；儲存能力基本是一個靜態指標。不同的設備和技術所能夠達到的儲存能力是不一樣的。以選擇性價比最優的方案和貨架倉儲系統，需要客戶依據存儲物品的特點進行合理佈局與分析比較，特別是需要結合客戶的周邊設備的滿足程度，針對不同類別的貨架結構進行選擇比較將會有助於提升特定區域的貨架倉儲系統的存儲量。一般情況下，儲存能力越高越好。托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統具有高密度、高自動化智能化的存儲能力，是托盤類貨物存儲的優選方案之一；
3、存儲作業的便捷性與效率；
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的主要功能之一是存儲運作的方便程度與運行效率，存儲精準度就是重要的考核指標。理論上講鋼貨架只是貨物存儲的支撐與分隔體，不可能改變貨物存儲操作與運行模式，但是合理選擇的貨架存儲形式是建立和完善自動存儲、人工存儲與管理的有效載體，應該是管理模式與存儲模式的有效結合與配置，托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統，有的廠家只能提供貨物的進出入庫操作，不能有效解決貨物盤點、識別及其庫存管理，或者不能與用戶的倉庫管理系統（WMS）有效結合，快速獲取物品的存儲信息，尋找指定的托盤或貨物將變得異常困難，客戶將會為此付出更多的精力與成本以實現貨架倉儲系統的管理與調配；
4、周邊設備的配置；
這也是考量指標的首要基礎性工作，否則會影響到評價指標的合理公平性，如輸送線的選擇既會影響操作運行效率，又會影響倉庫功能區域的佈局，也會影響安全操作運行，如托盤單元的選擇與叉車底板和叉槽位置等的配套，可能影響貨物和操作人員的安全，或可能需要購買額外的貨架組件(如托盤支架、隔板、後檔等)，以實現叉車與托盤的兼容配套性，這些可以以設計基礎要求性指標列入系統評價考核中。消防系統、通風或者空調系統等對評價體系的影響與補充，也需要有效加入設計評價指標，以期整體系統地考慮和評價托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統。
5、軟件系統
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統中，托盤四向穿梭車的控制系統是難點，密集庫的管理與作業流程設計與軟件的兼容匹配性要統一，並需要不斷培訓與磨合作業。
6、可靠性指標
托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統可以分為若干子系統，單個子系統的平均無故障時間及其系統平均無故障時間越大，系統越可靠。這一指標對於單一設備的評價非常適用，但用於對物流系統的可靠性評價卻並不適用。
合理和完整的托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統評價指標體系應該包含來自三方的信息，針對生產企業自身產品設計與交付使用前的約束信息，是完整描述托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統產品的技術文本和信息，它是整個評價指標體系的根本；來自用戶自身選擇與評價需求所訂立目標的迫切性，具有很強的自主性和項目運作的特定性，符合用戶以性價比為主導的客觀性，也反映來自第三方監管部門或者監測評價部門的公正性，這都在客觀上需要建立和完善托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的設計有效性和執行有效性進行評價，即應該找到一種合理的評價體系來對托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統進行評價，對其結果進行等級界定、風險控制及成本控制等，並依此規範用戶的採購供應體系；
根據目前國內外關於系統的設計、驗收等多方面的規範資料及多用戶的使用經驗，該評價指標體系應該能夠控制幾類風險：
即系統的設計技術性風險、採購供應體系的制度缺陷性風險及其違規操作性風險、合理公平的原則形成的偶然突發性風險；
所以該體系將包含來自於系統的設計規範類的硬性指標，如托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統的安裝驗收指標等，也包含來自於用戶採購供應體系的性價比指標，如存儲密度與單位存儲成本等，也有來自於第三方檢測監督指標，如托盤四向穿梭車零部件的材質、料厚及其尺寸等，性能指標及檢測方法，還有為了統一或者進行有效評價的等效指標體系，如整體倉儲系統的承載能力、穩定性及其校核驗收指標、耗鋼量、單位運營成本等；
系統本身是個複雜的工程項目，內部指標考核側重點差異很大，評價指標之間是相互影響和相互制約的，如整體倉儲系統結構的穩定性指標與系統的投資成本的指標之間就是一對矛盾體，需要根據項目的主體目標的要求，進行側重性調整，對於參與評價體系建立的人員素質要求很高，國內外倉儲體標準體系還在不斷完善之中，倉儲系統評價指標體系的建立與完善是個很基礎性的工作，更是一個長久的、需要不斷完善的過程。
關於作者
張衛國先生現任上海速銳信息技術有限公司、哥倫布物流（上海）有限公司技術總監，研究員級高級工程師。他具有豐富的企業工作經驗和團隊管理能力，擁有20多年的鋼貨架製造企業工作經歷，在鋼貨架結構的規劃設計、產品研發、生產製造及安裝等方面具有豐富的工作經驗和紮實的理論基礎。在智能穿梭搬運設備、冷鏈物流、物流中心設計與規劃、庫架一體結構、鋼貨架結構設計與分析等多個方面進行了深入研究和學習，並在同濟大學的《建築鋼結構進展》等專業雜誌上發表專業論文70多篇，如《冷彎薄壁多孔貨架立柱的穩定性分析與研究》、《穿梭式立體冷庫設計與有限元模擬分析》等。目前張衛國主要致力於四向穿梭式自動化密集倉儲系統的規劃與設計、產品研發與控制理論等方面的研究工作。
閱讀更多 物流搜索網 的文章
