編者按：《物流技術與應用(Use)》雜志2017年5月刊登穿梭車專題報道，北京伍強科技公司董事長尹軍琪應邀撰寫主題文章。本次轉載有細微修改。

        一(One)、穿梭車系統的(Of)定義、功能及發展

    （注：箱式輸送型應用(Use)極少）

圖1 穿梭車的(Of)基本分類

        穿梭車（SHUTTLE CAR），顧名思義，是物流系統中一(One)種執行往複輸送任務的(Of)小車，其基本功能是在(Exist)物流系統中（平面内）通過軌道上的(Of)往複運動以(By)完成貨物單元（主要(Want)是托盤和(And)箱子）的(Of)輸送。

        穿梭車有别于(At)提升機（垂直輸送），AGV（自動導向，無軌道），以(By)及堆垛機（AS/RS與MINILOAD，3維輸送）。由于(At)其靈活性，廣泛應用(Use)于(At)物流配送中心和(And)生(Born)産物流系統。

        穿梭車按照輸送貨物單元類型可以(By)分爲(For)托盤式穿梭車和(And)箱式穿梭車，按照其作(Do)業場地不(No)同，可分爲(For)輸送型穿梭車和(And)存取型穿梭車。

        穿梭車還有其它多種形式，隻是因爲(For)應用(Use)較少，或種類太多，在(Exist)這(This)裏沒有一(One)一(One)列出(Out)。

        此外，從載荷及存儲形式看，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(By)及多工位的(Of)變化。但應用(Use)最多的(Of)還是單工位單深度和(And)單工位雙深度兩種形式。

        本文讨論的(Of)範圍僅局限于(At)存取型穿梭車。

        相對于(At)輸送型穿梭車有超過50年的(Of)發展曆史，存取型穿梭車的(Of)曆史要(Want)短得多。最早的(Of)穿梭闆和(And)子母車應用(Use)到(Arrive)現在(Exist)也不(No)過20年曆史，而4向車的(Of)應用(Use)則是最近10年以(By)内的(Of)事情。究其原因，可能主要(Want)是電池技術和(And)充電技術的(Of)限制所緻，當然，網絡技術和(And)通訊技術的(Of)發展也是重要(Want)原因。

        随着電池、網絡等關鍵問題的(Of)逐步解決，穿梭車技術被迅速應用(Use)于(At)物流系統。在(Exist)我(I)國(Country)，最早的(Of)穿梭闆應用(Use)可以(By)追溯到(Arrive)2010年前，基本采用(Use)半自動方式，由叉車進行換巷道和(And)換層作(Do)業。

        穿梭車的(Of)巨大(Big)作(Do)用(Use)是解決了兩大(Big)問題：其一(One)是密集存儲問題，采用(Use)穿梭車系統，可以(By)大(Big)幅度提升存儲密度，這(This)是以(By)前很多技術--如雙深度堆垛機--所無法比拟的(Of)；其二是快速存取問題，其實，目前火熱的(Of)“貨到(Arrive)人(People)”揀選技術的(Of)興起，其根本原因在(Exist)于(At)采用(Use)多層穿梭車等技術，徹底解決了快速存取問題。可以(By)說，穿梭車技術的(Of)發展，爲(For)未來(Come)的(Of)物流技術發展奠定了基礎和(And)指明了方向，并且開辟了一(One)片新天地。

        二、穿梭車系統的(Of)基本構成

圖2：穿梭車系統構成

        穿梭車系統的(Of)基本構成多種多樣，作(Do)爲(For)一(One)個(Indivual)獨特的(Of)物流系統，它與普通的(Of)物流自動化系統有許多相似之處，但也有很大(Big)不(No)同。一(One)般情況下其系統構成如上圖所示：

        其中，調度系統是至關重要(Want)的(Of)子系統之一(One)，有些功能是其他(He)物流系統所沒有的(Of)。

        托盤式穿梭車系統主要(Want)用(Use)于(At)密集存儲，其收貨系統中主要(Want)包括輸送機（包括提升機），儲存系統則包括貨架，穿梭車，提升機等，有些也采用(Use)堆垛機（AS/RS）完成穿梭車的(Of)換層，發貨系統包括輸送機及揀選系統等。有些系統比較簡單，如穿梭闆可以(By)自行構成系統，有些系統則比較複雜，如采用(Use)機器人(People)完成入庫碼垛和(And)出(Out)庫拆垛等。

        箱式穿梭車系統主要(Want)用(Use)于(At)“貨到(Arrive)人(People)”揀選系統，其收貨系統包括收貨換箱工作(Do)站和(And)收貨輸送系統；儲存系統包括貨架及軌道、穿梭車（包括多層穿梭車、子母車，4向穿梭車等）、提升機等；發貨系統則包括揀選工作(Do)站、包裝工作(Do)站和(And)輸送系統等，根據實際應用(Use)不(No)同，有些系統會簡單或複雜一(One)些。

        穿梭車是系統的(Of)核心産品。其本身的(Of)構成包括車體和(And)移載機構。多層穿梭車隻能完成往複運動，有的(Of)可以(By)依靠提升機完成換層，有的(Of)則不(No)能換層；4向穿梭車可以(By)完成平面内的(Of)x方向和(And)y方向的(Of)運動，換層則通過提升機完成；還有一(One)種子母車，母車完成巷道内x方向的(Of)運動，子車可以(By)完成y方向的(Of)運動。移載機構有很多種形式，其中夾抱式貨叉應用(Use)比較多。穿梭車采用(Use)電池供電，爲(For)滿足作(Do)業需要(Want)，要(Want)求一(One)次完全充電能夠滿足6個(Indivual)小時(Hour)以(By)上的(Of)正常作(Do)業，作(Do)業空閑時(Hour)間，還要(Want)求能夠快速充電。托盤式穿梭車有固定的(Of)充電站，箱式穿梭車則采用(Use)多種形式，如在(Exist)提升機上充電就是一(One)種快速充電的(Of)方式。

        三、穿梭車系統的(Of)關鍵技術及技術難點

        最早的(Of)穿梭闆小車，采用(Use)的(Of)是半自動控制方式，結構和(And)系統簡單，電池技術是影響其應用(Use)的(Of)關鍵技術之一(One)。每次完全充電能滿足的(Of)工作(Do)時(Hour)間，成爲(For)穿梭闆的(Of)一(One)個(Indivual)瓶頸。而高性能的(Of)電池價格昂貴，使得穿梭闆小車的(Of)應用(Use)非常有限。随着電池性能的(Of)不(No)斷提高，量産以(By)後價格下降，穿梭闆小車才得以(By)廣泛應用(Use)。

        在(Exist)早期，有一(One)個(Indivual)很大(Big)的(Of)困難是小車的(Of)電量監測，設想一(One)下小車突然沒有電時(Hour)怎麽辦？而這(This)種情況确實每天都發生(Born)。如果不(No)能有效的(Of)監測到(Arrive)小車的(Of)電量，問題就無法解決。這(This)一(One)問題會造成全自動的(Of)系統和(And)大(Big)型系統無法應用(Use)，也是穿梭車系統遲遲不(No)能推廣應用(Use)的(Of)關鍵原因之一(One)。

        此外，通訊和(And)定位也是關鍵技術。早期的(Of)穿梭闆由于(At)通訊問題導緻的(Of)定位不(No)準确，進而出(Out)現大(Big)量空位情況，而設備通訊故障頻繁導緻維護也很困難，也在(Exist)很大(Big)程度上影響其使用(Use)。

        托盤式4向車的(Of)誕生(Born)改變了人(People)們的(Of)思維方式。托盤式4向車爲(For)立體儲存提供了新的(Of)解決方案，是對立體庫存儲技術的(Of)重大(Big)突破，傳統以(By)AS/RS爲(For)主的(Of)立體存儲設計思想受到(Arrive)了很大(Big)沖擊。然而，4向車系統的(Of)路線設計是非常困難的(Of)。對于(At)越大(Big)的(Of)系統，調度系統難度越大(Big)。此外，由于(At)增加了橫向和(And)縱向的(Of)軌道，系統交通管制也是一(One)個(Indivual)非常大(Big)的(Of)問題，這(This)些問題不(No)解決好，也将無法大(Big)規模使用(Use)。

        對于(At)箱式穿梭車來(Come)說，最早的(Of)多層穿梭車應用(Use)研究有超過10年的(Of)曆史，它的(Of)發明解決了“貨到(Arrive)人(People)”揀選系統中長期困擾人(People)們的(Of)存取速度問題。在(Exist)此前，盡管Miniload的(Of)速度已經提高到(Arrive)驚人(People)的(Of)350m/min，但存取效率還是局限在(Exist)100多次/台，多層穿梭車輕松的(Of)突破了這(This)一(One)極限。多層穿梭車的(Of)關鍵技術首先是充電問題，現在(Exist)的(Of)快速充電裝置可以(By)在(Exist)數秒之内快速充電，滿足小車幾分鍾的(Of)作(Do)業要(Want)求，這(This)樣，小車完全可以(By)實現24小時(Hour)不(No)間斷工作(Do)，這(This)是一(One)個(Indivual)重大(Big)突破。此外，多層穿梭車的(Of)貨叉設計也是重點。随着市場分工越來(Come)越細，現在(Exist)已經有成熟的(Of)貨叉可以(By)選用(Use)。貨叉的(Of)成本約占小車的(Of)40%，從這(This)一(One)點也可以(By)看出(Out)其重要(Want)性。

伍強科技在(Exist)2016  CeMAT ASIA 上展示的(Of)多層穿梭車解決方案

        對于(At)4向箱式小車來(Come)說，其難度主要(Want)在(Exist)于(At)控制和(And)調度系統，訂單管理，路線優化算法非常複雜，控制更加困難。設想一(One)個(Indivual)具有500輛小車的(Of)系統，如何調度才能有效是一(One)個(Indivual)非常大(Big)的(Of)問題。很多系統的(Of)能力受到(Arrive)限制主要(Want)是由于(At)車的(Of)不(No)合理調度造成的(Of)，不(No)同系統的(Of)差異非常大(Big)。

        此外，穿梭車的(Of)軌道要(Want)求很嚴，一(One)般的(Of)貨架生(Born)産工藝不(No)能滿足要(Want)求。國(Country)内能夠提供4向車軌道的(Of)廠家少之又少，這(This)也爲(For)應用(Use)設置了障礙。

        現在(Exist)的(Of)情況是：電池技術有了質的(Of)飛躍，貨叉也有成熟的(Of)産品，但控制系統和(And)調度系統卻沒有現成的(Of)可以(By)采購，使得大(Big)型物流中全面應用(Use)穿梭車還有很大(Big)難度。

        四、市場需求及未來(Come)變化

        穿梭車的(Of)誕生(Born)，爲(For)密集存儲和(And)快速拆零揀選提供了十分有效的(Of)解決方案，所以(By)一(One)經推出(Out)，便廣受用(Use)戶歡迎。

        對托盤式穿梭車來(Come)說，與傳統的(Of)AS/RS系統相比，根據方案不(No)同，其存儲密度會提高30%-50%不(No)等，而且最大(Big)的(Of)優勢是：4向穿梭車不(No)受空間形狀的(Of)限制，幾乎可以(By)在(Exist)任意的(Of)空間中布置，這(This)是AS/RS所無法比拟的(Of)優勢。雖然AS/RS系統也有雙深度存儲技術以(By)增加存儲密度，但無論存儲密度還是對空間的(Of)要(Want)求，都與穿梭車相去甚遠。

        密集存儲的(Of)應用(Use)場合非常多，如煙草原料和(And)成品、食品飲料、工業制造等。尤其在(Exist)冷鏈有很大(Big)的(Of)用(Use)武之地。傳統的(Of)冷庫不(No)僅空間利用(Use)率底，而且作(Do)業環境非常惡劣，托盤式穿梭車的(Of)發明，大(Big)幅度提升了密集存儲的(Of)密度，也改善了作(Do)業環境，可謂一(One)舉多得，市場前景非常廣闊。目前存在(Exist)的(Of)問題是，由于(At)穿梭車系統的(Of)貨架要(Want)求比較高，增加了系統的(Of)成本，爲(For)需要(Want)快速入出(Out)作(Do)業的(Of)系統帶來(Come)了成本壓力。

        箱式穿梭車在(Exist)拆零揀選方面的(Of)應用(Use)則更爲(For)廣闊。箱式穿梭車系統可以(By)适應于(At)多種現場情況，這(This)是與Miniload不(No)同的(Of)地方，此外，Miniload的(Of)存取能力受到(Arrive)限制，無法滿足“貨到(Arrive)人(People)”揀選的(Of)需求。與傳統的(Of)閣樓式貨架比較，穿梭車系統存儲效率更高，揀選更爲(For)準确，對人(People)的(Of)需求也大(Big)幅度降低，這(This)是其具有巨大(Big)優勢的(Of)幾個(Indivual)方面。當然，成本是其劣勢之一(One)。但随着人(People)工成本的(Of)不(No)斷增加，這(This)一(One)點很快會達到(Arrive)平衡，并顯示出(Out)優勢。

        就“貨到(Arrive)人(People)”揀選技術而言，目前也有多種形式，如典型的(Of)KIVA系統就是應用(Use)最廣泛的(Of)技術之一(One)。KIVA系統十分靈活，設計簡單，容易搬遷和(And)增減設備，這(This)是其得以(By)推廣的(Of)主要(Want)原因。然而，KIVA系統存儲效率低，揀選難度相對較大(Big)和(And)效率相對較低的(Of)缺點，也注定其應用(Use)将受到(Arrive)限制。

        對設計和(And)使用(Use)者來(Come)說，在(Exist)實際設計中，如何選擇和(And)評價穿梭車系統非常關鍵。主要(Want)應該注意的(Of)是以(By)下幾個(Indivual)方面：

        出(Out)入庫作(Do)業能力：出(Out)入庫作(Do)業能力是衡量穿梭車系統的(Of)重要(Want)指标。包括輸送系統，提升機，穿梭車，堆垛機等所有關聯系統或設備的(Of)作(Do)業能力的(Of)匹配，以(By)及揀選工作(Do)站的(Of)能力等。在(Exist)實際設計中，要(Want)求一(One)個(Indivual)拆零揀選工作(Do)站達到(Arrive)600行以(By)上的(Of)揀選能力是非常普遍的(Of)情況，這(This)對工作(Do)站、輸送系統的(Of)設計也提出(Out)了很大(Big)挑戰。

        存儲能力：儲存能力基本是一(One)個(Indivual)靜态指标。不(No)同的(Of)設備和(And)技術所能夠達到(Arrive)的(Of)儲存能力是不(No)一(One)樣的(Of)。一(One)般情況下，儲存能力越高越好。密集庫系統對儲存指标要(Want)求比較高，但拆零揀選系統卻并不(No)特别追求這(This)一(One)點。要(Want)注意儲存能力和(And)存取能力的(Of)一(One)緻性，有時(Hour)過分追求單一(One)指标是沒有意義的(Of)。

        軟件系統：對于(At)箱式穿梭車系統來(Come)說，其難點在(Exist)于(At)軟件系統，如何快速高效地響應訂單的(Of)揀選要(Want)求，是考驗一(One)個(Indivual)穿梭車系統的(Of)關鍵内容。而對于(At)托盤式穿梭車來(Come)說，4向車的(Of)控制系統是難點，密集庫的(Of)管理與作(Do)業流程設計與普通倉庫也大(Big)不(No)一(One)樣。

        可靠性指标：沒有什麽比可靠性指标更重要(Want)的(Of)了。什麽是可靠性指标，很多人(People)不(No)是很明白。在(Exist)FEM标準中，有一(One)個(Indivual)可用(Use)度指标，可以(By)用(Use)來(Come)描述系統的(Of)可靠性。其計算公式是：

        系統的(Of)可用(Use)度=（系統的(Of)可用(Use)時(Hour)間/系統運行的(Of)總時(Hour)間）*100%

        具體應用(Use)到(Arrive)穿梭車系統，可以(By)将系統分爲(For)若幹部分，對于(At)串行系統，每部分的(Of)權重爲(For)1，對于(At)并行系統，每個(Indivual)并行支線的(Of)權重爲(For)1/n（n爲(For)并行子系統的(Of)數量）。系統的(Of)可用(Use)時(Hour)間是指系統總時(Hour)間扣除故障恢複時(Hour)間所剩餘的(Of)時(Hour)間。FEM規定，系統的(Of)可用(Use)度大(Big)于(At)97%才能正式上線運行。

        此外，還有一(One)個(Indivual)指标叫做平均無故障時(Hour)間MTBF（Mean time between failure），其單位爲(For)小時(Hour)。MTBF越大(Big)，系統越可靠。這(This)一(One)指标對于(At)單一(One)設備的(Of)評價非常适用(Use)，但用(Use)于(At)對物流系統的(Of)可靠性評價卻并不(No)适用(Use)。其理由是物流系統非常複雜，存在(Exist)很多“部分可用(Use)”的(Of)情況，無法用(Use)這(This)一(One)指标來(Come)評估。

        五、穿梭車系統的(Of)發展趨勢

        穿梭車的(Of)誕生(Born)是物流裝備技術的(Of)一(One)次重大(Big)創新，它甚至改變了長期以(By)來(Come)AS/RS系統長期獨占市場的(Of)格局。對于(At)未來(Come)的(Of)發展趨勢，行業内多數專家都表現出(Out)極大(Big)的(Of)樂觀。

        托盤式穿梭車的(Of)應用(Use)，徹底改變了密集存儲系統的(Of)概念，甚至可以(By)說是一(One)種颠覆。從簡單的(Of)穿梭闆應用(Use)，到(Arrive)子母車，再到(Arrive)4向車系統，其發展軌迹一(One)緻圍繞着密集存儲進行。密集存儲在(Exist)制造業物流中有廣泛的(Of)應用(Use)空間，尤其在(Exist)煙草、食品、酒水、家電等大(Big)宗商品生(Born)産領域，而冷鏈物流的(Of)市場需求将超出(Out)人(People)們的(Of)期望，托盤式穿梭車可以(By)說是應運而生(Born)。

        如果說托盤式穿梭車是爲(For)密集存儲而生(Born)，箱式穿梭車則完全是爲(For)拆零揀選而生(Born)，一(One)個(Indivual)巷道達到(Arrive)1000餘次的(Of)作(Do)業量，這(This)在(Exist)以(By)前是無法想象的(Of)。而箱式穿梭車的(Of)誕生(Born)輕易的(Of)将人(People)類這(This)一(One)夢想變成了現實。其意義是巨大(Big)的(Of)，影響也是深遠的(Of)。

        過去幾年來(Come)，智能物流（SMART LOGISTICS）成爲(For)行業最亮眼明星。人(People)們暢想的(Of)智能物流到(Arrive)底是什麽？有的(Of)人(People)不(No)是很清楚，有的(Of)人(People)給出(Out)了藍圖。其中最關鍵的(Of)一(One)點共識是，智能物流是實現大(Big)規模定制化生(Born)産的(Of)基礎。什麽是大(Big)規模定制化生(Born)産？簡單來(Come)說就是要(Want)将以(By)前的(Of)“千人(People)一(One)面”市場需求轉變爲(For)“千人(People)千面”的(Of)個(Indivual)性化需求。從這(This)個(Indivual)意義上講，生(Born)産物料需要(Want)拆零，配送也需要(Want)拆零，拆零揀選将是未來(Come)的(Of)主要(Want)揀選形态。由此可見箱式穿梭車的(Of)價值所在(Exist)。

        許多年前，人(People)們在(Exist)預測物流未來(Come)的(Of)時(Hour)候，往往樂觀的(Of)認爲(For)未來(Come)物流中心規模将越來(Come)越小，理想甚至是庫存等于(At)0。但是事與願違，現在(Exist)的(Of)物流中心，規模變得越來(Come)越龐大(Big)，品規數變得越來(Come)越多，訂單越來(Come)越細，這(This)正是一(One)個(Indivual)大(Big)規模定制化模型的(Of)真實寫照，電子商務很好的(Of)诠釋了這(This)一(One)模型，并在(Exist)很短的(Of)時(Hour)間内使之成爲(For)現實。可以(By)預見的(Of)是，穿梭車的(Of)應用(Use)将越來(Come)越廣泛，規模也将越來(Come)越大(Big)，前景不(No)可限量。