文/本刊記者 任 芳

隨著客戶需求進(jìn)一步趨向于個(gè)性化和定制化，SKU越來(lái)越多，以及物流作業(yè)場(chǎng)景的不斷變化，具備較高的作業(yè)效率，充分利用空間，可以跨巷道多向行駛，且配置靈活柔性的四向穿梭車，受到越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注。

電商的迅猛發(fā)展在帶來(lái)快遞物流業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，進(jìn)一步趨向個(gè)性化、定制化的市場(chǎng)需求，也讓物流中心的作業(yè)類型更加多樣化、復(fù)雜化，從而更具挑戰(zhàn)，對(duì)作業(yè)效率和準(zhǔn)確率提出了更高的要求。加之智能制造在我國(guó)的不斷深入和推進(jìn)，各種自動(dòng)化存儲(chǔ)和揀選技術(shù)有了大量的市場(chǎng)應(yīng)用需求和場(chǎng)景。其中，四向穿梭車作為新的自動(dòng)化存儲(chǔ)與揀選技術(shù)也隨之出現(xiàn)并很快受到關(guān)注。

目前，范德蘭德、凱樂(lè)士、音飛、伍強(qiáng)科技、六維、普羅格、隆鏈等眾多物流裝備企業(yè)均推出了相關(guān)產(chǎn)品。四向穿梭車因不受空間限制從而能夠充分利用空間，并且將巷道與提升機(jī)“解綁”，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的跨巷道運(yùn)行，避免各巷道作業(yè)不均衡，以及靈活柔性等突出優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始在多個(gè)行業(yè)得到推廣應(yīng)用，市場(chǎng)需求越來(lái)越大，近幾年迎來(lái)了快速的發(fā)展。

伍強(qiáng)科技在2019CeMAT Asia展會(huì)上展出的紅蟹1號(hào)

靈活柔性的四向穿梭車

目前四向穿梭車并沒(méi)有規(guī)范的定義。在業(yè)內(nèi)人士眼中，所謂四向穿梭車（4-direction shuttle），即可以完成‘前后左右’運(yùn)行的穿梭車。它是相對(duì)于多層穿梭車（Multi-shuttle，也稱為直線穿梭車）而言的。從結(jié)構(gòu)上看，前者具有兩套輪系，分別負(fù)責(zé)X-方向和Y-方向的運(yùn)動(dòng)；而后者只有一套輪系，這是最典型的差異。在系統(tǒng)組成上則與多層穿梭車系統(tǒng)類似：主要包括穿梭車、換層提升機(jī)、軌道輸送線與貨架系統(tǒng)等硬件設(shè)備，以及設(shè)備調(diào)度控制系統(tǒng)WCS等軟件。

但是，四向穿梭車突破了多層穿梭車系統(tǒng)將作業(yè)巷道與提升機(jī)捆綁的束縛，可以自由、靈活地與提升機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)任意貨位的存儲(chǔ)和揀選。因此，四向穿梭車除了可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的完成存取作業(yè)外，還具有多方面突出的特點(diǎn)。

首先，四向穿梭車系統(tǒng)具有非常高的靈活性，一方面體現(xiàn)在可以根據(jù)需要靈活變更作業(yè)巷道；另一方面還可以根據(jù)作業(yè)量柔性增減穿梭車的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能力；此外，所有四向穿梭車基于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，當(dāng)其中某個(gè)車輛出現(xiàn)故障時(shí)可由其他車輛來(lái)完成作業(yè)。

其次，四向穿梭車系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性也非常高。如相較于提升機(jī)與巷道“綁定”在一起的多層穿梭車系統(tǒng)，當(dāng)穿梭車或者提升機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)巷道的作業(yè)均將停滯；而四向穿梭車系統(tǒng)由于可以跨巷道作業(yè)，因此可以通過(guò)其它四向穿梭車?yán)^續(xù)執(zhí)行任務(wù)，保證系統(tǒng)作業(yè)和能力不受大的影響。

第三，四向穿梭車系統(tǒng)集存儲(chǔ)與揀選于一體，既適合低流量、高密度的存儲(chǔ)，也可用于高流量、高密度的存儲(chǔ)揀選，其系統(tǒng)作業(yè)能力可以通過(guò)增減車輛或者提升機(jī)等設(shè)備數(shù)量來(lái)線性調(diào)節(jié)。

第四，四向穿梭車對(duì)于場(chǎng)地的適應(yīng)性非常強(qiáng)，比如，對(duì)于不規(guī)則場(chǎng)地，四向穿梭車完全可以達(dá)到任意角落，這一點(diǎn)在老倉(cāng)庫(kù)改造時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

凱樂(lè)士四向穿梭車目前已應(yīng)用于3C、圖書(shū)、服裝、醫(yī)藥、汽車制造等20多個(gè)細(xì)分行業(yè)

四向穿梭車主要分類及發(fā)展

根據(jù)四向穿梭車的載重不同，主要分為托盤(pán)式（重載）四向穿梭車和箱式（輕型）四向穿梭車兩大類。其中，托盤(pán)式四向穿梭車的載荷系列主要分為200kg，500kg，750kg，1000kg，1500kg等幾大系列；輕型箱式四向穿梭車的載荷范圍一般在20kg～50kg之間。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，兩大類型的四向穿梭車結(jié)構(gòu)形式和控制方式基本類似，都非常強(qiáng)調(diào)控制、通訊、定位、調(diào)度、快速提升機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)，但在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上以及應(yīng)用場(chǎng)景上有所區(qū)別。

1.箱式四向穿梭車

據(jù)了解，箱式四向穿梭車的應(yīng)用時(shí)間相較于多層穿梭車晚10～15年，大約在2013年前后首次在歐洲市場(chǎng)得到應(yīng)用。

作為國(guó)內(nèi)箱式四向穿梭車的領(lǐng)軍企業(yè)，凱樂(lè)士早在2015 CeMAT Asia展會(huì)上便展示了其首款產(chǎn)品。2016年，凱樂(lè)士完成了四向穿梭車的規(guī)?；a(chǎn)，如今產(chǎn)品已應(yīng)用于3C、圖書(shū)、服裝、醫(yī)藥、汽車制造等20多個(gè)細(xì)分行業(yè)。

伍強(qiáng)科技目前也有將近10個(gè)項(xiàng)目投入運(yùn)行或即將投入運(yùn)行?！拔閺?qiáng)科技自2016開(kāi)始自主開(kāi)發(fā)四向穿梭車，2017年開(kāi)始四向穿梭車系統(tǒng)的應(yīng)用，但真正的產(chǎn)品—‘紅蟹1號(hào)’直到2019年才投入市場(chǎng)，可謂研發(fā)道路漫長(zhǎng)?！蔽閺?qiáng)科技董事長(zhǎng)尹軍琪感嘆道。

不難看出，箱式四向穿梭車對(duì)技術(shù)的要求非常高。據(jù)介紹，箱式四向穿梭車的關(guān)鍵技術(shù)分為硬件技術(shù)、軟件技術(shù)和通訊技術(shù)等三部分。硬件技術(shù)主要集中在智能貨叉技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、定位控制技術(shù)、電源管理技術(shù)等方面；軟件技術(shù)主要包括貨位與暫存位動(dòng)態(tài)最優(yōu)化管理、任務(wù)分配調(diào)度、穿梭車路徑優(yōu)化等；通訊技術(shù)主要是大范圍區(qū)域、高密度貨架環(huán)境下的信號(hào)穩(wěn)定覆蓋、高流量低時(shí)延、基站快速頻繁切換技術(shù)。此外，快速提升機(jī)、貨架、軌道、輸送機(jī)等相關(guān)技術(shù)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可維護(hù)性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性等，均是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。

2.托盤(pán)四向穿梭車

托盤(pán)式四向穿梭車同樣起源于歐洲。據(jù)悉，托盤(pán)式穿梭車最早由瑞典人研發(fā)，主要有兩向托盤(pán)穿梭車系統(tǒng)、子母穿梭車系統(tǒng)，以及兩向穿梭車+堆垛機(jī)系統(tǒng)等產(chǎn)品。其中，兩向托盤(pán)穿梭車大約在2009年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)并逐漸被接受。由于兩向穿梭車在存取貨物時(shí)只能采取“先進(jìn)先出”或者“先進(jìn)后出”的模式，其早期應(yīng)用局限在大批量、少品種的貨物形態(tài)。但是，隨著市場(chǎng)的發(fā)展，小批量、多頻次的貨物存取需求不斷增加，同時(shí)受到用地成本上升等因素的影響，用戶對(duì)空間節(jié)省、密集存儲(chǔ)等需求也越來(lái)越多。在此背景下，能夠?qū)崿F(xiàn)密集存儲(chǔ)、節(jié)省空間，同時(shí)又能進(jìn)行靈活調(diào)度的托盤(pán)四向穿梭車應(yīng)運(yùn)而生。

應(yīng)用場(chǎng)景豐富多樣

據(jù)悉，箱式四向穿梭車的應(yīng)用一開(kāi)始主要針對(duì)“貨到人”揀選系統(tǒng)研發(fā)，適應(yīng)于品種較多的拆零揀選場(chǎng)合，這也是它的主要應(yīng)用場(chǎng)景。目前，以拆零揀選為主的電商零售行業(yè)，對(duì)揀選效率和準(zhǔn)確性要求更高的醫(yī)藥行業(yè)，以及有特殊需求的制造行業(yè)及線邊物流（零部件存儲(chǔ)）等仍然是關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。但隨著該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的凸顯，特別是在存儲(chǔ)效率和倉(cāng)儲(chǔ)空間利用率等方面的優(yōu)勢(shì)，受到各個(gè)行業(yè)的青睞，其應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展。

例如，凱樂(lè)士自2 0 1 5 年打開(kāi)鞋服市場(chǎng)之后，快速進(jìn)入醫(yī)藥、圖書(shū)館、電商、制造業(yè)等行業(yè)，并相繼推出了超低層位、夾抱式、單雙深、多撥桿等新產(chǎn)品和解決方案。如為了滿不同規(guī)格貨箱的存儲(chǔ)推出了可變尺寸（250mm～800mm）的夾抱式穿梭車；針對(duì)高效率、高容積率的需求推出了超低層位四向穿梭車；針對(duì)電子生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用推出抗靜電穿梭車解決方案等。2019年，凱樂(lè)士助力蘇州第二圖書(shū)館打造國(guó)內(nèi)首個(gè)大型智能圖書(shū)館，在WCS系統(tǒng)指令下，四向穿梭車配合高速提升機(jī)完成出入庫(kù)作業(yè)，減少人力投入的同時(shí)提高書(shū)籍的周轉(zhuǎn)率，賦予圖書(shū)館新的生命力。

托盤(pán)四向穿梭車系統(tǒng)則在制造、冷鏈等行業(yè)極具前景。例如，隆鏈將托盤(pán)四向穿梭車系統(tǒng)成功應(yīng)用到了汽車行業(yè)，通過(guò)充分利用廠房的上部空間為車間釋放了更多的產(chǎn)能，并將原材料庫(kù)、線邊庫(kù)和成品庫(kù)進(jìn)行打通，為客戶創(chuàng)造了價(jià)值。在《物流技術(shù)與應(yīng)用》推出的科教節(jié)目“神奇的四向穿梭車”中，隆鏈智能科技總經(jīng)理馬云龍進(jìn)一步將托盤(pán)四向穿梭車系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了歸納，總結(jié)如下。

（1）密集倉(cāng)儲(chǔ)，特別是對(duì)于貨物品種比較少，但每一個(gè)品種的批量非常大的業(yè)務(wù)形態(tài)。

（2）用地成本高昂的物流中心以及制造中心多原料庫(kù)、線邊庫(kù)、成品庫(kù)等，比如，四向穿梭車系統(tǒng)能夠直接將原材料從倉(cāng)庫(kù)運(yùn)送到生產(chǎn)區(qū)域，在線邊庫(kù)等場(chǎng)景下，比輸送線+出貨口的方式更經(jīng)濟(jì)性。

（3）冷庫(kù)，其空間利用率對(duì)成本影響巨大。

（4）多層樓庫(kù)，四向穿梭車系統(tǒng)則可以利用自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)把老工業(yè)園區(qū)的樓庫(kù)上下打通成為一個(gè)現(xiàn)代化的智能倉(cāng)庫(kù)。

（5）制造型工廠或者物流中心內(nèi)的閑置空間。如辦公室、生產(chǎn)線上方通常留有五六米的空間，四向穿梭車可以充分利用這些空間，通過(guò)結(jié)合提升機(jī)完成物料輸送，避免與地面物流線交叉。幫助企業(yè)提高空間利用率，節(jié)省成本，同時(shí)對(duì)未來(lái)布局生產(chǎn)和進(jìn)一步發(fā)展都具有非常重要的意義。

（6）園區(qū)內(nèi)跨建筑打通。四向穿梭車可以被看作是一個(gè)有軌道的移動(dòng)機(jī)器人，在園區(qū)內(nèi)各個(gè)不同職能的建筑（如前面提到的原材料庫(kù)、線邊庫(kù)、成品庫(kù)等）之間存儲(chǔ)、搬運(yùn)貨物，將所有的建筑進(jìn)行打通。如此一來(lái)，各個(gè)建筑之間的庫(kù)位都可以共享。

上海天睿咨詢有限公司首席顧問(wèn)邱伏生認(rèn)為，智能制造的發(fā)展正推動(dòng)制造工廠“物流中心化”，即將產(chǎn)線放入物流中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)，這為四向穿梭車系統(tǒng)提供了豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。如代替AGV實(shí)現(xiàn)跨廠房或者跨區(qū)域的物料輸送，通過(guò)與企業(yè)MES系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)對(duì)接，精準(zhǔn)地將物料配送到工位。在物料流動(dòng)越快，庫(kù)存周轉(zhuǎn)率越高的場(chǎng)景，越能夠體現(xiàn)出該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。不過(guò)，由于需要將物流與工藝流程緊密貼合，與整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)相匹配，物流系統(tǒng)規(guī)劃難度非常大，四向穿梭車系統(tǒng)更加復(fù)雜，需要細(xì)化方案，同時(shí)項(xiàng)目的實(shí)施周期會(huì)更長(zhǎng)。

隆鏈大黃蜂系列智能四向穿梭車

挑戰(zhàn)猶存 前景看好

值得注意的是，四向穿梭車有突出的優(yōu)勢(shì)，但也存在諸多方面的挑戰(zhàn)。例如從系統(tǒng)運(yùn)行上來(lái)看，與AGV的調(diào)度相比，由于四向穿梭車是三維運(yùn)行的，要高效、準(zhǔn)確地作業(yè)，對(duì)系統(tǒng)的柔性和可靠性提出了非常高的要求，在車輛避讓、路徑選擇等方面難度更大，需要依靠強(qiáng)大的人工智能技術(shù)以及數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。特別是當(dāng)一個(gè)穿梭車系統(tǒng)有數(shù)十層、上百萬(wàn)個(gè)貨位、上千臺(tái)車的情況下，任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)最優(yōu)分配是個(gè)NPhard難題，對(duì)企業(yè)能力要求很高。凱樂(lè)士有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

此外，四向穿梭車系統(tǒng)還需要在技術(shù)層面不斷尋求創(chuàng)新突破，如嘗試與機(jī)械手、3D視覺(jué)等新技術(shù)的相結(jié)合，與使用場(chǎng)景中的其他物流作業(yè)相匹配；與5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的智能化程度和能力。

在應(yīng)用上，四向穿梭車系統(tǒng)也面臨挑戰(zhàn)。尹軍琪指出，一項(xiàng)新技術(shù)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，主要是能夠解決什么問(wèn)題，需要花費(fèi)多大代價(jià)，風(fēng)險(xiǎn)如何？這是四向穿梭車要面對(duì)的問(wèn)題。其中，四向穿梭車高昂的造價(jià)就是擺在客戶面前的最大難題，也是集成商在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中所要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。從目前已經(jīng)應(yīng)用的項(xiàng)目來(lái)看，系統(tǒng)規(guī)模普遍還不是很大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、關(guān)鍵設(shè)備的可靠性都有待時(shí)間的檢驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案的合理性和應(yīng)用的靈活性還有較大改進(jìn)的空間，系統(tǒng)維護(hù)的便利性也是目前需要解決的問(wèn)題。

邱伏生也表示，看待一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用水平或者市場(chǎng)接受程度，首先取決于這項(xiàng)技術(shù)本身的可靠性和成熟度，它是支撐項(xiàng)目的基礎(chǔ)，當(dāng)有了成功案例以后更容易被市場(chǎng)所接納。其次，取決于其經(jīng)濟(jì)性，是否能夠滿足客戶的投資收益要求。四向穿梭車起源于歐洲，但是中國(guó)市場(chǎng)和歐洲市場(chǎng)在應(yīng)用上存在諸多不同，例如，歐洲，以及日本等市場(chǎng)的生產(chǎn)基礎(chǔ)（如標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品包裝等）較好，可以讓四向穿梭車的應(yīng)用更加合理、有效；此外，國(guó)外很多企業(yè)將包括四向穿梭車在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用作為戰(zhàn)略方向，這一點(diǎn)和中國(guó)很多企業(yè)更看重投資收益有著較大的區(qū)別。因此，從這些角度來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)四向穿梭車市場(chǎng)還有待成長(zhǎng)。

但是，四向穿梭車系統(tǒng)的市場(chǎng)潛力無(wú)疑被普遍看好。尹軍琪表示，“貨到人”揀選是最有前途的拆零揀選技術(shù)，也是未來(lái)物流系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。箱式四向穿梭車作為主要的“貨到人”揀選技術(shù)之一，肯定具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于托盤(pán)四向穿梭車而言，隨著智能制造的發(fā)展，四向穿梭車應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，其市場(chǎng)空間被行業(yè)企業(yè)普遍看好。