編者按：《物流技術與應用》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、穿梭車系統的定義、功能及發展

    （注：箱式輸送型應用極少）

圖1 穿梭車的基本分類

        穿梭車（SHUTTLE CAR），顧名思義，是物流系統中一種執行往復輸送任務的小車，其基本功能是在物流系統中（平面內）通過軌道上的往復運動以完成貨物單元（主要是托盤和箱子）的輸送。

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

        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，只是因為應用較少，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。

        相對于輸送型穿梭車有超過50年的發展歷史，存取型穿梭車的歷史要短得多。最早的穿梭板和子母車應用到現在也不過20年歷史，而4向車的應用則是最近10年以內的事情。究其原因，可能主要是電池技術和充電技術的限制所致，當然，網絡技術和通訊技術的發展也是重要原因。

        隨著電池、網絡等關鍵問題的逐步解決，穿梭車技術被迅速應用于物流系統。在我國，最早的穿梭板應用可以追溯到2010年前，基本采用半自動方式，由叉車進行換巷道和換層作業。

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

        二、穿梭車系統的基本構成

圖2：穿梭車系統構成

        穿梭車系統的基本構成多種多樣，作為一個獨特的物流系統，它與普通的物流自動化系統有許多相似之處，但也有很大不同。一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的子系統之一，有些功能是其他物流系統所沒有的。

        托盤式穿梭車系統主要用于密集存儲，其收貨系統中主要包括輸送機（包括提升機），儲存系統則包括貨架，穿梭車，提升機等，有些也采用堆垛機（AS/RS）完成穿梭車的換層，發貨系統包括輸送機及揀選系統等。有些系統比較簡單，如穿梭板可以自行構成系統，有些系統則比較復雜，如采用機器人完成入庫碼垛和出庫拆垛等。

        箱式穿梭車系統主要用于“貨到人”揀選系統，其收貨系統包括收貨換箱工作站和收貨輸送系統；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站、包裝工作站和輸送系統等，根據實際應用不同，有些系統會簡單或復雜一些。

        穿梭車是系統的核心產品。其本身的構成包括車體和移載機構。多層穿梭車只能完成往復運動，有的可以依靠提升機完成換層，有的則不能換層；4向穿梭車可以完成平面內的x方向和y方向的運動，換層則通過提升機完成；還有一種子母車，母車完成巷道內x方向的運動，子車可以完成y方向的運動。移載機構有很多種形式，其中夾抱式貨叉應用比較多。穿梭車采用電池供電，為滿足作業需要，要求一次完全充電能夠滿足6個小時以上的正常作業，作業空閑時間，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，如在提升機上充電就是一種快速充電的方式。

        三、穿梭車系統的關鍵技術及技術難點

        最早的穿梭板小車，采用的是半自動控制方式，結構和系統簡單，電池技術是影響其應用的關鍵技術之一。每次完全充電能滿足的工作時間，成為穿梭板的一個瓶頸。而高性能的電池價格昂貴，使得穿梭板小車的應用非常有限。隨著電池性能的不斷提高，量產以后價格下降，穿梭板小車才得以廣泛應用。

        在早期，有一個很大的困難是小車的電量監測，設想一下小車突然沒有電時怎么辦？而這種情況確實每天都發生。如果不能有效的監測到小車的電量，問題就無法解決。這一問題會造成全自動的系統和大型系統無法應用，也是穿梭車系統遲遲不能推廣應用的關鍵原因之一。

        此外，通訊和定位也是關鍵技術。早期的穿梭板由于通訊問題導致的定位不準確，進而出現大量空位情況，而設備通訊故障頻繁導致維護也很困難，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受到了很大沖擊。然而，4向車系統的路線設計是非常困難的。對于越大的系統，調度系統難度越大。此外，由于增加了橫向和縱向的軌道，系統交通管制也是一個非常大的問題，這些問題不解決好，也將無法大規模使用。

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

伍強科技在2016  CeMAT ASIA 上展示的多層穿梭車解決方案

        對于4向箱式小車來說，其難度主要在于控制和調度系統，訂單管理，路線優化算法非常復雜，控制更加困難。設想一個具有500輛小車的系統，如何調度才能有效是一個非常大的問題。很多系統的能力受到限制主要是由于車的不合理調度造成的，不同系統的差異非常大。

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

        現在的情況是：電池技術有了質的飛躍，貨叉也有成熟的產品，但控制系統和調度系統卻沒有現成的可以采購，使得大型物流中全面應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，為密集存儲和快速拆零揀選提供了十分有效的解決方案，所以一經推出，便廣受用戶歡迎。

        對托盤式穿梭車來說，與傳統的AS/RS系統相比，根據方案不同，其存儲密度會提高30%-50%不等，而且最大的優勢是：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所無法比擬的優勢。雖然AS/RS系統也有雙深度存儲技術以增加存儲密度，但無論存儲密度還是對空間的要求，都與穿梭車相去甚遠。

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

        箱式穿梭車在拆零揀選方面的應用則更為廣闊。箱式穿梭車系統可以適應于多種現場情況，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。與傳統的閣樓式貨架比較，穿梭車系統存儲效率更高，揀選更為準確，對人的需求也大幅度降低，這是其具有巨大優勢的幾個方面。當然，成本是其劣勢之一。但隨著人工成本的不斷增加，這一點很快會達到平衡，并顯示出優勢。

        就“貨到人”揀選技術而言，目前也有多種形式，如典型的KIVA系統就是應用最廣泛的技術之一。KIVA系統十分靈活，設計簡單，容易搬遷和增減設備，這是其得以推廣的主要原因。然而，KIVA系統存儲效率低，揀選難度相對較大和效率相對較低的缺點，也注定其應用將受到限制。

        對設計和使用者來說，在實際設計中，如何選擇和評價穿梭車系統非常關鍵。主要應該注意的是以下幾個方面：

        出入庫作業能力：出入庫作業能力是衡量穿梭車系統的重要指標。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作業能力的匹配，以及揀選工作站的能力等。在實際設計中，要求一個拆零揀選工作站達到600行以上的揀選能力是非常普遍的情況，這對工作站、輸送系統的設計也提出了很大挑戰。

        存儲能力：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。一般情況下，儲存能力越高越好。密集庫系統對儲存指標要求比較高，但拆零揀選系統卻并不特別追求這一點。要注意儲存能力和存取能力的一致性，有時過分追求單一指標是沒有意義的。

        軟件系統：對于箱式穿梭車系統來說，其難點在于軟件系統，如何快速高效地響應訂單的揀選要求，是考驗一個穿梭車系統的關鍵內容。而對于托盤式穿梭車來說，4向車的控制系統是難點，密集庫的管理與作業流程設計與普通倉庫也大不一樣。

        可靠性指標：沒有什么比可靠性指標更重要的了。什么是可靠性指標，很多人不是很明白。在FEM標準中，有一個可用度指標，可以用來描述系統的可靠性。其計算公式是：

        系統的可用度=（系統的可用時間/系統運行的總時間）*100%

        具體應用到穿梭車系統，可以將系統分為若干部分，對于串行系統，每部分的權重為1，對于并行系統，每個并行支線的權重為1/n（n為并行子系統的數量）。系統的可用時間是指系統總時間扣除故障恢復時間所剩余的時間。FEM規定，系統的可用度大于97%才能正式上線運行。

        此外，還有一個指標叫做平均無故障時間MTBF（Mean time between failure），其單位為小時。MTBF越大，系統越可靠。這一指標對于單一設備的評價非常適用，但用于對物流系統的可靠性評價卻并不適用。其理由是物流系統非常復雜，存在很多“部分可用”的情況，無法用這一指標來評估。

        五、穿梭車系統的發展趨勢

        穿梭車的誕生是物流裝備技術的一次重大創新，它甚至改變了長期以來AS/RS系統長期獨占市場的格局。對于未來的發展趨勢，行業內多數專家都表現出極大的樂觀。

        托盤式穿梭車的應用，徹底改變了密集存儲系統的概念，甚至可以說是一種顛覆。從簡單的穿梭板應用，到子母車，再到4向車系統，其發展軌跡一致圍繞著密集存儲進行。密集存儲在制造業物流中有廣泛的應用空間，尤其在煙草、食品、酒水、家電等大宗商品生產領域，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運而生。

        如果說托盤式穿梭車是為密集存儲而生，箱式穿梭車則完全是為拆零揀選而生，一個巷道達到1000余次的作業量，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實。其意義是巨大的，影響也是深遠的。

        過去幾年來，智能物流（SMART LOGISTICS）成為行業最亮眼明星。人們暢想的智能物流到底是什么？有的人不是很清楚，有的人給出了藍圖。其中最關鍵的一點共識是，智能物流是實現大規模定制化生產的基礎。什么是大規模定制化生產？簡單來說就是要將以前的“千人一面”市場需求轉變為“千人千面”的個性化需求。從這個意義上講，生產物料需要拆零，配送也需要拆零，拆零揀選將是未來的主要揀選形態。由此可見箱式穿梭車的價值所在。

        許多年前，人們在預測物流未來的時候，往往樂觀的認為未來物流中心規模將越來越小，理想甚至是庫存等于0。但是事與愿違，現在的物流中心，規模變得越來越龐大，品規數變得越來越多，訂單越來越細，這正是一個大規模定制化模型的真實寫照，電子商務很好的詮釋了這一模型，并在很短的時間內使之成為現實。可以預見的是，穿梭車的應用將越來越廣泛，規模也將越來越大，前景不可限量。