導(dǎo)語(yǔ)

大家好，我是智能倉(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)研習(xí)社的社長(zhǎng)，你的老朋友，老K。

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來(lái)源：起重運(yùn)輸機(jī)械雜志社

文：上海精星|楊光輝|陳園園|管樹林|呂志軍

電子商務(wù)與智能制造技術(shù)推動(dòng)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的快速發(fā)展與創(chuàng)新，在現(xiàn)代物流業(yè)中更加注重考慮物流系統(tǒng)整體的密度以及數(shù)字化、智能、信息化集成應(yīng)用，而不是僅考慮單一設(shè)備和系統(tǒng)的能力，產(chǎn)生了“密集倉(cāng)儲(chǔ)”的概念。

在物流產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展過(guò)程用中，需要對(duì)物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行全面規(guī)劃和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。與普通立體倉(cāng)庫(kù)相比，密集倉(cāng)儲(chǔ)土地利用率和空間利用率上可提高20%~100% 左右，同時(shí)作業(yè)效率可提高20%，運(yùn)行能耗可降低30%，單元投資成本可節(jié)約10% 左右, 密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)因而越來(lái)越多地受到行業(yè)的關(guān)注，其市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。

作為面向密集倉(cāng)儲(chǔ)的重要搬運(yùn)設(shè)備，智能托盤式四向穿梭車（以下簡(jiǎn)稱四向車）是一種智能型軌道導(dǎo)引自動(dòng)換向變軌的搬運(yùn)設(shè)備，在電控系統(tǒng)控制下，通過(guò)編碼器、RFID、光電傳感器等數(shù)字化技術(shù)精確定位各個(gè)輸入、輸出工位，配置智能化調(diào)度系統(tǒng)，接收物料后進(jìn)行自動(dòng)往復(fù)穿梭搬運(yùn)，四向車無(wú)需人員操作，運(yùn)行速度快、智能化程度高，適用于各種物流存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠促進(jìn)單元物料快速實(shí)現(xiàn)平面自動(dòng)輸送。

在智能化調(diào)度系統(tǒng)的驅(qū)使下，多層多車協(xié)同并行作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效的作業(yè)模式，為企業(yè)的物流存儲(chǔ)系統(tǒng)提供新的物流解決方案。

1 托盤式四向穿梭車關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

四向車根據(jù)任務(wù)要求，協(xié)同往復(fù)式提升機(jī)，通過(guò)行駛軌道在貨架不同層、不同貨道內(nèi)完成作業(yè)任務(wù)，在倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的控制和調(diào)度下，整個(gè)密集庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)多層多車同時(shí)運(yùn)作。

各四向車在工作時(shí)可以向信息管理系統(tǒng)上傳位置、速度、電量、有無(wú)貨、故障、工作情況等信息；四向車具備整存整取、倒貨移動(dòng)、托盤點(diǎn)數(shù)等作業(yè)功能，實(shí)現(xiàn)物料快速出庫(kù)和庫(kù)存管理；其內(nèi)部設(shè)置有避障功能和故障報(bào)警提示功能，能夠起到安全保護(hù)作用，并及時(shí)反饋故障信息。

從硬件系統(tǒng)來(lái)看，四向車主要由車架、頂升機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、車輪組、電源、電氣控制等部件組成（見(jiàn)圖1）。

圖 1 四向穿梭車主要結(jié)構(gòu)示意圖

1.1?車體結(jié)構(gòu)

四向車車體結(jié)構(gòu)應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)采用優(yōu)質(zhì)鋼材組合成型，整車設(shè)計(jì)載重為1 500 kg 及以上，最低安全系數(shù)建議為1.6，材料屈服強(qiáng)度為2.75MPa；四向車車體結(jié)構(gòu)針對(duì)整車的可靠性與結(jié)構(gòu)的輕量化進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2?驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及車輪

四向車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行星減速加換向器，促進(jìn)二個(gè)方向的快速換向，一般工況下空載運(yùn)行速度為1.4 m/s ~1.6 m/s，滿載運(yùn)行速度為1.0 m/s ~1.2m/s；在貨架層水平運(yùn)行時(shí)，四向車在X 向采用4 輪驅(qū)動(dòng)，Z 向采用8 輪驅(qū)動(dòng)，選擇八輪（主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組合）傳動(dòng)方式滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，既保證車行走的穩(wěn)定性，又減少了內(nèi)部機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜性。

四向車運(yùn)動(dòng)時(shí)車輪長(zhǎng)期受到摩擦，需要耐磨車輪，經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，選用聚氨酯車輪，經(jīng)久耐用、減少躁音，確保運(yùn)行穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖 2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

1.3頂升機(jī)構(gòu)

四向車作業(yè)需要多次頂降換向動(dòng)作，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)械機(jī)構(gòu)頂降或液壓頂降裝置?？紤]到機(jī)械結(jié)構(gòu)安全可靠經(jīng)久耐用，建議頂升行程為40 mm，頂升時(shí)間為3~5 s。四向車存取貨物通過(guò)頂降托盤和換向升降完成一次作業(yè)周期，為提高作業(yè)效率，應(yīng)確保四向車在作業(yè)過(guò)程快速頂降、快速換向以縮短作業(yè)周期。穿梭車頂升機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3.

圖 3 穿梭車頂升機(jī)構(gòu)示意圖

2 數(shù)字化控制及通訊技術(shù)

四向車采用PLC 及工控機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制，結(jié)合底層路徑自學(xué)習(xí)算法，確保高速運(yùn)行、精準(zhǔn)定位、安全可靠。四向車選用SIMATIC S7 系列PLC 作為核心控制器，充分利用其豐富的擴(kuò)展性集成接口，將傳感器模塊、供電模塊、無(wú)線通訊模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊等集成，實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引、驅(qū)動(dòng)控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作，安全防護(hù)等工作。

密集庫(kù)中采用Zigbee 無(wú)線通訊方式，上位控制器通過(guò)Zigbee 主模塊向四向車下達(dá)任務(wù)指令，任務(wù)指令傳遞至PLC 完成計(jì)算處理后，轉(zhuǎn)變成具體的控制信號(hào)并輸送至控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制模塊中，在該模塊中對(duì)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)動(dòng)作。

在這一過(guò)程進(jìn)行中，各類傳感器和RFID 系統(tǒng)將采集的定位、檢測(cè)、故障等信息通過(guò)Zigbee 子模塊反饋給上位器，并由狀態(tài)顯示器反饋給倉(cāng)庫(kù)操作人員，實(shí)現(xiàn)四向車動(dòng)態(tài)信息的雙向傳遞。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖 4 控制模塊功能示意圖

3 密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的智能調(diào)度技術(shù)

基于WCS 可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)設(shè)置、貨位決策優(yōu)化、密集多深位存儲(chǔ)、多層多四向車作業(yè)調(diào)度等各種功能。密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用多任務(wù)模式，為保證四向車集群全局效率提升，需制定合理有效的智能調(diào)度策略。智能化調(diào)度包括庫(kù)區(qū)分配、任務(wù)優(yōu)先級(jí)劃定、貨位分配、路徑規(guī)劃等。

在WCS 控制下，密集庫(kù)中各設(shè)備基于實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃完成多任務(wù)并行作業(yè)；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)3D 可視化監(jiān)測(cè)；作業(yè)終端基于可視化界面對(duì)多設(shè)備、入出庫(kù)作業(yè)、多深位貨物狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)分析完成遠(yuǎn)程診斷。密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)如圖5 所示。

圖 5 高速密集儲(chǔ)存系統(tǒng)調(diào)度構(gòu)架示意圖

4 四向車作業(yè)能力評(píng)估

四向車的作業(yè)能力受倉(cāng)庫(kù)訂單任務(wù)、調(diào)度技術(shù)、存儲(chǔ)策略、作業(yè)模式、設(shè)備技術(shù)參數(shù)等因素的影響，其高低直接影響密集倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的效率。四向車在垂直交叉軌道上切換方向完成貨物的水平出入庫(kù)，具備單一作業(yè)和復(fù)合作業(yè)兩種模式。

在單一作業(yè)模式中，四向車一個(gè)周期內(nèi)只完成一個(gè)出（入）庫(kù)任務(wù)；在復(fù)合作業(yè)模式中，設(shè)備一個(gè)周期內(nèi)完成入庫(kù)和出庫(kù)兩個(gè)任務(wù)。在基于每層一臺(tái)四向車的系統(tǒng)配置下：

1）在單一作業(yè)模式中，四向車入庫(kù)作業(yè)和出庫(kù)的作業(yè)時(shí)間相同，假設(shè)每層四向車的平均單一作業(yè)時(shí)間為t1, 則該模式下的出入庫(kù)能力η1 可計(jì)算為

2）在復(fù)合作業(yè)模式中，假設(shè)四向車的平均復(fù)合作業(yè)為t2, 則對(duì)應(yīng)的出入庫(kù)η2 為

5 應(yīng)用案例

案例四向車已在某公司密集庫(kù)項(xiàng)目中得到實(shí)際應(yīng)用。該密集庫(kù)實(shí)現(xiàn)汽車配件成品、半成品存儲(chǔ)，整盤入出及揀選出庫(kù)等功能，總的占地面積為1 765 m2，貨架總體高度為20 m，共有貨位6 929 個(gè)，具有7 度防震等級(jí)。單元托盤尺寸為1 200mm×1 100 mm×1 200mm/1400mm( 長(zhǎng)× 寬× 高)，單元最大載重為800 kg（含托盤）。

倉(cāng)庫(kù)中整體入出庫(kù)量不少于250 托/h，設(shè)備配置有四向車11 臺(tái)，提升機(jī)4 臺(tái)，輸送機(jī)系統(tǒng)8 套。根據(jù)該企業(yè)對(duì)現(xiàn)代化物流的不同需求，在做大量的需求調(diào)研和分析后，設(shè)計(jì)出一套符合該企業(yè)需求、性價(jià)比高、可拓展的方案，經(jīng)實(shí)際測(cè)試該密集存儲(chǔ)系統(tǒng)項(xiàng)目建成后與傳統(tǒng)立體庫(kù)相比，庫(kù)容量提高了35%，設(shè)備運(yùn)行用電量能耗降低了30%。案例項(xiàng)目四向穿梭車密集存儲(chǔ)系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖6。

圖 6 案例項(xiàng)目四向穿梭車密集存儲(chǔ)系統(tǒng)示意圖

6 結(jié)論

四向車密集庫(kù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、智能化、無(wú)人化作業(yè)，與傳統(tǒng)立體倉(cāng)庫(kù)相比，提高了20%~50% 的存儲(chǔ)量。隨著托盤式四向車各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)日趨成熟，其在國(guó)內(nèi)外密集庫(kù)中得到了廣泛應(yīng)用。四向車多層多車靈活作業(yè)方式，大大提高入出庫(kù)作業(yè)效率，解決傳統(tǒng)立庫(kù)中堆垛只能在一個(gè)巷道入出庫(kù)作業(yè)的瓶頸問(wèn)題。

近些年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)的各類穿梭車發(fā)展快速、技術(shù)先進(jìn)，各種高品質(zhì)的四向車出現(xiàn)在市面上。針對(duì)國(guó)內(nèi)倉(cāng)儲(chǔ)市場(chǎng)的實(shí)際需求，研發(fā)的四向車具有外觀新穎、功能完善、安全可靠等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加之本地化的售后服務(wù)體系，未來(lái)智能倉(cāng)儲(chǔ)等不同工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景可期。

知名企業(yè)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的硬核！解密四向穿梭车智能化密集存储技术的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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