隨著中國制造業加速轉型升級，越來越多的企業需要進行物流智能化升級，但是往往受到倉庫面積、高度、形狀等現實條件的限制，以及市場不確定性因素的影響。因此，相對于投資傳統的自動化立體庫，企業更傾向于選擇智能化、柔性化程度更高的物流系統。托盤四向穿梭車系統以靈活性、智能化等優勢，成為市場青睞的自動化密集存儲系統。

作為近十年來發展起來的新型智能倉儲設備，托盤四向穿梭車突破了貨架內直線穿梭車與子母車的局限性，能夠完成前后左右四個方向的運動，配合提升機能夠覆蓋立體庫中的任意貨位。隨著小車本體設計的不斷完善以及整體數智化水平的提高，托盤四向穿梭車的應用也從貨架內存儲擴展到庫前搬運、揀選等更多場景。托盤四向穿梭車系統具有存儲密度高、可擴展性強、交付周期短、低碳節能等特點，可以助力企業實現節省空間、提高效率、減少人力、提高倉儲智能化水平等目標；由于其布置靈活，能適應不同類型的倉庫條件，且小車數量根據需要隨時可調整，因此更適合舊倉庫智能化升級改造。

近年來，國內托盤四向穿梭車市場快速發展。綜合業內人士觀點，2022年國內有數百個相關項目，小車年銷售量可達三四千臺，增幅在30%以上。可以確定的是，隨著越來越多的企業推出自主研發產品，這一細分領域的市場規模會越來越大，競爭也日趨激烈。

在本期專題采訪中，圍繞托盤四向穿梭車系統的技術特點、應用領域、評價指標、市場狀況、發展趨勢等方面，我們邀請了業內專家與幾家主要供應商進行了詳細分析。

托盤四向穿梭車系統的建設要點

托盤四向穿梭車系統具有諸多突出優點，是對AS/RS系統的最佳補充。本文首先介紹了托盤四向穿梭車系統的組成設備及其核心技術，并圍繞系統設計、系統評價指標、影響系統運行效果的因素等重點內容進行了分析，可供業內人士學習參考。

概述

托盤四向穿梭車（4-ways shuttle of pallet）是近10年發展起來的物流新技術，其創意來源于穿梭板（shuttle board）和子母車（satellite car），現在已經成為一項被廣為接受的物流技術。

托盤四向穿梭車具有許多優點，如特別適合于老舊倉庫的改造，無論倉庫高低如何，還是形狀多么怪異（平面形狀曲折多樣、空間高度變化等），四向穿梭車都能適應，因此廣受歡迎。又如，四向穿梭車具有很好的柔性，既可以適應出入庫頻率很高的場合，也適合于出入庫頻率很低的場合，可以說這一項技術是對AS/RS系統的最佳補充。此外，四向穿梭車系統具有很好的密集存儲能力，比傳統的AS/RS要好很多，又加之其特別適用于庫房空間較低的場景（一般小于15米，AS/RS并不合適），因此在冷鏈系統中頗受歡迎。

托盤四向穿梭車庫案例

當然，四向穿梭車也并非完美無缺。由于要增加軌道的緣故，所以系統成本相對來說要高一些，這是其柔性和適應性無法彌補的，規模越大的倉庫越是如此。此外，大型的四向穿梭車庫，其調度是比較困難的，這給很多企業提高了技術門檻，并進一步增加了系統的成本。

四向穿梭車技術為物流倉儲系統的設計提供了一種新選擇，并且在特定情況下成為首選，這是其意義所在。本文將初步探討四向穿梭車系統建設的要點，以及在設計中要注意的事項。

系統組成與核心技術

一個典型的四向穿梭車系統，主要包括貨架、穿梭車、提升機、輸送機以及軟件系統等，當然還包括一些輔助設施，如維修平臺和設備等。

1.貨架

貨架是托盤四向車系統的關鍵設備之一。一方面，與傳統橫梁式貨架不同，四向車系統的貨架在結構上增加了供穿梭車行走的軌道，這是一個根本性變化。另一方面，其對貨架剛度和精度的要求大幅度提升。因此，貨架的加工難度和安裝難度大大提升。這種精度的提升，對貨架生產制造也提出更高要求，傳統的軋機已經難以滿足要求，全自動沖孔和軋制技術已成為必要條件，目前一條進口的全自動軋機線動輒超過1000萬元，是許多貨架企業難以承受的。此外，由于噴涂工藝的誤差較大，貨架采用鍍鋅板材料成為趨勢。目前，國內只有為數不多的幾家企業具備生產能力。

2.托盤四向穿梭車

托盤四向穿梭車一般采用兩套輪系：其中一套負責X方向的運行，另一套負責Y方向的運行。在轉向環節，通過交換輪系（高差）完成轉向，托盤本身并不轉向（目前也有單位在開發可轉向的穿梭車，但還沒有應用案例，而且前景并不看好）。穿梭車取放貨均采用頂升機構完成。在取貨時，穿梭車進入托盤底下，對準后起升機構升起，將托盤頂起，底部離開貨架L型梁或輸送機鏈條表面，這時穿梭車和托盤就可以脫離貨架運行；在放貨環節，穿梭車將托盤搬運到指定貨位后，對準后起升機構下降，托盤就會被放置在L型梁或輸送機上，這樣穿梭車就完成了一次放貨作業。這是四向穿梭車的基本原理。

托盤四向穿梭車

對托盤四向穿梭車來說，定位技術和無線通訊技術的可靠性是其關鍵技術；電池的選擇和充電管理也很重要，電池技術甚至是影響四向穿梭車發展的主要因素；此外，在一個區域同時運行多輛穿梭車時，車的避讓技術是影響系統效率的關鍵因素。這些都是選擇穿梭車的重要參考指標。

穿梭車的控制可以采用PLC或集成電路板，集成電路板具有價格優勢，因此被越來越多的企業所采用。

3.提升機

提升機位于立體庫的兩端，其作用有兩個：一是將托盤從入庫層送到目的地層，二是完成穿梭車換層。很多情況下，穿梭車需要換層。

提升機之所以重要，是因為它是影響系統效率的瓶頸之一。在一個相對較大的系統中，提升機、穿梭車的數量匹配是一個頗有難度的問題。這一問題除與其自身參數（如加速度、速度、移載時間等）有關，還與系統的流程設計和策略有關。如，如果每次作業都是穿梭車帶托盤完成升降作業（每次穿梭車都帶貨換層），其與穿梭車不換層作業則有很大差異。這些都不能通過簡單計算就可以得到準確答案，通常還需要進行計算機仿真才行。

4.輸送機

輸送機在穿梭車系統中也扮演著非常重要的角色，主要用于入出庫端托盤的輸送。它與流程設計密切相關，影響著系統整體效率，甚至對系統的成本有較大影響。

在布局方面，輸送機的設計變幻莫測，需要根據流量要求認真考慮，很多初學者對此一籌莫展。

5.軟件系統

托盤四向穿梭車系統中的軟件主要是WMS和WCS，這些軟件其實與傳統的AS/RS沒有顯著差異，所不同的是關于穿梭車的調度系統，這是AS/RS所沒有的。

四向穿梭車系統的一大問題是任務分布不均衡，從而導致實際的效率與理論相去甚遠，這是很容易想到的事情。要解決這一問題，需要從多方面入手。如設置庫存ABC分布策略，預先調整庫存結構，主動控制回庫托盤的地址分配等。特別重要的一點是，每個項目要根據具體情況選擇相應策略，避免張冠李戴，才能取得較好效果。

6.輔助設備

除以上外，四向穿梭車系統的維修平臺和維修設備同樣必不可少，而充電裝置的位置及數量也常常困擾著設計人員。在大型四向車系統中，由于大量的穿梭車相向運動，其對貨架產生的共振也是一個大問題，需要采取有效手段預防。

如何做好系統規劃設計

要做好一個托盤四向穿梭車系統的規劃設計，與其他立體庫系統有很多類似之處，如做好數據分析，需求分析，確定總體方案，做好流程分析，選擇合適的設備參數等。但也有一些特殊之處：四向穿梭車應用于老舊倉庫時，如何做到入出庫作業流程暢通就顯得非常重要。此外，由于穿梭車本身的一些特點，如在庫前輸送和貨到人揀選區域，完全可以采用穿梭車完成庫前輸送作業，使得整個物流系統設計變得更加緊湊和一體化。

一體化的入出庫系統

四向穿梭車庫的設計，要特別注意托盤、貨架和層高的設計。一般來說，在穿梭車庫中，托盤的方向是與AS/RS不同的，很多初學者很容易發生錯誤。對貨架來說，因為穿梭車的原因，需要增加軌道和充電裝置等內容，其設計比AS/RS的橫梁式貨架要復雜很多，因此，如何設計穿梭車軌道和貨架，成為四向穿梭車立體庫設計的關鍵內容之一。一項不合理的設計，不僅會導致貨架無法滿足使用要求（包括強度、剛度、穩定性、噪音、共振等方面），也會大大增加成本（一般情況下，四向穿梭車貨架的成本是AS/RS橫梁式貨架的2倍甚至更多）。穿梭車庫的層高要比傳統的橫梁式貨架高（具體數據與穿梭車的結構和載荷有關，也與不同品牌的產品有關）。這就使得在有些場合下，由于空間高度的限制，采用四向穿梭車方案時，會比AS/RS貨架少一層，從而影響最終的系統性價比。

做好提升機的設計，是穿梭車系統設計另一個關鍵。在穿梭車庫設計中，如果一層的托盤不經過提升機進入貨位儲存，而是直接采用穿梭車完成入庫和出庫作業，會大大減少提升機的作業量，從而減少提升機的數量，這是穿梭車庫設計的一個小竅門。比如，對一個只有2層的穿梭車庫來說，這樣做的效果是提升機工作量會減少50%以上（考慮到庫存ABC的分布問題，可能會大于50%）；對3層系統，會減少33%以上；即使對一個10層的穿梭車庫來說，也會減少10%以上的作業量。因此，提升機的設計往往會變得復雜一些。這是四向穿梭車系統設計要特別注意的。

還有一個容易被忽視的問題是維修問題，這是大多數設計工程師最容易犯的錯誤，而用戶也往往不會關心。但對于一個自動化系統而言，維修問題卻是一個大問題。維修設備包括維修樓梯、平臺以及輔助工具，如輕便型起重機等。對穿梭車立體庫而言，這是不可或缺的。有時，維修平臺會影響系統總體設計，當然也會增加費用，但這些都是不可避免的。

最后要引起重視的是，雖然四向穿梭車系統可以建得很高，但消防問題是其另一個難點。這也就是目前在用的四向穿梭車庫規模普遍不大、高度也不高的一個重要原因。要解決這個問題，需要設計人員付出更多的智慧和時間，還要制定相應標準。

系統關鍵評價指標

要評價一個四向穿梭車系統，其實有很多指標，比較關鍵的包括以下幾個：

與地面無縫連接的穿梭車庫

1.作業的流暢性

主要包括：車輛路線規劃，月臺規劃，托盤規劃，收貨作業區規劃，揀選作業區規劃，立體庫規劃（布局、路線、提升機布局、入出口布局、揀選作業區規劃等），發貨作業區規劃等。一個優秀的系統，其作業路線是流暢的，其布局是合理的，其總體指標是協調的。

2.設備數量與參數的合理性

主要是指提升機和穿梭車的數量和參數是否合理、相互匹配。

關于提升機的數量，要仔細核算作業流量與系統要求的符合性，過多與過少都是不好的設計；此外，提升機的位置與布局是設計的重點，一個好的設計應合理安排提升機位置。穿梭車數量一般要比計算值多一些，即有一定冗余。

3.性價比

人們常常忽略性價比的問題，其實這是評判系統設計合理性的最重要參數之一。一般來說，性價比要在同樣的口徑進行比較，如儲存能力、入出庫能力一致等，否則就失去意義。當然，我們也常常會遇到一些要求特別的項目，只有四向穿梭車才能解決，這時的比較意義不大，但還是有進行比較的必要。

4.系統的穩定性

穩定性作為系統的重要評價指標，也是設備和系統選型的一個基本要求。從系統設計角度看，可以通過一些冗余設計，提升系統應對故障的能力。在這方面，除硬件設備外，系統流程設計、系統軟件也扮演著非常重要的角色。

5.系統的柔性

對四向穿梭車系統來說，柔性通常表現在系統應對高峰作業時的能力，包括：增加硬件設備以提高系統的處理能力，以及采用更多設備時系統效率如何有效提升等。有時為滿足柔性化的需求，可以提前布置一些設備，如提升機等，有時則要求對未來增加設備應留有余地。

影響系統運行效果的因素

影響四向穿梭車系統運行效果的因素很多，主要分為以下幾個部分：

1.設計的合理性

一個物流中心的運行效果，系統設計是最基礎的因素。設計過程又分為很多部分，其中預測的準確性、設計指標的合理性、總體方案的合理性、流程設計的合理性、設備選型的合理性，以及軟件選型的合理性等，是比較重要的方面。很多企業因為對物流的本質不甚了解，往往容易忽視設計的重要性。殊不知，如果設計方案出現重大問題，再好的設備和軟件也無法發揮作用。如果要給設計的重要性做一個評估，可以毫不夸張地說，設計對系統運行的效果起到基礎性和決定性作用，比設備和軟件都重要得多。

在實際項目中，由于看問題的角度不同，用戶往往重視硬件投資，輕視軟件投資。有的用戶寧愿多花幾千萬元的土建和設備投資，也不肯在軟件和設計上花適當的錢。這也是導致很多系統設計不合理甚至失敗的根本原因。

2.系統的可靠性

系統的可靠性是影響系統運行效率的關鍵指標之一。如果一個系統中的設備和軟件不可靠，輕則影響總體作業效率，重則導致整個系統無法正常運行。

一個四向穿梭車系統的硬件，無論是貨架、穿梭車，還是提升機、輸送機，都要求能達到滿足設計要求的可靠性。系統的可靠性可以用系統的可用度來表述[1]，對于一般場合而言，物流系統的可用度要達到97%以上；對于特殊的場合，可用度要達到99%以上。

提高系統可靠性的方法有很多，主要體現在單機設備和軟件方面。采用更高質量和可靠性的設備，系統的可靠性必然會提升，但帶來的代價是采購成本也會上升。如何在可靠性與成本之間尋求平衡，既是對設計的要求，也是對用戶的挑戰。在實際應用中，需要避免過度依賴設備可靠性和忽視系統可靠性的傾向。系統的可靠性，不僅僅取決于設備的可靠性，還取決于很多其它因素，如冗余設計、備品備件等。

3.維護的及時性

任何復雜的自動化系統，在長期使用過程中，都不可避免會出現故障和問題，這就要求系統要長期得到及時合理的維護。一方面是日常的維護維修工作，尤其是故障監測工作要完善到位；另一方面，系統一旦出現故障，要保障能夠快速修復。此時，專業的團隊和充足的備品備件都是不可或缺的。

在設計中，一方面對關鍵設備要進行冗余設計，使其在發生故障時可以切換到新的作業模式，如提升機，可以采用多臺提升機互為備份，并有一定能力冗余，使得任何一臺提升機出現故障，系統還能繼續工作，只是效率有所影響。穿梭車也是如此。對于穿梭車這樣的移動設備，一旦出現故障，要有能夠快速替換的設備，才不至于耽誤整個系統的正常作業，在設計中，保持一定的冗余量就顯得尤其必要。當然，對于規模很小的系統，硬件的備份顯得沒有必要或很難實現，這時尋求更高質量的設備和系統就顯得非常必要。