案例 | 密集式四向穿梭車系統在食品行業的設計與應用

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本文以某食品行業智能化倉儲物流中心建設項目為例，集成密集式四向穿梭車系統于食品企業的原材料、成品的組盤、纏膜、入庫、存儲、配送、出庫等物資轉運過程中，實現該企業生產所需物料的自動化存儲、配送、發運等功能，極大提高其自動化、無人化、智能化、信息化和數字化建設水平，可為食品傳統企業數智化轉型解決方案提供借鑒與參考。

楊攀 盧會超 李生者 林原 虞有海 王化麟 劉賢良 李強

昆船智能技術股份有限公司

現階段，大多數食品企業倉儲作業面臨平庫存量低、作業效率低、自動化程度低、信息管理水平低等行業難題與痛點。伴隨勞動力短缺、土地租金等不確定因素的影響，以及企業從原材料、成品的采購、存儲、流通、生產、配送、信息管控、品質管控等需求的提升，越來越多的食品企業為適應發展需求對倉儲物流數智化升級提出迫切要求。與其他行業相比，食品行業中的物料存儲周期較短，存儲品規較少，對存儲量要求高，且效期管理嚴格，系統必須能精準追蹤每一批產品的生產日期和保質期，因此庫內入庫、存儲、上架、揀貨、出庫等作業流程對效率要求較高。具備密集式存儲、智能化控制、數字化管理特點的密集式四向穿梭車系統，正成為食品行業倉儲升級的首選方案。

在某食品企業中，現有原材料和成品物流轉運采用人工叉車，存儲采用平庫多層堆放方式，由此導致企業面臨平庫存量低、作業效率低、自動化程度低、信息管理混亂等諸多痛點。為了應對以上痛點，尤其是滿足企業對高存儲量的迫切需求，該企業針對原料和成品的自動化存取環節，引入了密集式四向穿梭車系統。該系統結合AGV搬運系統、極簡的托盤出入庫輸送系統以及自動纏膜系統，通過倉儲管理系統（WMS）、調度系統（WCS）和電控系統進行管理和控制，從而構建起了一套從原材料收貨入庫、纏膜、存儲、智能配送至產線、成品下線、入庫存儲、成品發貨的數智化儲、運、送系統。

密集式四向穿梭車系統簡介

01

密集式四向穿梭車系統通過在貨架內安裝高精度導軌，使四向穿梭車可以在智能監控和交通管理軟件的動態調度下實現其在貨架中的四向行駛、原地換軌、自動搬運等功能。貨架導軌兼具車輛行駛、貨物輸送及貨物存儲功能，可極大提高倉儲空間利用率和搬運靈活度。在空間拓展性上，能在任意方向拓展存儲空間；在出入庫能力上，能隨時通過增加或減少四向穿梭車數量來改變作業效率；在存儲密度和貨物類別上，可以動態改變庫房的存儲密度和貨物類別?；谝陨蟽烖c，密集式四向穿梭車系統在各種應用場景下表現出極強適用性。密集式四向穿梭車系統的硬件和軟件組成如下：

1.系統的硬件組成

系統的硬件主要由托盤四向穿梭式貨架、智能四向穿梭車、托盤物料/四向車換層提升機、層間輸送線等組成。

托盤四向穿梭式貨架（如圖1）是密集式四向穿梭車系統中最重要的倉儲存儲設備，主要由立柱片、支撐橫梁、子軌道、母軌道、拉桿、端部支撐件、換向軌道等組裝而成。

圖1 托盤四向穿梭式貨架

智能四向穿梭車（如圖2）是密集式四向穿梭車系統中最重要的倉儲物流單體搬運設備。它通過四個輪子驅動行走到任意存儲貨位，并通過編程實現對貨物的托取、放置等操作，通常與上位機或WMS系統進行通訊組成智能倉儲密集系統，實現貨物的自動化識別、單次存取、連續存取、自動理貨等功能。在系統中實現立體庫水平方向物料的移載與搬運。

圖2 四向穿梭車

托盤物料/四向車換層提升機（如圖3）是一種起重設備，主要作用是實現貨物/四向車提升或下降到立體貨架指定架層，輸送段考慮鏈式輸送機及穿梭車軌道兼容，與工作在貨架各層的智能四向穿梭車配合，提高倉庫的出入庫效率。在系統中實現立體庫垂直方向物料/四向車的移載與搬運。

圖3 托盤物料/四向車換層提升機

層間輸送線（如圖4）是一種水平輸送設備，位于每層巷道端口（即提升機出口/入口所在位置）。通常為鏈式輸送機，在系統中實現立體庫垂直方向搬運設備（托盤物料/四向車換層提升機）與水平方向轉運設備（智能四向穿梭車）的接駁與過渡。

圖4 層間輸送線

2.系統的軟件組成

系統的軟件主要由倉儲管理系統、調度系統和電控系統等組成。

倉庫管理系統實現倉庫管理的功能，對倉庫貨位進行全面的信息化管理和對調度系統的信息進行收集歸類、整理和分析，實現倉庫物料的自動化存儲和出入庫，及時準確地反映倉庫物料的收發情況、儲備狀況可有效避免物料在生產過程中出現積壓或短缺，有效控制物料的存儲成本，為企業生產決策提供準確、快捷的材料和數據。

調度系統是連接倉儲管理系統及設備執行層的樞紐。調度系統是密集式四向穿梭車系統的核心“大腦”，就像一個高度智能化的“交通指揮中心+任務管理中心+資源協調中心”，專為管理和優化四向穿梭車的運行而設計。它通過復雜的算法和實時監控，確保整個倉儲系統高效、穩定、安全地運轉。

電控系統根據總體設計方案和工藝流程進行設計，滿足工藝流程，實現系統功能，滿足設計能力。完成整個原材料、成品密集庫物流系統中輸送設備的控制任務。向上聯接物流上位系統，接收物料的輸送指令；向下聯接輸送設備實現底層輸送設備的驅動、物料的檢測與識別，完成物料輸送的過程控制及信息的傳遞，橫向完成其他單機系統的控制集成。

某食品物流中心項目概況

02

該食品物流中心項目引入典型的密集式四向穿梭車系統。系統主要由密集式四向穿梭車貨架（如圖5）、四向穿梭車系統、庫前輸送系統、電控系統、倉儲管理系統（WMS）、調度系統（WCS）等組成，如圖6所示。系統包含約16000個貨位、約30臺四向穿梭車和換層提升機、上百臺輸送設備以及2臺纏膜機等設備，可實現原材料實托盤/空托盤組、成品實托盤/空托盤組的搬運、自動化存儲等功能。系統滿足整體出入庫250托/小時的吞吐量，一、二、三層AGV系統分別能實現成品碼垛下線50托盤/小時、90托盤/小時、15托盤/小時。

圖5 四向穿梭車及貨架現場照片

圖6 項目鳥瞰圖

倉儲管理系統針對該食品行業項目的自動化入庫、存儲、發貨出庫等業務進行統一管理和調度，實現物料輸送、信息識別、信息綁定、分配貨位入庫、出庫等業務處理，滿足出入庫自動化的需要。具體范圍涵蓋空托盤出庫供給、掃碼產品標識、實托盤自動入庫、實托盤自動出庫、產品追溯、物料管理、貨位管理、抽檢管理、任務管理、統計查詢管理、權限管理、系統維護等基礎業務功能。在分配訂單時，系統提供靈活的可配置的分配策略，以滿足不同產品的需求：先進先出、應急優先、先到期先出貨、效率優先、空間利用率優先等。

項目工藝流程

03

該食品企業項目運用密集式四向穿梭車貨架、四向穿梭車、提升機、潛伏AGV、地上衡、鏈式輸送機、升降輸送機、條碼識別器和外形檢測站等設備，實現原材料入庫存儲、原材料空托盤組出庫、成品出庫、原材料出庫供給、成品入庫存儲、成品空托盤組出庫、空托盤組入庫存儲、移庫流程、盤點/質檢流程等全鏈路流程工藝自動化，工藝流程如圖7所示。

圖7 工藝流程圖

1.原材料入庫流程

原材料來料后人工卸車碼垛并將貨物信息與托盤信息綁定；人工叉車將托盤搬運至入庫站臺；輸送至自動纏膜機處進行纏膜；纏膜完成后進行外形檢測、信息識別和重量檢測；檢測合格的物料通過輸送線、提升機輸送至四向穿梭車取貨工位；由四向穿梭車將實托盤送到指定貨位存儲；四向穿梭車反饋完成入庫信息；檢測不合格的物料人工處理后重新輸送入庫存儲。

2.原材料空托盤組出庫流程

倉儲管理系統下達原材料空托盤組出庫任務；系統調度四向穿梭車、輸送線、提升機將物料從貨架上輸送至出庫站臺；人工叉車從出庫站臺將空托盤組搬運至收貨碼垛區暫存供原材料碼垛使用。

3.原材料出庫流程

倉儲管理系統下達原材料出庫任務；系統調度四向穿梭車、輸送線、提升機將物料從貨架上輸送至中間層的出庫站臺；中間層所需的原材料由AGV將原材料搬運至原材料暫存區暫存；頂層所需的原材料由AGV、輸送線、提升機將原材料從中間層的出庫站臺搬運至頂層的原材料暫存區暫存。

4.原材料空托盤組入庫流程

原材料使用完后剩余的空托盤由人工碼垛成組并綁定信息后在原材料暫存區暫存，由AGV、輸送線、提升機將空托盤組搬運至中間層的入庫站臺；上線后進行外形檢測和信息識別；檢測合格的物料通過輸送線、提升機輸送至四向穿梭車取貨工位；由四向穿梭車將空托盤組送到指定貨位存儲；四向穿梭車反饋完成入庫信息；檢測不合格的人工處理后重新輸送入庫存儲。

5.成品入庫流程

下線的成品托盤由AGV、輸送線、提升機搬運至中間層的入庫站臺；上線后進行外形檢測和信息識別；檢測合格的物料通過輸送線、提升機輸送至四向穿梭車取貨工位；由四向穿梭車將實托盤送到指定貨位存儲；四向穿梭車反饋完成入庫信息；檢測不合格的人工處理后重新輸送入庫存儲。

6.成品空托盤組出庫流程

倉儲管理系統下達成品空托盤組出庫任務；系統調度四向穿梭車、輸送線、提升機將物料從貨架上輸送至中間層的出庫站臺；由AGV、輸送線、提升機將空托盤組從中間層的出庫站臺搬運至首層的空托盤組上線站臺供生產線成品碼垛使用。

7.成品出庫流程

倉儲管理系統下達成品出庫任務；系統調度四向穿梭車、輸送線、提升機將物料從貨架上輸送至出庫站臺；人工叉車從出庫站臺將成品搬運至發貨區暫存或直接搬運至貨車上進行發貨。

8.車間物料搬運流程

原材料和成品物料在生產車間內的搬運由AGV系統完成。AGV系統包括首層成品AGV系統、中間層原材料和成品AGV系統、頂層原材料AGV系統。首層成品AGV系統實現成品下線搬運、成品空托盤組供給的功能。中間層原材料和成品AGV系統實現原材料搬運至產線旁暫存區暫存、原材料空托盤回收入庫存儲、成品搬運入庫存儲（首層成品通過提升機提升至中間層）、成品空托盤組搬運（中間層連廊出庫口搬運至對接提升機的站臺，通過提升機將空托盤組從中間層搬運至首層）的功能。頂層原材料AGV系統實現原材料搬運至產線旁暫存區暫存（提升機從中間層將原材料提升至頂層）、原材料空托盤回收（提升機將空托盤組從頂層搬運至中間層）的功能等。原材料和成品AGV系統，如圖8所示。

圖8 原材料和成品AGV系統

項目應用成效

04

本項目得以成功應用與實施，核心源于五大關鍵優勢的精準落地：其一，將垂直空間利用極致化，實現存儲空間利用率的大幅提升；其二，憑借貨架兼容設計與動態調整策略，最大化增加貨位利用率；其三，通過站臺雙向設計及軌道連通設計，實現出入庫功能的動態化管理；其四，將備貨模式前置化，顯著提升出庫作業效率；其五，推進倉庫管理數智化升級，有效降低人工負荷，實現智能調度與跨區域協同運作，全方位滿足高密度倉儲需求。

1.垂直空間利用極致化

傳統庫房存儲密度低，導致庫房總面積利用率低、庫房容積利用率低；托盤四向穿梭車在貨架內的主軌道上四向運行，無需叉車和其他設備協調即可自主完成作業，由于貨架主軌道的體積小于叉車作業通道的體積，托盤四向穿梭式自動化密集倉儲系統相較于普通貨架系統，可大幅提高存儲空間利用率，使垂直的空間利用極致化。經過測算，在相同的占地面積和建筑高度條件下，其貨位數量較傳統堆垛機立體倉庫可大幅提升33%，與平庫相比可提高近300%。通過對垂直空間的極致化利用，實現立體容積利用率的最大化，從而在有限的土地資源上達到存儲容量的最優化。這一方案為土地資源日益緊張的環境下，高密度倉儲需求提供了先進的解決方案。同等面積下存儲模式對比可參見表1。

表1 同等面積下存儲模式對比

2.貨位存儲策略最大化

原材料密集貨架（定制版大托盤）設計時考慮兼容成品（標準型小托盤）。成品密集立體庫所有母通道和兩個子通道兼容原材料輸送搬運，當成品貨位預警時系統可動態調整原材料貨位存儲成品，保證成品貨位的最大化。當單個存儲巷道貨量偏低時，WMS系統向四向穿梭車下達移庫指令，將該部分貨物從深巷道移動至淺巷道（釋放深巷道），以增加貨位利用率。

3.出入庫功能管理動態化

中間層連廊四個站臺均采用雙向設計滿足出入庫功能，可滿足原材料實托盤、成品空托盤組的出庫功能和原材料空托盤組、成品實托盤入庫功能，當需要入庫能力或出庫能力最大化時，系統可動態調整。原材庫和成品庫貨架母托通道設計時采用軌道連通，保證原材料、成品的實托盤、空托盤組的輸送連通，開洞位置消防采用消防水幕，在滿足消防規范的前提下最大化滿足出入庫要求。

4.備貨模式前置化

設備空閑時段（如晚上）提前進行發貨出庫操作，有兩種方式：一是通過出庫站臺提前出庫至地面發貨暫存區備貨暫存；二是通過移庫操作將所需托盤備貨至指定區域貨位暫存，當臨近出入庫口產生空巷道時，WMS系統向四向穿梭車下達移庫指令，提前將要出庫的產品移庫至臨近出入庫口巷道，待車輛到達時，直接從備貨區域出庫發貨，以提高出庫效率。

5.倉庫管理數智化

大大降低庫房工作人員工作任務負荷量，為庫房實現無人化工作提供可能性，貨物出立體倉庫直接由托盤四向穿梭車、貨物垂直提升機與自動輸送機進行智能連接，WMS和WCS系統的應用，庫房工作人員只需監控系統運作，實現數字化管理和智能化調度，可動態透視掌握倉庫庫存，便于庫存管理并打通不同倉庫之間的跨區域運作。

該項目為后續食品企業的原材料和成品的存儲、轉運、輸送提供了相應的技術和理論支持。與此同時，該項目后續項目（約3萬個貨位、近40臺四向穿梭車和換層提升機、上百臺輸送設備等?？稍诿芗瘞熘袑崿F對原材料實托盤/空托盤組、成品實托盤/空托盤組進行搬運、自動化存儲等功能，并滿足整體出入庫150托/小時的吞吐量）的成功實施也再次說明了密集式四向穿梭車系統在食品行業具有廣泛的應用前景和市場。

結論

05

密集式四向穿梭車智能倉儲系統的成功應用，不僅實現了該食品企業原材料和成品存儲、轉運以及輸送的全鏈路的自動化和智能化，還提高了企業倉庫的存儲能力，實現產品信息采集、傳輸、管理和應用的數字化，降低企業運營成本、提高企業對產品生產流通全流程的管控能力，從而更快、更優地響應市場需求，大幅提升企業的整體競爭力。

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自，有刪改。

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