案例 | 密集式四向穿梭车系统在食品行业的设计与应用

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本文以某食品行业智能化仓储物流中心建设项目为例，集成密集式四向穿梭车系统于食品企业的原材料、成品的组盘、缠膜、入库、存储、配送、出库等物资转运过程中，实现该企业生产所需物料的自动化存储、配送、发运等功能，极大提高其自动化、无人化、智能化、信息化和数字化建设水平，可为食品传统企业数智化转型解决方案提供借鉴与参考。

杨攀 卢会超 李生者 林原 虞有海 王化麟 刘贤良 李强

昆船智能技术股份有限公司

现阶段，大多数食品企业仓储作业面临平库存量低、作业效率低、自动化程度低、信息管理水平低等行业难题与痛点。伴随劳动力短缺、土地租金等不确定因素的影响，以及企业从原材料、成品的采购、存储、流通、生产、配送、信息管控、品质管控等需求的提升，越来越多的食品企业为适应发展需求对仓储物流数智化升级提出迫切要求。与其他行业相比，食品行业中的物料存储周期较短，存储品规较少，对存储量要求高，且效期管理严格，系统必须能精准追踪每一批产品的生产日期和保质期，因此库内入库、存储、上架、拣货、出库等作业流程对效率要求较高。具备密集式存储、智能化控制、数字化管理特点的密集式四向穿梭车系统，正成为食品行业仓储升级的首选方案。

在某食品企业中，现有原材料和成品物流转运采用人工叉车，存储采用平库多层堆放方式，由此导致企业面临平库存量低、作业效率低、自动化程度低、信息管理混乱等诸多痛点。为了应对以上痛点，尤其是满足企业对高存储量的迫切需求，该企业针对原料和成品的自动化存取环节，引入了密集式四向穿梭车系统。该系统结合AGV搬运系统、极简的托盘出入库输送系统以及自动缠膜系统，通过仓储管理系统（WMS）、调度系统（WCS）和电控系统进行管理和控制，从而构建起了一套从原材料收货入库、缠膜、存储、智能配送至产线、成品下线、入库存储、成品发货的数智化储、运、送系统。

密集式四向穿梭车系统简介

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密集式四向穿梭车系统通过在货架内安装高精度导轨，使四向穿梭车可以在智能监控和交通管理软件的动态调度下实现其在货架中的四向行驶、原地换轨、自动搬运等功能。货架导轨兼具车辆行驶、货物输送及货物存储功能，可极大提高仓储空间利用率和搬运灵活度。在空间拓展性上，能在任意方向拓展存储空间；在出入库能力上，能随时通过增加或减少四向穿梭车数量来改变作业效率；在存储密度和货物类别上，可以动态改变库房的存储密度和货物类别。基于以上优点，密集式四向穿梭车系统在各种应用场景下表现出极强适用性。密集式四向穿梭车系统的硬件和软件组成如下：

1.系统的硬件组成

系统的硬件主要由托盘四向穿梭式货架、智能四向穿梭车、托盘物料/四向车换层提升机、层间输送线等组成。

托盘四向穿梭式货架（如图1）是密集式四向穿梭车系统中最重要的仓储存储设备，主要由立柱片、支撑横梁、子轨道、母轨道、拉杆、端部支撑件、换向轨道等组装而成。

图1 托盘四向穿梭式货架

智能四向穿梭车（如图2）是密集式四向穿梭车系统中最重要的仓储物流单体搬运设备。它通过四个轮子驱动行走到任意存储货位，并通过编程实现对货物的托取、放置等操作，通常与上位机或WMS系统进行通讯组成智能仓储密集系统，实现货物的自动化识别、单次存取、连续存取、自动理货等功能。在系统中实现立体库水平方向物料的移载与搬运。

图2 四向穿梭车

托盘物料/四向车换层提升机（如图3）是一种起重设备，主要作用是实现货物/四向车提升或下降到立体货架指定架层，输送段考虑链式输送机及穿梭车轨道兼容，与工作在货架各层的智能四向穿梭车配合，提高仓库的出入库效率。在系统中实现立体库垂直方向物料/四向车的移载与搬运。

图3 托盘物料/四向车换层提升机

层间输送线（如图4）是一种水平输送设备，位于每层巷道端口（即提升机出口/入口所在位置）。通常为链式输送机，在系统中实现立体库垂直方向搬运设备（托盘物料/四向车换层提升机）与水平方向转运设备（智能四向穿梭车）的接驳与过渡。

图4 层间输送线

2.系统的软件组成

系统的软件主要由仓储管理系统、调度系统和电控系统等组成。

仓库管理系统实现仓库管理的功能，对仓库货位进行全面的信息化管理和对调度系统的信息进行收集归类、整理和分析，实现仓库物料的自动化存储和出入库，及时准确地反映仓库物料的收发情况、储备状况可有效避免物料在生产过程中出现积压或短缺，有效控制物料的存储成本，为企业生产决策提供准确、快捷的材料和数据。

调度系统是连接仓储管理系统及设备执行层的枢纽。调度系统是密集式四向穿梭车系统的核心“大脑”，就像一个高度智能化的“交通指挥中心+任务管理中心+资源协调中心”，专为管理和优化四向穿梭车的运行而设计。它通过复杂的算法和实时监控，确保整个仓储系统高效、稳定、安全地运转。

电控系统根据总体设计方案和工艺流程进行设计，满足工艺流程，实现系统功能，满足设计能力。完成整个原材料、成品密集库物流系统中输送设备的控制任务。向上联接物流上位系统，接收物料的输送指令；向下联接输送设备实现底层输送设备的驱动、物料的检测与识别，完成物料输送的过程控制及信息的传递，横向完成其他单机系统的控制集成。

某食品物流中心项目概况

02

该食品物流中心项目引入典型的密集式四向穿梭车系统。系统主要由密集式四向穿梭车货架（如图5）、四向穿梭车系统、库前输送系统、电控系统、仓储管理系统（WMS）、调度系统（WCS）等组成，如图6所示。系统包含约16000个货位、约30台四向穿梭车和换层提升机、上百台输送设备以及2台缠膜机等设备，可实现原材料实托盘/空托盘组、成品实托盘/空托盘组的搬运、自动化存储等功能。系统满足整体出入库250托/小时的吞吐量，一、二、三层AGV系统分别能实现成品码垛下线50托盘/小时、90托盘/小时、15托盘/小时。

图5 四向穿梭车及货架现场照片

图6 项目鸟瞰图

仓储管理系统针对该食品行业项目的自动化入库、存储、发货出库等业务进行统一管理和调度，实现物料输送、信息识别、信息绑定、分配货位入库、出库等业务处理，满足出入库自动化的需要。具体范围涵盖空托盘出库供给、扫码产品标识、实托盘自动入库、实托盘自动出库、产品追溯、物料管理、货位管理、抽检管理、任务管理、统计查询管理、权限管理、系统维护等基础业务功能。在分配订单时，系统提供灵活的可配置的分配策略，以满足不同产品的需求：先进先出、应急优先、先到期先出货、效率优先、空间利用率优先等。

项目工艺流程

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该食品企业项目运用密集式四向穿梭车货架、四向穿梭车、提升机、潜伏AGV、地上衡、链式输送机、升降输送机、条码识别器和外形检测站等设备，实现原材料入库存储、原材料空托盘组出库、成品出库、原材料出库供给、成品入库存储、成品空托盘组出库、空托盘组入库存储、移库流程、盘点/质检流程等全链路流程工艺自动化，工艺流程如图7所示。

图7 工艺流程图

1.原材料入库流程

原材料来料后人工卸车码垛并将货物信息与托盘信息绑定；人工叉车将托盘搬运至入库站台；输送至自动缠膜机处进行缠膜；缠膜完成后进行外形检测、信息识别和重量检测；检测合格的物料通过输送线、提升机输送至四向穿梭车取货工位；由四向穿梭车将实托盘送到指定货位存储；四向穿梭车反馈完成入库信息；检测不合格的物料人工处理后重新输送入库存储。

2.原材料空托盘组出库流程

仓储管理系统下达原材料空托盘组出库任务；系统调度四向穿梭车、输送线、提升机将物料从货架上输送至出库站台；人工叉车从出库站台将空托盘组搬运至收货码垛区暂存供原材料码垛使用。

3.原材料出库流程

仓储管理系统下达原材料出库任务；系统调度四向穿梭车、输送线、提升机将物料从货架上输送至中间层的出库站台；中间层所需的原材料由AGV将原材料搬运至原材料暂存区暂存；顶层所需的原材料由AGV、输送线、提升机将原材料从中间层的出库站台搬运至顶层的原材料暂存区暂存。

4.原材料空托盘组入库流程

原材料使用完后剩余的空托盘由人工码垛成组并绑定信息后在原材料暂存区暂存，由AGV、输送线、提升机将空托盘组搬运至中间层的入库站台；上线后进行外形检测和信息识别；检测合格的物料通过输送线、提升机输送至四向穿梭车取货工位；由四向穿梭车将空托盘组送到指定货位存储；四向穿梭车反馈完成入库信息；检测不合格的人工处理后重新输送入库存储。

5.成品入库流程

下线的成品托盘由AGV、输送线、提升机搬运至中间层的入库站台；上线后进行外形检测和信息识别；检测合格的物料通过输送线、提升机输送至四向穿梭车取货工位；由四向穿梭车将实托盘送到指定货位存储；四向穿梭车反馈完成入库信息；检测不合格的人工处理后重新输送入库存储。

6.成品空托盘组出库流程

仓储管理系统下达成品空托盘组出库任务；系统调度四向穿梭车、输送线、提升机将物料从货架上输送至中间层的出库站台；由AGV、输送线、提升机将空托盘组从中间层的出库站台搬运至首层的空托盘组上线站台供生产线成品码垛使用。

7.成品出库流程

仓储管理系统下达成品出库任务；系统调度四向穿梭车、输送线、提升机将物料从货架上输送至出库站台；人工叉车从出库站台将成品搬运至发货区暂存或直接搬运至货车上进行发货。

8.车间物料搬运流程

原材料和成品物料在生产车间内的搬运由AGV系统完成。AGV系统包括首层成品AGV系统、中间层原材料和成品AGV系统、顶层原材料AGV系统。首层成品AGV系统实现成品下线搬运、成品空托盘组供给的功能。中间层原材料和成品AGV系统实现原材料搬运至产线旁暂存区暂存、原材料空托盘回收入库存储、成品搬运入库存储（首层成品通过提升机提升至中间层）、成品空托盘组搬运（中间层连廊出库口搬运至对接提升机的站台，通过提升机将空托盘组从中间层搬运至首层）的功能。顶层原材料AGV系统实现原材料搬运至产线旁暂存区暂存（提升机从中间层将原材料提升至顶层）、原材料空托盘回收（提升机将空托盘组从顶层搬运至中间层）的功能等。原材料和成品AGV系统，如图8所示。

图8 原材料和成品AGV系统

项目应用成效

04

本项目得以成功应用与实施，核心源于五大关键优势的精准落地：其一，将垂直空间利用极致化，实现存储空间利用率的大幅提升；其二，凭借货架兼容设计与动态调整策略，最大化增加货位利用率；其三，通过站台双向设计及轨道连通设计，实现出入库功能的动态化管理；其四，将备货模式前置化，显著提升出库作业效率；其五，推进仓库管理数智化升级，有效降低人工负荷，实现智能调度与跨区域协同运作，全方位满足高密度仓储需求。

1.垂直空间利用极致化

传统库房存储密度低，导致库房总面积利用率低、库房容积利用率低；托盘四向穿梭车在货架内的主轨道上四向运行，无需叉车和其他设备协调即可自主完成作业，由于货架主轨道的体积小于叉车作业通道的体积，托盘四向穿梭式自动化密集仓储系统相较于普通货架系统，可大幅提高存储空间利用率，使垂直的空间利用极致化。经过测算，在相同的占地面积和建筑高度条件下，其货位数量较传统堆垛机立体仓库可大幅提升33%，与平库相比可提高近300%。通过对垂直空间的极致化利用，实现立体容积利用率的最大化，从而在有限的土地资源上达到存储容量的最优化。这一方案为土地资源日益紧张的环境下，高密度仓储需求提供了先进的解决方案。同等面积下存储模式对比可参见表1。

表1 同等面积下存储模式对比

2.货位存储策略最大化

原材料密集货架（定制版大托盘）设计时考虑兼容成品（标准型小托盘）。成品密集立体库所有母通道和两个子通道兼容原材料输送搬运，当成品货位预警时系统可动态调整原材料货位存储成品，保证成品货位的最大化。当单个存储巷道货量偏低时，WMS系统向四向穿梭车下达移库指令，将该部分货物从深巷道移动至浅巷道（释放深巷道），以增加货位利用率。

3.出入库功能管理动态化

中间层连廊四个站台均采用双向设计满足出入库功能，可满足原材料实托盘、成品空托盘组的出库功能和原材料空托盘组、成品实托盘入库功能，当需要入库能力或出库能力最大化时，系统可动态调整。原材库和成品库货架母托通道设计时采用轨道连通，保证原材料、成品的实托盘、空托盘组的输送连通，开洞位置消防采用消防水幕，在满足消防规范的前提下最大化满足出入库要求。

4.备货模式前置化

设备空闲时段（如晚上）提前进行发货出库操作，有两种方式：一是通过出库站台提前出库至地面发货暂存区备货暂存；二是通过移库操作将所需托盘备货至指定区域货位暂存，当临近出入库口产生空巷道时，WMS系统向四向穿梭车下达移库指令，提前将要出库的产品移库至临近出入库口巷道，待车辆到达时，直接从备货区域出库发货，以提高出库效率。

5.仓库管理数智化

大大降低库房工作人员工作任务负荷量，为库房实现无人化工作提供可能性，货物出立体仓库直接由托盘四向穿梭车、货物垂直提升机与自动输送机进行智能连接，WMS和WCS系统的应用，库房工作人员只需监控系统运作，实现数字化管理和智能化调度，可动态透视掌握仓库库存，便于库存管理并打通不同仓库之间的跨区域运作。

该项目为后续食品企业的原材料和成品的存储、转运、输送提供了相应的技术和理论支持。与此同时，该项目后续项目（约3万个货位、近40台四向穿梭车和换层提升机、上百台输送设备等。可在密集库中实现对原材料实托盘/空托盘组、成品实托盘/空托盘组进行搬运、自动化存储等功能，并满足整体出入库150托/小时的吞吐量）的成功实施也再次说明了密集式四向穿梭车系统在食品行业具有广泛的应用前景和市场。

结论

05

密集式四向穿梭车智能仓储系统的成功应用，不仅实现了该食品企业原材料和成品存储、转运以及输送的全链路的自动化和智能化，还提高了企业仓库的存储能力，实现产品信息采集、传输、管理和应用的数字化，降低企业运营成本、提高企业对产品生产流通全流程的管控能力，从而更快、更优地响应市场需求，大幅提升企业的整体竞争力。

———— 物流技术与应用融媒 ————

编辑、排版：王茜

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