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探索箱式四向穿梭车的多种应用模式
——访浙江凯乐士科技集团股份有限公司产品市场总监沈斐
作为国内早期涉足穿梭车技术的企业之一，凯乐士秉承“场景为王，技术为本”的理念，深耕穿梭车产品技术，并将箱式四向穿梭车解决方案定位为公司的技术推进核心，持续进行产品优化与应用创新，满足市场的多样化需求。
作者：赵皎云
浙江凯乐士科技集团股份有限公司（以下简称“凯乐士”）成立于2014年，由美国麻省理工学院博士谷春光先生创立，是专业从事智能物流机器人产品研发生产并深耕智慧物流场景应用的国家级“专精特新”高新技术企业。其自主研发的智能机器人已全面覆盖存取、搬运、分拣三大物流场景，拥有智能穿梭车、AMR自主移动机器人、3D视觉拆码垛机器人、智能分拣机等全系列产品。目前，凯乐士科技可提供两向/四向穿梭车及堆垛机料箱解决方案，以及针对料箱的AMR搬运、输送等设备，并在医药、汽车、半导体、新能源、零售、电商、图书馆、轨道交通、文体和第三方物流等20多个行业得到成功应用。
在本期专题中，浙江凯乐士科技集团股份有限公司产品市场总监沈斐为我们介绍了箱式四向穿梭车系统在市场需求、技术发展和应用创新等方面的情况。
沈斐
浙江凯乐士科技集团股份有限公司产品市场总监
记者：目前箱式自动化系统的市场需求情况是怎样的？凯乐士在该领域有哪些典型项目案例？
沈斐：目前，箱式自动化存取方案主要应用于订单拣选作业的流程中，尤其是在电商、鞋服等对订单处理有着极高需求的行业。
其中，鞋服行业对订单排序处理的要求日益增多，常见的两向穿梭车或Miniload拣选方案需依赖库前输送线进行订单排序，这种做法通常需要设计极为复杂且占用空间的输送系统。相比之下，四向穿梭车利用其独特的库内跨巷道搬运模式，再结合WCS的控制，可以直接在货架内完成订单排序，利用提升机按照顺序将物品送达对应拣选位，既可以有效提升空间利用率，也可以避免场地内出现复杂逻辑的输送系统，更进一步降低能耗。
不仅如此，箱式四向穿梭车系统本身是一个黑盒魔方系统，通过利用这一特性，我们能够探索出多种应用模式。除了作为订单拣选的物料池之外，它本身还可以作为立体缓存使用。同时，在收发货区域，也能充当集货缓存的角色。这样的多功能性极大提升了客户现场的空间利用率，为物流运作带来更高的效率和灵活性。
目前，凯乐士的箱式自动化解决方案已经成功应用于医药、汽车、电商、制造等众多行业，其中既有物流设备采购金额超过2亿元的大型自动化物流中心项目，也有很多柔性化的小项目，并取得众多技术创新和应用创新成果。
凯乐士料箱机器人应用于某医药行业
比如，我们在国内率先将分拣机器人应用于医药拆零分拣系统，并将四向穿梭车用于医药出库自动集货。针对广州某医药企业的需求与特点，我们提出基于“货架、智能穿梭车、高速提升机”等模块配置的独特箱式立库解决方案，利用智能穿梭车在超高空间利用率的库内高速存取货物，配合提升机系统实现货物的高效出入库作业。其箱式立库区内，有73台智能穿梭车以5m/s的高速度驰骋于货架间，设备性能满足出入库2100箱/小时的要求，充分保障了该物流中心日收货6.3万箱的作业效率。
整体而言，该项目延续了用户企业在国内医药体系中的标杆角色，实现从物流自动化到智能化的升级。物流中心的建成，不仅使其医药智慧供应链服务竞争力得到跨越式提升，也满足了该企业未来10年千亿元销售规模配套的物流业务，成为该企业物流发展的重要战略支撑。
记者：作为国内较早涉足穿梭车技术的企业，凯乐士在该领域经历了怎样的发展过程？
沈斐：凯乐士的穿梭车技术源自德国，2012年通过收购由奥地利某著名穿梭车公司核心技术人员创建的CNIT GmbH而迅速积累起技术优势，拥有27项四向穿梭车专利，其中包括3项发明专利。同年，Galaxis品牌正式进入中国市场。2015年，凯乐士在无锡工厂成功生产出国内首台料箱四向穿梭车产品。此后，我们的料箱四向穿梭车产品经历了5次研发迭代，至今拥有超过60项国内外专利，市场占有率超过80%，解决方案重点布局医药、汽车、新能源等行业。
凯乐士公司总部
值得一提的是，凯乐士的第5代智能料箱四向穿梭车产品，通过使用计算智能、视觉智能、超低延时通信组网等技术，突破了传统料箱堆垛机、直线穿梭车等在智能调度、路径优化、系统效率、空间限制等方面的瓶颈，填补了国内外箱式四向穿梭车的技术空白。
目前，凯乐士的箱式穿梭车产品主要包括四向穿梭车FLASH和两向穿梭车LASER。其中，四向穿梭车采用了凯乐士自主研发的智能穿梭车配备提升机，可实现高效的智能存取、跨巷道作业、“货到人”拣选、自动化识别和设备互为备份功能；通过与物流信息系统（WCS/WMS）进行完美融合，赋予项目布局以极大的灵活性及多样性。两向穿梭车LASER是实现“货到人”拣选的智能机器人，通过编程实现存取货、搬运等任务，可与物流信息系统（WCS/WMS）进行完美融合，实现自动化识别、存取等功能。LASER 两向穿梭车可以在穿梭车换层提升机的配合下，可以到达同一巷道货架的任意位置。
凯乐士四向穿梭车FLASH
记者：在目前常见的箱式自动化解决方案中，四向穿梭车系统在技术及应用方面有哪些特点？
沈斐：箱式四向穿梭车系统主要用于构建以轻型料箱、纸箱等为存储单位的自动化立体仓库。除密集存储场景外，它还可承载线边库重量达几十公斤的箱式货物的高速拣选作业，可有效完成多品种、多规格、多存储货物的自动化存储及拆零拣选作业。
凯乐士料箱穿梭车解决方案
箱式四向穿梭车的运行特点，体现在穿梭车配合提升机可以在整个货架区域的3维空间中灵活运行，每台车都可以抵达仓库每一个货位。每一台四向穿梭车能满足50～100箱/小时的复合效率，每一台料箱提升机能实现600～1000箱/小时的复合效率，整个四向穿梭车系统的效率由使用的料箱提升机数量决定。当企业出入库频率升高时，可通过增加四向穿梭车的数量以完成大量作业任务。
基于上述特点，四向穿梭车系统的典型适用场景包括：
1.生产线边库：在生产线上，箱式四向穿梭车能够高效完成物料的存储和出入库拣选，确保生产流程的顺畅进行。
2.高密度货架存储：由于其灵活性高，箱式四向穿梭车特别适用于高密度货架的存储场景，能够轻松实现货物的任意穿梭和存取。
3.多品规、多存储的高速拣选：在需要快速、准确地拣选多种规格和存储位置的场景中，箱式四向穿梭车能够大大提高工作效率和准确性。
记者：箱式自动化系统在规划建设中有哪些难点与要点？请结合凯乐士的具体实践进行一下介绍。
沈斐：对于自动化技术和解决方案提供商而言，任何系统在规划设计时都需要有全面、细致地考虑，以确保系统的最终表现能满足预期需求。与其他形式的自动化系统相比，箱式自动化系统的设计要点主要体现在以下几个方面：
首先是物料容器。料箱可分为纸箱原箱和库内标准周转箱，即便是同类物料容器，其尺寸不同也会在很大程度上左右整个库区的规划逻辑和空间利用。
其次是整个箱式自动化系统在库内所起到的作用。有些客户因为其业务特性以及仓库内产品的尺寸特点，仓库内以静态存储为主；而有些则需要将料箱仓库作为一个高流转性的订单处理中心，因此在自动化建设过程中，会将效率和准确性作为追求的重点。
再者是客户场地内的业务模式。由于自动化系统本身具备一定的扩展能力，在应用层面上经常会组合出一些优于传统的业务模式。
除技术层面外，在与客户沟通过程中，我们遇到的难点主要集中在效率、容量和投入产出比这三个核心问题上。同时，客户对系统使用过程中的安全性问题，以及发生故障的快速应对策略的关注度也在逐步提升。这些问题都是我们在进行箱式自动化系统规划时必须面对和解决的课题。
记者：凯乐士在箱式自动化解决方案领域的竞争优势主要体现在哪些方面？
沈斐：从产品性能和应用场景范围来看，凯乐士料箱机器人解决方案围绕穿梭车设备为核心，在拆零拣选、出入库缓存、巷道内排序、SKU数量较大的立库、备件库/线边库、异型库等场景上有着成熟应用。配合计算智能、超低延时通信组网等技术，有效突破了传统料箱堆垛机、直线穿梭车等在自主调度、路径优化、系统效率、空间限制等方面存在的瓶颈问题。
从软件能力来说，凯乐士是业内较早成立人工智能研究院的企业之一，一直致力于数据挖掘、图像处理以及智能优化算法等关键技术的持续深耕。特别是在四向穿梭车系统中，软件不仅负责控制和调度穿梭车的运行，还涉及任务分配、路径规划、避障处理等多个方面。在四向穿梭车出现之前，传统的多层穿梭车可处理大流量的需求，它要求在每一层、每个巷道都要有一台车，确保车辆本身没有路径的重叠或交叉的情况下来进行作业，但这会造成设备数量很多，成本造价也会相对较高。在此基础上，我们在四向穿梭车调度领域内提出“同层多车”的概念，打破了“固定分区”模式，小车能跨越到其他有需要的区域作业，满足在大流量作业前提下的灵活调度。
高效智能调度算法的支持，使四向穿梭车系统的适用性得到显著提升，既适合低流量、高密度的存储，也适合高流量、高密度存储拣选。并且，可以在不影响客户现有业务工程情况下实现柔性化改造，同时根据现场灵活添加或删减设备。
记者：您如何看待箱式自动化系统的技术发展及应用趋势？未来凯乐士有哪些关注点及发展目标？
沈斐：凯乐士近年来一直积极推动箱式四向穿梭车的解决方案。我们认为，该类解决方案的本质是在两向车基础上实现了重大突破。过去我们都在担心Miniload这类解决方案一旦出现故障将对整个系统效率造成很大冲击。随后，两向穿梭车系统应运而生，它将平面移动和垂直提升功能分离，这种设计虽然有助于提高特定区域内的作业效率，但也存在一定局限性。一旦某个巷道的提升机发生故障，整个巷道的作业流程可能会受到影响，甚至导致该巷道的作业完全瘫痪。而四向穿梭车的跨巷道作业方式有效减少了此类问题的发生。
基于独特的运动逻辑，箱式四向穿梭车系统无论是在车辆还是提升机出现故障的情况下，都不会发生料箱无法出库的情况。同时，箱式四向穿梭车系统在设计上融合了两向穿梭车系统的高吞吐量优势，这一特性使其在箱式自动化立体仓库领域具有显著的竞争力。
未来，凯乐士会持续将箱式四向穿梭车解决方案作为技术推进核心，不断进行产品优化和应用创新，具体方向包括：
1.柔性化。所谓“柔性化方案”，不仅是应对业务量从小到大的扩展需求，还要支持业务类型多元化带来的多业态订单快速处理能力需求，比如柔性化托盘存储、料箱存储以及拣选作业等。
2.高密度无人化存储。凯乐士在原有料箱自动化解决方案更新优化的同时，提出的全新PTR方案可极大程度解决楼层仓的高密度无人化存储难题，在大幅提升空间利用率和作业效率的同时，满足客户对性价比的极致追求。
3.安全性和可靠性。安全性和可靠性始终是箱式自动化系统设计中的关键考量因素，为此我们将进一步加强对安全保障措施及故障预防机制的建设，以确保系统的稳定运行并降低故障风险，进而提升整个系统的可靠性。
同时，我们也期待进一步探索新的技术趋势，例如“货到人”模式是否会被逐步取代，由设备自动在库内完成拣选工作等。这些都是我们未来可以研究和探索的方向。
编辑、排版：罗丹
本文内容源自《物流技术与应用》2024年7期(点击查看掌上电子刊)，有删改。
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