砥砺五十载,引领核心产品新未来
—托盘环形穿梭车技
2023-10-20供稿倪志强采编
供稿/倪志强 采编/马 晨
近年来,随着工程项目的不断推广应用,北京起重运输机械设计研究院有限公司(以下简称北起院)持续开展直线穿梭车和环形穿梭车相关技术研究,不断优化传统车型结构,结合项目工程为项目智能穿梭车系统的研究与应用提供了丰富的前沿理论及相关经验。目前,北起院环形车已应用于公牛插座、江苏恒瑞、哈博实、千禾味业、苏州SEW 等多个工程项目,当前在用环形车数量约为80 台左右,工程项目实施经验丰富,并借助相关科研课题研究,科研与工程齐头并进,相辅相成,在工程中得以实践,在实践中加强科研创新,迭代升级,形成良好的业务闭环。
北起院具有良好的科研、试验、生产条件,拥有北京市唯一的自动化物流装备工程技术研究中心,同时拥有北起院装备制造有限公司——设备制造基地,利于试制加工与调试试验,部门具有机械、电气、软件等专业人才队伍,为直线和环形穿梭车研发课题的开展提供了相关设施保障。北起院针对库前智能物流搬运输送系统及设备展开技术攻关,融入适宜的先进物流技术和设计理念,通过迭代研制与升级发展,成功开发与应用了基于地面轨道穿梭车的离散智能物流输送系统及其关键技术装备,在石化、快消品、汽车、医药、智能制造等多个行业取得了很好的市场及工程应用成果,解决了物流系统在收发、存储、生产、检验检测、拆码垛等环节物料快速离散输送难题,实现了物料跨区域、跨场景的精准柔性输送。
经过多年的发展,北起院研制的高效直线型地面轨道穿梭车系统和柔性环线型地面轨道穿梭车系统关键技术广泛应用于各类物流中心和立体库案例中,通过与库前输送设备系列产品线的配合,并应用虚拟调度技术、电气控制系统应用研究技术、单机结构优化设计技术打造柔性化可配置存储的新一代穿梭车系统方案。
作为仓储物流内部重要的一环,当前,国内越来越多的物流集成商企业开始开发自己的穿梭车产品;同时,一些物流装备企业近年来也开始越来越关注这一市场,甚至下游货架企业、AGV 企业,为了进一步拓展自身在仓储物流领域的竞争力,也开始通过与穿梭车厂家合作或自主研发该类产品。
北起院基于自身优势,利用项目开发的多种装备及核心技术,各类直线和环线托盘穿梭车成功应用在四川眉山千禾味业、浙江宁波公牛、江苏苏州SEW、河北石家庄四药欧意等63 个工程项目中,合同金额15.5 亿元,形成了规模化生产和工业化应用,助力企业提质增效的同时,有效提高输送搬运作业效率,提升仓储管理水平,降低投资成本,对行业起到很好的示范引领作用,助力制造企业、流通企业为社会生产和生活提供更加及时、精准、安全的物资保障,为我国物流仓储行业实施提质增效、低碳经济、高质量发展做贡献,具有广泛的经济效益和社会效益。
项目应用案例
1)千禾味业立体库项目,坐标:四川眉山。
12 台环形车,轨道长度230 m,最快速度120 m/min, 2019 年3 月开始运行,目前已经输送约110 万托货物。
2)宁波公牛插座立体库,坐标:浙江宁波。
4 台RGV 车,最快速度120 m/min;项目组自2016 年投入运行至今,运行稳定良好,得到业主方一致认同。
3)苏州SEW 减速机立体库,坐标:江苏苏州。
3 辆环形车,轨道总长度累计达到210 m,最快速度设置120 m/min。项目自2016 年上线至今,运行平稳良好。
4)江苏恒瑞立体库项目;坐标:江苏连云港。
一楼6 台,轨道长度194 m;二楼夹层3 台,轨道长度1 058 m;最大速度120 m/min,转弯速度30-40 m/min;直穿(RGV):二楼3 台,各分布于3 处位置,轨道长度176 m;三楼1 台,轨道长度99 m;最大速度120 m/min,出入库效率合计约128 盘/ h。
千禾味业立体库
苏州SEW 减速机立体库
江苏恒瑞立体库项目
利华益项目
项目自2019 年竣工投入运行以来,设备可靠,运行平稳。
5)利华益项目:坐标:山东东营;
南北两侧两套环形穿梭车系统,南侧环形车系统负责整盘入库及空托盘供应作业,穿过室外连接车间及立体仓库两栋建筑。系统对接车间8 条产线,轨道长度超过700 m,设计16 台环形穿梭车,完成峰值207 盘/ h 的入库流量,北侧环形穿梭车系统负责整盘出库及空托盘回库作业,轨道长度约300 米,上设12 台环形穿梭车,完成峰值250 盘/ 小时流量。
穿梭车发展历程及产品特点
1)穿梭车发展历程
随着物流行业对效率和灵活性的要求增加,有轨托盘指引穿梭车RGV(Rail Guided Vehicle)作为一种新型物流设备逐渐引起关注。其发展主要经历了以下几个阶段:
穿梭车发展历程
经过上图可以看出,智能托盘穿梭车从原始的初期阶段逐渐迈入智能化阶段。
2)穿梭车产品类型及分类
①从产品类型来看,北起院穿梭车的载重不同,按照载重划分为1 t 型,1.5 t 型,3 t 重载型;
②按照载货功能不同,分为单工位和双工位;
③按照轨道形式不同,分为直线型和环线型;
穿梭车是一种高度自动化的物流设备,它可以无缝连接库前输送与末端输送,实现柔性化输送;具有直线型和环线型两种形式。
单工位托盘穿梭车
四排链双功能托盘穿梭车
北起院自主研发的RGV 托盘穿梭车可以承载1 t 到3 t 载重不等的托盘货物,主要应用于生产线边库等多品规、多存储的库前转运场景,解决了自动化立体仓库系统中不同类型物料的柔性存储及出入库问题,适用于电商,食品,医药,汽配,电子,生物制药等行业以各类塑料、木质、钢制托盘等为存储单位的自动化立体仓库系统。北起院新型高效的直线型地面轨道穿梭车系统、柔性的环线型地面轨道穿梭车系统的总体规划设计与性能研究,形成了系列装备产品,包括单工位直线型地面轨道穿梭车、双工位直线型地面轨道穿梭车、单工位/带拆盘机直线型地面轨道穿梭车、双工位/带拆盘机直线型地面轨道穿梭车,以及链条式环线型地面轨道穿梭车、辊筒式环线型地面轨道穿梭车共6 种不同功能的车型,具体分类及类型如下图所示。
RGV(Rail Guided Vehicle)属于离散型输送系统的重要环节,可与上位机WCS 或WMS 系统进行通讯结合。条码识别等物流信息技术实现货品自动化识别单次存取连续存取自动理货等功能。
环形穿梭车系统用于衔接AS/RS 库区至收发货区、AS/RS 库区至拣配包装区,实现实托盘物料的出入库输送及空托盘垛、空箱垛的回收补给搬运等。环行穿梭车系统是一种灵活有效的轨道式输送系统,用于在宽泛区域内物料的自动输送。
3) 穿梭车的优点和缺点
环形穿梭车系统组合了常规悬挂轨道的优点和自身的优势:
①每台小车有独自的控制系统及物流数据;
②轨道线路控制灵活,可柔性的适应应工艺调整,降低流程的时间和成本;
③对单机故障有较强冗余能力;
④可按需求组合不同功能的载货装置,运行安静;
⑤模块化结构适应生产布局的变化,可灵活满足将来延伸和扩展需要;
⑥地面固定,安装调整方便,无需空中搭建钢构即无特别的承载要求,对空间要求较低,可节省资源和成本;同时也降低了调试、维修保养的成本和时间;
⑦允许窄小的弯道,因而可更灵活、有效的的排布线路,充分利用空间;条码定位系统的优点:
⑧测量精度高,定位精度可达1 mm;
⑨可用于曲线或斜坡的绝对值定位;
⑩可分隔条码带,只在需要测量的位置安装条码带;
自动化立体库物流输送系统应用案例
穿梭车显著优势:直线和环形穿梭车的出现极大的提升了仓库库前设备的柔性,可实现资源合理有效配置,相较于输送机组成的连续搬运系统、自动导引车为载体的搬运系统,地面轨道穿梭车可根据客户的出库峰值波动结合顺序组出库,实现了传统输送机系统不能达到的柔性对应。具有以下几个显著优势:高灵活性(可实现合理调度快速匹配任务),高效性(快速实现出入库作业),安全性(安全防护、避让及预警),精确性(条码精确定位)。
4)穿梭车的局限性和风险分析
尽管托盘穿梭车具备诸多优点,在提高仓储和物流效率方面具有巨大潜力,但当前在实际的落地过程中,也存在一些应用中的痛难点,一是成本相对单台输送设备较高;二是应用场景相对局限,仅适用于较复杂作业场景;三是调试调度系统的相对复杂性,会增加一定的调试成本;维护及故障的挑战性。
尽管如此,智能控制与管理系统的设计与应用,针对多种设备任务状态和运动规律进行统一调度管理,其遗传算法研究过程中存在未知的技术难题,需要结合虚拟调试平台与现场测试进行反复调试,不断加以修改优化,从而达到理想效果。
针对当前托盘穿梭车行业存在的应用痛难点,有一些企业也在不断地迭代产品,进一步提升其稳定性与易用性,更好地满足用户的要求。如设计道岔系统解决车体维修故障,设置专门的维修区,保障其他RGV 的通行。
穿梭车发展现状
1)国内外竞争现状
国产品牌日益崛起,传统供应商直面应对挑战,相关企业及产品情况和种类如下表所示:
总体来看,当前,国内托盘穿梭车市场竞争激烈,传统设备供应商和新晋供应商之间的竞争主要体现在技术创新、产品质量、设备成本和服务能力等方面。
2) 技术创新和研发能力
厂商的技术创新和研发能力是核心竞争力之一。优秀的厂商通常具有强大的研发团队,能够不断改进托盘穿梭车的设计、功能和性能。一方面要积极关注未来发展趋势和市场动态,另一方面积极引入先进的自动化和智能化技术,以提高产品的竞争力。
①质量安全可靠:直线或环形托盘穿梭车需要在复杂甚至相对恶劣的物流环境中进行长时间工作,因此其质量和可靠性对于用户至关重要。严格的质量控制,高度稳定性和良好的安全性能保证在激烈的竞争中脱颖而出。
②个性定制与方案灵活:定制化和灵活性解决方案有利加强供应商竞争力。因此厂商若能因地制宜,通过密切与客户合作,根据客户的特定要求设计和生产适配的托盘穿梭车,以满足不同用户的个性需求。
③良好的售后服务和支持:托盘穿梭车出现故障或需要维修若能及时快速响应和解决问题,并为客户提供培训、技术支持和维护服务,确保用户在使用过程中获得及时的帮助和支持。在设计中,要设计专门维修通道和维修区域,也会给供应商加分。
④成本效益和总体成本:托盘穿梭车应具备较高的成本效益,即能够提高品质的产品和服务,同时具有竞争性的价格。此外,供应商降低总体拥有成本,包括能耗、维护和人工成本。
综合来看,要想在市场占得一席之地,托盘穿梭车厂商需要不断提升自身实力,提供符合市场需求的优质解决方案和服务,以保持竞争优势。同时,与客户的紧密合作、良好的服务意识和持续的技术创新也是取得成功的关键因素。
3)应用行业特性
北起院从传统的医药、汽车零部件、纺织、饮料等行业已逐步进军化工、快消品、智能制造等行业的物流仓储领域,此类行业由于产线量大,且托盘货物往往以整进整出为主,因此环形穿梭车在自动化立体库内中应用台数多、价值体量大,对系统性能要求高。北起院早期研制的环形穿梭车系统,尽管已相继应用于多个工程项目,但所承接的项目中用到的环形穿梭车数量少,尚未开展智能多车调度与控制系统方面的研发工作,缺乏技术储备,因此在承担大型项目时没有竞争力。
项目成果鉴定
1)成果鉴定
2023 年3 月12 日,由北起院独立完成的“多场景高效协同物流输送系统关键技术研究与应用”项目成果鉴定会顺利召开。来自中国机械工程学会、中国重型机械行业协会、北京科技大学等行业内的7位知名专家组成鉴定委员会,对项目成果进行了评审。
2)高度评价
专家组对本项目的成果给予了高度评价,一致认为该科技成果实现了自动化立体库库前物料的精准柔性流转、高效协同管控、安全可靠运行,对促进我国物流装备行业发展具有重大意义,总体技术达到了国际先进水平,其中开发的多场景高效协同调度技术达到了国际领先水平。
北起院独立完成的“多场景高效协同物流输送系统关键技术研究与应用”项目成果鉴定会
北起院多场景高效协同物流输送系统项目形成的核心关键技术与创新成果,符合国家产业、科技、能源和环保政策,具有完全自主知识产权,显著提升了高端物流装备的自主研发能力与国内国际市场竞争力,进一步推动北起院物流仓储装备朝智能化、柔性化、定制化、个性化方向发展。
3)良好效益
环形穿梭车作为常用的物流仓储装备,应用与市场前景广阔,具有很好的社会和经济效益,其自主研制以及在北起院工程项目现场的实际应用,可助力物流仓储工程板块降低总体集成成本与运行管理成本,拓宽新兴产业布局。
未来发展趋势
未来发展趋势而言,首先库架形式从传统的立体库发展到密集穿梭车库;其次,托盘穿梭车从地面直线型再到环线型,再到密集穿梭车库四向型;未来发展一方面是四向托盘穿梭车的研制与发展;另一方面是环形穿梭车的智能调度和多机协同。托盘穿梭车的发展研究是以市场为导向,结合物流仓储装备技术高端化、智能化、绿色化发展趋势以及环形车系统的行业应用需求,将研制智能环形车系统,也将在北起院承建的项目中投入使用,并逐步加以推广与应用。