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冷链物流自动化仓储趋势及技术应用
来源：
时间：2021-01-12
中国的冷链物流始于20世纪60年代。为了保证市场供应，调节淡季需求，在产地和枢纽城市开始建设大型冷库。20世纪90年代以来，随着终端零售业的兴起，市场对冷链的需求进一步扩大，现代冷链在中国获得了发展机遇，也促进了冷链各方面设备和技术的开发、制造和建设。
一、传统冷库的弊端和自动化仓储的趋势
冷库的建设和使用成本远高于普通仓库。为了保证空间的合理分布，降低能耗，传统冷库大多采用建筑和库房的结构，在一定程度上解决了业主的需求，但仍存在诸多弊端：
1.建设成本高。与单一仓库相比，建筑仓库的建筑成本更高，建设周期更长。由于仓储区分散分隔，后期投入仓储和物流设备的成本会高于单一冷库。
2.运营成本高投入。由于多层非自动化运营，需要投入更多的管理和运营人员，尤其是在2020年初我国疫情高发时期，难以招到工人，劳动力成本上升等因素，再次推高了企业的劳动力成本。运行中冷库门频繁开关，集中入库和入库期间冷库门长期开启等。也容易导致能源消耗的大量损失，并且对库存商品的质量保证也有隐患。
3.自动化程度低。传统冷库采用地面堆放或智能货架，或免下车货架、穿梭货架等非自动化存取方式。而劳动力仍然是决定运营效率的主导因素。对于作业效率要求很高的工作时间，即使增加员工的作业强度，也很难解决效率需求。
4.信息化程度低。传统的冷链冷库管理大多采用手工记账。以仓管员的经验来看，货位管理往往会导致货物积压、批次交付不及时等。从而导致实际产品损失，或者间接导致客户体验降低和二次损失。
在当前科技和生活水平飞速发展的时代，传统的物流仓储模式远远不能满足冷链行业的仓储要求。冷链行业也对供应链优化、智能制造、智能化和信息化物流仓储提出了更高的要求。因此，以天津万事达物流设备有限公司为代表的物流设备制造商近年来深入参与了高密度自动接入技术的开发和创新，并先后向冷链行业推出了先进的系统解决方案。
二、智能密集存储系统产品分类
纵观目前市场上的智能密集存储系统产品，主要包括以下几类：
1.班车智能密集存储系统(托盘货物存储)；
2.穿梭四通车智能密集存储系统(托盘货物存储)；
3.梭式立体图书馆系统智能密集存储系统(托盘货物存储)；
4.双深度堆垛机智能密集存储系统(托盘货物存储)；
5.多层穿梭智能密集存储系统(料箱存储)。
以下描述了每个智能密集存储系统：
1.穿梭立体声图书馆系统
独立穿梭巴士在货架系统中的应用解决了叉车必须进入货架区才能进入托盘的风险，但这仍然不是一个自动化的解决方案。物流设备制造商利用穿梭巴士的特点，用隧道堆垛机在X轴和Z轴方向搬运物料。该方案不仅实现了冷库的自动化和无人化操作，而且大大提高了冷库的空间利用率。梭式立体仓库系统的合理布局一般会超过80%。经过几十年的发展，隧道堆垛机的性能和质量相对稳定，因堆垛机故障导致的冷库运行瘫痪的情况很少发生。
2.亲子车高密度存储系统
由于隧道堆垛机的工作效率是恒定的，梭式立体仓库系统很难解决对效率要求较高、对未来工作效率有拓展要求的方案。亲子车的高密度存储系统有效解决了这两个问题。x轴物料搬运由母车完成，Z轴物料搬运由电梯完成。子车、母车和电梯通过WCS协同工作，各流程互不等待，大大提高了设备利用率，有效提高了系统的整体运行效率。
亲子车高密度存储系统空间利用率可达90%。设备数量可根据业主的长短期运行效率要求进行合理规划，亲子车、吊机数量可根据短期效率要求进行配置。未来可以根据产能和销量的增加，对亲子车等硬件设备进行重新配置，以达到提高运营效率的目的。母子车可以通过电梯在任意楼层工作，一个母车可以同时在多个子车对应的同一楼层工作。如果选择换层/货物一体化电梯，可以进一步节省空间。与梭式立体库系统相比，母车高密度存储系统具有高效性、可扩展性等特点。自动化硬件设备互为故障备份，使系统或单条巷道因单个设备故障而无法运行，通过中转设备实现母车多条巷道的共享功能。
母车的供电方式可以根据实际需要进行配置。母车可以采用滑触线和电池供电方式，子车可以采用电池和超级电容供电方式。灵活多样的供电方式适用于各种运营场景，如母车滑触线、子车超级电容，特别适合生产企业的生产线运营模式，可满足365天24小时不间断运营模式。3.四通托盘穿梭车的高密度存储系统
近年来，四通托盘穿梭器在食品、医药、冷链等行业得到了很好的应用。它具有X轴和Y轴物料搬运能力，灵活性高，特别适合异形仓库布局，高密度储存，也适合多规格少批次的作业模式。也能满足第三方冷链物流企业的使用需求。
在同一楼层运行多个四向托盘搬运车是四向托盘搬运车高密度存储系统的基本运行模式。完善的WMS水平和WCS能力保证了整个系统的稳定高效运行。为了避免等待四向托盘穿梭巴士和电梯之间的作业，在电梯和货架之间设计了缓冲输送线，四向托盘穿梭巴士和电梯都将托盘移交给缓冲输送线进行转移作业，提高了作业效率。在总体规划中，可以充分发挥四通托盘班车的优势，通过开放围墙和走廊连接各个库区。四通托盘穿梭巴士通过系统部署进入任何库区，达到设备共享的目的。
4.双深度梁式三维图书馆系统
该系统主要由巷道堆垛机、货架系统、输送设备、提升机、WMS仓库管理软件、WCS控制软件等组成。堆垛机负责垂直和水平方向的物料搬运；该系统灵活性高，可分拣性强。
5.多层穿梭智能存储系统
该系统主要由多层班车、货架系统、输送设备、电梯、WMS仓库管理软件、WCS控制软件等组成。电梯负责垂直物料搬运，多层穿梭巴士负责水平物料搬运。多层穿梭巴士是一种用于自动化物流系统的智能搬运设备。它具有动态载荷传递的特点，可以使物料在不同的工位之间运输，布局更加紧凑简单，从而提高了物料运输的效率。它可以自动与其他物流系统连接，如出站/入站平台、各种缓冲站、输送机、电梯和机器人等。按计划进行材料运输。此外，它不需要人工操作，运行速度快，大大减少了仓库管理人员的工作量，提高了劳动生产率。同时，班车的应用可以使物流系统变得非常简单。
多层梭车的结构设计非常紧凑，与普通和传统解决方案相比，可减少30% ~ 50%的占地面积。多层梭车采用的单/双深度布局可应用于高密度存储系统，大大增加了所需的存储空间。在相同的空间布局系统中，多层穿梭智能仓储系统的处理能力比传统仓储系统提高了5 ~ 10倍，货物可以准确的顺序呈现给拣选站或堆垛人员。智能模式适用于不同的货物尺寸，每个巷道可以配备多个多层穿梭车，以访问单深度/双深度货物位置。三.智能密集存储系统的适用性分析
梭式立体仓库系统适用于产品项目少、单件项目批量大的托盘货物储存，单个托盘承重可达1500kg。梭式立体图书馆系统的性价比在实际仓储和仓储效率较低以及未来对效率不断需求的情况下尤为突出。
亲子车高密度存储系统适用于产品项目少、单件批量大的托盘货物存储，单个托盘最多可承载1500kg。对于出入库效率高的项目，更能体现亲子车系统的性价比优势，对地面承重要求低，更适合传统的建筑和仓储。
本发明不仅适用于产品较少、批次较大的托盘货物的存储，也适用于工作较多、批次较少的托盘货物的存储。与亲子车的高密度存储系统相比，更加灵活，可以为异形仓库提供更好的方案布局。
双深度梁式立体仓库系统适用于物品多、批次少、分拣能力大、能量储存要求低的托盘货物的储存。常用的单托盘货物重量4000kg(可无标准定制)。
多层穿梭智能仓储系统适用于在箱子和纸箱中储存货物，额定载荷在50公斤以下，现已广泛应用于冷链、食品、汽车零部件、电子商务、烟草、医药等行业。
四.合理的方案布局和选择
如何进行合理的方案布局和系统选择，是项目后期运营的可行性和经济性的关键。
1.初步研究
首先进行详细的客户需求调研和数据分析，根据客户产品的特点和个性化需求，结合各种自动化系统的特点，进行合理的方案选择；
2.计划规划中需要考虑的因素(如下所示)
3.规划和设计原则
(1)单位装载原则：根据产品的尺寸和装载形式确定物品的搬运和储存单位。物品不得直接放置在地面上，单位装载集装箱应作为基本搬运单元。
(2)简化原则：通过删除、减少和合并不必要的移动和设备来简化处理。
(3)标准化原则：尽可能将搬运方式、容器、托盘、设备标准化。
(4)搬运距离原则：旨在缩短物料搬运距离，避免物料倒退和回流现象。
(5)机械化原则：对于频繁或劳动强度大的搬运作业，应采用机械化设备，而不是人工，搬运程序应尽可能机械化，以节省人力物力为目的，以提高物料搬运设备的效率和经济性。
(6)合并原则：重组相关作业，力求在运输过程中合并检验、仓储、制造等作业，简化作业内容。
(7)及时原则：将正确的物品及时适量地运送到指定地点。(8)人因原则：根据人体的能力和局限性，如搬运重量、采摘高度、弯曲频率等因素来设计物料搬运；设备和程序，使人们能够有效地使用系统设备。
(9)能量原理：物料搬运系统和物料搬运程序中的能量消耗应该是经济的。
(10)空间利用原则：有效利用立体空间，如使用立体收纳架、多层架等。
4.成熟方案的特点(如下图)
要选择最合适的方案，我们需要结合以下特征：
合理性：满足土建条件要求，满足承重、出入口、高度等设计要求。满足相关规范，如消防、物流合理性、逆向物流、瓶颈节点等。并对人员方向进行合理规划。
专业性：数据分析，工具先进，逻辑正确，结果准确；设备选型、储能匹配、流量匹配；现有流程的流程设计、优化或缩减。
完整性：需求设计、工艺设计和图纸制作的完整性。
可扩展性：设备布局、系统、流程的可扩展性。
经济性：要考虑设备成本、工期成本、项目收益。
装饰性：完美的规划细节和优化的图纸。
动词（verb的缩写）智能密集仓储系统在冷链物流仓储中的应用价值
智能密集仓储系统在冷链仓储物流中的应用，加速了物料的流动，大大提高了仓储物流的运行效率，保证了生产环节的顺利进行；同时，智能密集仓储系统具有高密度的特点，在满足相同仓储位置和效率的前提下，可以大大降低土地购置成本、仓库建设成本和相关设备投资。
自动化物流设备的投入实现了冷库的无人操作模式，降低了冷库的能耗和人员投入；在智能信息系统的统一调度下，可以更合理地调度库存物品，避免积压、漏发货、串货等不良现象的发生。
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一、传统冷库的弊端和自动化仓储的趋势
冷库的建设和使用成本远高于普通仓库。为了保证空间的合理分布，降低能耗，传统冷库大多采用建筑和库房的结构，在一定程度上解决了业主的需求，但仍存在诸多弊端：
传统冷库的使用有许多缺点
1.建设成本高。与单一仓库相比，建筑仓库的建筑成本更高，建设周期更长。由于仓储区分散分隔，后期投入仓储和物流设备的成本会高于单一冷库。
2.运营成本高投入。由于多层非自动化运营，需要投入更多的管理和运营人员，尤其是在2020年初我国疫情高发时期，难以招到工人，劳动力成本上升等因素，再次推高了企业的劳动力成本。运行中冷库门频繁开关，集中入库和入库期间冷库门长期开启等。也容易导致能源消耗的大量损失，并且对库存商品的质量保证也有隐患。
3.自动化程度低。传统冷库采用地面堆放或智能货架，或免下车货架、穿梭货架等非自动化存取方式。而劳动力仍然是决定运营效率的主导因素。对于作业效率要求很高的工作时间，即使增加员工的作业强度，也很难解决效率需求。
4.信息化程度低。传统的冷链冷库管理大多采用手工记账。以仓管员的经验来看，货位管理往往会导致货物积压、批次交付不及时等。从而导致实际产品损失，或者间接导致客户体验降低和二次损失。
在当前科技和生活水平飞速发展的时代，传统的物流仓储模式远远不能满足冷链行业的仓储要求。冷链行业也对供应链优化、智能制造、智能化和信息化物流仓储提出了更高的要求。因此，以天津万事达物流设备有限公司为代表的物流设备制造商近年来深入参与了高密度自动接入技术的开发和创新，并先后向冷链行业推出了先进的系统解决方案。
二、智能密集存储系统产品分类
纵观目前市场上的智能密集存储系统产品，主要包括以下几类：
1.班车智能密集存储系统(托盘货物存储)；
3.梭式立体图书馆系统智能密集存储系统(托盘货物存储)；
4.双深度堆垛机智能密集存储系统(托盘货物存储)；
5.多层穿梭智能密集存储系统(料箱存储)。
以下描述了每个智能密集存储系统：
1.穿梭立体声图书馆系统
独立穿梭巴士在货架系统中的应用解决了叉车必须进入货架区才能进入托盘的风险，但这仍然不是一个自动化的解决方案。物流设备制造商利用穿梭巴士的特点，用隧道堆垛机在X轴和Z轴方向搬运物料。该方案不仅实现了冷库的自动化和无人化操作，而且大大提高了冷库的空间利用率。梭式立体仓库系统的合理布局一般会超过80%。经过几十年的发展，隧道堆垛机的性能和质量相对稳定，因堆垛机故障导致的冷库运行瘫痪的情况很少发生。
2.亲子车高密度存储系统
由于隧道堆垛机的工作效率是恒定的，梭式立体仓库系统很难解决对效率要求较高、对未来工作效率有拓展要求的方案。亲子车的高密度存储系统有效解决了这两个问题。x轴物料搬运由母车完成，Z轴物料搬运由电梯完成。子车、母车和电梯通过WCS协同工作，各流程互不等待，大大提高了设备利用率，有效提高了系统的整体运行效率。
本发明适用于产品种类少、单件商品批量大的托盘货物存储
亲子车高密度存储系统空间利用率可达90%。设备数量可根据业主的长短期运行效率要求进行合理规划，亲子车、吊机数量可根据短期效率要求进行配置。未来可以根据产能和销量的增加，对亲子车等硬件设备进行重新配置，以达到提高运营效率的目的。母子车可以通过电梯在任意楼层工作，一个母车可以同时在多个子车对应的同一楼层工作。如果选择换层/货物一体化电梯，可以进一步节省空间。与梭式立体库系统相比，母车高密度存储系统具有高效性、可扩展性等特点。自动化硬件设备互为故障备份，使系统或单条巷道因单个设备故障而无法运行，通过中转设备实现母车多条巷道的共享功能。
母车的供电方式可以根据实际需要进行配置。母车可以采用滑触线和电池供电方式，子车可以采用电池和超级电容供电方式。灵活多样的供电方式适用于各种运营场景，如母车滑触线、子车超级电容，特别适合生产企业的生产线运营模式，可满足365天24小时不间断运营模式。3.四通托盘穿梭车的高密度存储系统
近年来，四通托盘穿梭器在食品、医药、冷链等行业得到了很好的应用。它具有X轴和Y轴物料搬运能力，灵活性高，特别适合异形仓库布局，高密度储存，也适合多规格少批次的作业模式。也能满足第三方冷链物流企业的使用需求。
四通托盘穿梭车的高密度存储系统更加灵活
在同一楼层运行多个四向托盘搬运车是四向托盘搬运车高密度存储系统的基本运行模式。完善的WMS水平和WCS能力保证了整个系统的稳定高效运行。为了避免等待四向托盘穿梭巴士和电梯之间的作业，在电梯和货架之间设计了缓冲输送线，四向托盘穿梭巴士和电梯都将托盘移交给缓冲输送线进行转移作业，提高了作业效率。在总体规划中，可以充分发挥四通托盘班车的优势，通过开放围墙和走廊连接各个库区。四通托盘穿梭巴士通过系统部署进入任何库区，达到设备共享的目的。
4.双深度梁式三维图书馆系统
该系统主要由巷道堆垛机、货架系统、输送设备、提升机、WMS仓库管理软件、WCS控制软件等组成。堆垛机负责垂直和水平方向的物料搬运；该系统灵活性高，可分拣性强。
5.多层穿梭智能存储系统
该系统主要由多层班车、货架系统、输送设备、电梯、WMS仓库管理软件、WCS控制软件等组成。电梯负责垂直物料搬运，多层穿梭巴士负责水平物料搬运。多层穿梭巴士是一种用于自动化物流系统的智能搬运设备。它具有动态载荷传递的特点，可以使物料在不同的工位之间运输，布局更加紧凑简单，从而提高了物料运输的效率。它可以自动与其他物流系统连接，如出站/入站平台、各种缓冲站、输送机、电梯和机器人等。按计划进行材料运输。此外，它不需要人工操作，运行速度快，大大减少了仓库管理人员的工作量，提高了劳动生产率。同时，班车的应用可以使物流系统变得非常简单。
多层梭车的结构设计非常紧凑，与普通和传统解决方案相比，可减少30% ~ 50%的占地面积。多层梭车采用的单/双深度布局可应用于高密度存储系统，大大增加了所需的存储空间。在相同的空间布局系统中，多层穿梭智能仓储系统的处理能力比传统仓储系统提高了5 ~ 10倍，货物可以准确的顺序呈现给拣选站或堆垛人员。智能模式适用于不同的货物尺寸，每个巷道可以配备多个多层穿梭车，以访问单深度/双深度货物位置。三.智能密集存储系统的适用性分析
梭式立体仓库系统适用于产品项目少、单件项目批量大的托盘货物储存，单个托盘承重可达1500kg。梭式立体图书馆系统的性价比在实际仓储和仓储效率较低以及未来对效率不断需求的情况下尤为突出。
亲子车高密度存储系统适用于产品项目少、单件批量大的托盘货物存储，单个托盘最多可承载1500kg。对于出入库效率高的项目，更能体现亲子车系统的性价比优势，对地面承重要求低，更适合传统的建筑和仓储。
本发明不仅适用于产品较少、批次较大的托盘货物的存储，也适用于工作较多、批次较少的托盘货物的存储。与亲子车的高密度存储系统相比，更加灵活，可以为异形仓库提供更好的方案布局。
双深度梁式立体仓库系统适用于物品多、批次少、分拣能力大、能量储存要求低的托盘货物的储存。常用的单托盘货物重量4000kg(可无标准定制)。
多层穿梭智能仓储系统适用于在箱子和纸箱中储存货物，额定载荷在50公斤以下，现已广泛应用于冷链、食品、汽车零部件、电子商务、烟草、医药等行业。
四.合理的方案布局和选择
如何进行合理的方案布局和系统选择，是项目后期运营的可行性和经济性的关键。
1.初步研究
首先进行详细的客户需求调研和数据分析，根据客户产品的特点和个性化需求，结合各种自动化系统的特点，进行合理的方案选择；
2.计划规划中需要考虑的因素(如下所示)
3.规划和设计原则
(1)单位装载原则：根据产品的尺寸和装载形式确定物品的搬运和储存单位。物品不得直接放置在地面上，单位装载集装箱应作为基本搬运单元。
(2)简化原则：通过删除、减少和合并不必要的移动和设备来简化处理。
(3)标准化原则：尽可能将搬运方式、容器、托盘、设备标准化。
(4)搬运距离原则：旨在缩短物料搬运距离，避免物料倒退和回流现象。
(5)机械化原则：对于频繁或劳动强度大的搬运作业，应采用机械化设备，而不是人工，搬运程序应尽可能机械化，以节省人力物力为目的，以提高物料搬运设备的效率和经济性。
(6)合并原则：重组相关作业，力求在运输过程中合并检验、仓储、制造等作业，简化作业内容。
(7)及时原则：将正确的物品及时适量地运送到指定地点。(8)人因原则：根据人体的能力和局限性，如搬运重量、采摘高度、弯曲频率等因素来设计物料搬运；设备和程序，使人们能够有效地使用系统设备。
(9)能量原理：物料搬运系统和物料搬运程序中的能量消耗应该是经济的。
(10)空间利用原则：有效利用立体空间，如使用立体收纳架、多层架等。
4.成熟方案的特点(如下图)
要选择最合适的方案，我们需要结合以下特征：
合理性：满足土建条件要求，满足承重、出入口、高度等设计要求。满足相关规范，如消防、物流合理性、逆向物流、瓶颈节点等。并对人员方向进行合理规划。
专业性：数据分析，工具先进，逻辑正确，结果准确；设备选型、储能匹配、流量匹配；现有流程的流程设计、优化或缩减。
完整性：需求设计、工艺设计和图纸制作的完整性。
可扩展性：设备布局、系统、流程的可扩展性。
经济性：要考虑设备成本、工期成本、项目收益。
装饰性：完美的规划细节和优化的图纸。
动词（verb的缩写）智能密集仓储系统在冷链物流仓储中的应用价值
智能密集仓储系统在冷链仓储物流中的应用，加速了物料的流动，大大提高了仓储物流的运行效率，保证了生产环节的顺利进行；同时，智能密集仓储系统具有高密度的特点，在满足相同仓储位置和效率的前提下，可以大大降低土地购置成本、仓库建设成本和相关设备投资。
自动化物流设备的投入实现了冷库的无人操作模式，降低了冷库的能耗和人员投入；在智能信息系统的统一调度下，可以更合理地调度库存物品，避免积压、漏发货、串货等不良现象的发生。
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