近年來，隨著市場的變化，煙草商業(yè)物流不斷面臨著新的挑戰(zhàn)：一方面，隨著勞動力成本提升，物流成本壓力日益增大。并且，由于人們追求更優(yōu)越的工作環(huán)境，不愿意從事勞動強(qiáng)度大的工作，物流作業(yè)人員招工難的問題也逐漸凸顯。這就造成近年來物流配送中心的人力成本上升壓力巨大。另一方面，伴隨新商業(yè)、新零售的發(fā)展，物流服務(wù)多樣化、個性化的需求更為明顯。

子母車式密集存儲系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于物流行業(yè)，首先是因?yàn)槊芗鎯鉀Q了傳統(tǒng)自動化倉庫占地面積過大的問題，其次是子母車系統(tǒng)可以高速自動運(yùn)行，減少了傳統(tǒng)叉車作業(yè)模式下的人工成本，并提高了作業(yè)效率。

一、子母車系統(tǒng)的主要設(shè)計依據(jù)

子母車系統(tǒng)是物流裝備技術(shù)的一次重大創(chuàng)新，其核心設(shè)備是穿梭車。隨著電池、通訊和網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的逐步解決，子母車系統(tǒng)被迅速應(yīng)用于物流系統(tǒng)。子母車系統(tǒng)作為一種獨(dú)特的自動化物流系統(tǒng)，主要解決了貨物密集存儲與快速存取難題。

子母車式密集存儲系統(tǒng)在物流行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛

兼顧車間尺寸、庫容大小、物流、生產(chǎn)等，煙絲庫密集存儲區(qū)作出了合理布局（如圖1）。左上與右邊分別為實(shí)箱入庫口與空箱入庫口。右下為實(shí)箱出庫口。為充分利用空間，貨架采用上下兩層。出入口用輸送式提升機(jī)對接輸送線。經(jīng)計算，密集庫配備四臺母車、六臺子車，滿足了物流及生產(chǎn)的需求。子母車系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：

載重量：空煙箱150kg，裝滿煙絲后的煙箱重300kg；

貨位數(shù)：27（列）×13（排）×2（層）+21（列）×3（排）×2（層）=828貨位（2箱/貨位）

入庫區(qū)流量：實(shí)煙箱21垛/H，空煙箱15垛/H；

出庫區(qū)流量：實(shí)煙箱9垛/H；

系統(tǒng)出入庫總流量：21+15+9=45垛/H；

子車主要性能參數(shù)：自重230kg，最大載重700kg，最大速度70m/min，最大加速度0.6m/sec2，驅(qū)動輪徑130mm；

母車主要性能參數(shù)：自重700kg，最大載重1000kg，最大速度120m/min，最大加速度0.6m/sec2，驅(qū)動輪徑150mm。

二、子母車設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)

子母車系統(tǒng)主要由子母車（如圖2）、密集貨架、提升機(jī)、輸送機(jī)以及上位機(jī)信息系統(tǒng)等構(gòu)成。其中，子車完成在貨架巷道內(nèi)存取貨物、理貨盤點(diǎn)等作業(yè)；母車主要完成子車的搬運(yùn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)子車換巷道或換層。

子母車式密集存儲系統(tǒng)不但具有高度的空間利用率、高度自動化的特點(diǎn)，還可以建立合理的信息管理系統(tǒng)。通過WMS和WCS信息系統(tǒng)的共同作用實(shí)現(xiàn)貨物、子車、母車在密集存儲倉庫內(nèi)的管理與調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)高效的自動化作用。

1.穿梭式貨架系統(tǒng)

穿梭式貨架，是以子母車在其貨架的巷道內(nèi)直線穿梭式運(yùn)行的一種自動化立體貨架。相對于普通貨架，穿梭式貨架則需要具備更高的剛度和強(qiáng)度以及更強(qiáng)的抗震指數(shù)。

穿梭式貨架從一端存入貨物，從另一端取出貨物，可以實(shí)現(xiàn)先入先出，實(shí)現(xiàn)了按照時間順序出庫的原則。

2.子母車系統(tǒng)

子車（如圖3）由車體外殼、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、傳感器、超級電容、控制系統(tǒng)、車載遙控系統(tǒng)、安全防撞組件等組成。子車是接收指令和搬運(yùn)托盤貨物的主要執(zhí)行單元，根據(jù)遙控器指令、巷道內(nèi)托盤貨物狀態(tài)、在巷道內(nèi)完成單存、單取、理貨、盤點(diǎn)等動作。

子母車系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)子車自動充電的功能，當(dāng)車體根據(jù)自身傳感器判斷自身電量低于一定閾值時，其將向上位機(jī)發(fā)出充電請求，上位機(jī)根據(jù)當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)對其下發(fā)去往目的充電樁充電的任務(wù)。

圖1 煙絲庫密集存儲區(qū)平面布局圖

圖2 子母車

圖3 子車

圖4 母車與子車

母車，主要由底座、行走裝置、鏈條輸送機(jī)等組成。母車底座是承載車體及其他各部位的裝置，如圖4。行走裝置主要由巷道、車輪、導(dǎo)向裝置、行走電機(jī)等組成。鏈條輸送機(jī)由電機(jī)、鏈輪、鏈條等組成。母車的行走裝置帶動母車運(yùn)動到上位機(jī)下發(fā)的貨架巷道口，等待相應(yīng)貨架巷道內(nèi)的穿梭子車上下母車。鏈條輸送裝置帶動子車背伏的貨物在母車上的運(yùn)動。母車上的光電傳感器控制子車背伏的托盤貨物停準(zhǔn)在母車上，并實(shí)現(xiàn)子車向母車的放貨或取貨。母車采用滑觸線的供電方式、光學(xué)儀器的通訊方式、激光測距的認(rèn)址方式，滿足了在高速行駛下安全可靠的要求。

3.電控系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)概述

電控系統(tǒng)主要完成自動化物流系統(tǒng)中輸送設(shè)備的控制任務(wù)。向上，聯(lián)接物流系統(tǒng)上位機(jī)及調(diào)度計算機(jī)，接受物料的輸送指令；向下，聯(lián)接設(shè)備電機(jī)，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的驅(qū)動、輸送物料的檢測與識別；完成物料輸送的過程控制及物料跟蹤。此外，還提供內(nèi)容豐富、形象直觀的人機(jī)界面，安全保護(hù)措施和多種操作模式，輔助工作人員進(jìn)行設(shè)備操作和維護(hù)。

（2）電控主要選型

設(shè)備選型包括現(xiàn)場總線、現(xiàn)場操作終端、分布式IO、電機(jī)啟動單元、條碼閱讀器、低壓電氣、檢測器件等。

主控制柜：負(fù)責(zé)電控系統(tǒng)的動力接入和電源分配，為系統(tǒng)內(nèi)的用電設(shè)備（子母車、機(jī)器人、RGV、輸送備 等）分配動力電源；安裝PLC主控制器、網(wǎng)絡(luò)部件，控制電源分配、系統(tǒng)操作按鈕、指示燈報警燈等，是整個系統(tǒng)的控制中心。

現(xiàn)場控制箱：箱內(nèi)配置分布式I/O模塊、空開接觸器、變頻器、本地交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)組件、電源等控制器件，完成對現(xiàn)場設(shè)備的信號采集及動作控制，并與主控制柜的PLC建立網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)時通訊。

現(xiàn)場操作終端：完成控制設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)視、單機(jī)操作、故障報警、報警信息查詢、主要工藝參數(shù)及物流信息的查詢與設(shè)定等。圖形頁面按照系統(tǒng)平面布置來顯示所監(jiān)控的對象，采用三維圖形和二維圖形結(jié)合方式，圖形界面美觀、操作方便。

網(wǎng)絡(luò)組件： 主要由交換機(jī)、PROFINET專用電纜、專用接頭構(gòu)成，將系統(tǒng)內(nèi)的主控制柜、現(xiàn)場控制箱、現(xiàn)場操作終端、穿梭子車、穿梭母車、條碼閱讀器等進(jìn)行物理連接，搭建數(shù)據(jù)通道。

（3）控制軟件

控制軟件，包含PLC控制程序和監(jiān)控軟件兩部分。

（4）移動操作終端

如今，人工智能在自動化物流領(lǐng)域內(nèi)得到愈加廣泛的重視，并在機(jī)器人、控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)中得到應(yīng)用?；诎沧肯到y(tǒng)開發(fā)，具備設(shè)備操作、故障查詢、輸送任務(wù)查詢、異常復(fù)位等功能的移動終端APP，大大提高了設(shè)備操作和維護(hù)的便捷性和安全性。操作員可通過無線4G等隨時下載最新版本，隨身攜帶，就近操作設(shè)備。

4.計算機(jī)信息系統(tǒng)

計算機(jī)信息系統(tǒng)是以物料倉儲、供應(yīng)服務(wù)、銜接生產(chǎn)、集中管理、信息全線跟蹤等為核心的在線物料管理系統(tǒng)，它集物流保障管理、物料管理、倉儲管理等于一身，是管理、調(diào)度的信息中樞。

計算機(jī)信息系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了在線物料過程管理，通過向調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)調(diào)度指令，保障了物料存儲管理、生產(chǎn)前儲備。向上可與企業(yè)ERP、MES、商業(yè)配送等管理系統(tǒng)連接。同時銜接物流調(diào)度管理，保證了信息的上傳下達(dá)。

計算機(jī)信息系統(tǒng)集物料管理、物流供應(yīng)、倉儲管理等于一身，實(shí)現(xiàn)物料收、發(fā)、儲存管理。物流信息系統(tǒng)按照體系架構(gòu)及應(yīng)用部署，主要包括：

（1）數(shù)據(jù)接口層API

負(fù)責(zé)從ERP、MES、商業(yè)配送系統(tǒng)等獲取物料基礎(chǔ)信息、出入庫計劃、銷售發(fā)貨單等信息，并為企業(yè)信息管理系統(tǒng)實(shí)時反饋庫存、出入庫單據(jù)信息等，實(shí)現(xiàn)承上啟下的業(yè)務(wù)管理功能，實(shí)現(xiàn)全廠各個信息系統(tǒng)之間系統(tǒng)集成、接口兼容、互聯(lián)互通和資源共享。

（2）倉儲監(jiān)控系統(tǒng)

倉儲監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）是指在物流系統(tǒng)中負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)調(diào)度各種物流設(shè)備如輸送機(jī)、堆垛機(jī)、穿梭車之間的運(yùn)行，采用C/S架構(gòu)，具有良好的擴(kuò)充性和開放的數(shù)據(jù)接口，能與上級信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為上級系統(tǒng)的調(diào)度指令提供執(zhí)行保障和優(yōu)化。

倉儲監(jiān)控系統(tǒng)可對物流系統(tǒng)進(jìn)行同步監(jiān)控，并對各設(shè)備進(jìn)行動態(tài)管理與調(diào)度。通過合理的監(jiān)控與調(diào)度，提高系統(tǒng)出入庫的作業(yè)效率。

（3）倉儲管理系統(tǒng)

倉儲管理系統(tǒng)（WMS）是通過對入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、庫存盤點(diǎn)等功能綜合運(yùn)用的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完善的企業(yè)倉儲信息管理。該系統(tǒng)可以獨(dú)立執(zhí)行庫存操作，可與ERP、MES、WCS等多種軟件系統(tǒng)對接。WMS具備與上級信息系統(tǒng)兼容對接能力。無上級信息系統(tǒng)時，可以獨(dú)立運(yùn)行。

三、子母車設(shè)備的電機(jī)計算

1.子車行走電機(jī)的計算

子車主要性能參數(shù)：自重G 自=230kg，最大載重G貨=700kg，最大速度Vmax=70m/min，最大加速度a=0.6m/sec2，驅(qū)動輪徑D輪=130mm；

經(jīng)查詢得摩擦阻力系數(shù)：f0=0.0558；

子車運(yùn)行摩擦阻力：P摩=（G貨+G自）*f0=51.9 kgf；

子車克服慣性力：P動=ma/g=56.6 kgf；

子車運(yùn)行總阻力：P 總=P 摩+P 動=108.8 kgf；

子車最大行駛速度：Vmax=70m/min；

子車行走效率：η=η1＊η2=0.94；

子車初選電機(jī)功率：

子車高速運(yùn)行所需輸入轉(zhuǎn)速：

查選型手冊，電機(jī)選型功率取Pm=1.5 kw，na=178 r/min。

2.母車行走電機(jī)的計算

母車主要性能參數(shù)：自重G 自==700kg，最大載重G貨=1000kg，最大速度Vmax=120m/min，最大加速度a=0.6m/sec2，驅(qū)動輪徑D輪=150mm；

經(jīng)查詢得摩擦阻力系數(shù)：f0=0.0484；

母車運(yùn)行摩擦阻力：P摩=（G貨+G自）*f0=82.3 kgf；

母車克服慣性力：P動=ma/g=104 kgf；

母車運(yùn)行總阻力：P 總=P 摩+P 動=186.3 kgf；

母車最大行駛速度：Vmax=120m/min；

母車行走效率：η=η1＊η2=0.94；

母車初選電機(jī)功率：

母車高速運(yùn)行所需輸入轉(zhuǎn)速：

查選型手冊，電機(jī)選型功率取Pm=4.0 kw，na=251 r/min。

四、子母車式密集存儲系統(tǒng)的應(yīng)用

1.在煙草行業(yè)的應(yīng)用

我國煙草行業(yè)物流系統(tǒng)建設(shè)居于世界領(lǐng)先水平，過去十幾年來一直走在國內(nèi)物流自動化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展前列。隨著市場環(huán)境、客戶服務(wù)以及煙草行業(yè)自身的不斷變化，我國卷煙商業(yè)物流配送中心經(jīng)歷了多次技術(shù)升級改造，逐漸從手工作業(yè)、機(jī)械化作業(yè)向著高度信息化、自動化、智能化方向發(fā)展。

現(xiàn)代物流被認(rèn)為是除降低資源消耗、提高勞動生產(chǎn)率以外的“第三方利潤源泉”,而倉儲是現(xiàn)代物流的重要組成部分,高效合理的倉儲可以幫助煙草制造企業(yè)加快物資流動的速度、降低成本及保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。國內(nèi)自動化物流倉儲發(fā)展迅速，自動化立體倉庫存儲形式多種多樣，各種模塊化、移動式結(jié)構(gòu)機(jī)器人、自動裝卸車、AGV、RGV等應(yīng)運(yùn)而生。其目的就是實(shí)現(xiàn)出、入庫輸送、儲存能力最大，控制程序智能簡單、作業(yè)動作自動化程度高。子母車系統(tǒng)提高了存儲密度，可達(dá)到密集式存儲及廠房空間利用率最大化，具有經(jīng)濟(jì)、有效、安全、故障少，以及物流成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2.在其他行業(yè)的運(yùn)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者的需求也在逐漸轉(zhuǎn)變，更趨于多樣化和個性化，企業(yè)的訂單處理也呈現(xiàn)出“多品種、小批量、多批次、高時效”的特點(diǎn)。特別是“新零售”概念的推出，對倉儲系統(tǒng)的智能化、柔性化提出了更高的要求。企業(yè)要想高效率、低成本地履行訂單，一套自動化、智能化的倉儲系統(tǒng)顯得尤為重要，這就對子母車系統(tǒng)的應(yīng)用提出強(qiáng)烈需求。近年來需求巨大，特別是在電商物流中心應(yīng)用日趨廣泛。

食品加工行業(yè)中，成品倉庫前端與生產(chǎn)銜接，后端與銷售關(guān)聯(lián)，合理高效地管理成品倉庫，是企業(yè)經(jīng)營管理的一個重要環(huán)節(jié)。穿梭子母車自動化物流系統(tǒng)可以在有限的占地面積內(nèi)最大化地提高庫存儲位，具備投資成本回報率高的特點(diǎn)。合理的總體規(guī)劃、良好的物流集成，將密集庫成功應(yīng)用到成品的生產(chǎn)入庫、庫存管理及商業(yè)訂單配送等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，可以全方位地加強(qiáng)企業(yè)物流管理水平，對生產(chǎn)和銷售提供輔助決策分析的數(shù)據(jù)支持，提高了人員工作效率，加強(qiáng)了物資的流動，降低了企業(yè)運(yùn)營成本，最終達(dá)到提高企業(yè)核心競爭力的目的。

五、結(jié)語

近年來，由于土地成本上升，密集式倉儲系統(tǒng)以其高密度存儲、自動化作業(yè)正在成為倉儲系統(tǒng)建設(shè)的趨勢；但密集式倉儲系統(tǒng)在節(jié)約空間的同時，出入庫效率明顯低于自動化高架庫。若在子母車分離調(diào)度以及整個物流信息系統(tǒng)上做些優(yōu)化，使得倉儲出入庫效率得以提高，也能取得不錯的效果。當(dāng)然，密集式自動化存儲的方式多種多樣，企業(yè)應(yīng)結(jié)合能力需求、投資預(yù)算等自身實(shí)際情況，來綜合確定采用何種倉儲模式，優(yōu)化規(guī)劃方案，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

雖然創(chuàng)新難，困難多，但我們還是可以用“快速試錯，小步快跑”的互聯(lián)網(wǎng)思路來試點(diǎn)先行、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、逐步推廣，努力轉(zhuǎn)變卷煙物流的發(fā)展模式，在新的發(fā)展階段和新的經(jīng)濟(jì)周期中不斷推動卷煙企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。