物流分揀系統(tǒng)中的優(yōu)化和容錯(cuò)技術(shù)

鄭德理

摘 要：近年來(lái)，物流領(lǐng)域的貨物分揀技術(shù)得到了較快地發(fā)展，煙草商業(yè)企業(yè)的分揀技術(shù)也得到了長(zhǎng)足地進(jìn)步，但由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)煙草企業(yè)受限于卷煙銷(xiāo)售結(jié)構(gòu)和季節(jié)性等特點(diǎn)，特別是在銷(xiāo)售旺季呈現(xiàn)出了超大幅度的增長(zhǎng)，而現(xiàn)有卷煙分揀系統(tǒng)根本無(wú)法有效地解決該問(wèn)題。隨著卷煙銷(xiāo)量增長(zhǎng)，如何對(duì)分揀系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并解決好當(dāng)前問(wèn)題已刻不容緩。該文以臺(tái)州煙草新組合式分揀系統(tǒng)為例，探討了物流分揀系統(tǒng)的優(yōu)化和容錯(cuò)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煙草物流分揀 電子標(biāo)簽分揀系統(tǒng) 通道式分揀系統(tǒng) 容錯(cuò)處理

中圖分類(lèi)號(hào)：F253 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0074-02

1 物流分揀優(yōu)化的重要性

物流配送主要由兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，分別是貨物分揀和貨物配送。根據(jù)有關(guān)研究[1]，在配送中心的成本比例中，分揀成本比重最大，約占了總成本的40%，因此，優(yōu)化分揀環(huán)節(jié)，提高分揀效率是節(jié)約物流成本的關(guān)鍵。我們以從煙草物流分揀入手，探求物流分揀系統(tǒng)中的優(yōu)化價(jià)值。

2 當(dāng)前分揀系統(tǒng)存在的問(wèn)題

結(jié)合臺(tái)州煙草實(shí)際運(yùn)行情況，我們發(fā)現(xiàn)目前的分揀系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題：一是分揀方式比較單一，靈活性不強(qiáng)，無(wú)法有效處理大數(shù)據(jù)量的分揀，從而造成了在分揀速度上的瓶頸，勞動(dòng)強(qiáng)度上升而無(wú)法化解。同時(shí)，由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，分揀系統(tǒng)的維護(hù)壓力也隨之增大。二是分揀系統(tǒng)本身已經(jīng)歷多次優(yōu)化提升，能實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步的優(yōu)化，其空間較為有限。因此，針對(duì)當(dāng)前的物流分揀技術(shù)，亟需通過(guò)優(yōu)化的方式，提過(guò)分揀效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，從而推進(jìn)分揀能力更上新的臺(tái)階。

3 分揀系統(tǒng)優(yōu)化

新構(gòu)建的組合式分揀系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)主要依據(jù)原有電子標(biāo)簽步進(jìn)式分揀系統(tǒng)和通道式分揀系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)而建，系統(tǒng)的優(yōu)化也根基于原有系統(tǒng)以及相關(guān)聯(lián)輔助系統(tǒng)。

3.1 新式分揀系統(tǒng)的組成

經(jīng)過(guò)對(duì)步進(jìn)式分揀系統(tǒng)和通道式分揀系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)分析，結(jié)合煙草企業(yè)卷煙銷(xiāo)售的特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)單獨(dú)依靠步進(jìn)式分揀系統(tǒng)或者使用通道分揀系統(tǒng)都不能很好地解決銷(xiāo)售旺季所帶來(lái)的壓力。而兩種分揀模式的有效組合能很好地解決當(dāng)前的問(wèn)題。以研究的臺(tái)州煙草物流分揀為例，我們可以通過(guò)對(duì)原有系統(tǒng)的改造，達(dá)到優(yōu)化的目的。改造如下。

（1）更改為組合揀貨分揀系統(tǒng)。新式揀貨分揀系統(tǒng)將從原來(lái)的6條步進(jìn)式分揀線，改為由4條步進(jìn)式分揀線和2條通道式分揀設(shè)備組合而成。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式分揀系統(tǒng)與通道分揀設(shè)備按照1∶2的比例進(jìn)行匹配組合，共組合成兩組。新的組合分揀系統(tǒng)主要包括專(zhuān)用上煙設(shè)備子系統(tǒng)、通道式分揀和電子標(biāo)簽分揀協(xié)同作業(yè)子系統(tǒng)、卷煙傳動(dòng)子系統(tǒng)、卷煙噴碼子系統(tǒng)、卷煙包裝子系統(tǒng)以及卷煙分揀軟件系統(tǒng)等組成。主要設(shè)備有：由流利式貨架、電子標(biāo)簽、步進(jìn)式輸送帶、通道式分揀機(jī)、包裝機(jī)、大幅面激光打碼機(jī)以及工控機(jī)等。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合。為新組合的一組分揀系統(tǒng)單獨(dú)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。并通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)狀況進(jìn)行全面的監(jiān)控。

3.2 新式分揀系統(tǒng)的體系架構(gòu)和功能模塊

3.2.1 體系架構(gòu)（如圖1所示）

核心數(shù)據(jù)層各模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方式：核心數(shù)據(jù)層主要由主庫(kù)分揀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及輔助數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)、卷煙庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)組成。分揀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)從調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)獲取送貨線路客戶訂貨相關(guān)信息，從卷煙庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)獲取卷煙等信息。分揀數(shù)據(jù)庫(kù)主要功能是分揀管理系統(tǒng)以及分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。涉及的主要部件有工控機(jī)、操作系統(tǒng)軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件等。

應(yīng)用支撐層各模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方式：應(yīng)用支撐層由各大系統(tǒng)組成，主要包括分揀管理系統(tǒng)、分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)，以及輔助支持的配送智能調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)、卷煙倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)。

分揀管理系統(tǒng)承擔(dān)分揀作業(yè)的主要功能。從配送智能調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)中獲取分揀數(shù)據(jù)，分配出當(dāng)前分揀組的分揀任務(wù)，并進(jìn)行卷煙分揀的預(yù)處理，在啟動(dòng)系統(tǒng)后，借助卷煙倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)獲取卷煙庫(kù)存信息，通過(guò)分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理子系統(tǒng)對(duì)分揀過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。卷煙分揀中的過(guò)程，分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀過(guò)程中的監(jiān)控以及出現(xiàn)故障的處置等流程；而配送智能調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)、卷煙倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)主要提高客戶訂單信息以及卷煙信息。

核心服務(wù)層各部分的功能和實(shí)現(xiàn)：核心服務(wù)層主要有上煙補(bǔ)煙子系統(tǒng)、通道式分揀和步進(jìn)電子標(biāo)簽子系統(tǒng)、激光打碼子系統(tǒng)、高速包裝子系統(tǒng)、打印送貨單子系統(tǒng)、紙箱回收子系統(tǒng)以及集貨裝車(chē)子系統(tǒng)組成。這些子系統(tǒng)從物理層面看，它們代表著是分揀系統(tǒng)的硬件組成部分，該核心服務(wù)層集成了該分揀系統(tǒng)的全部功能。該層的主要部件包括了激光打印機(jī)、高速卷煙包裝機(jī)以及實(shí)時(shí)打印機(jī)等硬件子系統(tǒng)。

上煙補(bǔ)煙子系統(tǒng)可以仍然按照原有的分揀模式進(jìn)行。分別在分揀前進(jìn)行各條分揀線旁邊進(jìn)行備貨和上煙。

激光打碼子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)傳輸帶上的卷煙進(jìn)行激光打碼。該子系統(tǒng)對(duì)來(lái)自通道機(jī)或步進(jìn)式分揀線出來(lái)的卷煙進(jìn)行激光打碼，同時(shí)將該條碼上傳給臺(tái)州煙草局信息中心專(zhuān)用服務(wù)器，并與國(guó)家局服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。經(jīng)激光打碼后的卷煙將經(jīng)過(guò)疊煙設(shè)備后轉(zhuǎn)入包裝環(huán)節(jié)。

高速包裝子系統(tǒng)考慮到通道式設(shè)備的使用，速度明顯的提高，將在通道式分揀機(jī)系統(tǒng)中更改為時(shí)速400包的高速包裝機(jī)。每條分揀線均配備一套高速包裝設(shè)備。

打印送貨單子系統(tǒng)，按照送貨線路的順號(hào)進(jìn)行打印，與傳統(tǒng)分揀線不同之處就是新組合的分揀系統(tǒng)進(jìn)行的是實(shí)時(shí)打票，而原有系統(tǒng)能夠進(jìn)行提前打票。

紙箱回收子系統(tǒng)主要功能就是回收件煙的包裝外殼，空箱輸送線可以設(shè)置在電子標(biāo)簽貨架或通道機(jī)貨架上方，方便揀選人員分揀過(guò)程中回收空箱。

集貨裝車(chē)子系統(tǒng)主要是為送貨工作做預(yù)先的準(zhǔn)備。送貨員打印送貨單后，到發(fā)貨暫存區(qū)的指定區(qū)域核對(duì)后，裝載上車(chē)，送到目的地。

表現(xiàn)層的功能和實(shí)現(xiàn)：表現(xiàn)層的主要功能就是與人進(jìn)行交互的信息提示，主要部件包括各類(lèi)指示燈、顯示器、蜂鳴器發(fā)出的報(bào)警聲、LED屏以及打印出來(lái)的各類(lèi)資料。

可以用5字LED屏用來(lái)顯示卷煙品牌的名稱；用紅、黃、綠指示小燈來(lái)提示設(shè)備使用狀態(tài)；用蜂鳴省來(lái)進(jìn)行報(bào)警提示；還用可以電子標(biāo)簽數(shù)顯來(lái)表示當(dāng)前位置的卷煙數(shù)量等。

3.2.2 臺(tái)州煙草新型組合分揀系統(tǒng)流程

獲取分揀業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：根據(jù)臺(tái)州煙草配送智能調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)（該應(yīng)用系統(tǒng)用于送貨線路安排）優(yōu)化的最優(yōu)客戶配送方案結(jié)果，與客戶訂單下載配送順序、客戶、訂單信息至分揀管理機(jī)。

分配揀選任務(wù)：根據(jù)電子標(biāo)簽分揀線和通道式分揀系統(tǒng)的使用情況，把獲取到的分揀業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按線路集中、相對(duì)均衡原則分配至啟用的標(biāo)簽分揀線和通道分揀機(jī)。

上傳一號(hào)工程揀選順序文件：由分揀管理系統(tǒng)把分配好的各分揀線分揀順序信息實(shí)時(shí)地上傳至一號(hào)工程控制機(jī)。

啟動(dòng)分揀：根據(jù)標(biāo)簽線第一張揀選訂單，在每一個(gè)揀選工位按啟始按鍵，系統(tǒng)將訂單發(fā)送到標(biāo)簽線上相應(yīng)的工位；通道機(jī)分揀系統(tǒng)根據(jù)獲取的分揀數(shù)據(jù)發(fā)送到通道機(jī)終端。

啟動(dòng)揀選任務(wù)：電子標(biāo)簽分揀系統(tǒng)環(huán)節(jié)是根據(jù)客戶訂單，提示首位揀選人員發(fā)起訂單，點(diǎn)亮當(dāng)前客戶揀選品牌標(biāo)簽和顯示揀選數(shù)量；停放器落下，卷煙被停止在當(dāng)前揀選工位，并等待前一個(gè)揀選工位完成揀選任務(wù)后發(fā)送松開(kāi)信號(hào)。

分客戶打一號(hào)工程碼、自動(dòng)包裝、打印送貨小票：經(jīng)分揀后的卷煙進(jìn)入一號(hào)工程激光打碼操作，一號(hào)工程打碼機(jī)采用停放器松開(kāi)換進(jìn)行激光打碼。打碼結(jié)束后，進(jìn)入自動(dòng)包裝裝置進(jìn)行自動(dòng)包裝；包裝好后，在傳輸帶上經(jīng)過(guò)激光打印機(jī)進(jìn)行送貨小票打印。

協(xié)同、裝車(chē)配送：通道機(jī)分揀線依據(jù)分揀卷煙包所在匹配線路進(jìn)行分流，進(jìn)入各自的緩沖區(qū)。等待匯合的緩沖區(qū)卷煙包，在接受到匯流指令后與步進(jìn)式標(biāo)簽分揀線進(jìn)行匯合。而后再由發(fā)貨人員裝籠車(chē)將卷煙包按線路推至發(fā)貨暫存區(qū)等待第二天配送。

系統(tǒng)接口情況：新式揀貨系統(tǒng)仍然以WMS（倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)）為基礎(chǔ)。電子標(biāo)簽系統(tǒng)、通道分揀線與WMS進(jìn)行配合完成整個(gè)分揀任務(wù)。

4 新式分揀系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)分析

臺(tái)州煙草分揀系統(tǒng)自2005年上線以來(lái)已經(jīng)使用了多年，各子系統(tǒng)運(yùn)行較為成熟，但系統(tǒng)運(yùn)行年份較長(zhǎng)，機(jī)械等故障也會(huì)時(shí)有發(fā)生，要保障分揀系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行，分揀系統(tǒng)的容錯(cuò)機(jī)制不可缺少的。

4.1 容錯(cuò)機(jī)制的組成

在分揀系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中，需要對(duì)容錯(cuò)機(jī)制進(jìn)行同設(shè)計(jì)、同開(kāi)發(fā)和同實(shí)施。該容錯(cuò)機(jī)制涉及的主要技術(shù)和部件包括以下幾個(gè)方面。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件子模塊，主要包括分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)。

分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理軟件接收來(lái)自分揀管理系統(tǒng)中反饋的故障信息，并按照預(yù)先設(shè)置的容錯(cuò)方案，及時(shí)調(diào)整同一組織單元，按照預(yù)置的分揀方案進(jìn)行分揀，而不直接停止。在當(dāng)原分揀系統(tǒng)經(jīng)維修恢復(fù)后，通過(guò)分揀管理信息系統(tǒng)，及時(shí)將恢復(fù)信息反饋給分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行重新調(diào)整后，將啟動(dòng)原有方案進(jìn)行。

分揀輔助提示性硬件設(shè)備主要包括電子標(biāo)簽的顯示、信號(hào)燈的閃爍、蜂鳴器發(fā)出的報(bào)警聲以及打印機(jī)打印信息的提示等。在故障發(fā)生后，某臺(tái)分揀設(shè)備處于暫時(shí)的停止?fàn)顟B(tài)，分揀監(jiān)控和容錯(cuò)管理系統(tǒng)，接收到相關(guān)信息后，立即按照預(yù)置的方案做分揀任務(wù)調(diào)整，將分揀的任務(wù)自動(dòng)切換，并觸發(fā)信號(hào)燈、報(bào)警聲，以及及時(shí)傳輸通過(guò)控制器及時(shí)傳輸指令到電子標(biāo)簽設(shè)備上，進(jìn)行顯示，及時(shí)提醒作業(yè)人員。

4.2 容錯(cuò)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式

新系統(tǒng)為在分揀系統(tǒng)容錯(cuò)能力上得到了較大的提升，能很好地處理分揀線上出現(xiàn)的故障。其實(shí)現(xiàn)方式主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的整合、分揀故障不同級(jí)別響應(yīng)以及不同情景的實(shí)現(xiàn)機(jī)制等。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)的整合。將對(duì)原有數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)功能進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)個(gè)數(shù)從6個(gè)調(diào)整為2個(gè)。數(shù)據(jù)庫(kù)整合主要依賴于良好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和計(jì)算機(jī)硬件的性能的快速發(fā)展和提升。

（2）分揀故障不同級(jí)別響應(yīng)。我們首先進(jìn)行故障級(jí)別的判斷，可以分為3種級(jí)別的故障類(lèi)型，分別是一般故障、機(jī)械故障以及重大故障。一般故障，是指在幾分鐘內(nèi)就能迅速給予解決，例如共控機(jī)死機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)連接不成功等故障；機(jī)械故障，是指能在1 h之內(nèi)給予解決的故障，例如電子標(biāo)簽故障、機(jī)械電器類(lèi)故障等；重大故障，是指在1 h之內(nèi)無(wú)法解決的故障類(lèi)型。針對(duì)一般故障和機(jī)械故障，通常情況下，我們采用的是等待的方法，只有在特別緊急情況下，才考慮切換到另一條分揀線上進(jìn)行處理。針對(duì)重大故障，新分揀系統(tǒng)與原有分揀系統(tǒng)基本一致。對(duì)未分揀完的送貨線路根據(jù)配貨的緊迫程度，在另一條步進(jìn)式分揀線分揀完當(dāng)前的送貨線路或者在另一條步進(jìn)式分揀線分揀完成后再切換分揀。原有2條步進(jìn)式分揀線互為備份，達(dá)到容錯(cuò)的目的。

（3）不同情景的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。不同情景主要分為通道機(jī)故障和步進(jìn)式分揀線故障。通道機(jī)分揀線出現(xiàn)故障進(jìn)行容錯(cuò)處理：在卷煙分揀過(guò)程中，一旦通道機(jī)分揀線出現(xiàn)故障[2]，例如通道機(jī)上的某個(gè)規(guī)格卷煙無(wú)法分揀，即一條分揀線上的某個(gè)或多個(gè)分揀線上通道機(jī)出現(xiàn)故障，分揀監(jiān)控系統(tǒng)在獲取信息后，通過(guò)服務(wù)器立即將該次分揀以及后續(xù)分揀數(shù)量自動(dòng)切換到步進(jìn)式分揀系統(tǒng)，并由軟件系統(tǒng)發(fā)出警告聲，及時(shí)告知操作人員，而其他通道機(jī)以及其他設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行分揀。與此同時(shí)，步進(jìn)式分揀線在接收數(shù)據(jù)信息后，在琉璃式貨架上的電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并發(fā)出告警聲進(jìn)行提示，這樣原本在通道機(jī)上的分揀數(shù)量可以無(wú)縫地切換到通道機(jī)設(shè)備上，補(bǔ)貨人員只需要按照電子標(biāo)簽顯示的數(shù)量進(jìn)行揀貨即可。步進(jìn)式分揀線出現(xiàn)故障時(shí)的容錯(cuò)處理：在步進(jìn)式分揀線出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)故障級(jí)別判斷進(jìn)行響應(yīng)的處置。

5 結(jié)語(yǔ)

文中提出了新型的卷煙分揀模式，對(duì)新系統(tǒng)的體系和功能模塊進(jìn)行了構(gòu)建，系統(tǒng)地分析了各個(gè)環(huán)節(jié)所要建立的新型分揀模式的工作流程。本文提出了實(shí)現(xiàn)新型卷煙分揀模式需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，解決了電子標(biāo)簽無(wú)法解決的分揀容錯(cuò)問(wèn)題。

物流分揀系統(tǒng)的優(yōu)化和容錯(cuò)尚有很大的提升空間，如何更好地實(shí)現(xiàn)分揀系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的速率匹配，是今后分揀設(shè)備研究的一大方向。

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