智能倉庫管理系統(tǒng)和電子標(biāo)簽揀配系統(tǒng)在智能物流中的應(yīng)用

范 昊，范龍慶

（1.中國中車股份有限公司，北京 100039；2.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，青島 266111)

0 引言

隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的興起，制造業(yè)發(fā)展態(tài)勢和競爭格局面臨重大調(diào)整，發(fā)達(dá)國家紛紛提出了“工業(yè)4.0”、“再工業(yè)化”和“制造業(yè)回歸”等戰(zhàn)略[1]，對我國制造業(yè)發(fā)展形成強(qiáng)大沖擊。為充分應(yīng)對外部環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來的變化與挑戰(zhàn)，國家發(fā)布了“中國制造2025”制造強(qiáng)國戰(zhàn)略[2]，中國中車作為軌道交通裝備行業(yè)的排頭兵，響應(yīng)國家政策，先后申報(bào)了國家科技部和工信部多個(gè)智能制造新模式項(xiàng)目[3]，積極開展以智能制造為重點(diǎn)的轉(zhuǎn)型升級工作，在物流方面也積極進(jìn)行智能化改造，智能物流具備滿足用戶定制化、多品種、快速響應(yīng)等特點(diǎn)，是更具柔性化、更自動(dòng)化的物流配送模式[4]。本文重點(diǎn)闡述智能倉庫管理系統(tǒng)及電子標(biāo)簽揀配系統(tǒng)在智能物流中的解決方案，并通過在中車子公司的實(shí)際應(yīng)用介紹其效果。

1 智能物流組成部分及功能

智能物流由智能單元化物流技術(shù)[5]、智能物流裝備[6]、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[7]以及智能物流信息系統(tǒng)[8]等主要部分組成，下面進(jìn)行簡單介紹。

1.1 智能單元化物流技術(shù)

智能單元化物流技術(shù)將原來各個(gè)環(huán)節(jié)獨(dú)立存在的物流有效地整合成為一個(gè)整體，既連接了供應(yīng)商，也匯集了制造商和客戶，使整個(gè)物流系統(tǒng)更加合理化。單元化物流根據(jù)集裝器具可分為集裝箱單元化物流、托盤單元化物流和周轉(zhuǎn)箱單元化物流。

1.2 智能物流裝備

智能物流裝備是在物流裝備（如搬運(yùn)裝卸、運(yùn)輸、分揀、貨架等設(shè)備）上安裝RFID、GPS、激光導(dǎo)航等技術(shù)和設(shè)備，使其能夠通過共享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自我決策、自我尋址。將這些裝備加入到物聯(lián)網(wǎng)中，可以有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)定位、快速機(jī)動(dòng)等功能。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

正如互聯(lián)網(wǎng)是連接人與人之間的網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)是連接物與物之間的網(wǎng)絡(luò)，通過物聯(lián)網(wǎng)的連接，設(shè)備與設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，物聯(lián)網(wǎng)既滿足了智能物流網(wǎng)絡(luò)化的需求，也是實(shí)現(xiàn)物流全流程數(shù)字化的關(guān)鍵。

1.4 智能物流信息系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了智能物流中各個(gè)設(shè)備之間的連接與交互，在物聯(lián)網(wǎng)之上，需要一個(gè)能存儲(chǔ)和共享數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要具備良好的擴(kuò)展性，能夠與其他信息系統(tǒng)如ERP、MES等系統(tǒng)進(jìn)行對接，保證使用過程中數(shù)據(jù)信息的安全和準(zhǔn)確，使整個(gè)智能物流架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)作。

2 倉庫管理系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)的庫存管理模塊（以下簡稱WM系統(tǒng)），全新的倉庫管理系統(tǒng)（以下簡稱WMS系統(tǒng)）新增了較多功能，如圖1所示。

圖1 WMS系統(tǒng)和WM模塊之間的對比

WMS的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

1）精細(xì)管理方面，新增容器管理、作業(yè)權(quán)限管理等內(nèi)容；

2）先進(jìn)先出（FIFO）方面，在采取自有倉儲(chǔ)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，WMS系統(tǒng)可以控制不同批次不同倉位，以及優(yōu)先出庫即將失效的物料，全面保障先進(jìn)先出；

3）新增資源運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)了從無到有的轉(zhuǎn)變，新增按需求時(shí)間分配任務(wù)、按訂單相似度波次、急件插單管理等功能；

4）支持多作業(yè)系統(tǒng)，包括RFS手持系統(tǒng)作業(yè)，G2PS貨到人作業(yè)、HPS揀選小車作業(yè)等；

5）新增有效期管理和預(yù)警功能。

3 電子標(biāo)簽智能揀配系統(tǒng)

電子標(biāo)簽智能揀配系統(tǒng)[9]（以下簡稱DPS系統(tǒng)）通過電子標(biāo)簽指導(dǎo)員工快速揀配貨物，縮短員工無效移動(dòng)距離和找貨時(shí)間，提高揀選作業(yè)的便利性和訂單任務(wù)執(zhí)行過程監(jiān)控，同時(shí)對于區(qū)域內(nèi)物料倉位的管理，能夠保障信息流和實(shí)物流一致，實(shí)現(xiàn)物料精準(zhǔn)化JIT配送。DPS系統(tǒng)方案如圖2所示。

該系統(tǒng)支持ORACLE 9I/10G/11G及更高版本的數(shù)據(jù)系統(tǒng)作為后臺數(shù)據(jù)庫，支持WebService、中間數(shù)據(jù)表、視圖等多種接口，可根據(jù)不同角色確定不同的管理權(quán)限，并且該系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可直接推廣應(yīng)用至其他產(chǎn)線和庫房。

4 應(yīng)用案例

中國中車某子公司以實(shí)施智能制造項(xiàng)目為契機(jī)，對物流方面進(jìn)行了智能化改造，引入自動(dòng)化立體庫、WMS系統(tǒng)、DPS系統(tǒng)、AGV等，有效加快了物流輪轉(zhuǎn)速度，提升了生產(chǎn)效率。

4.1 實(shí)施方案

根據(jù)物料類別、特點(diǎn)及入庫需求等將庫房分為多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，包含立體庫區(qū)、閣樓區(qū)、平面區(qū)等，針對不同庫區(qū)設(shè)計(jì)最優(yōu)作業(yè)模式和流程，達(dá)成快速出入庫的目標(biāo)。

1）WMS系統(tǒng)在本項(xiàng)目中的自動(dòng)化作業(yè)模式分為：

（1）貨到人作業(yè)：通過貨到人揀選工作站系統(tǒng)，物料從立體倉庫中自動(dòng)取出并經(jīng)過輸送系統(tǒng)傳輸?shù)焦ぷ髡?，揀選人員根據(jù)系統(tǒng)屏幕提示的數(shù)量和目標(biāo)地點(diǎn)揀選，完成后系統(tǒng)將該物料重新送回庫，此模式下，揀選效率可達(dá)240項(xiàng)/h，相比傳統(tǒng)揀選方式提升超過90%；

（2）智能小車作業(yè)：利用集成化設(shè)計(jì)的揀選小車，實(shí)現(xiàn)庫房入庫、盤點(diǎn)、出庫作業(yè)，新增路徑導(dǎo)航優(yōu)化、多單共揀、自動(dòng)打印票據(jù)等功能，提升作業(yè)效率。

2）信息化倉儲(chǔ)管理方面，實(shí)現(xiàn)了：

（1）可視化管理方面，通過可視化看板系統(tǒng)、設(shè)備智能監(jiān)控和作業(yè)指示引導(dǎo)等功能，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)透明化、管理可視化；

（2）有效期管理方面，WMS系統(tǒng)可依據(jù)有效期預(yù)警策略進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警提示，同時(shí)可進(jìn)行移庫并觸發(fā)檢驗(yàn)任務(wù)，保證庫存物料的質(zhì)量可靠性。

DPS系統(tǒng)在本項(xiàng)目的架構(gòu)如圖3所示，包括基礎(chǔ)模塊管理、數(shù)據(jù)查詢模塊管理、移庫管理、出庫管理、庫存管理、看板管理等。

圖3 DPS系統(tǒng)架構(gòu)

DPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1）接收來自上位系統(tǒng)的生成計(jì)劃和生成訂單，計(jì)算出所需物料，形成波次策略后通過管理倉庫現(xiàn)場與每種物料一一對應(yīng)的指示燈，無需閱讀表單，精準(zhǔn)揀選物料，完成JIT配送，滿足產(chǎn)線的生成節(jié)拍；

2）可對料架上的物料進(jìn)行在庫管理以及后期維護(hù)支持，通過安裝在料架上的電子標(biāo)簽，為作業(yè)人員指示正確的物料信息，防止錯(cuò)配、漏配等異常情況；

3）根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃中產(chǎn)品的上線順序，按照工位組織物料需求，對應(yīng)到現(xiàn)場電子標(biāo)簽并點(diǎn)亮；

4）電子標(biāo)簽采用不同顏色并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前揀選作業(yè)的生產(chǎn)訂單流水號、揀選箱號、需求數(shù)量等信息，提供與MES、ERP等系統(tǒng)集成的接口，如圖4所示。

圖4 電子標(biāo)簽實(shí)施方案

DPS系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 DPS系統(tǒng)實(shí)物圖

4.2 實(shí)施效果

通過建設(shè)智能物流，該公司實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)：

1）貨到人揀選和全自動(dòng)化存儲(chǔ)，區(qū)域揀選周期降低54%；

2）存儲(chǔ)能力達(dá)38659 SKU，提升超過100%；

3）拉動(dòng)式物流配送，訂單配送提前期由1.5天縮短為≤30min；

4）準(zhǔn)時(shí)配送率由91.69%提升至98%，物料平均揀選時(shí)間由129.6s縮短至38.2s；

5）AGV小車實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航、多單共揀、賬物同步等功能。

5 智能物流應(yīng)用建議

不同行業(yè)，不同企業(yè)，在進(jìn)行智能物流建設(shè)的時(shí)候都會(huì)根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展和未來規(guī)劃制定不同的技術(shù)路線和解決方案，本文結(jié)合中車子公司智能物流的建設(shè)給出以下幾點(diǎn)建議。

1）重視規(guī)劃發(fā)展，要制定符合企業(yè)智能物流發(fā)展的規(guī)劃，確定發(fā)展路徑，在建設(shè)前必須理清企業(yè)的實(shí)際需求。

2）重視網(wǎng)絡(luò)安全，傳統(tǒng)的辦公網(wǎng)絡(luò)無法滿足智能化車間大量數(shù)據(jù)的傳輸要求，因此需要建立車間互聯(lián)互通的環(huán)形以太工業(yè)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)的可靠和快速傳輸。

3）重視信息系統(tǒng)，功能強(qiáng)大的WMS系統(tǒng)對智能物流來說必不可少，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的互聯(lián)互通，WMS系統(tǒng)必須有足夠的擴(kuò)展性，與MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、QMS系統(tǒng)等均能實(shí)現(xiàn)接口對接，完成系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)交互和數(shù)據(jù)集成。

4）重視企業(yè)實(shí)際，在追求智能制造的過程中，不必追求大而全，要貼合企業(yè)實(shí)際，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要做到行業(yè)內(nèi)可復(fù)制、可推廣，要有跨界思維，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

6 結(jié)語

本文以中車子公司的智能物流建設(shè)為例，重點(diǎn)闡述了基于WMS系統(tǒng)和DPS系統(tǒng)的智能物流解決方案。通過智能物流的建設(shè)，有效提升了企業(yè)的物流管理水平和運(yùn)作效率，加大倉儲(chǔ)與供應(yīng)鏈管理銜接程度，優(yōu)化倉儲(chǔ)管理，降低倉儲(chǔ)成本，為企業(yè)在激烈的市場競爭中取勝提供保障。