基于人工智能的自動化選貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王占文

(承德市可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)服務(wù)中心，河北 承德 067000)

目前，人工智能技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)生活、醫(yī)療健康、環(huán)境保護(hù)等各方面廣泛的應(yīng)用。倉儲物流作為一個快速發(fā)展的行業(yè)，深受人工智能的深刻影響。一些大型的電商平臺和物流企業(yè)，都在致力于發(fā)展新一代智能物流設(shè)備及系統(tǒng)。中小企業(yè)也在根據(jù)自身的實(shí)際情況，對既有設(shè)備進(jìn)行改造或優(yōu)化升級。依托傳統(tǒng)自動化設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，將人工智能的基本算法融入其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在某些工況下的智能化，是一種可供中小企業(yè)選擇的設(shè)計(jì)方案[1-4]。

1 智能化選貨系統(tǒng)預(yù)期功能

某地區(qū)連鎖超市為回饋消費(fèi)者，會經(jīng)常向會員發(fā)放一些贈品，包括各類試用品、節(jié)日禮品和小件用品等。為此，常需要安排多名工作人員進(jìn)行贈品的發(fā)放，不僅會占用大量人力，并且還會因?yàn)榕R時安排的工作人不了解消費(fèi)者的實(shí)際需求，而導(dǎo)致贈品選擇不合適，得不到消費(fèi)者認(rèn)可等問題。為了節(jié)約人力成本，同時能夠更好向消費(fèi)者發(fā)放適合的產(chǎn)品，該超市計(jì)劃引進(jìn)一批智能化選貨設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)向消費(fèi)者準(zhǔn)確發(fā)放贈品。傳統(tǒng)的自動化倉儲系統(tǒng)難以滿足在無人工干預(yù)的情況下自主選擇贈品出庫，人工干預(yù)的情況下會降低效率，人工智能算法恰好能解決這一問題。

1.1 結(jié)構(gòu)功能

在結(jié)構(gòu)上，主要遵循傳統(tǒng)自動化立體倉庫的設(shè)計(jì)思路，同時結(jié)合實(shí)際使用環(huán)境，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的具體設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的自動化立體倉庫，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)的功能主要包括貨品入庫和出庫兩個方面。一個典型的入庫流程需要包括入庫申請、貨物準(zhǔn)備、信息識別與分析、貨位尋址及入庫和庫存信息更新等內(nèi)容[5]，如圖1所示。

出庫作業(yè)的主要流程與入庫作業(yè)相似，只是貨品的流向不同，如圖2所示。

本文所涉及到的智能化選貨系統(tǒng)除具有相似流程的入庫和出庫功能外，特殊之處在于貨品存儲種類少，常以小型物品為主，且出庫規(guī)模小，通常是可以設(shè)置在結(jié)賬出口附近，消費(fèi)者在完成付款后，能夠快速響應(yīng)，完成贈品出庫。因此，可以設(shè)計(jì)小型儲存貨架，減小占地面積，同時采用提高人工補(bǔ)貨頻率的方式來彌補(bǔ)存儲量的不足。對應(yīng)的揀選設(shè)備，其對應(yīng)的運(yùn)動范圍主要是X和Z向，宜采用適于扁平空間的直角坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。

1.2 數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能方面主要實(shí)現(xiàn)出入庫信息記錄、庫存數(shù)據(jù)管理與更新、用戶數(shù)據(jù)分析等。其中出入庫信息記錄、庫存數(shù)據(jù)管理和庫存數(shù)據(jù)更新主要是確定當(dāng)前貨品的種類、數(shù)量位置等信息，用戶數(shù)據(jù)分析主要是確定該用戶的消費(fèi)習(xí)慣，用來實(shí)現(xiàn)給用戶揀選適合的贈品，也是實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)從自動化到智能化的關(guān)鍵。

整個存儲區(qū)域，采用電子化標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。即通過計(jì)算機(jī)對貨位進(jìn)行虛擬的區(qū)域劃分，并賦予相應(yīng)的標(biāo)簽，該標(biāo)簽同樣賦給準(zhǔn)備入庫的貨品，即相應(yīng)的贈品。需要入庫時，只需要操作人員將待入庫物品放置在指定區(qū)域，即可完成圖1所示的入庫流程。當(dāng)需要更新贈品內(nèi)容時，只需要更改后臺的電子標(biāo)簽，即可完成對新貨品的貨位分配與自動入庫。

商家可以根據(jù)預(yù)期贈品的類型對貨品進(jìn)行分類，可以包括食品、用品、工具、服裝等大類，大類下面還可以有小類，如食品可以包括兒童食品、零食、熟食、蔬菜等，每一小類還可以繼續(xù)細(xì)分特征，包括價格，顏色，尺寸，重量，材質(zhì)，口味等方面。系統(tǒng)會識別貨品的信息后，將其存儲在指定的區(qū)域。當(dāng)需要向消費(fèi)者發(fā)放贈品時，系統(tǒng)識別其用戶信息，同樣是以上述分類為基礎(chǔ)，并從多個維度分析出用戶的特點(diǎn)，判斷出最適合的贈品并完成出庫。

2 基于人工智能的自動化選貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)組成

基于人工智能的自動化選貨系統(tǒng)，其基本組成應(yīng)包含立體倉庫、揀選設(shè)備、輸送機(jī)、控制系統(tǒng)和其他附件等。其中立體倉庫可以根據(jù)實(shí)際規(guī)模大小，配置不同數(shù)量的存儲貨位。揀選設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)將貨品放入相應(yīng)的貨位，或從目標(biāo)貨位將貨品取出并轉(zhuǎn)給輸送機(jī)。各功能的實(shí)現(xiàn)，主要在于控制系統(tǒng)對后臺的數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果發(fā)送給各結(jié)構(gòu)運(yùn)動控制器，控制器進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)動作。為了更好的保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，還需要有其他輔助單元，如聲光警報器裝置等。圖3為智能選貨系統(tǒng)的組成圖。

2.2 人工智能算法應(yīng)用

本文使用樸素貝葉斯(Bayes)分類算法實(shí)現(xiàn)上述功能，其基本數(shù)學(xué)原理是貝葉斯公式：

(1)

式中P(c)表示事件C發(fā)生的概率，P(c|x)為事件C在事件x中發(fā)生的概率。

為了驗(yàn)證該算法在設(shè)計(jì)方案中應(yīng)用的可行性，建立了一個含有300個用戶模擬消費(fèi)記錄的簡化數(shù)據(jù)模型。結(jié)合當(dāng)前酒杯、玩具和口紅三個贈品的特點(diǎn)，設(shè)定可供參考的關(guān)聯(lián)標(biāo)簽為酒類、奶粉和化妝品，每個標(biāo)簽各選100名消費(fèi)者，將其消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，用1表示發(fā)生此項(xiàng)消費(fèi)，0表示未發(fā)生此項(xiàng)消費(fèi)，如表1所示。據(jù)此，可以訓(xùn)練出一個數(shù)據(jù)模型，當(dāng)一個新的消費(fèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，便可以通過該模型預(yù)測其購買(需要)酒類、奶粉和化妝品的概率的大小，進(jìn)而關(guān)聯(lián)產(chǎn)生哪個贈品更適合。

表1 模擬消費(fèi)數(shù)據(jù)記錄表

可見，標(biāo)簽商品酒類、奶粉和化妝品發(fā)生的概率是相等的，均為1/3，近似取0.33，分別記作P(酒)=0.33，P(奶)=0.33，P(化)=0.33。下面以酒類標(biāo)簽下發(fā)生食品事件的概率進(jìn)行說明：假設(shè)在100個酒類標(biāo)簽消費(fèi)者中，有食品消費(fèi)的人數(shù)是68人，沒有食品消費(fèi)的人數(shù)是32人，則記做P(食|酒)T=0.68，P(食|酒)F=0.32。同理，假設(shè)P(服|酒)T=0.43，P(服|酒)F=0.57，P(工|酒)T=0.71，P(工|酒)F=0.29。當(dāng)遇到某一消費(fèi)者發(fā)生未購買食品，已購買服裝和工具的情況時，便可以將前面得到的概率值代入式(1)進(jìn)行計(jì)算，從而得到該消費(fèi)者購買酒類的概率P(酒|X)=P(酒)×P(食|酒)F×P(服|酒)T×P(工|酒)T=0.032 2。

同理，可以計(jì)算得到P(奶|X)和P(化|X)。

盡管計(jì)算結(jié)果并非消費(fèi)者對某贈品的實(shí)際需求期望值，但是可以通過比較不同贈品之間的概率值大小，較為準(zhǔn)確的得出消費(fèi)者對當(dāng)前贈品需求程度的排序，即得到了該消費(fèi)者適合贈品的標(biāo)簽。

將上述計(jì)算過程通過程序語言進(jìn)行計(jì)算(貝葉斯算法為常見經(jīng)典程序代碼，本文略)，得到各贈品適合程度的概率值并排序后，將排在最前面的信息發(fā)送給控制器，控制器將該結(jié)果與電子標(biāo)簽關(guān)聯(lián)，可以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行選貨出庫。這樣就完成了一次基于人工智能算法的自動化選貨操作。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于人工智能的選貨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過經(jīng)典的樸素貝葉斯算法與自動化倉儲系統(tǒng)的結(jié)合，能夠達(dá)到準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)根據(jù)顧客的消費(fèi)習(xí)慣為其推薦適合的贈品的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且能夠隨著數(shù)據(jù)的積累，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性的不斷提高。此外，還可以通過使用更為先進(jìn)的算法，對設(shè)備的智能化進(jìn)一步升級，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。