肖志良

佛山市安訊智能科技有限公司，廣東佛山 528031

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

大型離散制造業(yè)（如裝備、建材、汽車零配件、家具、家電等）的內(nèi)部供應(yīng)鏈管理問題始終是企業(yè)信息化的重點和難點，也是容易造成企業(yè)信息斷層的薄弱環(huán)節(jié)，內(nèi)部供應(yīng)鏈管理的有效性和科學(xué)性直接影響到企業(yè)運作的效率和成本，影響到企業(yè)的客戶關(guān)系和企業(yè)形象，從而影響企業(yè)的整體競爭力。在制造業(yè)的內(nèi)部供應(yīng)鏈中，倉儲管理又是重要和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大型制造業(yè)的內(nèi)部倉儲系統(tǒng)往往十分龐大和復(fù)雜，具有品種型號繁多、立體多元密集、動態(tài)變化迅速、空間操作面龐大等特點，企業(yè)常常因為物品進(jìn)庫未嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)先設(shè)定程序而造成出貨效率低下，貨物尋址困難，嚴(yán)重影響企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈管理。本系統(tǒng)針對大型制造業(yè)內(nèi)部倉儲系統(tǒng)的具體特點，采用RFID觸發(fā)容錯尋址方式，研究設(shè)計大型倉儲的智能管理模型，探索大型制造業(yè)的倉儲系統(tǒng)智能化管理的普遍規(guī)律，為工業(yè)化與信息化融合提供應(yīng)用模型。系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)如下：

1）通過信息化技術(shù)在大型制造業(yè)智能倉儲系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效提高企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈運行效率，降低內(nèi)部物流成本，杜絕企業(yè)內(nèi)部物流各環(huán)節(jié)的漏洞，避免出現(xiàn)供應(yīng)鏈信息斷層，提高企業(yè)信息化水平和整體競爭力；

2）通過分析大型制造業(yè)智能倉儲系統(tǒng)的典型事件流模型，研究設(shè)計一套適應(yīng)于大型離散制造業(yè)的內(nèi)部倉儲智能管理系統(tǒng)，通過配置化、移植化、模塊化等手段，形成典型的大型倉儲管理系統(tǒng)的應(yīng)用解決方案，為系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)；

3）我國是世界制造業(yè)基地，大型制造企業(yè)不乏其數(shù)，這些企業(yè)大多具備離散制造的特點，其內(nèi)部供應(yīng)鏈管理都面臨同樣的問題。本系統(tǒng)研究的成果可以在這些企業(yè)中得到很好的應(yīng)用，對推動我國制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2 大型倉儲系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

國內(nèi)大型制造企業(yè)的倉儲管理大致分為3種類型：傳統(tǒng)式的人工管理、依賴ERP系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理、智能倉儲管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的倉庫管理一般依賴于一個非自動化的、以紙張文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來記錄、追蹤進(jìn)出的貨物，完全由人工實施倉庫內(nèi)部的管理，因此倉庫管理的效率極其低下，所能管理的倉庫規(guī)模也很小。依賴ERP系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理是基于企業(yè)的局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，對倉儲的管理貨物或材料進(jìn)行計算機信息化管理，物品進(jìn)出倉依賴人工電腦輸入，并少量使用工作單的傳遞，貨物的堆放和定位靠事先的預(yù)定程序設(shè)定，操作者必須嚴(yán)格執(zhí)行，貨物的進(jìn)出平衡基本有保證，但尋址和定位就可能因為人的責(zé)任心或現(xiàn)場的客觀情況而難于實現(xiàn)精準(zhǔn)管理，通常要靠一段時間進(jìn)行一次盤點來理順，但盤點畢竟是事后行為，并不能實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)信息的實時化。智能倉儲管理系統(tǒng)常常采用條碼技術(shù)、二維碼技術(shù)甚至是RFID技術(shù)，對倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化的數(shù)據(jù)采集，保證倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性，確保企業(yè)及時準(zhǔn)確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù)，合理保持和控制企業(yè)庫存。目前，各大企業(yè)采用數(shù)據(jù)自動采集技術(shù)管理供應(yīng)鏈中的倉儲系統(tǒng)，其采集方法還是被動采集或半自動采集，數(shù)據(jù)采集終端通常裝配在托盤或叉車上，或者是操作者手持便攜式終端，無法做到密集貨架地址的唯一性，客觀上還是無法實現(xiàn)貨物的動態(tài)尋址，一定程度上還是依賴人的責(zé)任心。

我國的大型制造企業(yè)的內(nèi)部倉儲系統(tǒng)雖然龐大，但自動化程度還很低，建設(shè)機械化、自動化的倉儲系統(tǒng)投資也十分驚人，在未來很長時間內(nèi)還將維持目前現(xiàn)狀。因此設(shè)計一種既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，又能實現(xiàn)貨物自動容錯定位的倉儲管理解決方案，是一種既省錢又能達(dá)到智能管理目的的好方法，這也正是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

3 系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容

1）研究開發(fā)全新理念的主動采集、容錯尋址的RFID技術(shù)部署方案，包括貨物托盤電子標(biāo)簽設(shè)計及部署、多層密集貨架感應(yīng)天線設(shè)計及部署、密集采集分布式讀寫器設(shè)計及部署、多通道數(shù)據(jù)通訊路徑設(shè)計及部署、RFID原始信號的預(yù)處理（如隔離、分序、過濾、判斷及干擾處理等）、故障診斷及定位系統(tǒng)的設(shè)計等；

2）倉儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及軟件平臺設(shè)計，數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括貨物動態(tài)平衡數(shù)據(jù)庫設(shè)計、三維貨架狀態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、托盤狀態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、電子標(biāo)簽與讀寫器天線邏輯地址數(shù)據(jù)庫設(shè)計、邏輯狀態(tài)與物理狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫設(shè)計、內(nèi)部操作人員及操作設(shè)備數(shù)據(jù)庫設(shè)計等；軟件平臺設(shè)計包括倉儲監(jiān)控平臺、物品進(jìn)庫平臺、物品出庫平臺、貨架動態(tài)分配平臺、智能尋址平臺、托盤及操作設(shè)備調(diào)度平臺、盤點及統(tǒng)計平臺等；

3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)與ERP內(nèi)部供應(yīng)鏈管理接口設(shè)計。包括異構(gòu)數(shù)據(jù)的同步與訪問、ERP指令的接受、倉儲狀態(tài)的動態(tài)實時上傳等，以實現(xiàn)企業(yè)整體信息化。

4 系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題

1）解決適應(yīng)于金屬表面的電子標(biāo)簽和讀寫器天線的通訊有效性問題。眾所周知，金屬表面會改變電子標(biāo)簽和讀寫器的性能和參數(shù)，對數(shù)據(jù)采集造成嚴(yán)重干擾，影響電子標(biāo)簽的識讀和通訊，由于大型倉儲系統(tǒng)的載體單位的成品倉庫無論是貨架、托盤還是貨物很可能是金屬材料，在其上部署RFID技術(shù)，通訊的有效性是首當(dāng)其沖的難題；

2）解決密集讀寫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路隔離和地址匹配問題。大型倉儲的立體貨架、貨位和托盤都非常多，每個托盤都部署有電子標(biāo)簽，每個貨位都部署有讀寫天線，讀寫器的數(shù)量非常多，可見RFID數(shù)據(jù)通訊十分頻繁，一方面要建立物理位置與邏輯地址的對應(yīng)關(guān)系，處理好信號采集及通訊的排序、防沖突、防干擾、信號甄別、信號遴選等核心問題，處理好RFID觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)速度問題；另一方面要處理好信號的隔離問題，防止單元故障引發(fā)系統(tǒng)故障，同時通過診斷軟件，第一時間定位故障單元，以便及時排除故障；

3）解決RFID識讀的距離和極化問題。大型倉儲系統(tǒng)操作面龐大，貨物就位大多采用廠內(nèi)機動車協(xié)助，隨意性大，就位不可能十分理想，托盤電子標(biāo)簽與貨架讀寫天線的距離忽遠(yuǎn)忽近，角度也可能偏移。因此，讀寫距離和極化角度是一個直接影響數(shù)據(jù)采集有效性的關(guān)鍵問題，范圍過大會影響不同貨位之間的數(shù)據(jù)混讀，范圍過小則會造成漏讀。解決這一問題一方面要根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)定合適的讀寫距離和極化角度；另一方面要適當(dāng)設(shè)置屏蔽和隔離設(shè)施，以確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性；

4）解決貨物批次與托盤級管理的貨物分解與合成問題。由于采用了托盤管理，為提高空間利用率，很可能同一批次和型號的貨物分布在不同的托盤和貨架，這就是貨物批次分解問題。相反，在貨物量少的情況下，不同批次和型號的貨物可能存放于同一托盤和貨架內(nèi)，這就是貨物批次合成問題。因此，必須根據(jù)實際操作情況，分析并建立貨物分解和合成事件流模型，厘清并規(guī)范分解與合成的邏輯關(guān)系，形成標(biāo)準(zhǔn)的計算機解決方案，這樣既可提高軟件系統(tǒng)的可靠性，又便于技術(shù)平臺的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

5 系統(tǒng)設(shè)計的具體方法

5.1 總體方案設(shè)計

倉儲管理是企業(yè)供應(yīng)鏈管理的一個重要環(huán)節(jié)，必須基于企業(yè)的現(xiàn)行ERP系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計，才能實現(xiàn)其智能管理和科學(xué)決策功能。底層也就是原始信息采集層通過通訊系統(tǒng)將大量數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒?wù)器，以供管理及決策使用。因此，本項目總體設(shè)計的主要任務(wù)是倉儲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、管理軟件系統(tǒng)、與供應(yīng)鏈接口系統(tǒng)以及與企業(yè)ERP接口系統(tǒng)。圖1是本系統(tǒng)的總體設(shè)計體系結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

5.2 RFID部署設(shè)計

RFID部署的科學(xué)性直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、有效性和可用性，為實現(xiàn)RFID觸發(fā)容錯尋址，同時防止通訊路徑的相互干擾和沖突，RFID系統(tǒng)部署共分為三級網(wǎng)絡(luò)，一級網(wǎng)絡(luò)包含四個二級子網(wǎng)絡(luò)。每個二級子網(wǎng)絡(luò)包含20個三級子網(wǎng)絡(luò)。每個三級子網(wǎng)絡(luò)包含66～132個RF讀寫器節(jié)點。RF讀寫器及電子標(biāo)簽采用125kHz，傳輸方式采用485工業(yè)總線技術(shù)傳輸，電源采用分組供電方式，每6個RF讀寫器節(jié)點共用一個電源。

所謂觸發(fā)容錯尋址，就是操作者在運送貨物到貨架存放時，無論是嚴(yán)格按計算機事先安排的空位存放還是因多種原因造成錯誤存放，計算機系統(tǒng)都能通過RFID的實際觸發(fā)地址而進(jìn)行容錯處理，貨物及托盤的實際物理地址并不會出現(xiàn)混亂。本系統(tǒng)通過在密集貨架的每一個貨位上設(shè)計部署邏輯地址唯一的讀寫器或感應(yīng)天線，在每一個托盤上部署唯一UID碼的電子標(biāo)簽，一旦托盤進(jìn)入貨位的識讀范圍，即可觸發(fā)RFID系統(tǒng)動作，將貨物與貨架的對應(yīng)關(guān)系自動傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里始終保存著正確的地址信息。這種方式下允許人的操作誤差，并實現(xiàn)自動容錯，充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計的特點，同時大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

5.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)是實現(xiàn)管理功能和決策功能的載體和工具，軟件設(shè)計基于RFID采集的原始信息數(shù)據(jù)庫、物理倉儲系統(tǒng)抽象描述數(shù)據(jù)庫及貨物屬性描述數(shù)據(jù)庫，大型制造業(yè)內(nèi)部倉儲系統(tǒng)軟件設(shè)計至少包括如下平臺：動態(tài)監(jiān)管及調(diào)度平臺、入庫作業(yè)平臺、出庫作業(yè)平臺、移庫作業(yè)平臺、盤庫作業(yè)平臺、數(shù)據(jù)接口平臺、數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺等。

1）動態(tài)監(jiān)管及調(diào)度平臺：包括監(jiān)管倉庫的貨物存量、貨物流量、貨物存放物理及邏輯位置、發(fā)送入庫指令、發(fā)送出庫指令、貨物尋址指引、維持動態(tài)平衡等功能；

2）入庫作業(yè)流程：收貨檢驗=〉制作和粘貼標(biāo)簽=〉貨物進(jìn)托盤=〉現(xiàn)場計算機自動分配庫位=〉運送貨物到指定庫位（錯放了也沒關(guān)系，系統(tǒng)會自動容錯）=〉托盤與貨架自動對接通訊=〉每次操作的貨架號和對應(yīng)物品編號自動傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)計算機系統(tǒng)=〉計算機比對實際存放庫位與理論存放庫位是否一致=〉更新庫存數(shù)據(jù)庫；

3）出庫作業(yè)流程：中心計算機下達(dá)出庫計劃=〉現(xiàn)場計算機編制出庫指令=〉作業(yè)人員按數(shù)據(jù)終端提示，到達(dá)指定庫位=〉從庫位上取出指定貨物對應(yīng)的托盤=〉貨架與托盤脫離觸發(fā)RFID動作=〉貨物離開貨架的信息自動傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡(luò)=〉貨物運送到出口處=〉向現(xiàn)場計算機發(fā)回完成出庫作業(yè)信息=〉更新中心數(shù)據(jù)庫；

4）移庫作業(yè)流程：根據(jù)需要，計算機編制移庫指令=〉將需要移動的貨物對應(yīng)的托盤從貨架取出=〉貨架與托盤脫離觸發(fā)RFID動作=〉貨物離開貨架的信息自動傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡(luò)=〉運送貨物到指定庫位=〉托盤與貨架自動對接通訊=〉每次操作的貨架號和對應(yīng)物品編號自動傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)計算機系統(tǒng)=〉更新庫存數(shù)據(jù)庫；

5）盤庫作業(yè)流程：分為自動盤庫和人工盤庫。自動盤庫流程：計算機發(fā)出盤庫指令=〉對RFID全部單元進(jìn)行掃描=〉輸出盤庫結(jié)果=〉比較盤庫結(jié)果與貨物實際存量，不符時發(fā)出警示=〉向現(xiàn)場計算機發(fā)出盤庫結(jié)束信息。人工盤庫采用便攜式RFID數(shù)據(jù)終端和條碼終端，理論上并不需要人工盤庫，只有當(dāng)貨物、貨架、托盤出現(xiàn)匹配混亂時才需進(jìn)行；

6）數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺：包括生成統(tǒng)計分析報表、決策建議、倉儲效率分析、物流路徑優(yōu)化設(shè)計、操作者考核與作業(yè)量統(tǒng)計等。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)適應(yīng)于大型離散制造業(yè)（如裝備、建材、汽車零配件、家具、家電等）內(nèi)部供應(yīng)鏈管理的倉儲管理環(huán)節(jié)，著重解決大型制造業(yè)的內(nèi)部倉儲系統(tǒng)貨物自動尋址問題，同時本系統(tǒng)也是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，是“兩化融合”的經(jīng)典案例，有助于推動物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，加速推動我國制造業(yè)整體信息化的進(jìn)程。