智能化電子標簽貨物分揀系統設計與實現

佘 勇

（貴州電子信息職業技術學院 計算機科學系，貴州 凱里 556000）

1 引言

在整個物流體系中，物流中心扮演著重要的角色，其主要功能包括貨物的倉儲、運輸、裝卸、搬運、分揀、包裝、流通加工，以及物流信息處理等內容[1]，如圖1所示。

圖1 物流中心主要功能

貨物分揀是整個物流中心最復雜的一項任務，旨在有限的時間內迅速、正確的將顧客訂購的商品加以匯集[2-3]。其中物流中心與貨物分揀直接相關的成本占總人工成本50%以上，占總物流成本的15%-20%，且占整個物流中心業務時間的30%-40%，就成本、人力，或者是時間的角度來看，都顯示了貨物分揀業務的重要性。因此，如何規劃及導入一套適當的貨物分揀系統或設備，并在物流中心運用先進技術與設備來改善分揀效率，并同時兼顧揀取正確率，一直是物流現代化努力的方向。

借助計算機系統與電子設備相結合的智能化電子標簽技術，分揀系統可以在最短時間內從倉庫中準確找到要出庫的物品所在的位置，將從不同儲位上取出的貨物按照配送地點送到不同區域進行分揀，對于物流中心貨物分揀效率的提升非常顯著，一般可達到30%以上，同時在揀取正確率方面也有令人滿意的成效，幾乎可以達到99.9%以上的正確率。目前基于智能化電子標簽技術的貨物分揀已經成為廣為采用且成效最卓著的貨物分揀方法[4]。

基于射頻識別的電子標簽技術在智能化貨物分揀系統實現中有著巨大的發展空間[5-8]。本文研究了輥子浮出式貨物分揀裝置下，一種新型智能化電子標簽貨物分揀系統的設計與實現。

2 貨物分揀系統業務流程

貨物分揀系統的目標是在無貨物分揀錯誤率的情況下將貨品及時配送給顧客。整個貨物分揀的流程分為如下幾個部分：

（1）貨物分揀數據的形成─即將顧客訂單資料轉換成可供分揀使用的信息，包括書面與電子化的貨物分揀信息，在此基礎上形成貨物分揀指示。

（2）貨物搬運─進行貨物分揀時，需要貨物出現在分揀員面前。該過程即貨物分揀人員按照貨物分揀指示行走至物品放置處與揀取完后搬運行走至暫存區。

（3）貨物揀取─按照貨物分揀指示走至儲位附近后，找尋正確的儲位，并且自揀取儲位揀取正確貨物的項目與數量。

（4）分類與集中─當找到正確儲位后，依貨物分揀指示揀取所需數量及做確認。揀取完后，如果采取批量揀取，則需按照顧客訂單加以分類整理。按照顧客訂單揀取完后或分類后，再按照配送車輛路線加以分區集中暫存。

整個貨物分揀流程如圖2所示。

圖2 貨物分揀業務流程

3 智能貨物分揀系統設計

在本文的智能化電子標簽貨物分揀系統中設計了5 個分揀道口，貨物的輸送滾道采用的是橢圓環形，分揀系統的總體布局如圖3所示，即在每個分揀道口上設置一個輥子浮出式分類裝置，貨物沿滾道逆時針運動。

圖3 分揀系統總體布局圖

將原現場整個理貨區域分為四個小區段，每個區段配置20個電子標簽及一個中文字幕機用以顯示業務項目的名字。業務人員采取單邊播種理貨方式[9]，行走一圈后不僅可以將某一單品的業務完成，同時尚可繼續進行下一個貨物。在起頭端，控制計算機處共設置有兩支條形碼掃描儀，其一為貨物分揀前可以針對各貨物進行總量查核之用的掃描儀，這是Keyboard接口，另一支掃描儀則是為各貨物欲進入播種分類區前的掃讀條形碼，具有RS232界面并配有RS232轉RS485的轉換器。

系統主要功能包括如下幾個主要模塊：標簽信息讀取與識別子模塊、貨物分揀子模塊、數據輸出子模塊等。下面分別介紹主要的子模塊的設計過程：

（1）貨物標簽信息讀取與識別子模塊。系統在入口和各出口分別安裝了射頻讀寫器，使貨物在不同運動狀態下都能實現信息的實時更新和動態跟蹤。在系統中采用固定式解讀器，分別分布在不同滾道和分揀道口，且與PLC 控制單元相連，當解讀器得到信息之后，將控制信號反應到PLC上驅動相應的動作部件開始分揀。

當貨物從入口進入后，射頻讀寫器對電子標簽上的信息讀出，并分配分揀道口，安裝在入口機架下方的壓力傳感器將貨物的重量稱出（貨物毛重）。如果貨物重量超出分揀裝置分揀貨物的最大值時，貨物將沿著滾道運行，并從回流口返回。當分揀物到達分揀道口，射頻讀寫器識別貨物，輥子浮出式分揀裝置的電動機和液壓缸得到信號，短輥子浮出并轉向，貨物即被分揀。輸送在線獲得的信號（電子標簽的識別信號、貨物的定位識別信號、貨物的重量信號等）和當貨物通過輥子浮出式分揀裝置時短輥子的作用信號（沉浮和轉向信號、轉向角度信號）被一并發送到主控微機上，從而實現貨物標簽信息的讀取。除此之外，另外一個掃描設備用來獲取貨物數量信息。當理貨人員從倉庫將各單品的需求總量揀出后，可至電子標簽貨物分揀系統的控制計算機前以條形碼掃描儀掃讀商品條形碼后，并通過計算機屏幕所顯示的總量進行播種分類前的總量核查，以確保業務的正確性。如圖4所示。

圖4 貨物類型與數量掃描

（2）貨物分揀子模塊。分揀系統的控制是該子模塊實現的關鍵。在該過程中，主控微機與WMS 系統相連接，最終貨物的運動狀態由WMS系統來實現集中控制管理，分揀系統控制流程如圖5所示，在圖中可以看出貨物運行到不同位置與控制中心的信息交換。

圖5 貨物分揀控制流程

在執行貨物分揀時，理貨人員可將整商品分搬至小推車/臺車上，提高業務人員于播種分類時的效率。由于采取分區播種，同一時間可以有多種不同貨物在整個播種區域內作業，每一區配置一個中文顯示廣告牌以顯示各區段正在工作的名稱，以提升人員的辨識精度。智能化電子標簽貨物分揀系統的工作流程如圖6所示。

圖6 基于智能電子標簽的貨物分揀

4 系統硬件架構實現

系統硬件架構如圖7所示。主要硬件包括：

（1）電子標簽系統主控計算機與外接的控制器，是以ethernet為主要的網絡架構，采用TCP/IP通訊協議，傳輸速度可達10/100Mbps。

（2）在WIN95/98/2000/NT操作系統下，一部個人計算機依可用的IP數來決定可接多少電子標簽系統組件。系統中采用TCP/IP 控制器(AT500/AT500N)：每個控制器有5 個接頭，每個接頭可控制30 個標簽組件，則每個TCP/IP 控制器可控制150個標簽組件(含電子標簽、顯示器等)。

（3）電子標簽系統的所有組件均采cable-less，可任意移動及裝卸。在標簽的面板設計上，除了燈號與按鍵外，尚有一可顯示數量的5位數LED顯示設計。標簽設計除有燈號外，尚有蜂鳴的功能。中文字幕機可顯示中文字。

圖7 基于智能電子標簽的貨物分揀系統硬件架構

5 結語

經過多年的實際運用及產品設計改良，智能化電子標簽技術在物流系統中得到了廣泛的應用。將智能化電子標簽技術運用射頻識別與智慧化控制策略，能夠實現貨物在分揀過程中的準確信息采集、傳輸、回饋和控制等，在物流系統中有著廣泛重要的應用前景。

[1]劉昌祺.物流配送中心設計[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2]劉昌祺.物流配送中心揀貨系統選擇及設計[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3]傅靜芳.配送中心的揀貨作業模式研究[J].物流技術,2005,(3).

[4]游戰清,李蘇劍,等.無線射頻識別技術理論及應用[M].北京:電子工業出版社,2004.

[5]萬隆君,徐軼群.基于感應式電子標簽的物流自動化管理系統[J].集美大學學報(自然科學版),2003,8(3):267- 270.

[6]徐強.電子標簽揀貨系統的研究與設計[J].物流科技,2008,(4).

[7]陳軍統.電子標簽揀貨系統的設計[J].科教文匯(上旬刊),2006,(8).

[8]黃啟明.自動分揀系統及其應用前景分析[J].物流技術,2002,(5):35-38.

[9]李詩珍,杜文宏,等.配送中心的單品揀取模型及應用[J].物流技術,2005,17(9):75-76.