倉儲智能貨架的研究與應(yīng)用

胡曉青，周明，劉軍

（北京物資學(xué)院信息學(xué)院，北京 101149）

1 傳統(tǒng)貨架的技術(shù)升級

貨架這一倉儲設(shè)備，已經(jīng)無法追溯其起源。在人工和機(jī)器化的倉儲階段，貨物的輸出、倉儲、整理、操作主要依靠人工及輔佐機(jī)器來實(shí)現(xiàn)，主要使用貨架托盤和移動(dòng)式貨架存儲物料；在自動(dòng)化倉儲階段，隨著自動(dòng)導(dǎo)引車、自動(dòng)貨架、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人、自動(dòng)識別和自動(dòng)分揀體系的出現(xiàn)，回旋體式貨架、搬運(yùn)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)設(shè)備參與自動(dòng)操作；在智能化倉儲階段，人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)了智能化的發(fā)展，在這一階段，智能貨架的特點(diǎn)是能夠自動(dòng)標(biāo)識物品、能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與顯示。

智能貨架是智能倉儲的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是傳統(tǒng)貨架技術(shù)升級的技術(shù)基礎(chǔ)。王玉泉等人將RFID技術(shù)運(yùn)用到貨架中，貨架上的每個(gè)物品都附有1個(gè)電子標(biāo)簽，閱讀器進(jìn)行讀取并保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)監(jiān)控庫存，可大大提高物流倉儲企業(yè)的工作效率；潘成峰發(fā)明一種智能提示貨架，在倉庫的每個(gè)物資的擺放位都設(shè)有電子銘牌和指示燈，與計(jì)算機(jī)相連，通過掃描領(lǐng)料單上的二維碼做出反應(yīng)，控制電子銘牌和指示燈快速準(zhǔn)確地找到物品的所在位置；葉國欣等人提出使用ZigBee設(shè)計(jì)超低耗的電子貨架標(biāo)簽,放置在超市貨架中,改善紙質(zhì)價(jià)碼標(biāo)簽的信息更新時(shí)間長、手工更換效率低、人力成本高等缺點(diǎn)；李俊韜等人在對貴重藥物存儲、運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在的問題分析后，采用RFID、ZIGBEE等技術(shù)，研究設(shè)計(jì)了一款貴重藥物冷藏智能貨柜，以便于能夠有效的維持貴重藥物在存儲、運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的溫濕度情況，提高貴重藥物在保存、使用時(shí)的藥品質(zhì)量；劉軍等人的技術(shù)發(fā)明，提供一種藥品貨架檢測裝置，適用于藥品的存儲環(huán)境檢測，解決了藥品受震動(dòng)和光照影響較大的醫(yī)藥材料、半成品和成品的儲存監(jiān)測問題；呂志軍等人分析了鋼結(jié)構(gòu)貨架的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及工作流程，提出了基于性能預(yù)測的智能化配置模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了定制貨架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率，降低了生產(chǎn)成本。綜上所述，國內(nèi)物流行業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)代物流倉儲設(shè)備輕量化、自動(dòng)化、智能化、密集化的趨勢明顯。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使貨架的發(fā)展更加智能化。

2 智能貨架

2.1 智能貨架的概念

智能貨架是智能倉庫管理的基礎(chǔ)，智能倉庫中的現(xiàn)場單片機(jī)需要安裝在智能貨架上，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通信。我國學(xué)者主要?dú)w納了智能貨架的要求、結(jié)構(gòu)、軟件功能等內(nèi)容。謝秉正認(rèn)為，智能貨架必須具備以下要求：管理主機(jī)能夠通過現(xiàn)場機(jī)對貨架存放的物品進(jìn)行簡便直觀的錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)；能夠通過數(shù)據(jù)庫查詢且顯示貨品存放的位置；能通過計(jì)算機(jī)智能控制貨架的開啟與關(guān)閉；貨架上有故障和誤操作的報(bào)警裝置。

另外，智能貨架是正在發(fā)展中的新技術(shù)，對智能貨架的結(jié)構(gòu)不能一概而論，分析現(xiàn)有的智能貨架成品，總結(jié)出以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：每列貨架上都裝有1個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，可以控制本列貨架的數(shù)據(jù)信息和相應(yīng)動(dòng)作；貨架的機(jī)械結(jié)構(gòu)為組列式結(jié)構(gòu)，每列貨架上放置1個(gè)液晶顯示屏，顯示物品的存放狀態(tài)和環(huán)境的溫濕度；貨架上的操作、顯示裝置常有：貨架列顯示器、大液晶顯示屏、操作控制按鈕、貨物位置顯示及移動(dòng)控制、貨架手動(dòng)搖柄、組鎖定開關(guān)、安全保護(hù)開關(guān)等。

智能貨架是智能倉儲的重要組成部分，是智能倉庫管理的基礎(chǔ)。結(jié)合以上概念，本文認(rèn)為智能貨架是能夠管理物品，并由控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等兩個(gè)及兩個(gè)以上子系統(tǒng)組成的智能體，具有自動(dòng)標(biāo)識商品、數(shù)據(jù)顯示和存儲、完成部分倉儲作業(yè)的執(zhí)行等功能。

2.2 典型的智能貨架分析

2.2.1 帶有RFID標(biāo)簽的智能貨架

智能貨架的設(shè)計(jì)思路是為貨架上存放的每件貨物都貼附1個(gè)電子標(biāo)簽，標(biāo)簽上的信息可包含貨物的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、貨物的存放位置及貨物的存儲情況等各種信息，閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對貨物信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能，隨時(shí)監(jiān)控庫存。

表1 智能貨架的應(yīng)用現(xiàn)狀

RFID智能型貨架的硬件主要由：電子標(biāo)簽、閱讀器、天線、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成。在倉儲應(yīng)用中，由于RFID硬件設(shè)備的價(jià)格較高，在倉庫部署中，一般采用讓固定的閱讀器“動(dòng)起來”的方法來解決成本較高的問題。在實(shí)際應(yīng)用中，只需要定時(shí)或者有需要的時(shí)候讀取電子標(biāo)簽的信息，所以可以將閱讀器安裝在叉車上，當(dāng)叉車通過貨架時(shí)完成對信息的讀取。

2.2.2 帶有電子貨架標(biāo)簽的超市貨架

電子貨架標(biāo)簽（ESL）是一項(xiàng)迅速崛起且廣受歡迎的技術(shù)，它能夠取代商場中每周都要更換的紙質(zhì)標(biāo)簽，從而減少工作量和紙張浪費(fèi)的現(xiàn)象。電子貨架標(biāo)簽通過網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫通信，真正將貨架納入到計(jì)算機(jī)程序。借助電子貨架標(biāo)簽技術(shù)，不僅可以減輕工作量、提高準(zhǔn)確率，還可以消除貨架和收銀機(jī)之間的價(jià)格差。

電子貨架標(biāo)簽在歐美、日韓等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用得較早，而且標(biāo)簽的生產(chǎn)和制造企業(yè)也已發(fā)展成熟，而國內(nèi)電子貨架標(biāo)簽起步于21世紀(jì)初期，經(jīng)歷概念的進(jìn)入、系統(tǒng)的模仿、顯示技術(shù)的完善、解決方案的正式提出，才有了今日商超企業(yè)的安裝使用。一個(gè)完整的電子貨架標(biāo)簽由主計(jì)算機(jī)、EPD屏、 電子標(biāo)簽和智能手持終端共4部分組成，電子貨架標(biāo)簽可以將接收到的RF信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號顯示。商場可以將商品的價(jià)格、信息以及庫存信息存儲在ESL中。

2.2.3 帶有傳感器的智能貨架

趙志強(qiáng)的一項(xiàng)發(fā)明專利提出，該智能貨架控制器包括重量傳感器、射頻讀卡器、控制器、燈光指示器、通信模塊和電源模塊，所述的重量傳感器、射頻讀卡器、燈光指示器、通信模塊和電源模塊均連接到控制器。通過上述方式，能夠及時(shí)采集到貨架上貨物的重量，并自動(dòng)計(jì)算出貨物的數(shù)量，自動(dòng)識別貨物的信息，并將數(shù)據(jù)自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)到數(shù)據(jù)庫，方便管理人員查詢、統(tǒng)計(jì)和管理。

2.3 智能貨架應(yīng)用狀況

從發(fā)展方向上來說，貨架系統(tǒng)在智能化發(fā)展道路上走得愈發(fā)堅(jiān)定。從行業(yè)分布狀況來看，智能貨架在商業(yè)物流、醫(yī)藥化工、第三方物流、食品飲料中的應(yīng)用最為廣泛，與民生相關(guān)的行業(yè)仍然是最熱門的。從分布區(qū)域來看，智能貨架在長三角、環(huán)渤海及珠三角作為中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，是貨架需求最旺盛的3個(gè)區(qū)域，華北及華南地區(qū)分別位列第2、第3，體現(xiàn)出智能貨架需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的高度相關(guān)性。從總體來看，智能貨架保持了良好的發(fā)展態(tài)勢。

本文分析了智能貨架的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。本文認(rèn)為，智能貨架的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的發(fā)展，在如今新零售的背景下，智能貨架應(yīng)該在整個(gè)供應(yīng)鏈上體現(xiàn)其價(jià)值，加快倉儲效率，在完成最基本的倉儲工作的同時(shí)，結(jié)合智能化特點(diǎn)，提高了顧客滿意度，增強(qiáng)了顧客體驗(yàn)感?？偨Y(jié)見表1。

3 研究與發(fā)展

研究智能貨架就是研究智能物流。據(jù)相關(guān)資料顯示，1990年起，自動(dòng)化立體庫在我國的應(yīng)用逐步展開，參與的單位逐漸增多。進(jìn)入21世紀(jì)的中國，不僅互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，整個(gè)物流裝備行業(yè)也欣欣向榮，外資企業(yè)的大舉進(jìn)入，促進(jìn)了中國物流裝備與技術(shù)應(yīng)用的升級換代。北京伍強(qiáng)科技總經(jīng)理尹軍琪指出，在煙草行業(yè)，自動(dòng)化立體庫、AGV等大范圍的應(yīng)用是其特點(diǎn)；在醫(yī)藥行業(yè)，是最早應(yīng)用現(xiàn)代物流的行業(yè)之一；在電子商務(wù)領(lǐng)域，以京東、天貓、蘇寧、唯品會(huì)為代表的龍頭企業(yè)使電商一夜之間取代了煙草，成為物流技術(shù)應(yīng)用的最前沿領(lǐng)域。其中智能存儲系統(tǒng)的應(yīng)用，成為物流裝備應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。京東宣布其無人倉的研制成功，密集存儲，貨到人揀選，全部運(yùn)用高層立體貨架。

上海精星倉儲設(shè)備工程有限公司總經(jīng)理崔雄認(rèn)為，從目前的市場信息來看，未來幾年仍然是貨架發(fā)展的大年。第一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了物流行業(yè)的快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感技術(shù)，按照一定的協(xié)議，將物品實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)軟件的連接，進(jìn)行信息交換的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?？鐚W(xué)科領(lǐng)域的研究加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流設(shè)備、物流規(guī)劃中的應(yīng)用。第二，馬云在2016年云棲大會(huì)上提出新零售的概念，新零售強(qiáng)調(diào)線上服務(wù)、線下體驗(yàn)與物流服務(wù)相結(jié)合。在強(qiáng)調(diào)線下客戶體驗(yàn)的背景下，涌現(xiàn)出一大批互動(dòng)云貨架，使用云貨架系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)前端三維產(chǎn)品或者服務(wù)展示，商城，分銷系統(tǒng)，訂單管理系統(tǒng)，三維互動(dòng)網(wǎng)站。

4 結(jié)語

智能貨架作為智能倉儲中的重要環(huán)節(jié)，影響智慧物流的發(fā)展進(jìn)程。在“中國制造2025”的背景下，智能貨架必須為制造業(yè)的發(fā)展提供更自動(dòng)化、信息化與智能化的服務(wù)。筆者認(rèn)為，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能貨架是發(fā)展基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將更加高效的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)貨架的儲存功能、清點(diǎn)計(jì)量功能以及貨位管理功能；同時(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能貨架是應(yīng)用最廣泛的智能貨架；此外，互動(dòng)云貨架是面向終端客戶的貨架，此類貨架有良好的發(fā)展前景，注重消費(fèi)者的體驗(yàn)并且能夠搜集真實(shí)的客戶數(shù)據(jù)。最后，對智能貨架的研究作了展望，為下一步的研究做好鋪墊。