倉儲智能貨架的研究與應用

胡曉青，周明，劉軍

（北京物資學院信息學院，北京 101149）

1 傳統貨架的技術升級

貨架這一倉儲設備，已經無法追溯其起源。在人工和機器化的倉儲階段，貨物的輸出、倉儲、整理、操作主要依靠人工及輔佐機器來實現，主要使用貨架托盤和移動式貨架存儲物料；在自動化倉儲階段，隨著自動導引車、自動貨架、自動搬運機器人、自動識別和自動分揀體系的出現，回旋體式貨架、搬運式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設備參與自動操作；在智能化倉儲階段，人工智能和物聯網技術推動了智能化的發展，在這一階段，智能貨架的特點是能夠自動標識物品、能夠進行數據通信與顯示。

智能貨架是智能倉儲的重要組成部分，物聯網技術的發展是傳統貨架技術升級的技術基礎。王玉泉等人將RFID技術運用到貨架中，貨架上的每個物品都附有1個電子標簽，閱讀器進行讀取并保存數據，實現隨時監控庫存，可大大提高物流倉儲企業的工作效率；潘成峰發明一種智能提示貨架，在倉庫的每個物資的擺放位都設有電子銘牌和指示燈，與計算機相連，通過掃描領料單上的二維碼做出反應，控制電子銘牌和指示燈快速準確地找到物品的所在位置；葉國欣等人提出使用ZigBee設計超低耗的電子貨架標簽,放置在超市貨架中,改善紙質價碼標簽的信息更新時間長、手工更換效率低、人力成本高等缺點；李俊韜等人在對貴重藥物存儲、運輸環節存在的問題分析后，采用RFID、ZIGBEE等技術，研究設計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、運輸環節中的溫濕度情況，提高貴重藥物在保存、使用時的藥品質量；劉軍等人的技術發明，提供一種藥品貨架檢測裝置，適用于藥品的存儲環境檢測，解決了藥品受震動和光照影響較大的醫藥材料、半成品和成品的儲存監測問題；呂志軍等人分析了鋼結構貨架的設計特點及工作流程，提出了基于性能預測的智能化配置模型設計系統，該系統提高了定制貨架系統設計的質量與效率，降低了生產成本。綜上所述，國內物流行業發展迅速，現代物流倉儲設備輕量化、自動化、智能化、密集化的趨勢明顯。通過物聯網技術、計算機技術的應用，使貨架的發展更加智能化。

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，智能倉庫中的現場單片機需要安裝在智能貨架上，實現與主機的通信。我國學者主要歸納了智能貨架的要求、結構、軟件功能等內容。謝秉正認為，智能貨架必須具備以下要求：管理主機能夠通過現場機對貨架存放的物品進行簡便直觀的錄入、查詢、統計；能夠通過數據庫查詢且顯示貨品存放的位置；能通過計算機智能控制貨架的開啟與關閉；貨架上有故障和誤操作的報警裝置。

另外，智能貨架是正在發展中的新技術，對智能貨架的結構不能一概而論，分析現有的智能貨架成品，總結出以下結構特點：每列貨架上都裝有1個單片機控制系統，可以控制本列貨架的數據信息和相應動作；貨架的機械結構為組列式結構，每列貨架上放置1個液晶顯示屏，顯示物品的存放狀態和環境的溫濕度；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控制、貨架手動搖柄、組鎖定開關、安全保護開關等。

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。結合以上概念，本文認為智能貨架是能夠管理物品，并由控制系統、顯示系統、監控系統、信息管理系統等兩個及兩個以上子系統組成的智能體，具有自動標識商品、數據顯示和存儲、完成部分倉儲作業的執行等功能。

2.2 典型的智能貨架分析

2.2.1 帶有RFID標簽的智能貨架

智能貨架的設計思路是為貨架上存放的每件貨物都貼附1個電子標簽，標簽上的信息可包含貨物的生產廠家、生產日期、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簽中所保存的電子數據，然后通過計算機及網絡實現對貨物信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能，隨時監控庫存。

表1 智能貨架的應用現狀

RFID智能型貨架的硬件主要由：電子標簽、閱讀器、天線、計算機系統等組成。在倉儲應用中，由于RFID硬件設備的價格較高，在倉庫部署中，一般采用讓固定的閱讀器“動起來”的方法來解決成本較高的問題。在實際應用中，只需要定時或者有需要的時候讀取電子標簽的信息，所以可以將閱讀器安裝在叉車上，當叉車通過貨架時完成對信息的讀取。

2.2.2 帶有電子貨架標簽的超市貨架

電子貨架標簽（ESL）是一項迅速崛起且廣受歡迎的技術，它能夠取代商場中每周都要更換的紙質標簽，從而減少工作量和紙張浪費的現象。電子貨架標簽通過網絡與計算機數據庫通信，真正將貨架納入到計算機程序。借助電子貨架標簽技術，不僅可以減輕工作量、提高準確率，還可以消除貨架和收銀機之間的價格差。

電子貨架標簽在歐美、日韓等發達國家應用得較早，而且標簽的生產和制造企業也已發展成熟，而國內電子貨架標簽起步于21世紀初期，經歷概念的進入、系統的模仿、顯示技術的完善、解決方案的正式提出，才有了今日商超企業的安裝使用。一個完整的電子貨架標簽由主計算機、EPD屏、 電子標簽和智能手持終端共4部分組成，電子貨架標簽可以將接收到的RF信號轉換為數字信號顯示。商場可以將商品的價格、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

趙志強的一項發明專利提出，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，能夠及時采集到貨架上貨物的重量，并自動計算出貨物的數量，自動識別貨物的信息，并將數據自動聯網到數據庫，方便管理人員查詢、統計和管理。

2.3 智能貨架應用狀況

從發展方向上來說，貨架系統在智能化發展道路上走得愈發堅定。從行業分布狀況來看，智能貨架在商業物流、醫藥化工、第三方物流、食品飲料中的應用最為廣泛，與民生相關的行業仍然是最熱門的。從分布區域來看，智能貨架在長三角、環渤海及珠三角作為中國經濟最發達的地區，是貨架需求最旺盛的3個區域，華北及華南地區分別位列第2、第3，體現出智能貨架需求與經濟發達程度的高度相關性。從總體來看，智能貨架保持了良好的發展態勢。

本文分析了智能貨架的應用現狀以及發展趨勢。本文認為，智能貨架的發展離不開物聯網技術、計算機人工智能技術的發展，在如今新零售的背景下，智能貨架應該在整個供應鏈上體現其價值，加快倉儲效率，在完成最基本的倉儲工作的同時，結合智能化特點，提高了顧客滿意度，增強了顧客體驗感。總結見表1。

3 研究與發展

研究智能貨架就是研究智能物流。據相關資料顯示，1990年起，自動化立體庫在我國的應用逐步展開，參與的單位逐漸增多。進入21世紀的中國，不僅互聯網技術蓬勃發展，整個物流裝備行業也欣欣向榮，外資企業的大舉進入，促進了中國物流裝備與技術應用的升級換代。北京伍強科技總經理尹軍琪指出，在煙草行業，自動化立體庫、AGV等大范圍的應用是其特點；在醫藥行業，是最早應用現代物流的行業之一；在電子商務領域，以京東、天貓、蘇寧、唯品會為代表的龍頭企業使電商一夜之間取代了煙草，成為物流技術應用的最前沿領域。其中智能存儲系統的應用，成為物流裝備應用的重點領域。京東宣布其無人倉的研制成功，密集存儲，貨到人揀選，全部運用高層立體貨架。

上海精星倉儲設備工程有限公司總經理崔雄認為，從目前的市場信息來看，未來幾年仍然是貨架發展的大年。第一，物聯網技術的發展促進了物流行業的快速發展。物聯網技術是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感技術，按照一定的協議，將物品實現與計算機軟件的連接，進行信息交換的一種網絡技術。跨學科領域的研究加速物聯網技術在物流設備、物流規劃中的應用。第二，馬云在2016年云棲大會上提出新零售的概念，新零售強調線上服務、線下體驗與物流服務相結合。在強調線下客戶體驗的背景下，涌現出一大批互動云貨架，使用云貨架系統能夠實現前端三維產品或者服務展示，商城，分銷系統，訂單管理系統，三維互動網站。

4 結語

智能貨架作為智能倉儲中的重要環節，影響智慧物流的發展進程。在“中國制造2025”的背景下，智能貨架必須為制造業的發展提供更自動化、信息化與智能化的服務。筆者認為，基于物聯網技術的智能貨架是發展基礎，物聯網技術將更加高效的實現傳統貨架的儲存功能、清點計量功能以及貨位管理功能；同時基于物聯網技術的智能貨架是應用最廣泛的智能貨架；此外，互動云貨架是面向終端客戶的貨架，此類貨架有良好的發展前景，注重消費者的體驗并且能夠搜集真實的客戶數據。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。