智能倉庫管理系統(tǒng)和電子標簽揀配系統(tǒng)在智能物流中的應用

范 昊，范龍慶

（1.中國中車股份有限公司，北京 100039；2.中車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266111)

0 引言

隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的興起，制造業(yè)發(fā)展態(tài)勢和競爭格局面臨重大調整，發(fā)達國家紛紛提出了“工業(yè)4.0”、“再工業(yè)化”和“制造業(yè)回歸”等戰(zhàn)略[1]，對我國制造業(yè)發(fā)展形成強大沖擊。為充分應對外部環(huán)境和內部結構調整所帶來的變化與挑戰(zhàn)，國家發(fā)布了“中國制造2025”制造強國戰(zhàn)略[2]，中國中車作為軌道交通裝備行業(yè)的排頭兵，響應國家政策，先后申報了國家科技部和工信部多個智能制造新模式項目[3]，積極開展以智能制造為重點的轉型升級工作，在物流方面也積極進行智能化改造，智能物流具備滿足用戶定制化、多品種、快速響應等特點，是更具柔性化、更自動化的物流配送模式[4]。本文重點闡述智能倉庫管理系統(tǒng)及電子標簽揀配系統(tǒng)在智能物流中的解決方案，并通過在中車子公司的實際應用介紹其效果。

1 智能物流組成部分及功能

智能物流由智能單元化物流技術[5]、智能物流裝備[6]、物聯(lián)網(wǎng)技術[7]以及智能物流信息系統(tǒng)[8]等主要部分組成，下面進行簡單介紹。

1.1 智能單元化物流技術

智能單元化物流技術將原來各個環(huán)節(jié)獨立存在的物流有效地整合成為一個整體，既連接了供應商，也匯集了制造商和客戶，使整個物流系統(tǒng)更加合理化。單元化物流根據(jù)集裝器具可分為集裝箱單元化物流、托盤單元化物流和周轉箱單元化物流。

1.2 智能物流裝備

智能物流裝備是在物流裝備（如搬運裝卸、運輸、分揀、貨架等設備）上安裝RFID、GPS、激光導航等技術和設備，使其能夠通過共享數(shù)據(jù)實現(xiàn)自我決策、自我尋址。將這些裝備加入到物聯(lián)網(wǎng)中，可以有效實現(xiàn)設備的實時定位、快速機動等功能。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術

正如互聯(lián)網(wǎng)是連接人與人之間的網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)是連接物與物之間的網(wǎng)絡，通過物聯(lián)網(wǎng)的連接，設備與設備之間可以進行數(shù)據(jù)信息的交換，物聯(lián)網(wǎng)既滿足了智能物流網(wǎng)絡化的需求，也是實現(xiàn)物流全流程數(shù)字化的關鍵。

1.4 智能物流信息系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了智能物流中各個設備之間的連接與交互，在物聯(lián)網(wǎng)之上，需要一個能存儲和共享數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要具備良好的擴展性，能夠與其他信息系統(tǒng)如ERP、MES等系統(tǒng)進行對接，保證使用過程中數(shù)據(jù)信息的安全和準確，使整個智能物流架構能夠實現(xiàn)正常運作。

2 倉庫管理系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)的庫存管理模塊（以下簡稱WM系統(tǒng)），全新的倉庫管理系統(tǒng)（以下簡稱WMS系統(tǒng)）新增了較多功能，如圖1所示。

圖1 WMS系統(tǒng)和WM模塊之間的對比

WMS的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

1）精細管理方面，新增容器管理、作業(yè)權限管理等內容；

2）先進先出（FIFO）方面，在采取自有倉儲存儲的基礎上，WMS系統(tǒng)可以控制不同批次不同倉位，以及優(yōu)先出庫即將失效的物料，全面保障先進先出；

3）新增資源運算功能，實現(xiàn)了從無到有的轉變，新增按需求時間分配任務、按訂單相似度波次、急件插單管理等功能；

4）支持多作業(yè)系統(tǒng)，包括RFS手持系統(tǒng)作業(yè)，G2PS貨到人作業(yè)、HPS揀選小車作業(yè)等；

5）新增有效期管理和預警功能。

3 電子標簽智能揀配系統(tǒng)

電子標簽智能揀配系統(tǒng)[9]（以下簡稱DPS系統(tǒng)）通過電子標簽指導員工快速揀配貨物，縮短員工無效移動距離和找貨時間，提高揀選作業(yè)的便利性和訂單任務執(zhí)行過程監(jiān)控，同時對于區(qū)域內物料倉位的管理，能夠保障信息流和實物流一致，實現(xiàn)物料精準化JIT配送。DPS系統(tǒng)方案如圖2所示。

該系統(tǒng)支持ORACLE 9I/10G/11G及更高版本的數(shù)據(jù)系統(tǒng)作為后臺數(shù)據(jù)庫，支持WebService、中間數(shù)據(jù)表、視圖等多種接口，可根據(jù)不同角色確定不同的管理權限，并且該系統(tǒng)可擴展性強，可直接推廣應用至其他產(chǎn)線和庫房。

4 應用案例

中國中車某子公司以實施智能制造項目為契機，對物流方面進行了智能化改造，引入自動化立體庫、WMS系統(tǒng)、DPS系統(tǒng)、AGV等，有效加快了物流輪轉速度，提升了生產(chǎn)效率。

4.1 實施方案

根據(jù)物料類別、特點及入庫需求等將庫房分為多個存儲區(qū)域，包含立體庫區(qū)、閣樓區(qū)、平面區(qū)等，針對不同庫區(qū)設計最優(yōu)作業(yè)模式和流程，達成快速出入庫的目標。

1）WMS系統(tǒng)在本項目中的自動化作業(yè)模式分為：

（1）貨到人作業(yè)：通過貨到人揀選工作站系統(tǒng)，物料從立體倉庫中自動取出并經(jīng)過輸送系統(tǒng)傳輸?shù)焦ぷ髡荆瑨x人員根據(jù)系統(tǒng)屏幕提示的數(shù)量和目標地點揀選，完成后系統(tǒng)將該物料重新送回庫，此模式下，揀選效率可達240項/h，相比傳統(tǒng)揀選方式提升超過90%；

（2）智能小車作業(yè)：利用集成化設計的揀選小車，實現(xiàn)庫房入庫、盤點、出庫作業(yè)，新增路徑導航優(yōu)化、多單共揀、自動打印票據(jù)等功能，提升作業(yè)效率。

2）信息化倉儲管理方面，實現(xiàn)了：

（1）可視化管理方面，通過可視化看板系統(tǒng)、設備智能監(jiān)控和作業(yè)指示引導等功能，實現(xiàn)倉儲業(yè)務透明化、管理可視化；

（2）有效期管理方面，WMS系統(tǒng)可依據(jù)有效期預警策略進行實時監(jiān)控和預警提示，同時可進行移庫并觸發(fā)檢驗任務，保證庫存物料的質量可靠性。

DPS系統(tǒng)在本項目的架構如圖3所示，包括基礎模塊管理、數(shù)據(jù)查詢模塊管理、移庫管理、出庫管理、庫存管理、看板管理等。

圖3 DPS系統(tǒng)架構

DPS系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：

1）接收來自上位系統(tǒng)的生成計劃和生成訂單，計算出所需物料，形成波次策略后通過管理倉庫現(xiàn)場與每種物料一一對應的指示燈，無需閱讀表單，精準揀選物料，完成JIT配送，滿足產(chǎn)線的生成節(jié)拍；

2）可對料架上的物料進行在庫管理以及后期維護支持，通過安裝在料架上的電子標簽，為作業(yè)人員指示正確的物料信息，防止錯配、漏配等異常情況；

3）根據(jù)生產(chǎn)計劃中產(chǎn)品的上線順序，按照工位組織物料需求，對應到現(xiàn)場電子標簽并點亮；

4）電子標簽采用不同顏色并實時顯示當前揀選作業(yè)的生產(chǎn)訂單流水號、揀選箱號、需求數(shù)量等信息，提供與MES、ERP等系統(tǒng)集成的接口，如圖4所示。

圖4 電子標簽實施方案

DPS系統(tǒng)實物圖如圖5所示。

圖5 DPS系統(tǒng)實物圖

4.2 實施效果

通過建設智能物流，該公司實現(xiàn)了以下目標：

1）貨到人揀選和全自動化存儲，區(qū)域揀選周期降低54%；

2）存儲能力達38659 SKU，提升超過100%；

3）拉動式物流配送，訂單配送提前期由1.5天縮短為≤30min；

4）準時配送率由91.69%提升至98%，物料平均揀選時間由129.6s縮短至38.2s；

5）AGV小車實現(xiàn)智能導航、多單共揀、賬物同步等功能。

5 智能物流應用建議

不同行業(yè)，不同企業(yè)，在進行智能物流建設的時候都會根據(jù)自身業(yè)務發(fā)展和未來規(guī)劃制定不同的技術路線和解決方案，本文結合中車子公司智能物流的建設給出以下幾點建議。

1）重視規(guī)劃發(fā)展，要制定符合企業(yè)智能物流發(fā)展的規(guī)劃，確定發(fā)展路徑，在建設前必須理清企業(yè)的實際需求。

2）重視網(wǎng)絡安全，傳統(tǒng)的辦公網(wǎng)絡無法滿足智能化車間大量數(shù)據(jù)的傳輸要求，因此需要建立車間互聯(lián)互通的環(huán)形以太工業(yè)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)的可靠和快速傳輸。

3）重視信息系統(tǒng)，功能強大的WMS系統(tǒng)對智能物流來說必不可少，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的互聯(lián)互通，WMS系統(tǒng)必須有足夠的擴展性，與MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、QMS系統(tǒng)等均能實現(xiàn)接口對接，完成系統(tǒng)間的業(yè)務交互和數(shù)據(jù)集成。

4）重視企業(yè)實際，在追求智能制造的過程中，不必追求大而全，要貼合企業(yè)實際，實踐經(jīng)驗要做到行業(yè)內可復制、可推廣，要有跨界思維，推動行業(yè)發(fā)展。

6 結語

本文以中車子公司的智能物流建設為例，重點闡述了基于WMS系統(tǒng)和DPS系統(tǒng)的智能物流解決方案。通過智能物流的建設，有效提升了企業(yè)的物流管理水平和運作效率，加大倉儲與供應鏈管理銜接程度，優(yōu)化倉儲管理，降低倉儲成本，為企業(yè)在激烈的市場競爭中取勝提供保障。