1 引言 

自(zì)動化(huà)倉庫（Automatic Storage & Retrieval System，AS/RS），一(yī)般由立體(tǐ)式貨架、堆垛機(jī)、穿梭車(chē)、輸送系統、倉儲控制(zhì)系統和(hé)管理(lǐ)信息系統組成。其在發達國(guó)家(jiā)已經相(xià✔ng)當普遍，日(rì)本是(shì)自(zì)動化(huà)立體(tǐ)倉庫發展最快(kuài)、建造數(shù)量最多(duō)的(de)國(guó)家(jiā)，美(měi)國(gu'ó)、德國(guó)等也(yě)建造了(le)許多(duō)自(zì)動化(huà)立體(tǐ)倉庫。我國(guó)的(de)自(zì)動化(huà•)倉庫系統平均水(shuǐ)平低(dī)于先進發達的(de)國(guó)家(jiā)，據不(bù)完全統計(jì)，目前我國←(guó)已建成的(de)立體(tǐ)倉庫近(jìn)7000座，其中全自(zì)動的(de)立體(tǐ)倉庫有(yǒu)2000多(duō)座。自(zì)動化(huà)倉庫已經在港口、物(wù)流配送中心、醫(yī)藥、煙(yān)草(cǎo)、冶金(jīn)、化(huà)★工(gōng)、航空(kōng)航天、電(diàn)子(zǐ)、圖書(shū)、食品加工(gōng)、印刷、機(jī)場(chǎ&ng)等行(xíng)業(yè)得(de)到(dào)了(le)越來(lái)越多(duō)的(de)♠推廣和(hé)應用(yòng)。

自(zì)動化(huà)倉庫的(de)倉庫管理(lǐ)系統（Warehouse Management System, WMS）和(hé)倉庫控制(zhì)系統（Warehouse Control System, WCS）的(de)主要(yào)任務是(shì)對(duì)自(zì)動化(huà)倉庫中的(de)物(wù)料、貨位等基本信息進行( xíng)管理(lǐ)，優化(huà)倉庫存儲的(de)效率，管理(lǐ)物(wù)料的(de)在庫情況并控制(zhì)倉庫中的(de)自(z'ì)動化(huà)設備，實現(xiàn)倉庫中物(wù)料的(de)自(zì)動出入庫和(hé)盤點等庫內(nèi)作(zuò)業(yè)。

由于個(gè)性化(huà)定制(zhì)而帶來(lái)的(de)大(dà)批量訂單出入庫的(de)優化(huà)調度問(wèn)題，RFID等物(wù)聯網技(jì)術(shù)在自(zì)動化(huà)倉庫追溯管理(lǐ)的(de)應用(yòng)，以及為(wèi)應對(duì)海(hǎi)量品種、∏成千上(shàng)萬訂單的(de)拆零揀選發展起來(lái)的(de)料箱等自(zì)動化(huà)倉儲方式和(hé)形态的(de)管控，都(dōu)要(yào)求WMS和(hé)WCS不(bù)斷增加功能(néng)，提升智能(néng)化(huà)程度，以有(yǒu)效适應這(zhè)些(xΩiē)新特征。結合這(zhè)些(xiē)新的(de)問(wèn)題和(hé)需求，面向自(zì)動化(huà)倉庫，海(hǎi)得(de₹)控制(zhì)在車(chē)間(jiān)自(zì)動化(huà)緩存倉庫管控方案和(hé)柔性智能(néng)車(chē)間(jiān)生(shēng)産物(wù)流$調度方案的(de)經驗積累基礎之上(shàng)，研發了(le)智能(néng)倉儲管理(lǐ)/控制(zhì)系統。

2 智能(néng)倉儲管理(lǐ)/控制(zhì)系統 

   面向自(zì)動化(huà)倉庫，智能(néng)倉儲管理(lǐ)/控制(zhì)系統集成了(le)智能(néng)倉儲管理(lǐ)系統WMS和(hé)智能(néng)倉儲控制(zhì)系統WCS，避免了(le)兩個(gè)獨立系統間(jiān)的(de)信息孤島問(wèn)題，實現(xiàn)了(l®e)自(zì)動化(huà)倉庫的(de)管控一(yī)體(tǐ)化(huà)，其系統架構如(rú)圖1所示。

 

圖1智能(néng)倉儲管理(lǐ)/控制(zhì)系統架構

2.1 智能(néng)倉儲管理(lǐ)系統 

   智能(néng)倉儲管理(lǐ)系統對(duì)到(dào)貨檢驗、入庫、出庫、分(fēn)揀、庫存盤點等各個(•gè)作(zuò)業(yè)環節的(de)數(shù)據進行(xíng)自(zì)動化(huà)數(shù®)據采集，并通(tōng)過各種無線通(tōng)道(dào)和(hé)手持終端及車(chē)載終端将采集數(shù)據實時(shí)上(shàng)傳至後台系統，保證倉庫管理(lǐ)各個(gè)環&節數(shù)據輸入的(de)速度和(hé)準确性，提高(gāo)倉庫管理(lǐ)的(de)工(gōng)作(zuò)效率，合理(lǐ)保持和(hλé)控制(zhì)企業(yè)庫存。其網絡架構和(hé)主要(yào)功能(néng)模塊如(rú)圖2所示。

圖2 智能(néng)倉儲管理(lǐ)系統概要(yào)

智能(néng)倉儲管理(lǐ)系統主要(yào)功能(néng)和(hé)關鍵技(jì)術(shù)說( shuō)明(míng)如(rú)下(xià)：

組盤

對(duì)于需要(yào)入庫到(dào)立體(tǐ)庫的(de)物(wù)資，必須進行(xíng)組盤。組盤活動将完成收貨的(de)物(wù)資與托盤進行(xíng)綁定。系統組盤功能(nén$g)包括記錄與指定托盤綁定的(de)物(wù)資的(de)最小(xiǎo)存貨單位(Stock Keeping Unit,SKU)、批次屬性、組盤數(shù)量；系統根據上(shàng)架目标、事(shì)先設置的(de)上(shàng)架規則，自(zì)動形成上(shàng)架任務，✘并在任務中規定上(shàng)架的(de)目标貨位。

入庫庫位選擇

入庫貨位選擇有(yǒu)多(duō)種方式：包括指定、随機(jī)、分(fēn)類、分(fēn)類随機(jī)、預測∞等方式，可(kě)根據具體(tǐ)場(chǎng)景和(hé)時(shí)間(jiān)人(rén)工(gōng)選擇。

出庫訂單分(fēn)配

出庫訂單分(fēn)配，是(shì)指系統決定訂單上(shàng)的(de)物(wù)資到(dào)哪個(gè)指定的(de)庫位進行(xíng)出庫作(zuò)業(yè)，所以它 是(shì)

出庫流程中的(de)關鍵環節。在分(fēn)配訂單時(shí)，支持根據在業(yè)務規則設置中确定≤的(de)分(fēn)配策略（如(rú)先進先出等）确定出庫的(de)物(wù)資、庫位，以及人(rén)工(gōng)指定庫位方式。

出入庫作(zuò)業(yè)調度

基于啓發式方法和(hé)動态規劃算(suàn)法，優化(huà)複合作(zuò)業(yè)的(de)訂單順序，盡量減←少(shǎo)無效路(lù)徑，提高(gāo)自(zì)動化(huà)倉庫的(de)運行(xíng)效率，減少(shǎo)能(néng)源消耗。

庫存盤點

建立庫存盤點任務，可(kě)按照(zhào)貨主、物(wù)資分(fēn)類、SKU、庫區(qū)、庫位、托盤、批次屬性等條

件(jiàn)生(shēng)成盤點單，或指定自(zì)上(shàng)次盤點後發生(shēng)過庫存交易的(de)物(wù)資生(​shēng)成盤點單。揀選員(yuán)對(duì)盤點單中的(de)項目逐一(yī)進行(xíng)實物(wù)盤點，記錄實盤數(shù)，并錄入到(dào)系統盤點單中。系統支φ持在盤點結果基礎上(shàng)生(shēng)成差異盤點任務，将有(yǒu)盤虧盤盈的(de)庫存産品再次盤點。

數(shù)據追溯

通(tōng)過RFID等實現(xiàn)對(duì)物(wù)料入庫、出庫、存儲、盤點等全過程追溯；還(hái)可(kě)借助ERP接口，獲取物(wù)料質量參數(shù)、供應商信息，借助MES接口，獲取生(shēng)産過程數(shù)據；生(shēng)成追溯報(bào)表，并提供追溯查詢接口。

貨位鎖定

WMS可(kě)提供自(zì)動和(hé)手工(gōng)鎖定貨位功能(néng)。堆垛機(jī)故障時(shí)WMS自(zì)動鎖定貨位，具有(yǒu)權限的(de)操作(zuò)人(rén)員(yuán)也(yě)可(kě)手動鎖定。

故障處理(lǐ)

WMS故障類型很(hěn)多(duō)。主要(yào)有(yǒu)兩類：

庫位空(kōng)故障：出庫時(shí)，當記錄的(de)貨位有(yǒu)托盤，但(dàn)實際監測沒有(yǒu)，允許人(rén)工(gōng)修改庫位狀态，手動删除該出庫任務，并手動或自(z&ì)動新增出庫任務；

庫位滿故障：入庫時(shí)，當記錄的(de)貨位無貨物(wù)，但(dàn)實際監測有(yǒu)托盤，允許人(rén)工(gōng)修改庫位狀态，手動删除該入庫任 務，并手動或自(zì)動新增入庫任務；

系統接口

實現(xiàn)與ERP\MES\WCS等關聯系統的(de)數(shù)據通(tōng)訊。

2.2 智能(néng)倉儲控制(zhì)系統 

   WCS是(shì)位于WMS系統和(hé)PLC系統之間(jiān)的(de)一(yī)層管理(lǐ)控制(zhì)系統，一(yī)方面它與WMS系統進行(xíng)信息交互，接收WMS指令，然後進行(xíng)調度和(hé)路(lù)徑規劃，并下(xià)發到(dào)PLC執行(xíng)；另一(yī)方面通(tōng)過SCADA将PLC和(hé)自(zì)動化(huà)倉庫的(de)實時(shí)數(shù)據反饋給WMS，用(yòng)于監視(shì)和(hé)管理(lǐ)。

 

 

 

圖3 智能(néng)倉庫控制(zhì)系統

WCS主要(yào)功能(néng)包括：實時(shí)監控、路(lù)徑規劃、手動規劃、任務執行(xíng)和(hé)任務管理(lǐ)等。

實時(shí)監控

以“電(diàn)子(zǐ)地(dì)圖”呈現(xiàn)整個(gè)自(zì)動化(huà)倉庫狀态，對(duì)物(wù)流設備上(shàng )線狀态、重要(yào)交互信号以及所有(yǒu)設備重要(yào)參數(shù)和(hé)報(bào)警信息進行(xíng)實時(shí)動态顯示γ；同時(shí)将作(zuò)業(yè)執行(xíng)情況反饋給WMS。如(rú)圖3-2和(hé)圖3-3所示。

路(lù)徑規劃

接收WMS的(de)出庫和(hé)入庫作(zuò)業(yè)指令，根據作(zuò)業(yè)的(de)起點和(hé©)終點，對(duì)于自(zì)動化(huà)立體(tǐ)倉庫的(de)堆垛機(jī)、輸送機(jī)和(hé)AGV/RGV，以及料箱存儲方式自(zì)動化(huà)倉庫的(de)搬運AGV等，采用(yòng)基于圖論、多(duō)Agnet系統理(lǐ)論與技(jì)術(shù)、移動閉塞技(jì)術(shù)、動态時(shí)間(jiān)窗(chu®āng)方法、Dijkstra算(suàn)法和(hé)A*算(suàn)法等進行(xíng)機(jī)器(qì)人(rén)調度和(hé)路(lù)徑規劃，最大(dà)化(huà)出入庫效β率。避免沖突和(hé)死鎖問(wèn)題，并最小(xiǎo)化(huà)路(lù)徑長(cháng)度。

手動規劃

可(kě)接受手動調度目标點，通(tōng)過人(rén)工(gōng)輔助添加任務方式實現(xiàn)客制(zhì )化(huà)出入庫和(hé)運輸需求，并自(zì)動進行(xíng)路(lù)徑規劃，并消解路(lù)徑沖突。

任務執行(xíng)

執行(xíng)路(lù)徑規劃後的(de)出入庫任務或輸送任務，控制(zhì)堆垛機(jī)、輸送機(jī)、AGV/RGV等将物(wù)料從(cóng)起點運往終點。

任務管理(lǐ)

任務管理(lǐ)包含任務控制(zhì)和(hé)任務監視(shì)。任務控制(zhì)是(shì)對(dΩuì)執行(xíng)中的(de)任務針對(duì)性的(de)人(rén)工(gōng)暫停、繼續"、停止等操作(zuò)。任務監視(shì)是(shì)監視(shì)執行(xíng)中的(de)任務狀态，為(wèi)任務路(lù)徑及時(shí)©調整、新任務派發提供數(shù)據支撐。

3 方案優勢 

海(hǎi)得(de)控制(zhì)研發的(de)自(zì)動化(huà)倉庫智能(néng)倉儲管理(lǐ)/控制(zhì)系統使自(zì)動化(huà)倉庫從(cóng)“靜(jìng)态倉庫”成為(wèi)“動态倉庫”和(hé)“智能(néng)倉庫”，具有(yǒu)如(rú)下(xià)優勢：

倉儲管控一(yī)體(tǐ)化(huà)

實現(xiàn)了(le)WMS與WCS的(de)集成，可(kě)以避免兩個(gè)獨立系統間(jiān)的(de)信息孤島問(wèn)題，最大(dà)程度實現(xiàn)兩者數(shù)據的(de)共享和(hé)同步，保障倉儲作(zuò")業(yè)的(de)協調、安全、高(gāo)效進行(xíng)，進而提升物(wù)流系統的(de)整體(tǐ)運作(↕zuò)效率和(hé)安全性。并能(néng)減少(shǎo)兩者的(de)功能(néng)重疊，縮短(duǎn)開(kāi)發和(hé)實施時(shí)間(♦jiān)。

豐富的(de)路(lù)徑規劃算(suàn)法

基于柔性智能(néng)車(chē)間(jiān)生(shēng)産物(wù)流調度系統方案經驗，積累了(le™)豐富的(de)路(lù)徑規劃算(suàn)法，為(wèi)優化(huà)出入庫和(hé)揀貨效率、避免沖突和(hé)死鎖問(wèn)題提供了(le)較強的(de)計(jì)算(suàn)ε引擎。

數(shù)據追溯

通(tōng)過RFID等實現(xiàn)對(duì)物(wù)料入庫、出庫、存儲、盤點等全過程追溯；還(hái)可(kě)借助ERP和(hé)MES接口，實現(xiàn)從(cóng)原料到(dào)成品的(de)全生(shēng)命周期追溯。

靈活的(de)NetSCADA接口

WCS底層采用(yòng)自(zì)主軟件(jiàn)NetSCADA進行(xíng)數(shù)據采集和(hé)監視(shì)，有(yǒu)較多(duō)實用(yòng)的(de)如(rú)曲線、表格、報(bào)表等插件(ji∞àn)；且比其它上(shàng)位機(jī)軟件(jiàn)更靈活，開(kāi)放(fàng)了(le)很(hěn)多<(duō)的(de)接口方法能(néng)夠相(xiàng)對(duì)靈活地(dì)給出解決方案，滿足客戶的(de)需求。

與生(shēng)産物(wù)流調度系統貫通(tōng)的(de)能(néng)力

在智能(néng)工(gōng)廠(chǎng)中，倉儲物(wù)流系統是(shì)整個(gè)企業(yè)生(shēng•)産管理(lǐ)大(dà)系統（采購(gòu)、生(shēng)産、裝配、試驗、配送等）的(de)一(yī)個(gè)子(zǐ)系統，建立倉儲物Ω(wù)流系統與企業(yè)生(shēng)産物(wù)流系統的(de)連接，是(shì)目前智能(néng)倉儲物(wù)流的(de)一(yī)個(gè)發展趨勢。海(hǎi)得(dσe)控制(zhì)研發實施了(le)國(guó)內(nèi)制(zhì)藥行(xíng)業(yè)第1個(gè)柔性智能(néng)車(chē)間(jiān)生(shēng)産物(wù)流調度系統的(de)成功案例，具備與自(zì)動化(huà)倉庫智能(n‍éng)管理(lǐ)/控制(zhì)系統進行(xíng)集成的(de)技(jì)術(shù)基礎，可(kě)以實現(xiàn)智能(néng)工(gōn♦g)廠(chǎng)中智能(néng)物(wù)流的(de)全部貫通(tōng)。