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大型離散制造業(yè) (如裝備、建材、汽車零配件、家具、家電等) 的內(nèi)部供應(yīng)鏈管理問題始終是企業(yè)信息化的重點(diǎn)和難點(diǎn), 也是容易造成企業(yè)信息斷層的薄弱環(huán)節(jié), 內(nèi)部供應(yīng)鏈管理的有效性和科學(xué)性直接影響到企業(yè)運(yùn)作的效率和成本, 影響到企業(yè)的客戶關(guān)系和企業(yè)形象, 從而影響企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。在制造業(yè)的內(nèi)部供應(yīng)鏈中, 倉(cāng)儲(chǔ)管理又是重要和關(guān)鍵環(huán)節(jié), 大型制造業(yè)的內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)往往十分龐大和復(fù)雜, 具有品種型號(hào)繁多、立體多元密集、動(dòng)態(tài)變化迅速、空間操作面龐大等特點(diǎn), 企業(yè)常常因?yàn)槲锲愤M(jìn)庫(kù)未嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)先設(shè)定程序而造成出貨效率低下, 貨物尋址困難, 嚴(yán)重影響企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈管理。本系統(tǒng)針對(duì)大型制造業(yè)內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的具體特點(diǎn), 采用RFID觸發(fā)容錯(cuò)尋址方式, 研究設(shè)計(jì)大型倉(cāng)儲(chǔ)的智能管理模型, 探索大型制造業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)智能化管理的普遍規(guī)律, 為工業(yè)化與信息化融合提供應(yīng)用模型。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)如下:

1) 通過信息化技術(shù)在大型制造業(yè)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用, 有效提高企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈運(yùn)行效率, 降低內(nèi)部物流成本, 杜絕企業(yè)內(nèi)部物流各環(huán)節(jié)的漏洞, 避免出現(xiàn)供應(yīng)鏈信息斷層, 提高企業(yè)信息化水平和整體競(jìng)爭(zhēng)力;

2) 通過分析大型制造業(yè)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的典型事件流模型, 研究設(shè)計(jì)一套適應(yīng)于大型離散制造業(yè)的內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)智能管理系統(tǒng), 通過配置化、移植化、模塊化等手段, 形成典型的大型倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的應(yīng)用解決方案, 為系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ);

3) 我國(guó)是世界制造業(yè)基地, 大型制造企業(yè)不乏其數(shù), 這些企業(yè)大多具備離散制造的特點(diǎn), 其內(nèi)部供應(yīng)鏈管理都面臨同樣的問題。本系統(tǒng)研究的成果可以在這些企業(yè)中得到很好的應(yīng)用, 對(duì)推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

國(guó)內(nèi)大型制造企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)管理大致分為3種類型:傳統(tǒng)式的人工管理、依賴ERP系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理、智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)管理一般依賴于一個(gè)非自動(dòng)化的、以紙張文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來(lái)記錄、追蹤進(jìn)出的貨物, 完全由人工實(shí)施倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的管理, 因此倉(cāng)庫(kù)管理的效率極其低下, 所能管理的倉(cāng)庫(kù)規(guī)模也很小。依賴ERP系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理是基于企業(yè)的局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng), 對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的管理貨物或材料進(jìn)行計(jì)算機(jī)信息化管理, 物品進(jìn)出倉(cāng)依賴人工電腦輸入, 并少量使用工作單的傳遞, 貨物的堆放和定位靠事先的預(yù)定程序設(shè)定, 操作者必須嚴(yán)格執(zhí)行, 貨物的進(jìn)出平衡基本有保證, 但尋址和定位就可能因?yàn)槿说呢?zé)任心或現(xiàn)場(chǎng)的客觀情況而難于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理, 通常要靠一段時(shí)間進(jìn)行一次盤點(diǎn)來(lái)理順, 但盤點(diǎn)畢竟是事后行為, 并不能實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)化。智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)常常采用條碼技術(shù)、二維碼技術(shù)甚至是RFID技術(shù), 對(duì)倉(cāng)庫(kù)到貨檢驗(yàn)、入庫(kù)、出庫(kù)、調(diào)撥、移庫(kù)移位、庫(kù)存盤點(diǎn)等各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集, 保證倉(cāng)庫(kù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性, 確保企業(yè)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫(kù)存的真實(shí)數(shù)據(jù), 合理保持和控制企業(yè)庫(kù)存。目前, 各大企業(yè)采用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集技術(shù)管理供應(yīng)鏈中的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng), 其采集方法還是被動(dòng)采集或半自動(dòng)采集, 數(shù)據(jù)采集終端通常裝配在托盤或叉車上, 或者是操作者手持便攜式終端, 無(wú)法做到密集貨架地址的唯一性, 客觀上還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)貨物的動(dòng)態(tài)尋址, 一定程度上還是依賴人的責(zé)任心。

我國(guó)的大型制造企業(yè)的內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)雖然龐大, 但自動(dòng)化程度還很低, 建設(shè)機(jī)械化、自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)投資也十分驚人, 在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還將維持目前現(xiàn)狀。因此設(shè)計(jì)一種既能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集, 又能實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)容錯(cuò)定位的倉(cāng)儲(chǔ)管理解決方案, 是一種既省錢又能達(dá)到智能管理目的的好方法, 這也正是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

1) 研究開發(fā)全新理念的主動(dòng)采集、容錯(cuò)尋址的RFID技術(shù)部署方案, 包括貨物托盤電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)及部署、多層密集貨架感應(yīng)天線設(shè)計(jì)及部署、密集采集分布式讀寫器設(shè)計(jì)及部署、多通道數(shù)據(jù)通訊路徑設(shè)計(jì)及部署、RFID原始信號(hào)的預(yù)處理 (如隔離、分序、過濾、判斷及干擾處理等) 、故障診斷及定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等;

2) 倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件平臺(tái)設(shè)計(jì), 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括貨物動(dòng)態(tài)平衡數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、三維貨架狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、托盤狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、電子標(biāo)簽與讀寫器天線邏輯地址數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、邏輯狀態(tài)與物理狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、內(nèi)部操作人員及操作設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等;軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)包括倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控平臺(tái)、物品進(jìn)庫(kù)平臺(tái)、物品出庫(kù)平臺(tái)、貨架動(dòng)態(tài)分配平臺(tái)、智能尋址平臺(tái)、托盤及操作設(shè)備調(diào)度平臺(tái)、盤點(diǎn)及統(tǒng)計(jì)平臺(tái)等;

3) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)與ERP內(nèi)部供應(yīng)鏈管理接口設(shè)計(jì)。包括異構(gòu)數(shù)據(jù)的同步與訪問、ERP指令的接受、倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)上傳等, 以實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體信息化。

1) 解決適應(yīng)于金屬表面的電子標(biāo)簽和讀寫器天線的通訊有效性問題。眾所周知, 金屬表面會(huì)改變電子標(biāo)簽和讀寫器的性能和參數(shù), 對(duì)數(shù)據(jù)采集造成嚴(yán)重干擾, 影響電子標(biāo)簽的識(shí)讀和通訊, 由于大型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的載體單位的成品倉(cāng)庫(kù)無(wú)論是貨架、托盤還是貨物很可能是金屬材料, 在其上部署RFID技術(shù), 通訊的有效性是首當(dāng)其沖的難題;

2) 解決密集讀寫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路隔離和地址匹配問題。大型倉(cāng)儲(chǔ)的立體貨架、貨位和托盤都非常多, 每個(gè)托盤都部署有電子標(biāo)簽, 每個(gè)貨位都部署有讀寫天線, 讀寫器的數(shù)量非常多, 可見RFID數(shù)據(jù)通訊十分頻繁, 一方面要建立物理位置與邏輯地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 處理好信號(hào)采集及通訊的排序、防沖突、防干擾、信號(hào)甄別、信號(hào)遴選等核心問題, 處理好RFID觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)速度問題;另一方面要處理好信號(hào)的隔離問題, 防止單元故障引發(fā)系統(tǒng)故障, 同時(shí)通過診斷軟件, 第一時(shí)間定位故障單元, 以便及時(shí)排除故障;

3) 解決RFID識(shí)讀的距離和極化問題。大型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)操作面龐大, 貨物就位大多采用廠內(nèi)機(jī)動(dòng)車協(xié)助, 隨意性大, 就位不可能十分理想, 托盤電子標(biāo)簽與貨架讀寫天線的距離忽遠(yuǎn)忽近, 角度也可能偏移。因此, 讀寫距離和極化角度是一個(gè)直接影響數(shù)據(jù)采集有效性的關(guān)鍵問題, 范圍過大會(huì)影響不同貨位之間的數(shù)據(jù)混讀, 范圍過小則會(huì)造成漏讀。解決這一問題一方面要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定合適的讀寫距離和極化角度;另一方面要適當(dāng)設(shè)置屏蔽和隔離設(shè)施, 以確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性;

4) 解決貨物批次與托盤級(jí)管理的貨物分解與合成問題。由于采用了托盤管理, 為提高空間利用率, 很可能同一批次和型號(hào)的貨物分布在不同的托盤和貨架, 這就是貨物批次分解問題。相反, 在貨物量少的情況下, 不同批次和型號(hào)的貨物可能存放于同一托盤和貨架內(nèi), 這就是貨物批次合成問題。因此, 必須根據(jù)實(shí)際操作情況, 分析并建立貨物分解和合成事件流模型, 厘清并規(guī)范分解與合成的邏輯關(guān)系, 形成標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)解決方案, 這樣既可提高軟件系統(tǒng)的可靠性, 又便于技術(shù)平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

倉(cāng)儲(chǔ)管理是企業(yè)供應(yīng)鏈管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié), 必須基于企業(yè)的現(xiàn)行ERP系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì), 才能實(shí)現(xiàn)其智能管理和科學(xué)決策功能。底層也就是原始信息采集層通過通訊系統(tǒng)將大量數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒?wù)器, 以供管理及決策使用。因此, 本項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、管理軟件系統(tǒng)、與供應(yīng)鏈接口系統(tǒng)以及與企業(yè)ERP接口系統(tǒng)。圖1是本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖  下載原圖

RFID部署的科學(xué)性直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、有效性和可用性, 為實(shí)現(xiàn)RFID觸發(fā)容錯(cuò)尋址, 同時(shí)防止通訊路徑的相互干擾和沖突, RFID系統(tǒng)部署共分為三級(jí)網(wǎng)絡(luò), 一級(jí)網(wǎng)絡(luò)包含四個(gè)二級(jí)子網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)二級(jí)子網(wǎng)絡(luò)包含20個(gè)三級(jí)子網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)三級(jí)子網(wǎng)絡(luò)包含66~132個(gè)RF讀寫器節(jié)點(diǎn)。RF讀寫器及電子標(biāo)簽采用125k Hz, 傳輸方式采用485工業(yè)總線技術(shù)傳輸, 電源采用分組供電方式, 每6個(gè)RF讀寫器節(jié)點(diǎn)共用一個(gè)電源。

所謂觸發(fā)容錯(cuò)尋址, 就是操作者在運(yùn)送貨物到貨架存放時(shí), 無(wú)論是嚴(yán)格按計(jì)算機(jī)事先安排的空位存放還是因多種原因造成錯(cuò)誤存放, 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都能通過RFID的實(shí)際觸發(fā)地址而進(jìn)行容錯(cuò)處理, 貨物及托盤的實(shí)際物理地址并不會(huì)出現(xiàn)混亂。本系統(tǒng)通過在密集貨架的每一個(gè)貨位上設(shè)計(jì)部署邏輯地址唯一的讀寫器或感應(yīng)天線, 在每一個(gè)托盤上部署唯一UID碼的電子標(biāo)簽, 一旦托盤進(jìn)入貨位的識(shí)讀范圍, 即可觸發(fā)RFID系統(tǒng)動(dòng)作, 將貨物與貨架的對(duì)應(yīng)關(guān)系自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng), 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里始終保存著正確的地址信息。這種方式下允許人的操作誤差, 并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)容錯(cuò), 充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)的特點(diǎn), 同時(shí)大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

軟件系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)管理功能和決策功能的載體和工具, 軟件設(shè)計(jì)基于RFID采集的原始信息數(shù)據(jù)庫(kù)、物理倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)抽象描述數(shù)據(jù)庫(kù)及貨物屬性描述數(shù)據(jù)庫(kù), 大型制造業(yè)內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)至少包括如下平臺(tái):動(dòng)態(tài)監(jiān)管及調(diào)度平臺(tái)、入庫(kù)作業(yè)平臺(tái)、出庫(kù)作業(yè)平臺(tái)、移庫(kù)作業(yè)平臺(tái)、盤庫(kù)作業(yè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)接口平臺(tái)、數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺(tái)等。

1) 動(dòng)態(tài)監(jiān)管及調(diào)度平臺(tái):包括監(jiān)管倉(cāng)庫(kù)的貨物存量、貨物流量、貨物存放物理及邏輯位置、發(fā)送入庫(kù)指令、發(fā)送出庫(kù)指令、貨物尋址指引、維持動(dòng)態(tài)平衡等功能;

2) 入庫(kù)作業(yè)流程:收貨檢驗(yàn)=〉制作和粘貼標(biāo)簽=〉貨物進(jìn)托盤=〉現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分配庫(kù)位=〉運(yùn)送貨物到指定庫(kù)位 (錯(cuò)放了也沒關(guān)系, 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)容錯(cuò)) =〉托盤與貨架自動(dòng)對(duì)接通訊=〉每次操作的貨架號(hào)和對(duì)應(yīng)物品編號(hào)自動(dòng)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=〉計(jì)算機(jī)比對(duì)實(shí)際存放庫(kù)位與理論存放庫(kù)位是否一致=〉更新庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù);

3) 出庫(kù)作業(yè)流程:中心計(jì)算機(jī)下達(dá)出庫(kù)計(jì)劃=〉現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)編制出庫(kù)指令=〉作業(yè)人員按數(shù)據(jù)終端提示, 到達(dá)指定庫(kù)位=〉從庫(kù)位上取出指定貨物對(duì)應(yīng)的托盤=〉貨架與托盤脫離觸發(fā)RFID動(dòng)作=〉貨物離開貨架的信息自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)=〉貨物運(yùn)送到出口處=〉向現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)發(fā)回完成出庫(kù)作業(yè)信息=〉更新中心數(shù)據(jù)庫(kù);

4) 移庫(kù)作業(yè)流程:根據(jù)需要, 計(jì)算機(jī)編制移庫(kù)指令=〉將需要移動(dòng)的貨物對(duì)應(yīng)的托盤從貨架取出=〉貨架與托盤脫離觸發(fā)RFID動(dòng)作=〉貨物離開貨架的信息自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)=〉運(yùn)送貨物到指定庫(kù)位=〉托盤與貨架自動(dòng)對(duì)接通訊=〉每次操作的貨架號(hào)和對(duì)應(yīng)物品編號(hào)自動(dòng)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=〉更新庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù);

5) 盤庫(kù)作業(yè)流程:分為自動(dòng)盤庫(kù)和人工盤庫(kù)。自動(dòng)盤庫(kù)流程:計(jì)算機(jī)發(fā)出盤庫(kù)指令=〉對(duì)RFID全部單元進(jìn)行掃描=〉輸出盤庫(kù)結(jié)果=〉比較盤庫(kù)結(jié)果與貨物實(shí)際存量, 不符時(shí)發(fā)出警示=〉向現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)發(fā)出盤庫(kù)結(jié)束信息。人工盤庫(kù)采用便攜式RFID數(shù)據(jù)終端和條碼終端, 理論上并不需要人工盤庫(kù), 只有當(dāng)貨物、貨架、托盤出現(xiàn)匹配混亂時(shí)才需進(jìn)行;

6) 數(shù)據(jù)挖掘及分析平臺(tái):包括生成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表、決策建議、倉(cāng)儲(chǔ)效率分析、物流路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)、操作者考核與作業(yè)量統(tǒng)計(jì)等。

本系統(tǒng)適應(yīng)于大型離散制造業(yè) (如裝備、建材、汽車零配件、家具、家電等) 內(nèi)部供應(yīng)鏈管理的倉(cāng)儲(chǔ)管理環(huán)節(jié), 著重解決大型制造業(yè)的內(nèi)部倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)貨物自動(dòng)尋址問題, 同時(shí)本系統(tǒng)也是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng), 是“兩化融合”的經(jīng)典案例, 有助于推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用, 加速推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)整體信息化的進(jìn)程。