本文對(duì)離散制造企業(yè)適用的數(shù)字化物流揀選系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，指出了其關(guān)鍵技術(shù)，并具體分析了該系統(tǒng)的技術(shù)線路、業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)平臺(tái)和系統(tǒng)軟件組成及功能。

　　數(shù)字化、倉(cāng)儲(chǔ)管理、物流、WMS、WCS、DPS

　　離散制造業(yè)最典型的特點(diǎn)是“多品種、小批量、多研發(fā)、少批產(chǎn)”，以及生產(chǎn)管理與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)量龐大、多變等，導(dǎo)致工藝復(fù)雜，過程離散。對(duì)于離散制造業(yè)來(lái)說，不同企業(yè)間的差別很大，因此很難形成產(chǎn)品化的數(shù)字化解決方案。離散制造企業(yè)數(shù)字化建設(shè)，應(yīng)以數(shù)字化的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和仿真為基礎(chǔ)，解決生產(chǎn)數(shù)據(jù)源建設(shè)的問題，以最終獲得數(shù)字化制造的成果。因此其數(shù)字化建設(shè)工作需要從生產(chǎn)線基層做起。

　　但是從我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)狀況來(lái)看，大多數(shù)企業(yè)仍還處于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代的傳統(tǒng)管理模式，如生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集受到人為因素的影響大，加上工藝過程的調(diào)整、計(jì)劃經(jīng)常變更，使得物流不連續(xù)，時(shí)常發(fā)生物流“瓶頸”。制造過程中物流、倉(cāng)儲(chǔ)等資源管理由于缺乏數(shù)字化技術(shù)與系統(tǒng)的支持而過于依賴人工，使物流無(wú)法真正做到與計(jì)劃和工藝層面的信息流統(tǒng)一，造成企業(yè)制造信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)控制層面上的缺陷，導(dǎo)致信息“孤島”，甚至成為企業(yè)數(shù)字化、信息化的瓶頸。

　　導(dǎo)致這種狀況的原因主要是基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)源建設(shè)問題、管理信息系統(tǒng)與自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成問題、自動(dòng)化裝備與管理系統(tǒng)的集成問題和計(jì)劃、工藝等信息流與物流的一致性協(xié)作問題，歸根到底就是物料管理、物流控制與生產(chǎn)協(xié)作的問題。所以，促進(jìn)工業(yè)化與信息化融合，提升企業(yè)信息化水平的內(nèi)外部需求，使得制造企業(yè)必須盡快提升物流管理水平，改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，將物料管理、物流管理和生產(chǎn)管理相結(jié)合，形成跨職能、跨業(yè)務(wù)、跨部門的制造大流程，從本質(zhì)上解決企業(yè)內(nèi)部制造過程供應(yīng)鏈管理存在的問題。本文介紹的數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)

　　數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

　　數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)包括數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)平臺(tái)，數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)管理軟件，數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)控制軟件，數(shù)字化物流揀選設(shè)備控制軟件，生產(chǎn)制造、工藝、計(jì)劃、供應(yīng)等管理系統(tǒng)相關(guān)接口，倉(cāng)儲(chǔ)物流存儲(chǔ)設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)物流揀選設(shè)備。其關(guān)鍵技術(shù)有：
　　
　　1.揀選策略建模技術(shù)

　　根據(jù)制造業(yè)行業(yè)特點(diǎn)，研究裝配零件數(shù)量、工序數(shù)量、每道工序零件數(shù)量分布特點(diǎn)及規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行揀選策略優(yōu)化，以達(dá)到降低庫(kù)存、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期的目的。模型假設(shè)：

　　（1）一個(gè)訂單至少包含一個(gè)物品；

　　（2）每條揀選路徑完成多個(gè)揀選訂單，為了避免二次分揀，每批訂單個(gè)數(shù)為定值；

　　（3）為了保持訂單的完整性，訂單不允許分割；

　　（4）每一揀選物品對(duì)應(yīng)唯一的揀選貨位，即物品與貨位一一對(duì)應(yīng)；

　　（5）揀選人員行走速度固定；

　　（6）訂單所購(gòu)商品均不缺貨；

　　（7）所有的訂單超過規(guī)定的提前期開始揀選貨物，都需要付出相應(yīng)的提前期成本；

　　（8）訂單的分揀順序不影響送貨順序；

　　（9）行走成本系數(shù)、揀選成本系數(shù)、提前期成本系數(shù)分別為固定值；

　　（10）根據(jù)訂單的變化特性，每天可以進(jìn)行多次分批計(jì)算；

　　（11）每個(gè)訂單貨品的容量不超過一個(gè)周轉(zhuǎn)箱的容量。

　　綜合考慮揀選路徑、揀選訂單相似性、訂單提前期3個(gè)方面的因素，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)中的圖論和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)揀選路徑優(yōu)化，建立以降低揀選成本為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，使得到的結(jié)果和可操作性達(dá)到較好的平衡。

　　2.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)熱插拔技術(shù)

　　系統(tǒng)中涉及到的硬件設(shè)備較多，所有設(shè)備都需要通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，另外一些電器元件需要穩(wěn)定的電壓來(lái)正常工作，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的插拔會(huì)直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定。在深刻分析了網(wǎng)絡(luò)通訊特點(diǎn)、剖析了系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)后，通過采用多線程技術(shù)和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，增加通斷監(jiān)視線程，同時(shí)采用數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)處理機(jī)制，從而可以解決數(shù)據(jù)線在不同端口插拔時(shí)候數(shù)據(jù)可能丟失的問題。具體應(yīng)用在如揀選配送車上，如果通過有線連接，因?yàn)檐囀请S時(shí)移動(dòng)的，采用拖纜會(huì)造成線路纏繞，而通過航空插頭，隨時(shí)可以拔下插上，保證了通訊數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

　　3.軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

　　包括揀選配送系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能和模塊界面劃分、界面數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)化、界面硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化、制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。定義揀選配送系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能，在選配完使用本企業(yè)的相關(guān)硬件和軟件部分后，系統(tǒng)立即生成相關(guān)規(guī)范化的接口。存儲(chǔ)設(shè)備與揀選設(shè)備、揀選設(shè)備與配送設(shè)備、硬件設(shè)備與軟件、揀選配送軟件與企業(yè)目前存在的軟件間都會(huì)生成標(biāo)準(zhǔn)格式的接口。此接口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，使對(duì)接雙方在最短的時(shí)間內(nèi)能夠連接在一起，減少各自的二次開發(fā)成本。

　　方案示例

　　1.技術(shù)路線

　　2.系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　在物流揀選配送系統(tǒng)平臺(tái)下，根據(jù)生產(chǎn)工位上實(shí)際需要的計(jì)劃，下發(fā)給不同的存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備中缺料的，系統(tǒng)自動(dòng)將缺料信息發(fā)送給物資供給單位。物料通過不同的輸送設(shè)備按照不同的需要進(jìn)行供給，在存儲(chǔ)設(shè)備中根據(jù)物料的大小、類型，通過不同的揀選方式揀選出來(lái)，然后再統(tǒng)一配送到生產(chǎn)工位上。

　　3.系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

　　廠級(jí)計(jì)劃部門按照公司年生產(chǎn)任務(wù)制定生產(chǎn)計(jì)劃，工藝部門針對(duì)公司的工藝文件擬制配套卡片，車間將工藝數(shù)據(jù)與生產(chǎn)任務(wù)結(jié)合后下發(fā)車間生產(chǎn)計(jì)劃。中央倉(cāng)庫(kù)按照車間生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)準(zhǔn)備相應(yīng)的物料，按照不同的車間分發(fā)到不同的零件庫(kù)房，零件庫(kù)房通過電子標(biāo)簽輔助系統(tǒng)進(jìn)行配套揀選，揀選完畢后，統(tǒng)一配送到生產(chǎn)工位。

　　4.系統(tǒng)平臺(tái)

　　物流揀選配送系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)于不同軟件、硬件按標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化進(jìn)行開發(fā)，最終形成可搭配的公共平臺(tái)。針對(duì)不同的客戶需求，可以進(jìn)行搭配組合。對(duì)于系統(tǒng)的功能服務(wù)可以選擇搭配，對(duì)于系統(tǒng)中涉及到的硬件系統(tǒng)也可進(jìn)行選擇性搭配。這也可以減少軟件開發(fā)成本，同時(shí)也更適用于不同性質(zhì)的企業(yè)。

　　5.系統(tǒng)軟件

　　（1）數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)

　　數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，簡(jiǎn)稱WMS）是面向庫(kù)存管理的數(shù)據(jù)管理軟件，功能包括實(shí)際庫(kù)存處理，如收貨、退貨和庫(kù)存調(diào)整。通過數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錄入，能保證數(shù)據(jù)即時(shí)更新和準(zhǔn)確性，能夠定義并管理復(fù)雜的倉(cāng)庫(kù)機(jī)構(gòu)，可以將倉(cāng)庫(kù)分為不同的物理或邏輯單元，例如貨架區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)。還可以隨機(jī)地組織和管理，系統(tǒng)可利用已定義的策略提示用戶貨物應(yīng)存放的區(qū)域，貨物應(yīng)從哪些區(qū)域取出。并能夠提供物料的過期、檢修以及庫(kù)存限量自動(dòng)提示報(bào)警。還能完成存儲(chǔ)所有相關(guān)的貨物、用戶、人員等信息的功能。

　　（2）數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)

　　數(shù)字化物流倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)（Warehouse Control System，簡(jiǎn)稱WCS）是監(jiān)督控制自動(dòng)化庫(kù)房設(shè)備的軟件，包含作業(yè)和通信管理，監(jiān)控操作負(fù)責(zé)接收出入庫(kù)的任務(wù)信息，并進(jìn)行分解處理，再通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到相應(yīng)的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備上，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備信息對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。WCS系統(tǒng)包括對(duì)自動(dòng)化立體庫(kù)、智能回轉(zhuǎn)庫(kù)、電子標(biāo)簽庫(kù)的控制，具體功能模塊包括作業(yè)調(diào)度、作業(yè)監(jiān)視、故障管理、設(shè)備狀態(tài)管理、單步調(diào)試、動(dòng)畫模擬和通訊管理模塊等。

　　WCS系統(tǒng)是倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化作業(yè)的組織調(diào)度核心，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)管理軟件自動(dòng)分配好的作業(yè)地址信息，按運(yùn)行時(shí)間最短、作業(yè)間的合理分配等原則，對(duì)作業(yè)順序進(jìn)行優(yōu)化排定，數(shù)據(jù)處理后向輸送機(jī)等主要機(jī)電設(shè)備的控制器分發(fā)作業(yè)命令。系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收控制級(jí)的信息反饋，并對(duì)主要設(shè)備的運(yùn)行位置、作業(yè)狀態(tài)、貨位占位情況、運(yùn)行故障等狀態(tài)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。具體描述如下：

　　1）任務(wù)分解與處理：負(fù)責(zé)將任務(wù)分解到網(wǎng)絡(luò)上并等待自動(dòng)化設(shè)備處理任務(wù)。

　　2）可以手動(dòng)調(diào)整聯(lián)機(jī)隊(duì)列，在形成聯(lián)機(jī)隊(duì)列后可以通過調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)某種貨物的預(yù)先出/入庫(kù)。

　　3）顯示系統(tǒng)的工作方式：聯(lián)機(jī)、自動(dòng)、手動(dòng)。

　　4）顯示設(shè)備的當(dāng)前位置。

　　5）顯示設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)：空閑，運(yùn)行。

　　6）顯示設(shè)備的通訊狀態(tài)。

　　7）對(duì)于故障報(bào)警，提供詳細(xì)的報(bào)警信息，來(lái)說明和建議解決措施。

　　8）通訊設(shè)置：對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行設(shè)置。

　　（3）數(shù)字化物流揀選設(shè)備控制系統(tǒng)

　　數(shù)字化物流揀選設(shè)備控制系統(tǒng)（Digital Picking System，簡(jiǎn)稱DPS）是對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)及智能回轉(zhuǎn)庫(kù)貨柜的揀選設(shè)備、車載終端設(shè)備、智能助力式小車、傳輸線等輸送設(shè)備進(jìn)行控制管理的軟件。DPS系統(tǒng)是整合不同形式的倉(cāng)庫(kù)，選擇不同形式的揀選設(shè)備，通過條碼技術(shù)、RFID技術(shù)、電子標(biāo)簽技術(shù)按照生產(chǎn)訂單進(jìn)行揀選出庫(kù)工作。其功能包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)及智能回轉(zhuǎn)庫(kù)貨柜的揀選控制、對(duì)車載終端搭配指示燈進(jìn)行控制、對(duì)智能助力式小車進(jìn)行控制、對(duì)數(shù)字化傳輸線進(jìn)行控制等。

　　（4）生產(chǎn)制造、工藝、計(jì)劃、供應(yīng)等管理系統(tǒng)相關(guān)接口

　　數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)必然涉及到和企業(yè)的其他軟件系統(tǒng)的對(duì)接，需要與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)往來(lái)，因此需要開發(fā)不同的接口。車間級(jí)計(jì)劃與控制信息以共享平臺(tái)C/S、B/S方式，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的下達(dá)、控制執(zhí)行、工藝更新，因此在信息流的環(huán)節(jié)需要與生產(chǎn)制造、工藝、計(jì)劃、供應(yīng)等多個(gè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行接口開發(fā)。

　　數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)涉及到和企業(yè)的其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，包括企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）。生產(chǎn)制造、工藝、計(jì)劃、供應(yīng)等管理系統(tǒng)相關(guān)接口（Warehouse Equipment Interface簡(jiǎn)稱WEI）主要有：研制計(jì)劃與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)接口、研制工藝與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)接口、研制供應(yīng)管理系統(tǒng)與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)接口、研制生產(chǎn)計(jì)劃與倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)接口。數(shù)字化物流揀選配送系統(tǒng)立志于開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)版本接口，針對(duì)不同形式的軟件采用統(tǒng)一的接口形式，使后期二次開發(fā)周期縮短，保證系統(tǒng)間無(wú)縫對(duì)接。