智能倉儲管理系統(tǒng)技術(shù)研究
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摘要：本文以用戶需求為基礎(chǔ)，對智能倉儲管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，基于為了降低倉儲管理工作難度，提升工作時效性，需要技術(shù)人員利用信息技術(shù)及時在內(nèi)部構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)體系，科學(xué)設(shè)計管理系統(tǒng)。并關(guān)注各項信息技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)缺點，根據(jù)時代發(fā)展特征，做好對技術(shù)的創(chuàng)新研究工作。
關(guān)鍵詞：智能倉儲；倉儲系統(tǒng)設(shè)計；移動機器人隨著
5G技術(shù)的迅猛發(fā)展，倉儲管理水平已經(jīng)向著信息化、自動化的方向展開研究，技術(shù)人員正在設(shè)計科學(xué)的智能倉儲管理系統(tǒng)。希望減輕人工日常管理工作的壓力。比如，揀貨作業(yè)作為倉儲物流中心最重要且占用成本最高的作業(yè)，其效率及正確性都大大影響了服務(wù)品質(zhì)，如何采用物聯(lián)網(wǎng)和射頻識別技術(shù)，設(shè)計分布式智能倉儲系統(tǒng)，研究智能倉儲關(guān)鍵技術(shù)，提高倉儲管理效率，成為當(dāng)前的熱點。
1用戶管理需求分析與設(shè)計
1.1倉儲需求及工作流程分析
在新時期進行智能倉儲管理工作時，應(yīng)當(dāng)先從用戶需求的角度進行分析，找到智能化技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展方向，有針對性的提升技術(shù)水平。首先，要了解日常倉儲管理工作的基本任務(wù)，一般是確定入庫物品的質(zhì)量、數(shù)量，入庫時間，負(fù)責(zé)人信息，這些都需要進行準(zhǔn)確、及時的記錄。其次，要根據(jù)物品的不同種類進行分揀工作，根據(jù)基本的分類要求做好分類存儲工作。最后，當(dāng)物品需要出庫時，應(yīng)根據(jù)物品的入庫時間長短，選擇哪些物品應(yīng)該先出庫。出庫時，應(yīng)更新相關(guān)的庫存信息。
1.2智能化倉儲系統(tǒng)設(shè)計思路
使用智能化技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)工作平臺，方便及時接收客戶的訂單信息，并將實物物品的基礎(chǔ)資料信息記錄在網(wǎng)絡(luò)平臺上，要構(gòu)建虛擬的、立體的倉庫模型，根據(jù)物品的實際存儲位置，來繪制模型圖，在網(wǎng)絡(luò)上可以便捷的查詢庫存信息，確定物品的存儲位置。同時，在進行智能化倉儲時，要在實際倉庫中安裝智能化監(jiān)控設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)平臺上進行實時的倉庫安全管理工作。主要關(guān)注人為因素、環(huán)境溫濕度因素是否會引發(fā)安全隱患。比如，物品丟失、倉庫起火、滲水等等。此外，實際工作目標(biāo)是為了研究如何降低倉庫的管理成本，提升管理水平，降低倉儲人員的日常工作壓力。
2研究內(nèi)容
2.1智能倉儲管理系統(tǒng)分析
針對物流倉庫系統(tǒng)，設(shè)計適合多AGV調(diào)度的倉庫模型，采用區(qū)域劃分實現(xiàn)倉庫模型中資源的合理配置。規(guī)劃貨架布置、出入庫工作站、充電站。倉庫管理系統(tǒng)具有盤點功能，以及倉庫數(shù)據(jù)管理。倉庫管理系統(tǒng)入庫時，WMS生成入庫單給iWMS，或者直接人工掃描物料碼，iWMS根據(jù)計算，調(diào)度AGV搬運空貨架或者有同一類物品的貨架到出入庫區(qū)，人工擺放貨物到貨架上，人工輸入產(chǎn)品數(shù)量，AGV搬運該貨架回原位，WMS倉庫管理系統(tǒng)自動更新庫存數(shù)據(jù)。倉庫管理系統(tǒng)出庫時分為普通出庫、應(yīng)急出庫、智能熱度擺貨架三種情況。普通出庫：人工掃描出庫清單，iWMS根據(jù)計算，調(diào)度AGV搬運相應(yīng)的貨架到出貨區(qū)，人工取物并輸入數(shù)量，然后點擊取認(rèn)，WMS倉庫管理系統(tǒng)自動更新庫存數(shù)據(jù)，AGV自動搬運貨架回原位。應(yīng)急出庫：在一體機操作界面上，先指定選擇需要出庫的貨物和數(shù)量，然后iWMS根據(jù)計算調(diào)度AGV搬運相應(yīng)的貨物過來，揀選完成電機取任后，AGV自動搬運貨架回原位并更新數(shù)據(jù)。智能熱度擺貨架：運行一段時間后，iWMS系統(tǒng)會自動將常用貨架搬運到最近的區(qū)域，有利于提高出庫效率。
2.2智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計
采用AGV的RCS系統(tǒng)與倉庫iWMS系統(tǒng)對接，對接協(xié)議采用海康標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。主要是方便對物品的存儲位置進行準(zhǔn)確的定位，在倉庫庫存量比較大的情況下，對同類物品存儲和撿貨、出庫等工作提供了一定的便利條件，能提高倉儲管理工作的效率。而且，搭載智能管理系統(tǒng)的機器人裝置可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)，完成直線運動、轉(zhuǎn)彎運動等操作，配合機械臂可以平穩(wěn)的堆放、抓取貨物。前置激光避障，可以避免機器人行進路線中有人為放置的障礙物，而發(fā)生碰撞的情況。支持液晶顯示屏、聲光告警提示人機交互友好；通過雙色指示燈設(shè)備狀態(tài)指示。設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)管理，因此，在系統(tǒng)設(shè)計階段，還要關(guān)注通信服務(wù)的問題，比如，應(yīng)用5G技術(shù)。設(shè)計RCS+iWMS系統(tǒng)總體架構(gòu)機器人調(diào)度控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成，下層機器人控制系統(tǒng)（RCS）和貨架管理系統(tǒng)（iWMS），如圖1所示。機器人控制系統(tǒng)（RCS）由管理中心服務(wù)（RCS-WEB），機器人控制服務(wù)以及告警管理服務(wù)組成。管理中心負(fù)責(zé)設(shè)備服務(wù)資源信息配置和管理。機器人控制服務(wù)負(fù)責(zé)移動機器人的控制和管理，其中一個機器人控制服務(wù)負(fù)責(zé)一個物理空間倉庫的設(shè)備管理和維護。貨架管理系統(tǒng)（iWMS）負(fù)責(zé)接收甲方的WMS系統(tǒng)下發(fā)的出入庫清單和指令，然后自我匹配分析，下發(fā)給機器人控制系統(tǒng)執(zhí)行，并且監(jiān)控和維護子任務(wù)，確保業(yè)務(wù)信息能夠完整的執(zhí)行。
2.3系統(tǒng)的具體運行方法
在運行倉儲管理系統(tǒng)時，需要做好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計工作，關(guān)注網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入問題、通訊連接問題。并完成對人機交互界面的設(shè)計工作，界面要盡量簡潔。還要設(shè)置登錄系統(tǒng)平臺的賬號，根據(jù)不同崗位的工作職能特點，設(shè)置不同的智能倉儲管理系統(tǒng)的登錄權(quán)限，主要是對信息的錄入、刪改權(quán)限要進行合理的設(shè)置，避免出現(xiàn)實際物品數(shù)量、型號與系統(tǒng)記錄不符的情況。移動機器人通過采集各個掃描點相對激光的距離，快速形成3D輪廓，配合感知庫算法，從而實現(xiàn)對障礙物的檢測。此外，移動機器人可根據(jù)背負(fù)貨架(包括貨架腿)的不同尺寸、行駛的區(qū)域，自動計算避障區(qū)域大小。作為工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)，AGV需要頻段獨享，獨立使用2.4G或者5.8G。同時為保證IP地址管理上的唯一性，建議使用MAC地址綁定的方式管理AGV，例如獨立給AGV使用的網(wǎng)絡(luò)都通過MAC地址綁定，防止非法用戶使用AGV的無線網(wǎng)絡(luò)。
3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1機器人與智能輸送裝備深度融合
移動機器人通過采集各個掃描點相對激光的距離，快速形成3D輪廓，配合感知庫算法，從而實現(xiàn)對障礙物的檢測。此外，移動機器人可根據(jù)背負(fù)貨架(包括貨架腿)的不同尺寸、行駛的區(qū)域，自動計算避障區(qū)域大小。（1）避障區(qū)域（最外邊界的安全距離），主要有兩種設(shè)置。（2）空車情況，根據(jù)車的外輪廓以及側(cè)向安全距離調(diào)整。背貨架時，根據(jù)貨架和車的相對位置、貨架的不同尺寸和類型，進行安全距離避障。相應(yīng)，運行區(qū)域的地圖屬性配置完成后，由RCS調(diào)度移動機器人完成安全距離調(diào)整，實現(xiàn)避障功能。輪廓激光避障策略簡要說明如下：激光最遠檢測距離可達4m。stop_dist:停車距離，指移動機器人最終停止位置距離障礙物的距離，一般空載情況下，設(shè)置在150mm-400mm左右。max_dece:避障最大減速度，實際避障時的減速度由移動機器人自行調(diào)整。具體避障減速策略如圖2所示。移動機器人遇障后，首先會實時自行計算安全速度，當(dāng)實際速度<安全速度時，機器人勻速行駛，當(dāng)實際速度>安全速度后，機器人進入減速區(qū)。在勻速區(qū)，移動機器人按額定速度勻速前進；在減速區(qū)，由移動機器人自動計算安全避障的減速加速度，進行減速運行；在停車距離以內(nèi)，移動機器人將按照最大減速度進行減速，直至停止。
3.2智能輸送成套裝備的數(shù)字孿生
基于數(shù)字孿生信息物理融合理論與技術(shù)研究智能輸送裝備數(shù)字孿生的物理融合、模型融合、數(shù)據(jù)融合、服務(wù)融合等不同維度的融合問題；借助孿生數(shù)據(jù)的融合與分析，研究智能輸送裝備物理實體與虛擬模型之間的交互和協(xié)同方式；基于智能輸送裝備數(shù)字孿生研究數(shù)字孿生生產(chǎn)物流的任務(wù)組合優(yōu)化、運輸路線規(guī)劃、運輸過程控制等在物理、信息世界和上層物流服務(wù)系統(tǒng)之間的迭代運行模式。
3.3輸送裝備狀態(tài)自主感知與故障診斷
物流輸送場景具有高度的復(fù)雜性和時變性等特征，產(chǎn)生海量生產(chǎn)和運行數(shù)據(jù)。采用5G、機器視覺、深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)針對復(fù)雜輸送場景下的設(shè)備對現(xiàn)場信息的自主感知、自主分析與決策機制和相關(guān)算法進行研究，提出具有創(chuàng)新性的理論方法，并且根據(jù)Web平臺開發(fā)框架，實現(xiàn)輸送裝備能夠在復(fù)雜場景下實現(xiàn)對輸送對象的自動識別和性能自適應(yīng)。
3.4智能輸送裝備與無線網(wǎng)絡(luò)
（1）AP安裝可以頂裝，可以壁裝，壁裝時建議AP安裝時傾角7~9度，AP高度建議在3~5米之間。（2）AP數(shù)量需合理，數(shù)量太多易引起AP間的干擾，可以參考如下評估方式：AP發(fā)射功率為20dBm的情況下，若AGV需背負(fù)金屬貨架，AP覆蓋范圍按照半徑15m設(shè)計，安裝高度3-5m；若AGV無需背負(fù)貨架，如滾筒型AGV，則AP覆蓋范圍按照半徑20m設(shè)計。（3）根據(jù)不同AP型號確定其覆蓋范圍和安裝方式，尤其注意全向型和定向型AP的區(qū)別。（4）相鄰的AP信道配置需要錯開，并且信道要固定：2.4G請使用1，6，11信道，5.8G請使用149，153，157，161，165信道。圖3為2.4G的信道圖，5.8G可以參照2.4G部署。（5）AP布置要充分考慮墻壁等物理隔離，如有是防火墻，無線信號穿墻衰弱很厲害，將出現(xiàn)信號強度山崖式斷裂。這些特殊區(qū)域要適當(dāng)考慮補增AP，例如沿防火墻門的AGV行徑道路上增加部署一個AP，防止信號崖斷式情況發(fā)生。（6）需確定相鄰AP信號重疊范圍大小，此為AP布局的關(guān)鍵所在，由STA的漫游切換策略、AP與STA的匹配閾值、STA移動的最大速度和AP/AC支持的切換時間共同決定，以實測為準(zhǔn)。按照一般經(jīng)驗，建議在AP與AP信號強度覆蓋疊加區(qū)內(nèi)要保證各自AP都有-65dB的強度疊加區(qū)。如圖4。智能倉儲系統(tǒng)目前的應(yīng)用范圍比較廣，不僅是物流行業(yè)會使用這種系統(tǒng)來智能化的管理庫存產(chǎn)品，很多事企業(yè)單位在進行內(nèi)部資產(chǎn)管理工作時，也會使用這項技術(shù)。在5G時代，通訊信號的連接速度和連接質(zhì)量，會影響網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的傳輸情況。而在需要存儲的物品逐漸增多的情況下，管理系統(tǒng)也需要不斷完善。要分析各種信息技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，研究將各種技術(shù)合理融入到智能倉儲系統(tǒng)當(dāng)中的方法，以優(yōu)化倉儲管理服務(wù)。本文主要介紹了計算機系統(tǒng)的構(gòu)建思路以及人工智能機器人的運行原理和操作方法，在具體展開系統(tǒng)架構(gòu)工作時，應(yīng)著重關(guān)注用戶需求，并考慮如何擴大網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍的方法。
參考文獻
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[2]袁培培.智能倉儲作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].東華大學(xué),2016.
作者:王昌 陳志武 王樹良 周明 郭靜茜 單位:國網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司
