仓储智能货架的研究与应用

胡晓青，周明，刘军

（北京物资学院信息学院，北京 101149）

1 传统货架的技术升级

货架这一仓储设备，已经无法追溯其起源。在人工和机器化的仓储阶段，货物的输出、仓储、整理、操作主要依靠人工及辅佐机器来实现，主要使用货架托盘和移动式货架存储物料；在自动化仓储阶段，随着自动导引车、自动货架、自动搬运机器人、自动识别和自动分拣体系的出现，回旋体式货架、搬运式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备参与自动操作；在智能化仓储阶段，人工智能和物联网技术推动了智能化的发展，在这一阶段，智能货架的特点是能够自动标识物品、能够进行数据通信与显示。

智能货架是智能仓储的重要组成部分，物联网技术的发展是传统货架技术升级的技术基础。王玉泉等人将RFID技术运用到货架中，货架上的每个物品都附有1个电子标签，阅读器进行读取并保存数据，实现随时监控库存，可大大提高物流仓储企业的工作效率；潘成峰发明一种智能提示货架，在仓库的每个物资的摆放位都设有电子铭牌和指示灯，与计算机相连，通过扫描领料单上的二维码做出反应，控制电子铭牌和指示灯快速准确地找到物品的所在位置；叶国欣等人提出使用ZigBee设计超低耗的电子货架标签,放置在超市货架中,改善纸质价码标签的信息更新时间长、手工更换效率低、人力成本高等缺点；李俊韬等人在对贵重药物存储、运输环节存在的问题分析后，采用RFID、ZIGBEE等技术，研究设计了一款贵重药物冷藏智能货柜，以便于能够有效的维持贵重药物在存储、运输环节中的温湿度情况，提高贵重药物在保存、使用时的药品质量；刘军等人的技术发明，提供一种药品货架检测装置，适用于药品的存储环境检测，解决了药品受震动和光照影响较大的医药材料、半成品和成品的储存监测问题；吕志军等人分析了钢结构货架的设计特点及工作流程，提出了基于性能预测的智能化配置模型设计系统，该系统提高了定制货架系统设计的质量与效率，降低了生产成本。综上所述，国内物流行业发展迅速，现代物流仓储设备轻量化、自动化、智能化、密集化的趋势明显。通过物联网技术、计算机技术的应用，使货架的发展更加智能化。

2 智能货架

2.1 智能货架的概念

智能货架是智能仓库管理的基础，智能仓库中的现场单片机需要安装在智能货架上，实现与主机的通信。我国学者主要归纳了智能货架的要求、结构、软件功能等内容。谢秉正认为，智能货架必须具备以下要求：管理主机能够通过现场机对货架存放的物品进行简便直观的录入、查询、统计；能够通过数据库查询且显示货品存放的位置；能通过计算机智能控制货架的开启与关闭；货架上有故障和误操作的报警装置。

另外，智能货架是正在发展中的新技术，对智能货架的结构不能一概而论，分析现有的智能货架成品，总结出以下结构特点：每列货架上都装有1个单片机控制系统，可以控制本列货架的数据信息和相应动作；货架的机械结构为组列式结构，每列货架上放置1个液晶显示屏，显示物品的存放状态和环境的温湿度；货架上的操作、显示装置常有：货架列显示器、大液晶显示屏、操作控制按钮、货物位置显示及移动控制、货架手动摇柄、组锁定开关、安全保护开关等。

智能货架是智能仓储的重要组成部分，是智能仓库管理的基础。结合以上概念，本文认为智能货架是能够管理物品，并由控制系统、显示系统、监控系统、信息管理系统等两个及两个以上子系统组成的智能体，具有自动标识商品、数据显示和存储、完成部分仓储作业的执行等功能。

2.2 典型的智能货架分析

2.2.1 带有RFID标签的智能货架

智能货架的设计思路是为货架上存放的每件货物都贴附1个电子标签，标签上的信息可包含货物的生产厂家、生产日期、货物的存放位置及货物的存储情况等各种信息，阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，然后通过计算机及网络实现对货物信息的采集、处理及远程传送等管理功能，随时监控库存。

表1 智能货架的应用现状

RFID智能型货架的硬件主要由：电子标签、阅读器、天线、计算机系统等组成。在仓储应用中，由于RFID硬件设备的价格较高，在仓库部署中，一般采用让固定的阅读器“动起来”的方法来解决成本较高的问题。在实际应用中，只需要定时或者有需要的时候读取电子标签的信息，所以可以将阅读器安装在叉车上，当叉车通过货架时完成对信息的读取。

2.2.2 带有电子货架标签的超市货架

电子货架标签（ESL）是一项迅速崛起且广受欢迎的技术，它能够取代商场中每周都要更换的纸质标签，从而减少工作量和纸张浪费的现象。电子货架标签通过网络与计算机数据库通信，真正将货架纳入到计算机程序。借助电子货架标签技术，不仅可以减轻工作量、提高准确率，还可以消除货架和收银机之间的价格差。

电子货架标签在欧美、日韩等发达国家应用得较早，而且标签的生产和制造企业也已发展成熟，而国内电子货架标签起步于21世纪初期，经历概念的进入、系统的模仿、显示技术的完善、解决方案的正式提出，才有了今日商超企业的安装使用。一个完整的电子货架标签由主计算机、EPD屏、 电子标签和智能手持终端共4部分组成，电子货架标签可以将接收到的RF信号转换为数字信号显示。商场可以将商品的价格、信息以及库存信息存储在ESL中。

2.2.3 带有传感器的智能货架

赵志强的一项发明专利提出，该智能货架控制器包括重量传感器、射频读卡器、控制器、灯光指示器、通信模块和电源模块，所述的重量传感器、射频读卡器、灯光指示器、通信模块和电源模块均连接到控制器。通过上述方式，能够及时采集到货架上货物的重量，并自动计算出货物的数量，自动识别货物的信息，并将数据自动联网到数据库，方便管理人员查询、统计和管理。

2.3 智能货架应用状况

从发展方向上来说，货架系统在智能化发展道路上走得愈发坚定。从行业分布状况来看，智能货架在商业物流、医药化工、第三方物流、食品饮料中的应用最为广泛，与民生相关的行业仍然是最热门的。从分布区域来看，智能货架在长三角、环渤海及珠三角作为中国经济最发达的地区，是货架需求最旺盛的3个区域，华北及华南地区分别位列第2、第3，体现出智能货架需求与经济发达程度的高度相关性。从总体来看，智能货架保持了良好的发展态势。

本文分析了智能货架的应用现状以及发展趋势。本文认为，智能货架的发展离不开物联网技术、计算机人工智能技术的发展，在如今新零售的背景下，智能货架应该在整个供应链上体现其价值，加快仓储效率，在完成最基本的仓储工作的同时，结合智能化特点，提高了顾客满意度，增强了顾客体验感。总结见表1。

3 研究与发展

研究智能货架就是研究智能物流。据相关资料显示，1990年起，自动化立体库在我国的应用逐步展开，参与的单位逐渐增多。进入21世纪的中国，不仅互联网技术蓬勃发展，整个物流装备行业也欣欣向荣，外资企业的大举进入，促进了中国物流装备与技术应用的升级换代。北京伍强科技总经理尹军琪指出，在烟草行业，自动化立体库、AGV等大范围的应用是其特点；在医药行业，是最早应用现代物流的行业之一；在电子商务领域，以京东、天猫、苏宁、唯品会为代表的龙头企业使电商一夜之间取代了烟草，成为物流技术应用的最前沿领域。其中智能存储系统的应用，成为物流装备应用的重点领域。京东宣布其无人仓的研制成功，密集存储，货到人拣选，全部运用高层立体货架。

上海精星仓储设备工程有限公司总经理崔雄认为，从目前的市场信息来看，未来几年仍然是货架发展的大年。第一，物联网技术的发展促进了物流行业的快速发展。物联网技术是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感技术，按照一定的协议，将物品实现与计算机软件的连接，进行信息交换的一种网络技术。跨学科领域的研究加速物联网技术在物流设备、物流规划中的应用。第二，马云在2016年云栖大会上提出新零售的概念，新零售强调线上服务、线下体验与物流服务相结合。在强调线下客户体验的背景下，涌现出一大批互动云货架，使用云货架系统能够实现前端三维产品或者服务展示，商城，分销系统，订单管理系统，三维互动网站。

4 结语

智能货架作为智能仓储中的重要环节，影响智慧物流的发展进程。在“中国制造2025”的背景下，智能货架必须为制造业的发展提供更自动化、信息化与智能化的服务。笔者认为，基于物联网技术的智能货架是发展基础，物联网技术将更加高效的实现传统货架的储存功能、清点计量功能以及货位管理功能；同时基于物联网技术的智能货架是应用最广泛的智能货架；此外，互动云货架是面向终端客户的货架，此类货架有良好的发展前景，注重消费者的体验并且能够搜集真实的客户数据。最后，对智能货架的研究作了展望，为下一步的研究做好铺垫。