智能仓库管理系统和电子标签拣配系统在智能物流中的应用

范 昊，范龙庆

（1.中国中车股份有限公司，北京 100039；2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111)

0 引言

随着新一轮科技和产业革命的兴起，制造业发展态势和竞争格局面临重大调整，发达国家纷纷提出了“工业4.0”、“再工业化”和“制造业回归”等战略[1]，对我国制造业发展形成强大冲击。为充分应对外部环境和内部结构调整所带来的变化与挑战，国家发布了“中国制造2025”制造强国战略[2]，中国中车作为轨道交通装备行业的排头兵，响应国家政策，先后申报了国家科技部和工信部多个智能制造新模式项目[3]，积极开展以智能制造为重点的转型升级工作，在物流方面也积极进行智能化改造，智能物流具备满足用户定制化、多品种、快速响应等特点，是更具柔性化、更自动化的物流配送模式[4]。本文重点阐述智能仓库管理系统及电子标签拣配系统在智能物流中的解决方案，并通过在中车子公司的实际应用介绍其效果。

1 智能物流组成部分及功能

智能物流由智能单元化物流技术[5]、智能物流装备[6]、物联网技术[7]以及智能物流信息系统[8]等主要部分组成，下面进行简单介绍。

1.1 智能单元化物流技术

智能单元化物流技术将原来各个环节独立存在的物流有效地整合成为一个整体，既连接了供应商，也汇集了制造商和客户，使整个物流系统更加合理化。单元化物流根据集装器具可分为集装箱单元化物流、托盘单元化物流和周转箱单元化物流。

1.2 智能物流装备

智能物流装备是在物流装备（如搬运装卸、运输、分拣、货架等设备）上安装RFID、GPS、激光导航等技术和设备，使其能够通过共享数据实现自我决策、自我寻址。将这些装备加入到物联网中，可以有效实现设备的实时定位、快速机动等功能。

1.3 物联网技术

正如互联网是连接人与人之间的网络，物联网是连接物与物之间的网络，通过物联网的连接，设备与设备之间可以进行数据信息的交换，物联网既满足了智能物流网络化的需求，也是实现物流全流程数字化的关键。

1.4 智能物流信息系统

物联网实现了智能物流中各个设备之间的连接与交互，在物联网之上，需要一个能存储和共享数据的信息系统，该系统需要具备良好的扩展性，能够与其他信息系统如ERP、MES等系统进行对接，保证使用过程中数据信息的安全和准确，使整个智能物流架构能够实现正常运作。

2 仓库管理系统

相比传统的库存管理模块（以下简称WM系统），全新的仓库管理系统（以下简称WMS系统）新增了较多功能，如图1所示。

图1 WMS系统和WM模块之间的对比

WMS的优势主要体现在：

1）精细管理方面，新增容器管理、作业权限管理等内容；

2）先进先出（FIFO）方面，在采取自有仓储存储的基础上，WMS系统可以控制不同批次不同仓位，以及优先出库即将失效的物料，全面保障先进先出；

3）新增资源运算功能，实现了从无到有的转变，新增按需求时间分配任务、按订单相似度波次、急件插单管理等功能；

4）支持多作业系统，包括RFS手持系统作业，G2PS货到人作业、HPS拣选小车作业等；

5）新增有效期管理和预警功能。

3 电子标签智能拣配系统

电子标签智能拣配系统[9]（以下简称DPS系统）通过电子标签指导员工快速拣配货物，缩短员工无效移动距离和找货时间，提高拣选作业的便利性和订单任务执行过程监控，同时对于区域内物料仓位的管理，能够保障信息流和实物流一致，实现物料精准化JIT配送。DPS系统方案如图2所示。

该系统支持ORACLE 9I/10G/11G及更高版本的数据系统作为后台数据库，支持WebService、中间数据表、视图等多种接口，可根据不同角色确定不同的管理权限，并且该系统可扩展性强，可直接推广应用至其他产线和库房。

4 应用案例

中国中车某子公司以实施智能制造项目为契机，对物流方面进行了智能化改造，引入自动化立体库、WMS系统、DPS系统、AGV等，有效加快了物流轮转速度，提升了生产效率。

4.1 实施方案

根据物料类别、特点及入库需求等将库房分为多个存储区域，包含立体库区、阁楼区、平面区等，针对不同库区设计最优作业模式和流程，达成快速出入库的目标。

1）WMS系统在本项目中的自动化作业模式分为：

（1）货到人作业：通过货到人拣选工作站系统，物料从立体仓库中自动取出并经过输送系统传输到工作站，拣选人员根据系统屏幕提示的数量和目标地点拣选，完成后系统将该物料重新送回库，此模式下，拣选效率可达240项/h，相比传统拣选方式提升超过90%；

（2）智能小车作业：利用集成化设计的拣选小车，实现库房入库、盘点、出库作业，新增路径导航优化、多单共拣、自动打印票据等功能，提升作业效率。

2）信息化仓储管理方面，实现了：

（1）可视化管理方面，通过可视化看板系统、设备智能监控和作业指示引导等功能，实现仓储业务透明化、管理可视化；

（2）有效期管理方面，WMS系统可依据有效期预警策略进行实时监控和预警提示，同时可进行移库并触发检验任务，保证库存物料的质量可靠性。

DPS系统在本项目的架构如图3所示，包括基础模块管理、数据查询模块管理、移库管理、出库管理、库存管理、看板管理等。

图3 DPS系统架构

DPS系统实现了以下功能：

1）接收来自上位系统的生成计划和生成订单，计算出所需物料，形成波次策略后通过管理仓库现场与每种物料一一对应的指示灯，无需阅读表单，精准拣选物料，完成JIT配送，满足产线的生成节拍；

2）可对料架上的物料进行在库管理以及后期维护支持，通过安装在料架上的电子标签，为作业人员指示正确的物料信息，防止错配、漏配等异常情况；

3）根据生产计划中产品的上线顺序，按照工位组织物料需求，对应到现场电子标签并点亮；

4）电子标签采用不同颜色并实时显示当前拣选作业的生产订单流水号、拣选箱号、需求数量等信息，提供与MES、ERP等系统集成的接口，如图4所示。

图4 电子标签实施方案

DPS系统实物图如图5所示。

图5 DPS系统实物图

4.2 实施效果

通过建设智能物流，该公司实现了以下目标：

1）货到人拣选和全自动化存储，区域拣选周期降低54%；

2）存储能力达38659 SKU，提升超过100%；

3）拉动式物流配送，订单配送提前期由1.5天缩短为≤30min；

4）准时配送率由91.69%提升至98%，物料平均拣选时间由129.6s缩短至38.2s；

5）AGV小车实现智能导航、多单共拣、账物同步等功能。

5 智能物流应用建议

不同行业，不同企业，在进行智能物流建设的时候都会根据自身业务发展和未来规划制定不同的技术路线和解决方案，本文结合中车子公司智能物流的建设给出以下几点建议。

1）重视规划发展，要制定符合企业智能物流发展的规划，确定发展路径，在建设前必须理清企业的实际需求。

2）重视网络安全，传统的办公网络无法满足智能化车间大量数据的传输要求，因此需要建立车间互联互通的环形以太工业网，保证数据的可靠和快速传输。

3）重视信息系统，功能强大的WMS系统对智能物流来说必不可少，为了实现数据和信息的互联互通，WMS系统必须有足够的扩展性，与MES系统、ERP系统、QMS系统等均能实现接口对接，完成系统间的业务交互和数据集成。

4）重视企业实际，在追求智能制造的过程中，不必追求大而全，要贴合企业实际，实践经验要做到行业内可复制、可推广，要有跨界思维，推动行业发展。

6 结语

本文以中车子公司的智能物流建设为例，重点阐述了基于WMS系统和DPS系统的智能物流解决方案。通过智能物流的建设，有效提升了企业的物流管理水平和运作效率，加大仓储与供应链管理衔接程度，优化仓储管理，降低仓储成本，为企业在激烈的市场竞争中取胜提供保障。