摘 要：給出并深入分析了智能化AS/RS的系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊和主要流程，闡述了智能化AS/RS的重要性及其智能化特征。明確了智能化AS/RS所能夠產(chǎn)生的巨大作用，為今后智能化AS/RS的相關(guān)研究具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)；AS/RS；智能化；系統(tǒng)架構(gòu)；功能模塊

中圖分類號(hào)：TP273.5

自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)（AS/RS，Automated Storage and Retrieval System）主要由高層立體貨架、巷道式堆垛機(jī)、地面搬運(yùn)機(jī)械設(shè)備等硬件設(shè)備，以及計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控系統(tǒng)組成。由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。

智能化AS/RS是在傳統(tǒng)AS/RS基礎(chǔ)上增加了智能模塊，可以在任務(wù)調(diào)度、貨位分配、隊(duì)列優(yōu)化過程中，根據(jù)任務(wù)調(diào)度原則、貨位分配策略、隊(duì)列優(yōu)化目標(biāo)以及相應(yīng)的約束條件，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型采用智能算法求解，獲得最優(yōu)解，提高自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1 AS/RS系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)化立體倉庫主要由物料儲(chǔ)存系統(tǒng)、AS/RS出入庫系統(tǒng)、AS/RS管理和監(jiān)控系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成[1-3]。

（1）物料儲(chǔ)存系統(tǒng)：由立體貨架的貨格、物料承載裝置（物料包裝、托盤、周轉(zhuǎn)箱等）組成。物料安排擺放規(guī)則整齊的保存在物料承載裝置里，將物料承載裝置保存于貨格中，形成了完成的儲(chǔ)存系統(tǒng)。

（2）AS/RS出入庫系統(tǒng)：該系統(tǒng)承擔(dān)貨物存取、出入倉庫的功能，通常由巷道堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成。巷道堆垛機(jī)是在高層貨架的窄巷道內(nèi)作業(yè)的起重機(jī)，可實(shí)現(xiàn)沿軌道行進(jìn)、垂直起降和貨叉伸縮三種運(yùn)動(dòng)，用于從兩側(cè)貨架的任何貨位上自動(dòng)存入或取出貨物。出入庫輸送機(jī)可根據(jù)貨物的特點(diǎn)采用傳送帶輸送機(jī)、軋輥輸送機(jī)、鏈傳動(dòng)輸送機(jī)等，主要將貨物送到堆垛機(jī)上下料位置和貨物出入庫口。裝卸機(jī)械承擔(dān)貨物出入庫裝車或卸車的工作，一般由行車、吊車、叉車等機(jī)械組成。

（3）AS/RS管理和監(jiān)控系統(tǒng)：由客戶機(jī)、中央控制計(jì)算機(jī)和電控系統(tǒng)組成。AS/RS管理和監(jiān)控系統(tǒng)不僅要管理和分析立體倉庫的物料信息、儲(chǔ)存狀況、倉庫運(yùn)行日志，還要可以監(jiān)控立體庫實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)度立體倉庫的可配置資源。

2 智能化AS/RS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)化立體倉庫是集物流學(xué)科，控制學(xué)科和計(jì)算機(jī)學(xué)科相結(jié)合的綜合性系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉庫管理與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的方式可分為集中式、分離式和分布式，目前國際上的大多數(shù)項(xiàng)目都是采用分布式的系統(tǒng)。

如圖1所示，自動(dòng)化立體倉庫管理與控制系統(tǒng)（WMOS，Warehouse Management and Operation System）架構(gòu)通常分為應(yīng)用層、服務(wù)層、控制層、設(shè)備層四個(gè)部分組成。從功能層次上看，可以將自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)分為3個(gè)層次：管理層、監(jiān)控層、執(zhí)行層[4]。

管理層是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，具有系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)信息維護(hù)、產(chǎn)品信息維護(hù)、出入庫業(yè)務(wù)、存查詢統(tǒng)計(jì)等功能。管理層主要是負(fù)責(zé)立體倉庫的作業(yè)調(diào)度、物資分布、隊(duì)列優(yōu)化、故障處理等工作。監(jiān)控層是自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)的重要組成部分。它根據(jù)來自管理層的指令來控制物流設(shè)備，完成管理層傳輸?shù)娜蝿?wù)；另一方面監(jiān)控層以動(dòng)畫的形式，實(shí)時(shí)監(jiān)控堆垛機(jī)的狀態(tài)，將堆垛機(jī)當(dāng)前的信息反饋給管理層，為工程師進(jìn)行任務(wù)調(diào)度提供參考。執(zhí)行層由嵌入PLC的堆垛機(jī)構(gòu)成。堆垛機(jī)中的PLC接收監(jiān)控層的指令，根據(jù)指令執(zhí)行各種操作。

圖1 自動(dòng)化立體倉庫管理和監(jiān)控系統(tǒng)和功能層次圖

由上述的系統(tǒng)架構(gòu)可以看出管理層是智能化AS/RS的核心，如圖2所示，其智能化的實(shí)現(xiàn)主要由四個(gè)重要模塊組成：作業(yè)任務(wù)智能分配模塊、物料分布智能處理模塊、作業(yè)隊(duì)列/路徑智能優(yōu)化模塊、故障處理模塊。各個(gè)模塊在不同類型的作業(yè)流程中所起的作業(yè)也各不相同。

（1）作業(yè)任務(wù)智能分配模塊：根據(jù)待出入庫的物料在各存儲(chǔ)單元儲(chǔ)存狀況，合理分配出入庫作業(yè)任務(wù)，以平衡各存儲(chǔ)單元的工作負(fù)荷，減少作業(yè)任務(wù)等待執(zhí)行時(shí)間。

（2）物料分布智能處理模塊：根據(jù)物料的出入庫頻率、物理特性、在庫分布現(xiàn)狀等，合理分配出入庫庫位，以提高存儲(chǔ)單元的出入庫效率。

（3）作業(yè)隊(duì)列/路徑智能優(yōu)化模塊：根據(jù)出入庫系統(tǒng)性能參數(shù)，優(yōu)化隊(duì)列序列或者堆垛機(jī)的作業(yè)路徑，以減少堆垛機(jī)的作業(yè)時(shí)間，提高倉儲(chǔ)效率。

（4）故障處理模塊：此模塊主要是處理邏輯調(diào)度故障，而非機(jī)械故障和通信故障。對邏輯故障及時(shí)處理，并追溯故障發(fā)生的根源。

圖2 智能化AS/RS關(guān)鍵模塊

圖3 智能化AS/RS體系結(jié)構(gòu)

如圖3所示，智能化AS/RS的體系結(jié)構(gòu)由AS/RS智能調(diào)度的方法和AS/RS庫存控制方法組成。自動(dòng)化立體倉庫的智能調(diào)度方法首先是依據(jù)具體倉庫的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、出入庫系統(tǒng)規(guī)格、任務(wù)分配策略、物資分布處理策略等信息，利用層次分析法原理確定適用的智能調(diào)度方案。其次，按照智能調(diào)度方案，第一步從倉庫全局層面分配作業(yè)任務(wù)，將出入庫任務(wù)分配到具體的存儲(chǔ)單元。第二步針對具體儲(chǔ)存單元，進(jìn)行出入庫貨位分配。第三步，按上一步中貨位分配的結(jié)果對每個(gè)存儲(chǔ)單元批作業(yè)隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)化。智能調(diào)度方法是一個(gè)分布式調(diào)度方法，從全局的任務(wù)分配到具體儲(chǔ)存單元的貨位分配和隊(duì)列優(yōu)化。

2.2 智能化AS/RS系統(tǒng)的主要流程

（1）出入庫作業(yè)流程。如圖4所示，在出入庫作業(yè)流程中，根據(jù)組盤表中記錄的待入庫物料詳情以及出庫單中待出庫物料詳情，分析立體庫中相應(yīng)物料在各個(gè)存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)存情況，分配任務(wù)到各個(gè)儲(chǔ)存單元。

各個(gè)存儲(chǔ)單元獲得相應(yīng)的出入庫作業(yè)任務(wù)后，根據(jù)本存儲(chǔ)單元的物資分布情況，物資分布智能處理模塊給每個(gè)作業(yè)任務(wù)分配合理的貨位。

作業(yè)隊(duì)列/路徑智能優(yōu)化模塊給存儲(chǔ)單元中等待執(zhí)行的批作業(yè)任務(wù)賦予初始的優(yōu)先等級，隊(duì)列優(yōu)化模塊可以根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)對批任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)化，提高倉儲(chǔ)效率。

圖4 出入庫作業(yè)流程

（2）盤點(diǎn)作業(yè)流程。所謂盤點(diǎn)是指為確定倉庫內(nèi)現(xiàn)存物料或商品的實(shí)際數(shù)量、品質(zhì)狀況、存儲(chǔ)狀態(tài)的清點(diǎn)，是物料管理工作的控制反饋過程。

盤點(diǎn)作業(yè)模式有全局盤點(diǎn)、隨機(jī)盤點(diǎn)兩種模式。全局盤點(diǎn)具有盤點(diǎn)規(guī)模大，盤點(diǎn)周期長，單次盤點(diǎn)消耗資源多，影響生產(chǎn)等特點(diǎn)。隨機(jī)盤點(diǎn)具有盤點(diǎn)規(guī)模小，盤點(diǎn)周期短，單次盤點(diǎn)消耗資源少，影響小等特點(diǎn)。鑒于隨機(jī)盤點(diǎn)的特點(diǎn)，隨機(jī)盤點(diǎn)根據(jù)盤點(diǎn)規(guī)模大小，可以多次盤點(diǎn)提高倉庫的有效利用率，提高倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)一致的水平。在年終統(tǒng)計(jì)在庫物資詳細(xì)報(bào)表時(shí)需要對倉庫進(jìn)行全局盤點(diǎn)。

圖5 盤點(diǎn)作業(yè)流程

盤點(diǎn)作業(yè)流程如圖5所示，盤點(diǎn)作業(yè)涉及物資供應(yīng)部門、生產(chǎn)部門、倉庫管理部門、銷售部門等眾多部門，所以提高盤點(diǎn)作業(yè)效率，節(jié)省盤點(diǎn)作業(yè)時(shí)間，降低對生產(chǎn)的影響。

（3）倒庫作業(yè)流程。如圖6所示，倒庫作業(yè)的重點(diǎn)是需要倒庫的庫位篩選。物資分布智能處理模塊根據(jù)物料相對集中的要求將同種物料集中存放，挑選出需要移動(dòng)的庫位。確定好倒庫庫位后，通過作業(yè)路徑優(yōu)化模塊明確倒庫庫位的作業(yè)序列，形成一條完整的倒庫鏈，減少堆垛機(jī)空載時(shí)間，提高作業(yè)效率。

圖6 倒庫作業(yè)流程

3 小結(jié)

自動(dòng)化立體倉庫是一個(gè)離散的、動(dòng)態(tài)的、多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)，對AS/RS的智能化管理是復(fù)雜的系統(tǒng)優(yōu)化問題。傳統(tǒng)的方法求解過程不僅時(shí)間較長、成本較高，而且很難求得最優(yōu)解。將現(xiàn)代智能優(yōu)化理論與AS/RS應(yīng)用相結(jié)合，可以提高空間利用率及倉儲(chǔ)管理水平，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高物料調(diào)節(jié)水平，加快儲(chǔ)備資金周轉(zhuǎn)，為企業(yè)的生產(chǎn)指揮和決策提供有效的依據(jù)[5]。

本文給出了智能化AS/RS系統(tǒng)的架構(gòu)、關(guān)鍵處理模塊包括作業(yè)任務(wù)智能分配模塊、物資分布智能處理模塊、作業(yè)隊(duì)列/路徑智能優(yōu)化模塊、故障處理模塊和智能化AS/RS的幾種常見的作業(yè)流程，并對其進(jìn)行了深入的分析，以期對智能化AS/RS系統(tǒng)的相關(guān)研究起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張歡歡.自動(dòng)化立體倉庫的若干關(guān)鍵技術(shù)與仿真[D].浙江：浙江大學(xué)，2008.

[2]劉昌祺，董良.自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004，05.

[3]徐正林，劉昌祺.自動(dòng)化立體倉庫實(shí)用設(shè)計(jì)手冊[M].中國物資出版社，2009，03.

[4]陳傳軍.自動(dòng)化立體倉庫智能調(diào)度系統(tǒng)研究[D].北京：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，2006.

[5]李梅娟.自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化方法的研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.

作者簡介：李元麗（1986.1-），河北承德人，助理工程師，長期從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)工作與研究。