■北京京北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 白 俊

■四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系 郭 華

小批量、多種類、多研發(fā)是離散型制造企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中最為顯著的特點(diǎn)，之所以說其屬于離散型，就是因?yàn)槠渖a(chǎn)制造現(xiàn)場和管理過程中會涉及到大量多變的動態(tài)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)技術(shù)工藝十分復(fù)雜，從而使得生產(chǎn)組織和生產(chǎn)過程十分離散。同時(shí)不同的離散制造企業(yè)之間的差異化程度較高，限制了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字解決方案的產(chǎn)生。離散型制造企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)應(yīng)以生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)源為導(dǎo)向，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)的方式產(chǎn)生數(shù)字化效果，需要從基層生產(chǎn)一線開始為起點(diǎn)進(jìn)行。

1 離散型制造企業(yè)數(shù)字化物流系統(tǒng)的現(xiàn)狀解析

我國傳統(tǒng)的離散型制造企業(yè)大多處于傳統(tǒng)的管理經(jīng)營模式階段，人為因素成為生產(chǎn)制造現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集的主要障礙，此外生產(chǎn)計(jì)劃的變更、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的調(diào)整等造成物流過程出現(xiàn)中斷性間歇。同時(shí)，制造物流過程中的采購、加工、倉儲、包裝等環(huán)節(jié)過于依賴人工控制而得不到數(shù)字化信息系統(tǒng)的支持，使得生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)工藝之間的信息流很難真正暢通，從而造成了企業(yè)生產(chǎn)制造鏈條中出現(xiàn)多個信息孤島。這些都成為離散型制造企業(yè)數(shù)字化物流系統(tǒng)的瓶頸。

出現(xiàn)上述狀況的根源在于生產(chǎn)協(xié)同、物流控制和物料管理三者之間的協(xié)調(diào)出現(xiàn)了問題，由于基礎(chǔ)性生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)源建設(shè)不健全，使得管理信息系統(tǒng)與自動化實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)很難真正實(shí)現(xiàn)集成，造成自動化裝備、管理系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝等信息源信息與物流運(yùn)作出現(xiàn)銜接性障礙。因此，對于離散型制造企業(yè)的數(shù)字化物流系統(tǒng)建設(shè)來說，應(yīng)該在改進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)流程的基礎(chǔ)上將生產(chǎn)管理、物料管理和物流管理相結(jié)合，培育跨企業(yè)、跨部門、跨職能的大制造流程，以解決生產(chǎn)制造供應(yīng)鏈中存在的問題。本文試圖從揀選配送系統(tǒng)方面來研究離散型制造企業(yè)的數(shù)字化物流系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用。

2 數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)的組成及技術(shù)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)應(yīng)用平臺、相關(guān)軟件和硬件設(shè)備等三部分，應(yīng)用平臺即數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)平臺，相關(guān)軟件包括倉庫管理軟件、倉庫控制軟件、設(shè)備控制軟件以及制造、工藝、供應(yīng)、計(jì)劃等系統(tǒng)的相關(guān)接口，硬件設(shè)備主要包括倉儲存儲設(shè)備、倉儲揀選設(shè)備等。

2.2 使用的技術(shù)

（1）揀選建模技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)離散型制造企業(yè)的特點(diǎn)，基于生產(chǎn)工序、零配件組裝、工序零配件配對分布等變量特征構(gòu)建模型以優(yōu)化揀選配送，從而實(shí)現(xiàn)壓縮生產(chǎn)準(zhǔn)備期和降低庫存水平的目標(biāo)。其建模過程包括以下假設(shè)：

每個訂單至少涉及一件貨物；多個揀選訂單可以通過一個揀選路徑實(shí)現(xiàn)，每批揀選訂單的數(shù)量為定值，這樣就不會產(chǎn)生二次分揀問題；每個揀選訂單都具有完整性和不可分割性；待揀選貨物都有唯一確定的貨位，貨物與貨位一一對應(yīng)；貨物揀選者以固定的速度進(jìn)行工作；訂單揀選貨物不存在缺貨的情形；超過預(yù)定提前期進(jìn)行貨物揀選的訂單需要支付提前期費(fèi)用；貨物配送順序與訂單的分揀順序無關(guān)；貨物揀選成本、揀選提前期成本、貨物揀選速度成本三者的系數(shù)均為固定值；基于揀選訂單的動態(tài)變化，模型可以進(jìn)行多批次計(jì)算；每個揀選訂單貨物的容量小于或等于一個周轉(zhuǎn)箱的容積。

考慮以上假設(shè)的限定，結(jié)合貨物揀選路徑、訂單提前期和揀選訂單的特征等方面因素，使用動態(tài)規(guī)劃方法和運(yùn)籌學(xué)對貨物揀選路徑進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建旨在降低貨物揀選成本和提高揀選效率的揀選模型。

（2）網(wǎng)絡(luò)熱插拔技術(shù)。數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)中會使用較多的硬件設(shè)施設(shè)備，基于信息化物流網(wǎng)絡(luò)的需要，這些設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)工作。同時(shí)這些設(shè)備設(shè)施的電器元件需要穩(wěn)定的電壓才能工作，因此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性就必須支持相關(guān)設(shè)備設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上隨時(shí)進(jìn)行熱插拔。在綜合分析了系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通訊要求的基礎(chǔ)上，采用自動識別和多線程技術(shù)，同時(shí)輔之以數(shù)據(jù)庫多事務(wù)處理技術(shù)，以解決不同設(shè)備設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行熱插拔可能引起的數(shù)據(jù)丟失問題。例如在貨物揀選工具車中，如果使用線纜將車連接起來，其移動路徑就會受到一定的限制，線路纏繞和安全問題將難以解決；如果使用熱插拔接頭，根據(jù)工具車移動路徑可以隨時(shí)選擇熱插拔，不僅十分方便，同時(shí)也能夠保證插拔過程中數(shù)據(jù)信息不會丟失。

（3）接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)既包括軟件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，又包括硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，接口包括系統(tǒng)模塊的界面劃分和標(biāo)準(zhǔn)功能接口、界面數(shù)據(jù)交換共享接口、揀選設(shè)備硬件接口、系統(tǒng)拓展延伸接口等。在企業(yè)用戶對揀選配送系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)功能、相關(guān)軟硬件自定義完成以后，系統(tǒng)會即刻生成規(guī)范化的接口，揀選設(shè)備、配送設(shè)備、存儲設(shè)備、揀選配送軟件等與企業(yè)使用的軟件系統(tǒng)都會生成滿足功能需要的標(biāo)準(zhǔn)接口，這些接口可以滿足企業(yè)設(shè)備設(shè)施相互快速鏈接的需要，從而減少了系統(tǒng)二次開發(fā)的成本。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 案例

F公司作為一家主要從事物流裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的集團(tuán)企業(yè)，主要面向特定物流項(xiàng)目提供個性化裝備設(shè)計(jì)方案以及生產(chǎn)制造服務(wù)，因此其設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過程具備明顯的離散型特征，研發(fā)頻率高、生產(chǎn)批量小、產(chǎn)品種類多，并且生產(chǎn)地點(diǎn)在多個具有不同區(qū)域分布的工廠車間同時(shí)進(jìn)行，大部分的部件需要外購或外包，同時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)常需要根據(jù)項(xiàng)目變化進(jìn)行調(diào)整，因此生產(chǎn)組織過程也十分復(fù)雜。隨著F公司生產(chǎn)經(jīng)營業(yè)務(wù)的擴(kuò)張，其傳統(tǒng)的倉庫管理技術(shù)和管理水平越來越不能滿足新的業(yè)務(wù)需求，出現(xiàn)了生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程與物流過程、倉庫貨物揀選作業(yè)等無法有效銜接的問題，為了解決該問題，F(xiàn)公司決定基于現(xiàn)代物流理念和物流裝備技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)。圖1給出了F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃思路及所采取的技術(shù)。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)思路和技術(shù)框架

圖2 F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)平臺架構(gòu)

F公司根據(jù)圖1的思路和技術(shù)框架建設(shè)如圖2所示的系統(tǒng)平臺架構(gòu)。在該架構(gòu)下，系統(tǒng)會根據(jù)生產(chǎn)工位上的物料需求詳情，將所需物資自動下發(fā)給相應(yīng)的存儲裝置，如果存儲裝置欠缺原料，系統(tǒng)就會自動讀取所欠缺的物資信息并傳遞給物料供應(yīng)商。生產(chǎn)工位上所需要的物料通過各種輸送設(shè)備根據(jù)工序需求進(jìn)行供給，然后再根據(jù)物料類型、大小等信息決定揀選策略，最后直接配送到相對應(yīng)的生產(chǎn)工位上。

3.3 系統(tǒng)流程

圖3給出了F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)流程。公司級別的生產(chǎn)計(jì)劃部門根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)制定計(jì)劃，生產(chǎn)工藝部門根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝要求制定生產(chǎn)工藝卡片，車間將生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)信息結(jié)合后生成車間級別的生產(chǎn)計(jì)劃，物料總庫根據(jù)各車間的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行物料補(bǔ)充，然后根據(jù)車間的不同需求將物料分發(fā)到零配件庫房，零配件庫房借助電子標(biāo)簽進(jìn)行揀選，將揀選到的貨物統(tǒng)一配送到相應(yīng)的生產(chǎn)工位。

3.4 系統(tǒng)平臺

數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)平臺基于不同架構(gòu)的軟件和硬件設(shè)備遵照模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，最終組配成具有符合要求功能的平臺，可以根據(jù)不同的企業(yè)需求靈活進(jìn)行功能模塊的組裝和搭配，同時(shí)也可以對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行自定義式的組配，這樣就降低了軟件開發(fā)成本，而且具有較為廣泛的適用性。

3.5 系統(tǒng)軟件

（1）WMS。WM S（W arehouse M anagement System，倉庫管理系統(tǒng)）是一種面向庫存管理的倉庫數(shù)據(jù)管理軟件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對實(shí)際庫存的處理，進(jìn)行庫存調(diào)整和處理收貨、退貨數(shù)據(jù)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)錄入更新，同時(shí)還支持用戶自定義管理復(fù)雜的倉庫機(jī)構(gòu)，將倉庫從邏輯上劃分為不同的存儲區(qū)域，從而可以更靈活地實(shí)現(xiàn)對存儲區(qū)和貨架區(qū)的管理，同時(shí)系統(tǒng)還可以智能地根據(jù)已經(jīng)定義的策略提醒貨物應(yīng)該采取的存儲策略，哪些存儲區(qū)域的貨物該如何取出，同時(shí)還可以向倉庫管理人員提供過期的物料信息、物料檢修狀況以及庫存報(bào)警等信息。

（2）WCS。WCS（W arehouse Contro l System，倉庫控制系統(tǒng)）是一種倉庫設(shè)備自動化控制軟件，既可以進(jìn)行通信管理又可以進(jìn)行倉儲作業(yè)活動，還可以對貨物出庫入庫操作任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控和分解處理。另外該系統(tǒng)將相關(guān)指令和自定義程序通過網(wǎng)絡(luò)傳送到自動化設(shè)備并接受設(shè)備傳來的信息，從而實(shí)現(xiàn)對倉庫運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)可以控制智能回轉(zhuǎn)庫、立體自動化庫以及電子標(biāo)簽庫，可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)管理、作業(yè)調(diào)度、故障管理、動畫模擬、單步調(diào)試、通訊管理等功能。

圖3 F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)流程

自動化倉庫作業(yè)調(diào)度的核心就是WCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)分配地址信息對作業(yè)順序進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最短的作業(yè)運(yùn)行時(shí)間和最合理的作業(yè)協(xié)調(diào)，然后將優(yōu)化信息和指令傳遞給執(zhí)行作業(yè)的倉儲設(shè)備，系統(tǒng)對作業(yè)設(shè)備反饋的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)接收和處理，從而可以對倉儲作業(yè)設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)、運(yùn)行位置、貨位占用信息以及設(shè)備故障等信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控顯示。具體的過程可以描述為以下幾個步驟：

①任務(wù)分解。將等待執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分解并將其置于網(wǎng)絡(luò)上等待自動化設(shè)備的處理；②任務(wù)隊(duì)列的調(diào)整?？梢赃x擇以手動的方式對聯(lián)機(jī)排隊(duì)等候處理的任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行調(diào)整，從而可以將某種貨物置于優(yōu)先出庫或優(yōu)先入庫的狀態(tài)；③系統(tǒng)工作方式的顯示。系統(tǒng)運(yùn)行中根據(jù)作業(yè)預(yù)設(shè)置的不同，有聯(lián)機(jī)作業(yè)、自動作業(yè)和手動作業(yè)3種工作方式；④顯示相關(guān)設(shè)備的相關(guān)信息。例如設(shè)備的位置、作業(yè)狀態(tài)、通訊狀態(tài)等；⑤故障報(bào)警和通訊設(shè)置。提供故障的詳細(xì)信息或者提供解決問題的相關(guān)建議和措施，對通訊網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。

圖4 F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)與企業(yè)相關(guān)管理系統(tǒng)的接口方式

（3）DPS。DPS（D igital Picking System，數(shù)字化揀選系統(tǒng))的主要功能是實(shí)現(xiàn)對自動化立體倉庫、智能助力車、車載設(shè)備、傳輸線路、貨柜揀選設(shè)備等進(jìn)行控制和管理。該系統(tǒng)可以對不同類型和形式的倉庫進(jìn)行整合，從而決定采用不同類型的揀選設(shè)備，然后借助RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)、電子標(biāo)簽技術(shù)等，根據(jù)車間生產(chǎn)計(jì)劃對貨物進(jìn)行揀選出庫。

(4)系統(tǒng)接口。數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)的運(yùn)行不可避免地要與企業(yè)其他的信息系統(tǒng)進(jìn)行銜接，諸如生產(chǎn)制造系統(tǒng)、產(chǎn)品工藝系統(tǒng)、計(jì)劃供應(yīng)系統(tǒng)等，從而交換共享數(shù)據(jù)信息，為此就需要為該系統(tǒng)開發(fā)出相應(yīng)的接口，以實(shí)現(xiàn)離散型制造企業(yè)車間級別的計(jì)劃和控制信息相協(xié)調(diào)。

數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)同時(shí)還會與企業(yè)的ERP系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAPP）、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（M ES）等進(jìn)行無縫銜接。為此就需要開發(fā)出如下的系統(tǒng)接口：研制工藝與WM S接口、研制計(jì)劃與WM S接口、研制供應(yīng)與WM S接口、研制生產(chǎn)計(jì)劃與WM S接口。數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)在接口開發(fā)方面可以采取針對不同架構(gòu)的軟件以統(tǒng)一的接口方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)以保證銜接的良好性。圖4給出了F公司數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)與企業(yè)相關(guān)管理系統(tǒng)的接口方式。

4 總結(jié)

本文從揀選配送的視角探討了離散型制造企業(yè)的數(shù)字化物流系統(tǒng)，介紹了數(shù)字化揀選配送物流系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，并就該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用解析，希望能夠?qū)﹄x散型制造企業(yè)的數(shù)字化物流系統(tǒng)建設(shè)起到一定的作用借鑒。