（北京物資學(xué)院信息學(xué)院，北京市101149）

一、引言

倉儲(chǔ)作為現(xiàn)代物流的重要環(huán)節(jié)，不僅要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存貨物的功能，還要承擔(dān)與企業(yè)供應(yīng)鏈上下游良好銜接的任務(wù)。因此，保障倉儲(chǔ)安全，提高倉儲(chǔ)作業(yè)效率和服務(wù)品質(zhì)，是不斷提升倉儲(chǔ)管理水平和技術(shù)水平的根本動(dòng)力。我國的倉庫總量很大，但是目前管理水平和技術(shù)水平參差不齊，絕大部分倉庫的資源利用率低，信息化、自動(dòng)化程度不高，安全性差，先進(jìn)的倉儲(chǔ)管理模式應(yīng)用很少。

倉儲(chǔ)作業(yè)管理系統(tǒng)按照功能可以劃分為倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理、設(shè)備控制與管理和作業(yè)調(diào)度與管理三大部分。傳統(tǒng)的倉庫設(shè)計(jì)與運(yùn)作管理普遍將這三個(gè)部分看作相對獨(dú)立的三個(gè)子系統(tǒng)，因此實(shí)際投入使用的倉儲(chǔ)系統(tǒng)的三個(gè)子系統(tǒng)之間普遍存在信息共享程度低、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)性差、設(shè)備調(diào)度不合理和設(shè)備維護(hù)不及時(shí)等問題，導(dǎo)致倉庫運(yùn)行效率低下，存在環(huán)境、設(shè)備和作業(yè)人員方面的安全隱患。

經(jīng)過多年的工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理實(shí)踐，人們逐漸認(rèn)識(shí)到發(fā)展智能倉儲(chǔ)是提高倉儲(chǔ)作業(yè)能力和服務(wù)質(zhì)量、降低倉儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)的有效方法，研究和探索將三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整合具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。特別值得一提的是，在倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度與倉儲(chǔ)設(shè)備控制一體化工程應(yīng)用實(shí)踐中，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，局部的或僅僅實(shí)施某項(xiàng)技術(shù)的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)（如基于無線射頻識(shí)別技術(shù)的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)）不能全面解決倉儲(chǔ)效率、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備維護(hù)等問題。發(fā)展和建設(shè)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)該從整體出發(fā)，將倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理、設(shè)備控制與管理、作業(yè)調(diào)度與管理有機(jī)地整合在一起，形成以實(shí)時(shí)信息采集與處理為核心的智能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)[1]，即基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)，可以保障倉儲(chǔ)系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行。

二、倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理

倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理在倉儲(chǔ)管理工作甚至在整個(gè)物流系統(tǒng)運(yùn)作過程中都占有極其重要的地位。防潮、防霉、防腐、防爆等工作是倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理的重要內(nèi)容，倉儲(chǔ)環(huán)境變化直接影響著儲(chǔ)存貨物的品質(zhì)和使用壽命，影響著倉儲(chǔ)作業(yè)的安全[2]。因此，保證倉儲(chǔ)環(huán)境安全是倉儲(chǔ)管理的首要工作。

（一）倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控的特殊性

倉庫內(nèi)溫度、濕度、光照度、粉塵和有毒有害氣體濃度等都是影響存儲(chǔ)貨物質(zhì)量和壽命的重要參數(shù)。針對儲(chǔ)存貨物的不同特性，積極創(chuàng)造適宜的存儲(chǔ)環(huán)境來保證貨物的質(zhì)量和品質(zhì)，能夠起到減少損耗、節(jié)約成本的作用。隨著蔬菜、水果、藥品、食品等溫度敏感型產(chǎn)品以及危險(xiǎn)品等特種物流的發(fā)展，有效地控制倉儲(chǔ)環(huán)境參數(shù)，不僅可以保證存放貨物的質(zhì)量，延長產(chǎn)品的存儲(chǔ)壽命，還可以為高效的倉儲(chǔ)作業(yè)提供安全保障[3]。由于不同種類貨物對各種環(huán)境參數(shù)的敏感性不同，所以倉庫監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)必須針對儲(chǔ)存貨物進(jìn)行個(gè)性化選擇。對于大多數(shù)倉庫，一般需要同時(shí)監(jiān)測3～6個(gè)環(huán)境參數(shù)才能滿足個(gè)性化儲(chǔ)存貨物的要求，例如水果庫需要同時(shí)監(jiān)測溫度、濕度、光照度、空氣中氧含量和乙烯含量等參數(shù)，有些倉庫需要同時(shí)監(jiān)測的參數(shù)則更多。

（二）人工手動(dòng)檢測方式

倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控能夠及時(shí)獲取反映倉庫環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢準(zhǔn)確全面的數(shù)據(jù)，從而為科學(xué)實(shí)施倉庫環(huán)境控制和貨物管理等工作提供基礎(chǔ)信息。傳統(tǒng)倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控主要依靠人工定時(shí)檢測，手工記錄環(huán)境參數(shù)，通過分析檢測結(jié)果，采用人工調(diào)節(jié)控制方法，對不符合環(huán)境要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、除濕和降溫等。人工方法記錄方式落后、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作效率低，很難保證及時(shí)準(zhǔn)確。

（三）自動(dòng)化儀表環(huán)境監(jiān)控方式

采用數(shù)字顯示儀表、智能儀器儀表等自動(dòng)化檢測設(shè)備實(shí)現(xiàn)的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)在線自動(dòng)采集倉庫環(huán)境參數(shù)，并進(jìn)行信息的顯示、存儲(chǔ)、計(jì)算與報(bào)警控制，是當(dāng)前倉庫環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用的主要方式。這種環(huán)境監(jiān)控方式能夠克服人工方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作效率低和時(shí)效性差等問題，但存在靈活性差、數(shù)據(jù)共享不充分、功能單一、不宜擴(kuò)展和多參數(shù)監(jiān)測復(fù)雜等問題。

（四）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控方式

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控逐步引入傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別是近幾年，人們開始大量研究和試點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[4]?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，以其高效、快捷、價(jià)格低廉的特點(diǎn)在實(shí)際倉儲(chǔ)環(huán)境管理中越來越多地被采用，能夠解決儀表化環(huán)境監(jiān)控方式存在的諸多問題，在食品倉庫、果蔬倉庫、糧食倉庫、煙草倉庫、紡織品倉庫以及危險(xiǎn)品等特種物品倉庫中有著廣闊的應(yīng)用前景[5]。

三、倉儲(chǔ)設(shè)備控制與管理

目前，我國倉庫中配備的作業(yè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度低、互換性差、可靠性不高，不同用途的倉庫往往配置不同的作業(yè)設(shè)備，即使是相同用途的倉庫，由于開發(fā)商和供應(yīng)商不同，倉庫配置的作業(yè)設(shè)備差異性也很大。相當(dāng)多的作業(yè)設(shè)備是生產(chǎn)廠家根據(jù)功能要求開發(fā)的，即使是相同功能的設(shè)備產(chǎn)品，個(gè)性化的設(shè)計(jì)與制造決定了這些設(shè)備的控制手段、方法和技術(shù)也會(huì)存在很大不同。個(gè)性化的控制系統(tǒng)，直接導(dǎo)致了倉儲(chǔ)設(shè)備信息互通性差、設(shè)備之間聯(lián)動(dòng)困難、運(yùn)行調(diào)度方式單一等問題的出現(xiàn)。

（一）倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備的升級改造

傳統(tǒng)倉儲(chǔ)作業(yè)通常是由人工來完成的。在以人工作業(yè)為主的倉庫中，大量使用叉車、輸送帶、運(yùn)送車、手推車、托盤、移動(dòng)貨架等非自動(dòng)化設(shè)備，接受作業(yè)指令和執(zhí)行作業(yè)任務(wù)都有作業(yè)人員參與。由于人工作業(yè)效率不高、出錯(cuò)可能性大、經(jīng)濟(jì)效益較差等原因，人們在倉儲(chǔ)作業(yè)中逐步引入信息化、智能化的作業(yè)設(shè)備，如自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Au-tomated Guided Vehicle，AGV）、自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)（Automated Storage and Retrieval System，AS/RS）、自動(dòng)化傳輸設(shè)備、自動(dòng)分揀系統(tǒng)、智能貨架、智能托盤、有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，甚至包括機(jī)器人等自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備[6]。對于這些自動(dòng)化的設(shè)施/設(shè)備，通常需要配備專門的控制系統(tǒng)支持。

（二）倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的作用

倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)（Warehouse Control System，WCS）的作用是管理和控制倉儲(chǔ)設(shè)施設(shè)備，主要包括設(shè)備管理系統(tǒng)（Equipment Management System，EMS）和設(shè)備控制系統(tǒng)（Equipment Control System，ECS）兩大部分。倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)同時(shí)控制一定數(shù)量的設(shè)備，而設(shè)備控制系統(tǒng)只控制單獨(dú)的設(shè)備，從層次上看，設(shè)備控制系統(tǒng)是倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)。倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)包含以下功能：提供設(shè)備界面，提供設(shè)備接口、采集設(shè)備數(shù)據(jù)、對采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，執(zhí)行作業(yè)指令（來自上層或作業(yè)人員）以及對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控[7]，是設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備交互的接口。倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)裝備中自動(dòng)化設(shè)備的水平體現(xiàn)了倉庫的自動(dòng)化水平，作為自動(dòng)接收作業(yè)指令并自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)的控制核心，倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)通過多個(gè)設(shè)備控制系統(tǒng)直接連接多個(gè)執(zhí)行器和機(jī)械設(shè)備，設(shè)備控制系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器或機(jī)械設(shè)備做功完成貨物的移動(dòng)。所以說，倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)與執(zhí)行器和機(jī)械設(shè)備的作業(yè)能力和健康狀況表征了倉儲(chǔ)作業(yè)能力。

（三）倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的特殊性

近二十年來，我國倉儲(chǔ)建設(shè)規(guī)模和建設(shè)數(shù)量快速發(fā)展，由于自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)建設(shè)一直缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，造成目前倉庫有大有小，用途各異，倉庫中配備的作業(yè)設(shè)備種類繁多，個(gè)性化特征明顯。實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)所使用的控制設(shè)備品種繁雜，包括智能控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）、變頻器等。在其他行業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場用到的各種控制設(shè)備在倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)中幾乎都能見到。目前倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，代表工業(yè)自動(dòng)化先進(jìn)水平、價(jià)格高的集散控制系統(tǒng)應(yīng)用極少，在大型復(fù)雜的倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，價(jià)格適中同時(shí)能夠滿足一般需求的中小型可編程邏輯控制器使用較多；在大多數(shù)中小型倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，智能儀表、智能控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和小型可編程邏輯控制器使用最多。與電力、石油、化工以及城市有軌交通控制系統(tǒng)相比，在設(shè)備水平、設(shè)備使用規(guī)范性、設(shè)備使用規(guī)模等方面，倉儲(chǔ)系統(tǒng)所使用的控制設(shè)備至少落后15～20年。

四、倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度與管理

倉儲(chǔ)作業(yè)流程改造與倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度一直是倉儲(chǔ)管理的重要工作，通過不斷優(yōu)化作業(yè)流程、提升作業(yè)調(diào)度的科學(xué)性，可以提高倉儲(chǔ)作業(yè)能力，降低作業(yè)成本。傳統(tǒng)的以人工經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的流程改造和作業(yè)調(diào)度已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代倉儲(chǔ)發(fā)展的要求，人們逐步研究和發(fā)展了基于信息的智能調(diào)度系統(tǒng)，開發(fā)了具有各種功能和適應(yīng)不同環(huán)境要求的調(diào)度算法[8]，今后還將涌現(xiàn)出各種更為科學(xué)先進(jìn)的算法與模型[9]。然而，這些調(diào)度算法和模型大多是基于靜態(tài)信息和開發(fā)者主觀經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)開發(fā)的，目前實(shí)際運(yùn)行的倉儲(chǔ)系統(tǒng)很少有基于作業(yè)現(xiàn)場動(dòng)態(tài)信息和作業(yè)設(shè)備實(shí)際作業(yè)能力開發(fā)的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)，具有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?/p>

（一）倉儲(chǔ)作業(yè)的特殊性

倉儲(chǔ)作業(yè)本身具有特殊性，與其他工業(yè)生產(chǎn)過程相比，有著自己的一些特征：倉儲(chǔ)作業(yè)過程是非連續(xù)的，貨物從入庫到出庫，倉儲(chǔ)作業(yè)過程不是連續(xù)進(jìn)行的，而是斷續(xù)進(jìn)行的；倉儲(chǔ)作業(yè)量是不均衡的，由于倉庫進(jìn)貨和發(fā)貨時(shí)間上的不均衡和批量大小不同，造成倉儲(chǔ)作業(yè)每天發(fā)生的作業(yè)量在不同的時(shí)間段是有很大差別的，每天的作業(yè)量也可能有很大的不同；倉儲(chǔ)作業(yè)對象是復(fù)雜的，一般生產(chǎn)企業(yè)的倉庫與電商倉庫、與配送中心倉庫相比，貨物存放的種類、數(shù)量、出入庫頻率有很大不同；倉儲(chǔ)作業(yè)安全性要求有很大不同，有些貨物滯留在倉庫中的時(shí)間長，對倉庫環(huán)境的要求較高，有些貨物出入庫頻率較高，對倉庫作業(yè)設(shè)備的可靠性要求較高，而有些貨物對倉庫環(huán)境和倉庫作業(yè)設(shè)備都有較高的要求。

（二）倉儲(chǔ)作業(yè)的實(shí)物流和信息流

倉儲(chǔ)作業(yè)過程包括實(shí)物流和信息流兩個(gè)方面[10]。實(shí)物流是指庫存貨物實(shí)體空間移動(dòng)過程。主要包括搬運(yùn)、驗(yàn)收、入庫、保管、保養(yǎng)、出庫、發(fā)運(yùn)等環(huán)節(jié)，實(shí)物流是倉儲(chǔ)作業(yè)最基本的運(yùn)動(dòng)過程。倉儲(chǔ)各部分、各作業(yè)階段與環(huán)節(jié)的工作，都要保證和促進(jìn)庫存貨物的合理流動(dòng)。在保證庫存貨物數(shù)量準(zhǔn)確的前提下，加速運(yùn)轉(zhuǎn)，盡一切可能消除庫存貨物無意義的停滯，縮短作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率，降低倉庫生產(chǎn)成本，是倉儲(chǔ)作業(yè)管理的目標(biāo)。信息流是指倉庫庫存貨物信息的流動(dòng)。這些信息包括與實(shí)物有關(guān)的單據(jù)、憑證、臺(tái)賬、報(bào)表、技術(shù)資料等，它們在倉庫各個(gè)作業(yè)階段、環(huán)節(jié)的填制、核對和保存形成信息流。信息流是實(shí)物流的前提，控制著物流的數(shù)量、方向、速度和目標(biāo)。

（三）倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的作用

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）基于信息流管理作業(yè)調(diào)度，是用于訂單管理和一般的企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)界面管理，用于管理倉庫中的貨物、空間資源、人力資源、設(shè)備資源等在倉庫中的活動(dòng)，是對貨物的入庫、檢驗(yàn)、上架、出庫及轉(zhuǎn)倉、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、盤點(diǎn)及其他庫內(nèi)作業(yè)的管理系統(tǒng)。倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)在倉庫中沒有直接連接和控制設(shè)備的能力，而是通過給倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)下發(fā)作業(yè)指令，間接控制倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備動(dòng)作完成作業(yè)任務(wù)。大多數(shù)情況下，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)僅僅管理訂單級的執(zhí)行，相當(dāng)多的設(shè)備開發(fā)商和用戶認(rèn)為，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)僅僅是一個(gè)基于數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。而實(shí)際上，在一些中小型倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)作為倉儲(chǔ)管理的核心也在不斷進(jìn)化，增加了許多新的功能，例如，對外連接客戶訂單，對內(nèi)連接一些諸如操作顯示、操作引導(dǎo)等簡單的作業(yè)設(shè)備，可以自動(dòng)生成作業(yè)指令，其主系統(tǒng)還可以做大量的統(tǒng)計(jì)分析工作等。

五、倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)

基于上面的分析發(fā)現(xiàn)，倉儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，其中涉及人、物、設(shè)備、環(huán)境和信息，這些系統(tǒng)要素相互影響，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，僅僅依據(jù)其中幾個(gè)要素和不全面的信息進(jìn)行倉儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)作與管理是不科學(xué)的。要想獲得倉儲(chǔ)系統(tǒng)最大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)避免產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，必須從整體上考慮系統(tǒng)的管理和運(yùn)作。

倉儲(chǔ)環(huán)境的變化對倉庫中存儲(chǔ)貨物的品質(zhì)和壽命有很大的影響，同時(shí)也影響倉庫中作業(yè)設(shè)備和作業(yè)人員的安全；倉庫中作業(yè)設(shè)備的健康狀況決定了倉儲(chǔ)作業(yè)能力，同時(shí)也影響倉庫中作業(yè)設(shè)備和作業(yè)人員的安全。在不同的倉儲(chǔ)環(huán)境狀況和不同的作業(yè)設(shè)備健康狀況下，采用恰當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)調(diào)度策略，才能在保證安全的前提下，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)作業(yè)管理。

（一）倉儲(chǔ)管控一體化的核心思想

倉儲(chǔ)管控一體化就是在充分的信息共享基礎(chǔ)上，將倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理、設(shè)備控制與管理、作業(yè)調(diào)度與管理整合在一起，形成以實(shí)時(shí)信息采集與處理為核心的智能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，保障倉儲(chǔ)作業(yè)的協(xié)調(diào)、安全、高效進(jìn)行，進(jìn)而提升倉儲(chǔ)系統(tǒng)的整體運(yùn)作效率和安全性[11]。倉儲(chǔ)管控一體化要應(yīng)用倉庫實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，包括人、物、設(shè)備和環(huán)境的全局信息，是基于現(xiàn)實(shí)情境的動(dòng)態(tài)管理。

（二）實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)管控一體化的技術(shù)要求

倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)從技術(shù)層面看，就是在信息共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)子系統(tǒng)集成，把倉儲(chǔ)系統(tǒng)看作一個(gè)完整的系統(tǒng)來進(jìn)行控制和管理，既要保證各子系統(tǒng)能夠正常獨(dú)立運(yùn)行、高度自治，又要求各子系統(tǒng)之間相互配合，在資源允許和保證作業(yè)人員、貨物安全的前提下協(xié)同作業(yè)，以達(dá)到倉儲(chǔ)作業(yè)負(fù)荷最大，整體最為經(jīng)濟(jì)的目的。

為了解決動(dòng)態(tài)信息共享、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的問題，倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。在系統(tǒng)集成時(shí)，需要遵循廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備是配置有標(biāo)準(zhǔn)通信接口的智能化設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)與通信體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、通信協(xié)議等方面都必須采用國際和國內(nèi)通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，如在作業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)、制造和升級改造時(shí)，配備技術(shù)成熟的工業(yè)以太網(wǎng)接口、現(xiàn)場控制總線接口和USB接口；在條件允許的情況下，盡量采用有線供電和有線通信方式；在使用無線通信進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳送時(shí)，優(yōu)先選擇使用廣泛、穩(wěn)定性與可靠性高的Wi-Fi和4G通信技術(shù)，慎重使用丟包嚴(yán)重的無線個(gè)域網(wǎng)（ZigBee）技術(shù)。

（三）倉儲(chǔ)管控一體化的應(yīng)用現(xiàn)狀

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)是最先應(yīng)用到倉儲(chǔ)作業(yè)與管理的信息化系統(tǒng)，與人工純手工作業(yè)管理相比，在作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量方面有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。在近三十多年的發(fā)展過程中，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)一直在探索與設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)合，產(chǎn)生了許多從訂單管理到在庫揀選直至優(yōu)化配送的全過程管理的應(yīng)用工程，例如基于無限射頻識(shí)別技術(shù)的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)就是這樣一種管控一體化的系統(tǒng)。這些運(yùn)用單項(xiàng)或幾項(xiàng)高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能倉儲(chǔ)管控系統(tǒng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，使得倉儲(chǔ)管理的技術(shù)水平前進(jìn)了一大步，是目前正在大量使用和推廣的技術(shù)方案。

然而，局部而不是完整系統(tǒng)化的技術(shù)解決方案，使得倉儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化和智能化技術(shù)水平和安全性與其他行業(yè)的工程應(yīng)用系統(tǒng)（如與城市軌道交通綜合監(jiān)控平臺(tái)等有相似作業(yè)要求的工程應(yīng)用系統(tǒng)）相比存在巨大差距[12-13]，與快速發(fā)展的物流需求相比還有很大的提升空間。

目前的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，普遍存在監(jiān)測的參數(shù)種類不夠、監(jiān)測點(diǎn)物理空間布局不合理等問題。倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)一方面不能夠反映真實(shí)的倉儲(chǔ)環(huán)境狀況，另一方面也很難納入作業(yè)調(diào)度管理，仍然只能作為倉儲(chǔ)管理的一項(xiàng)獨(dú)立工作。

倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)作為倉儲(chǔ)設(shè)備控制與管理的中心，在應(yīng)用中行使設(shè)備控制與管理的功能。但是，在實(shí)際倉儲(chǔ)工程系統(tǒng)中很難找到對設(shè)備健康狀況的在線監(jiān)控功能，而缺少了此項(xiàng)功能，就等于倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)默認(rèn)控制的設(shè)備是健康的，是能夠全負(fù)荷參與作業(yè)的。

事實(shí)上，當(dāng)倉儲(chǔ)環(huán)境發(fā)生不良變化或向不滿足作業(yè)環(huán)境要求方面變化時(shí)，倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度必須及時(shí)做出調(diào)整，或發(fā)出調(diào)整環(huán)境工況指令，或降低作業(yè)負(fù)荷；當(dāng)參與倉儲(chǔ)作業(yè)的設(shè)備健康狀況發(fā)生不良變化或有發(fā)生故障的傾向時(shí)，倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度必須及時(shí)進(jìn)行降低作業(yè)負(fù)荷的調(diào)整。

（四）倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)的體系架構(gòu)

倉儲(chǔ)管控一體化體系架構(gòu)可以依據(jù)系統(tǒng)化思想，按照倉儲(chǔ)系統(tǒng)的用途和倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備配置的個(gè)性化特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一種具有普遍適用性的倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)體系架構(gòu)可以設(shè)計(jì)成三層結(jié)構(gòu)：上層是協(xié)調(diào)與調(diào)度層，主要包括作業(yè)調(diào)度與管理；中層是控制與管理層，主要包括倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控與管理及設(shè)備控制與管理；下層是執(zhí)行與設(shè)備層，主要包括傳感器、執(zhí)行器和作業(yè)設(shè)備。

協(xié)調(diào)與調(diào)度層接受作業(yè)任務(wù)或訂單，在線計(jì)算倉儲(chǔ)最大作業(yè)負(fù)荷，通過在線實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)分析引入人工智能和優(yōu)化算法，自動(dòng)協(xié)調(diào)倉儲(chǔ)資源并生成作業(yè)指令下發(fā)給控制與管理層。

控制與管理層接受協(xié)調(diào)與調(diào)度層的作業(yè)指令，控制倉儲(chǔ)系統(tǒng)執(zhí)行器或作業(yè)設(shè)備做功完成貨物移動(dòng)，同時(shí)將執(zhí)行與設(shè)備層的作業(yè)信息、作業(yè)設(shè)備健康狀況信息、倉儲(chǔ)環(huán)境信息等上傳至協(xié)調(diào)與調(diào)度層。

執(zhí)行與設(shè)備層接受控制與管理層的驅(qū)動(dòng)和控制，通過做功完成作業(yè)任務(wù)，同時(shí)將采集的作業(yè)信息、作業(yè)設(shè)備健康狀況信息、倉儲(chǔ)環(huán)境信息等上傳至控制與管理層。

倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)中的每層可以橫向擴(kuò)展功能和用途，三層之間信息互通互聯(lián)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造成一個(gè)閉環(huán)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)系統(tǒng)。

六、實(shí)施多條件約束的作業(yè)調(diào)度策略

通過上面分析可以得出結(jié)論：倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)是信息自動(dòng)采集、全局資源共享，有效實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)環(huán)境、設(shè)備、作業(yè)自動(dòng)協(xié)調(diào)控制與管理的一體化系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息的采集、傳輸和處理，其核心功能是將倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的情景信息進(jìn)行分析推理，自動(dòng)協(xié)調(diào)倉儲(chǔ)資源并生成作業(yè)調(diào)度策略。

（一）在線計(jì)算倉儲(chǔ)最大儲(chǔ)存負(fù)荷

倉庫作為貨物儲(chǔ)存和周轉(zhuǎn)的重要物流節(jié)點(diǎn)，都應(yīng)該配備倉庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。對于大多數(shù)倉庫來說，從開始使用就應(yīng)該重視倉庫環(huán)境的監(jiān)控。但是，受投資和市場技術(shù)產(chǎn)品的限制，目前大部分倉庫僅僅對溫度和濕度進(jìn)行定時(shí)采集，有些重要和特殊倉庫配備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測除溫度、濕度以外的其他少數(shù)幾個(gè)環(huán)境參數(shù)。

由于不同貨物對安全存儲(chǔ)需要的環(huán)境條件不同，所以倉庫僅僅對溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)控顯然是不夠的，應(yīng)該按照儲(chǔ)存貨物的實(shí)際條件要求，科學(xué)選擇實(shí)際需要監(jiān)控的多個(gè)環(huán)境參數(shù)，實(shí)施多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。大多數(shù)情況下，還需要進(jìn)行仔細(xì)研究數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的空間部署，對于立體庫等空間大、垂直高度大的倉庫，還需要進(jìn)行立體空間數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的空間部署。而對于存儲(chǔ)化學(xué)品或有揮發(fā)性貨物的倉庫，有時(shí)需要進(jìn)行多參數(shù)信息融合，獲得能更明確地反映環(huán)境狀態(tài)的信息，以保證監(jiān)控的有效性和倉庫的安全性[14-16]?；诂F(xiàn)有傳感器技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平，應(yīng)用有線/無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研制開發(fā)具有感知和傳送多參數(shù)能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的具有多維空間、多參數(shù)監(jiān)測能力的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以滿足監(jiān)控不同物理特性和儲(chǔ)存各式各樣貨物的需求。通過多參數(shù)監(jiān)測、信息共享和多傳感器信息融合技術(shù)，可以提升倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控的科學(xué)性和有效性，同時(shí)為實(shí)施環(huán)境約束的作業(yè)調(diào)度策略提供實(shí)時(shí)倉儲(chǔ)環(huán)境安全參數(shù)[5]。

目前，研制與開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口、模塊化、可組態(tài)、在線監(jiān)控多參數(shù)、信息聯(lián)網(wǎng)傳輸并能夠在線進(jìn)行多傳感器信息融合的技術(shù)已經(jīng)成熟。選用集成一體化傳感器、電化學(xué)傳感器以及多傳感器陣列，可以做到精確監(jiān)測，及時(shí)管控。針對倉儲(chǔ)系統(tǒng)環(huán)境慢、緩、變的特點(diǎn)，利用信息融合推算出倉庫現(xiàn)實(shí)和預(yù)期的安全狀況，采用情景分析手段，可以計(jì)算獲得倉庫目前和未來的合理儲(chǔ)存容量，即倉儲(chǔ)最大儲(chǔ)存負(fù)荷。

（二）在線計(jì)算倉儲(chǔ)最大作業(yè)負(fù)荷

倉儲(chǔ)作業(yè)是一種以離散作業(yè)為主、包括連續(xù)作業(yè)的混雜作業(yè)過程，移動(dòng)貨物和暫時(shí)存放貨物是其雙重任務(wù)。因此倉庫中的作業(yè)設(shè)備有大量固定設(shè)施設(shè)備，例如貨架、機(jī)械臂、傳送帶等，同時(shí)也有大量可以移動(dòng)的設(shè)備，例如搬運(yùn)車、有軌運(yùn)輸車、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車、移動(dòng)貨架、堆垛機(jī)等。

在貨物入庫、在庫盤點(diǎn)、揀選和出庫等主要作業(yè)過程中，搬運(yùn)和移動(dòng)貨物設(shè)備是重要的作業(yè)工具，這些設(shè)備的健康狀態(tài)直接影響倉儲(chǔ)作業(yè)的能力和作業(yè)質(zhì)量，貨架等存放貨物的設(shè)施設(shè)備的健康狀態(tài)直接影響貨物的儲(chǔ)存能力和儲(chǔ)存質(zhì)量。因此如何實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備健康狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，在線計(jì)算倉儲(chǔ)作業(yè)的最大負(fù)荷，對于科學(xué)制定倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度尤為重要。

在電力、石油、化工和城市軌道交通等工程實(shí)踐中，設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測的手段和方法已經(jīng)基本成熟，特別是在航空航天和軍工領(lǐng)域有許多可以直接借鑒的經(jīng)驗(yàn)和手段[17-19]。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施固定或移動(dòng)設(shè)備的健康狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)備故障診斷可以取得令人滿意的效果。加裝在線監(jiān)測設(shè)備，輔以離線故障診斷技術(shù)，可以對倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)測，同時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)提供的倉儲(chǔ)環(huán)境參數(shù)和作業(yè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，在線計(jì)算倉儲(chǔ)存儲(chǔ)能力和設(shè)備作業(yè)能力，進(jìn)而為制定倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度策略提供倉儲(chǔ)作業(yè)最大負(fù)荷參數(shù)。

（三）在線自動(dòng)生成作業(yè)調(diào)度策略

倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度是倉儲(chǔ)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，為了提高倉儲(chǔ)響應(yīng)能力、成本效益和靈活性，滿足不斷增長的客戶需求，人們一直十分重視倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度優(yōu)化方法的研究和實(shí)踐。然而，到目前為止，倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度絕大部分還是傳統(tǒng)的基于人工經(jīng)驗(yàn)或者基于固定的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算生成。這種傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)作業(yè)調(diào)度方法是從訂單或任務(wù)需求出發(fā)，單向生成作業(yè)任務(wù)清單，指令下發(fā)給作業(yè)人員和設(shè)備去執(zhí)行，是開環(huán)的作業(yè)方式。這種僅僅根據(jù)倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)或歷史經(jīng)驗(yàn)生成的作業(yè)調(diào)度指令，沒有考慮動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)倉儲(chǔ)存儲(chǔ)能力和設(shè)備作業(yè)能力，容易造成倉儲(chǔ)作業(yè)能力與作業(yè)調(diào)度之間不匹配，也可能引發(fā)倉儲(chǔ)作業(yè)環(huán)境惡化的風(fēng)險(xiǎn)。

倉庫業(yè)務(wù)的運(yùn)作不僅受物流戰(zhàn)略規(guī)劃過程的影響，還受物流運(yùn)營過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)的影響[8]。胡祥培等人[9]分析了目前傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)的、數(shù)學(xué)模型的或者是兩者結(jié)合的調(diào)度優(yōu)化方法存在的缺陷，并指出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施情景建模的調(diào)度優(yōu)化決策方法具有潛在的應(yīng)用前景。情景建模方法基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取人、物料、設(shè)備、生產(chǎn)過程、環(huán)境等眾多調(diào)度對象的狀態(tài)信息，通過基于情景信息的推理對當(dāng)前的系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷，將系統(tǒng)的實(shí)際作業(yè)能力和規(guī)避系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)因素作為約束條件，進(jìn)一步計(jì)算獲得智能的優(yōu)化調(diào)度策略。

倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)是將倉庫中的作業(yè)人員、作業(yè)設(shè)備、貨物、環(huán)境等作為系統(tǒng)要素進(jìn)行全面管控，是一個(gè)人、機(jī)、物、環(huán)境聯(lián)動(dòng)的整體。因此需要通過信息全面共享綜合倉庫動(dòng)態(tài)情景，在線自動(dòng)生成作業(yè)調(diào)度指令，其實(shí)質(zhì)是實(shí)施倉儲(chǔ)最大儲(chǔ)存負(fù)荷、倉儲(chǔ)最大作業(yè)負(fù)荷等多條件約束的作業(yè)調(diào)度策略。

七、結(jié)語

倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)要應(yīng)用系統(tǒng)化的思想進(jìn)行建設(shè)，將倉儲(chǔ)管理與運(yùn)作中涉及的任務(wù)、人、貨物、設(shè)備和環(huán)境作為構(gòu)成系統(tǒng)的要素，基于全局動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息構(gòu)建智能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)。一種具有普遍適用性的倉儲(chǔ)管控一體化系統(tǒng)體系架構(gòu)可以設(shè)計(jì)成包含協(xié)調(diào)與調(diào)度層、控制與管理層和執(zhí)行與設(shè)備層的三層架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)系統(tǒng)。

要實(shí)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)，需要開展大量的技術(shù)研究和工程實(shí)踐。目前，工業(yè)信息化和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)足以支持全自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)的工程應(yīng)用，應(yīng)該盡快制定符合倉儲(chǔ)自動(dòng)化與信息化特點(diǎn)和要求的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。特別需要研究和開發(fā)倉儲(chǔ)管控一體化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，包括研究和制造具有有線和無線工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)接口的倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備；研究倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測方法與技術(shù)，針對移動(dòng)倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備研制開發(fā)無線監(jiān)控裝置與在線健康分析算法；研究和制造具有有線和無線工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)接口的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備，使其具備硬件、軟件可組態(tài)、單機(jī)多參數(shù)監(jiān)測功能；研究開發(fā)倉儲(chǔ)最大儲(chǔ)存與最大作業(yè)負(fù)荷算法和模型；研究和開發(fā)基于倉儲(chǔ)全局動(dòng)態(tài)信息的作業(yè)調(diào)度算法等。