隨著“工業(yè)4.0”理念的推廣及“中國制造”戰(zhàn)略的提出，制造業(yè)與新一代信息技術(shù)的深度融合驅(qū)動制造邁向智能制造。智能制造是制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要路徑，工業(yè)和信息化部、財政部2部門關(guān)于印發(fā)《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》的通知中指出：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行與自適應(yīng)等功能，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)的新型生產(chǎn)方式。智能制造具備生產(chǎn)產(chǎn)品智能化、生產(chǎn)裝備智能化、生產(chǎn)過程智能化、服務(wù)智能化和管理智能化等5方面特征。從采購原材料、生產(chǎn)產(chǎn)品到最終銷售，貫穿產(chǎn)品全生命周期的智能倉儲物流系統(tǒng)已成為推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要抓手。在智能制造大環(huán)境下，智能物流倉儲位于后端，是連接制造端和客戶端的核心環(huán)節(jié)，作為制造業(yè)供應(yīng)鏈必不可少的組成部分，智能倉儲系統(tǒng)在具備全面物資管理功能外，還需實現(xiàn)庫存品的信息化管理，訂單全流程的可視化管理，對物料訂單的發(fā)貨、在途、上架、入庫等環(huán)節(jié)進(jìn)行實時跟蹤。實現(xiàn)以上目標(biāo)的關(guān)鍵在于各個環(huán)節(jié)和先進(jìn)數(shù)字技術(shù)深度融合，即數(shù)字倉儲系統(tǒng)的運用。數(shù)字倉儲系統(tǒng)是借助計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)和相應(yīng)設(shè)備等，對物品的進(jìn)出庫、存儲、調(diào)撥、分揀、盤點、包裝、配送等倉庫作業(yè)，進(jìn)行的高效操作和精確管理的數(shù)字化系統(tǒng)，具備可視化、可追溯、可集成、智能化決策等特征?；诖?，文中通過對數(shù)字倉儲系統(tǒng)架構(gòu)、管理模塊及數(shù)據(jù)流的設(shè)計，并結(jié)合現(xiàn)階段我國制造企業(yè)發(fā)展特征提出倉儲系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)與發(fā)展路徑，對數(shù)字倉儲系統(tǒng)的未來發(fā)展方向進(jìn)行分析。
一、數(shù)字倉儲系統(tǒng)特征
數(shù)字倉儲系統(tǒng)主要有可視化、可追溯、可集成以及智能決策等4方面的特征。
1)可視化:實現(xiàn)庫存信息實時更新可視、庫存狀態(tài)的實時監(jiān)控跟蹤、庫存信息查詢結(jié)果的準(zhǔn)確輸出、庫存操作單據(jù)的自動化生產(chǎn)等全流程的可視化， 為管理者提供全面、有效且直觀的統(tǒng)計信息。
2)可追溯:指沿著產(chǎn)銷供應(yīng)鏈追蹤貨品位置、狀況等資料的能力。這種能力可以以一套批次號或流水號系統(tǒng)為基礎(chǔ)，是建立物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。產(chǎn)品追溯能力是汽車行業(yè)召回汽車的能力?？勺匪菪栽谑称窐I(yè)中用于控制食品安全。
3)可集成:指將軟件、硬件與通信技術(shù)等一個個獨立、分離的倉儲系統(tǒng)組合起來，集成操作倉儲作業(yè)，集成后的各部分有機地共享信息，協(xié)調(diào)地工作，達(dá)到整體優(yōu)化的目的，以此發(fā)揮整體的最大效益。
4)智能決策:輔助決策者能快速有效地從大量資料中分析出有價值的資訊，通過數(shù)據(jù)、模型和知識，以人機交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策，以利于快速回應(yīng)外在變動環(huán)境的情況下制定決策，幫助決策者實現(xiàn)智能決策。
二、數(shù)字倉儲系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)
數(shù)字倉儲系統(tǒng)的按分層理念進(jìn)行設(shè)計，整個系統(tǒng)由感知層建設(shè)、平臺層支撐、應(yīng)用層管控，見圖1。
圖1 數(shù)字倉儲系統(tǒng)架構(gòu)
感知層先通過視頻、溫濕度、RFID、條碼等各種傳感器等，采集智能制造所涉及的原料、半成品、成品、包材、線邊倉的狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過工業(yè)現(xiàn)場總線、藍(lán)牙、紅外、WIFI、5G等通信傳輸技術(shù)將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_層。
平臺層主要包括數(shù)據(jù)中臺和技術(shù)中臺，數(shù)據(jù)中臺對感知層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理，按標(biāo)準(zhǔn)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行全壽命周期管理，包括數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)檢索等，并實現(xiàn)與來自于ERP、PDM、MES、WCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，見圖2。技術(shù)中臺利用組網(wǎng)技術(shù)、計算技術(shù)、安全技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)以及人工智能技術(shù)等，對數(shù)據(jù)中臺傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、學(xué)習(xí)，提取用戶感興趣的模式和特征，全面感知狀態(tài)、精準(zhǔn)預(yù)測需求，技術(shù)中臺見圖3。
中臺處理的數(shù)據(jù)信息最后通過接口調(diào)用實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，上升到應(yīng)用層管控，通過引入服務(wù)器和工作站、七色燈條、網(wǎng)絡(luò)控制器、柱燈、揀貨標(biāo)簽、PAD、標(biāo)簽打印機、掃碼手環(huán)、RFID檢測器、電子看板、AGV等智能裝備，為用戶提供個性化業(yè)務(wù)服務(wù)。
通過上述3層系統(tǒng)架構(gòu)，可以應(yīng)用先進(jìn)感知、邊緣計算、安全連接、容器隔離、微服務(wù)框架、異構(gòu)混合資源分布式調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，從源頭掌握用戶數(shù)據(jù)，大幅提升貫通水平，將各類倉儲資源與制造資源有效銜接和匯聚起來。
圖2 技術(shù)中臺
圖3 數(shù)據(jù)中臺
2.2 管理模塊
數(shù)字倉儲系統(tǒng)的智慧大腦或中樞為數(shù)字倉儲管理系統(tǒng)，它承擔(dān)了整個數(shù)字倉儲系統(tǒng)的管理與指揮職能。在傳統(tǒng)的倉儲管理模塊中僅設(shè)有系統(tǒng)管理、入庫管理、在庫管理和出庫管理等四大管理模塊，數(shù)字倉儲系統(tǒng)管理模塊新增標(biāo)識管理和決策管理。為了體現(xiàn)智能制造生產(chǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，生產(chǎn)過程的透明化和無紙化，在數(shù)字倉儲系統(tǒng)中新加入了標(biāo)識管理。通過給予物料產(chǎn)品標(biāo)識唯一編碼進(jìn)行綁定物料和物料載體，實時掌握倉庫的全新動態(tài)。針對智能制造生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，特加入決策管理模塊，利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行智能化生產(chǎn)決策管理，因此面向智能制造的數(shù)字倉儲系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、標(biāo)識管理、入庫管理、在庫管理、出庫管理、決策管理等六大管理模塊。除此之外，在入庫管理、在庫管理模塊中，新增與 ERP、MES、WCS 系統(tǒng)相對接功能，與車間生產(chǎn)線有著緊密聯(lián)系，打造了生產(chǎn)線與上下游環(huán)節(jié)的協(xié)同集成，對物料從原料、半成品、包裝材料到成品整個過程進(jìn)行一體化監(jiān)管，充分體現(xiàn)了智能制造對數(shù)字倉儲系統(tǒng)提出的新要求，成功實現(xiàn)了數(shù)字倉儲系統(tǒng)與智能制造的對接。數(shù)字倉儲系統(tǒng)管理模塊見圖4。
圖4 數(shù)字倉儲系統(tǒng)管理模塊
2.3 數(shù)據(jù)流
為精準(zhǔn)支撐智能制造，數(shù)字倉儲管理系統(tǒng)中各層承擔(dān)不同的任務(wù)，具有不同的功能，使系統(tǒng)達(dá)到性能總體最優(yōu)。WMS必須與MES，ERP，PDM，WCS管理系統(tǒng)等進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交互和共享，構(gòu)建出與財務(wù)、設(shè)計、計劃、制造相互承接、相互支撐、相互統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流?？蛻粲唵悟?qū)動ERP對WMS物料庫存信息的查詢，進(jìn)而帶動PDM，MES形成物料需求信息，以此生成采購訂單和生產(chǎn)訂單，生產(chǎn)、倉儲、采購系統(tǒng)協(xié)同配合。及時將生產(chǎn)線上物料的需求反饋到倉儲、采購等環(huán)節(jié)，同時通過WMS子系統(tǒng)間物料調(diào)撥信息的交互，對物料從原料、半成品、包裝材料到成品整個過程進(jìn)行一體化監(jiān)管。最后由WMS向WCS發(fā)出指令，實現(xiàn)了對車間產(chǎn)品生產(chǎn)到出入庫全過程的庫存配送與控制。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流見圖5。
圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流
ERP數(shù)據(jù)交互集成主要包括如下4點:
1)物料入庫流程。物料出入庫申請信息，物料入庫驗收信息，入庫物料料號及數(shù)量信息。
2)物料出庫流程。庫間調(diào)撥、工單耗用的物料結(jié)算信息。
3)物料倉儲流程。物料在各子庫的靜態(tài)庫存信息。
4)產(chǎn)品出庫流程。產(chǎn)品出庫結(jié)算信息。
PDM 數(shù)據(jù)交互集成主要包括如下4點:
1)物料采購流程。向ERP交互“BOM數(shù)據(jù)”文件。
2)物料入庫流程。交互“物料驗收規(guī)范”文件。
3)物料標(biāo)識建立流程。交互“物料料號規(guī)范”。
4)物料出庫與配送流程。交互“BOM數(shù)據(jù)”文件、
“物料配送字典”文件。
MES數(shù)據(jù)交互集成主要包括如下4點:
1)物料齊套性查詢流程。查詢庫存物料是否滿足工單需求信息。
2)備料流程。生產(chǎn)工單物料需求信息。
3)生產(chǎn)要素齊套性檢查流程。反饋工單備料的執(zhí)行狀態(tài)信息。
4)生產(chǎn)流程。實時物料耗用信息或要料呼叫信息。
WMS由“原材料總庫WMS子系統(tǒng)”、“半成品庫WMS子系統(tǒng)”、“包材庫WMS子系統(tǒng)”、“成品庫WMS子系統(tǒng)”組成。各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互包括如下2點:
1）庫間物料調(diào)撥流程。調(diào)撥出入庫物料的集合信息。
2）回退物料流程?；赝宋锪系募闲畔?。
WMS與WCS系統(tǒng)在以下物流流程中交互數(shù)據(jù)主要包括如下3點:
1)入庫流程。入庫指令及入庫數(shù)據(jù)錄入。
2)出庫流程。出庫指令及出庫數(shù)據(jù)輸出。
3)WCS 系統(tǒng)反饋出入庫任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)信息。
WCS位于WMS與物流設(shè)備之間的中間層，起到重要的承上啟下作用，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度底層的各種物流設(shè)備，如輸送機、堆垛機、穿梭車、機器人、自動導(dǎo)引小車等物流設(shè)備之間的運行；通過消息與任務(wù)引擎，分解優(yōu)化任務(wù)，分析最優(yōu)執(zhí)行路徑，調(diào)度底層物流設(shè)備高效執(zhí)行上層系統(tǒng)的指令業(yè)務(wù)，也為上層系統(tǒng)指令提供執(zhí)行保障，同時實現(xiàn)對底層物流設(shè)備系統(tǒng)接口的集成、監(jiān)控與統(tǒng)一調(diào)度。WCS系統(tǒng)具有分段控制、信息導(dǎo)向、綜合監(jiān)控、集中管理的特點，實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、高效、可靠的動作。通過該系統(tǒng)的運行，能夠?qū)崿F(xiàn)出庫、補貨、復(fù)核，分流合流、分揀等整套作業(yè)流程，為了保證系統(tǒng)的方便使用與維護， 還提供了相關(guān)的故障報警、安全措施以及點對點操作等業(yè)務(wù)。
三、數(shù)字倉儲系統(tǒng)的實現(xiàn)路徑
建設(shè)面向智能制造的數(shù)字倉儲系統(tǒng)，可從以下幾方面實施:
1)構(gòu)建一體化解析標(biāo)識體系，實現(xiàn)全流程物料管控。標(biāo)識解析體系是建設(shè)數(shù)字倉儲系統(tǒng)的首要任務(wù)，是實現(xiàn)倉儲物流全要素、各流通配送環(huán)節(jié)信息互通的關(guān)鍵紐帶。通過對物流要素賦予標(biāo)識，借助標(biāo)識（標(biāo)識可采用RFID電子標(biāo)簽或圖形標(biāo)識）把標(biāo)識背后對應(yīng)的數(shù)據(jù)和他們所對應(yīng)的豐富信息關(guān)聯(lián)起來。對物料進(jìn)行唯一性的定位和信息查詢，準(zhǔn)確地掌握相關(guān)物料的庫存信息，從而實現(xiàn)物料從訂單的未發(fā)貨到在途、上架、入庫、出庫全流程的追蹤監(jiān)控。
2)建立數(shù)字化運維系統(tǒng)，實現(xiàn)精益化作業(yè)操作。全碼化的數(shù)字化運維系統(tǒng)實現(xiàn)物料精準(zhǔn)快速出入庫。準(zhǔn)確定位商品存放位置及存放數(shù)量，實現(xiàn)人到貨、貨到人2種高效分揀方式。軟件管理模塊，自動記錄盤點數(shù)據(jù)，及時更新庫存信息，提高盤點效率、準(zhǔn)確率。對接集成生產(chǎn)系統(tǒng)、配送系統(tǒng)，及時地將生產(chǎn)所需要的各種物料送到生產(chǎn)線的物料需求點，保證生產(chǎn)線線邊存儲區(qū)域不出現(xiàn)物料堆積的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)柔性化、精益化生產(chǎn)。
3)打造產(chǎn)線協(xié)同集成平臺，實現(xiàn)全鏈條庫存控制。生產(chǎn)、倉儲、采購系統(tǒng)協(xié)同配合，打造智能制造生產(chǎn)過程的協(xié)同監(jiān)管體系。及時將生產(chǎn)線上物料的需求反饋到倉儲、采購等環(huán)節(jié)。對生產(chǎn)計劃執(zhí)行狀態(tài)、線邊物料消耗、物料的庫存情況等信息有效的監(jiān)控，可以對物料從原料、半成品、包裝材料到成品全過程進(jìn)行一體化監(jiān)管，做到及時配送，保證產(chǎn)線的平穩(wěn)生產(chǎn)，同時實現(xiàn)了車間產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的全鏈條庫存配送與控制。
4)建立智能決策中樞，促進(jìn)倉儲全面降本增效。智能決策是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)倉儲決策主要靠人的主觀經(jīng)驗，而數(shù)字倉儲系統(tǒng)依靠智能算法來實現(xiàn)決策的智能化，其綜合考慮出入庫頻率、出入庫時間、出入庫貨物重量、市場需求變化和倉儲設(shè)備能力等因素，進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃儲位、訂單合理分配、智能化批次管理、揀選路徑規(guī)劃、智能裝箱方案等智能決策，有利于無線需求和有限資源的高效配置，進(jìn)而實現(xiàn)企業(yè)的提質(zhì)降本增效。
四、結(jié)語
從當(dāng)前趨勢來看，隨著物聯(lián)網(wǎng)、機器人、倉儲機器人、無人機等新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字倉儲是智能制造落地的優(yōu)先行業(yè)。未來幾年內(nèi)，自動快速感知貨物的進(jìn)出數(shù)量，全面追蹤每件貨物流轉(zhuǎn)動態(tài)，移庫、調(diào)度等工作井然有序，后臺對實物庫存情況一目了然等智能化的數(shù)字倉儲系統(tǒng)將會迎來井噴式的發(fā)展。
作者:
重慶品勝智慧物流研究院姜大立/林萍/胡瑞鶴
