基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉儲(chǔ)管理模型研究

文 / 肖光偉 陳 浩 邵世洲 方澤洪 陳兆麟 周彬偉 李樂 黃 婧 曹云祥

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在處理物流信息傳輸、信息共享以及信息處理成本等問題方面有了突破性進(jìn)展，而且越來越多的企業(yè)對(duì)智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)逐漸認(rèn)可并著手規(guī)劃建設(shè)。

智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)以及自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)，與倉儲(chǔ)功能等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效和實(shí)時(shí)的物品信息存儲(chǔ)和管理效果，從而更好地滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的深度融合要求，構(gòu)建基于海量物流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、匯聚、建模、分析和服務(wù)，促進(jìn)倉儲(chǔ)管理平臺(tái)化，提升信息化融合水平，也能夠保障物流企業(yè)的良性發(fā)展。

為了順應(yīng)形勢(shì)發(fā)展要求，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“湖北中煙”）審時(shí)度勢(shì)，適時(shí)將“兩化融合”列入“1355”企業(yè)方針目標(biāo)，并把物流信息化作為“兩化融合”的重點(diǎn)提升目標(biāo)之一。同時(shí)，鑒于目前原料庫管理手段落后、信息化建設(shè)缺失的現(xiàn)狀，開始建立智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，解決原料庫信息化短板問題。

一、智能倉儲(chǔ)管理的背景

1. 湖北中煙煙葉醇化庫管理的現(xiàn)狀

目前湖北中煙的原料倉庫總?cè)萘?36.5萬擔(dān)，由于缺乏信息化系統(tǒng)支撐，整體智能化水平較低，絕大部分倉庫管理仍以人工處理為主，大量重復(fù)作業(yè)和成本重復(fù)投入，運(yùn)營高成本低效率；庫存、養(yǎng)護(hù)信息滯后，無法實(shí)現(xiàn)智能分析、管理、跟蹤，難以進(jìn)行批次管理和產(chǎn)品溯源，無法滿足公司整體發(fā)展規(guī)劃要求，迫切需要建設(shè)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)解決當(dāng)前存在的實(shí)際問題，提升信息化融合水平。

2. 倉儲(chǔ)管理的需求分析

遵循“統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一規(guī)范”的信息化建設(shè)思路，構(gòu)建統(tǒng)一的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)。通過智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)建設(shè)，完全取代原來一直用人工管理的工作方式，避免由于管理人員的工作疏忽和管理質(zhì)量問題所造成的各種錯(cuò)誤，及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地完成倉庫管理和集中調(diào)度管控。具體如下：

（1）滿足倉儲(chǔ)自動(dòng)化作業(yè)：通過引入新技術(shù)與庫內(nèi)設(shè)備相結(jié)合，提高作業(yè)效率、降低作業(yè)差錯(cuò)率，全面掌握人員動(dòng)態(tài)信息，細(xì)化設(shè)施管理，進(jìn)一步提升企業(yè)倉儲(chǔ)內(nèi)部作業(yè)流程自動(dòng)化、協(xié)同化和高效化。

（2）推進(jìn)智能養(yǎng)護(hù)建設(shè)，融合先進(jìn)的RFID等信息采集技術(shù)，集成集中檢測(cè)的自動(dòng)化集中檢測(cè)線系統(tǒng)、醇化庫內(nèi)環(huán)境溫濕度和主要作業(yè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集管理功能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)原料醇化庫的全過程監(jiān)控和記錄。

（3）實(shí)現(xiàn)精益化管理：應(yīng)用條碼和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)代化倉庫，對(duì)倉庫流程和空間進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)批次管理，快速出入庫和動(dòng)態(tài)盤點(diǎn)，并快速幫助各煙廠的物流管理人員對(duì)庫存物料的入庫、出庫、移動(dòng)等操作進(jìn)行全面地控制管理，有效利用倉庫存儲(chǔ)空間，提高倉庫的倉儲(chǔ)能力，在物料的使用上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出，最終提高企業(yè)倉庫存儲(chǔ)空間的利用率及企業(yè)物料管理的質(zhì)量和效率，降低企業(yè)庫存成本。

（4）實(shí)現(xiàn)信息決策分析：在各倉庫管理業(yè)務(wù)中發(fā)生的各項(xiàng)記錄、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和制度，做到深度挖掘、科學(xué)分析、快速反饋，形成對(duì)整個(gè)物料出入庫和在庫流程的移動(dòng)、可控管理，為倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)出入庫、盤點(diǎn)數(shù)據(jù)深度挖掘提供數(shù)據(jù)支撐。

3. 倉儲(chǔ)精細(xì)化管理

倉儲(chǔ)管理智能化：利用物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、信息化技術(shù),建設(shè)智能數(shù)字化倉儲(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉庫的科學(xué)布局、對(duì)流程的科學(xué)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料倉庫的出庫、入庫、在庫等各作業(yè)流程的精細(xì)管理，提高倉儲(chǔ)管理管理水平，提高倉儲(chǔ)管理的工作效率，降低倉儲(chǔ)成本，減少差錯(cuò)率，優(yōu)化煙葉的作業(yè)流程，縮短煙葉的搬運(yùn)時(shí)間，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本，體現(xiàn)倉儲(chǔ)管理的經(jīng)濟(jì)效益。

環(huán)境管理精確化：利用傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過對(duì)溫濕度環(huán)境、包芯溫度水份以及蟲情信息的錄入和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的全面感知，并通過與庫內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，形成智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。

養(yǎng)護(hù)管理精準(zhǔn)化：通過對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的智能分析、養(yǎng)護(hù)作業(yè)的智能調(diào)度、庫內(nèi)垛位精確管理以及全生命周期的抽檢管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，使煙葉狀態(tài)及質(zhì)量可控，提高煙葉倉庫的養(yǎng)護(hù)水平。

數(shù)據(jù)服務(wù)精到化：通過對(duì)倉儲(chǔ)管理中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的的匯總與處理，為決策提供依據(jù)；通過對(duì)環(huán)境、倉庫作業(yè)以及養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的處理和分析，提高煙葉倉庫的養(yǎng)護(hù)水平；利用全流程數(shù)據(jù)痕跡化，為煙葉管理的“正向追蹤、反向追溯”提供數(shù)據(jù)支撐；通過與供應(yīng)鏈上下游環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享，為生產(chǎn)配方等進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐。

圖1 智能倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)管理

二、智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的規(guī)劃

1. 智能倉儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

倉庫管理業(yè)務(wù)中發(fā)生的各項(xiàng)記錄、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和制度，包括以下內(nèi)容：貨位數(shù)據(jù)、條碼數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、設(shè)備編號(hào)、養(yǎng)護(hù)員管理、倉庫數(shù)據(jù)、分組管理、系統(tǒng)標(biāo)識(shí)等，結(jié)合煙葉批次管理信息，可創(chuàng)建并管理煙葉電子檔案，為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境數(shù)據(jù)深度挖掘提供數(shù)據(jù)支撐。按照“清潔倉儲(chǔ)、智能物流”的管理要求，醇化庫的貨位按照標(biāo)準(zhǔn)化管理原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，貨位編碼和原料追溯系統(tǒng)相結(jié)合，保持一致性。

2. 智能倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)管理(如圖1)

根據(jù)湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司“十三五”信息化建設(shè)的整體框架設(shè)計(jì)，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)將向上延伸至湖北中煙物流綜合管控平臺(tái)，并與運(yùn)輸、倉儲(chǔ)管理模塊對(duì)接，從作業(yè)調(diào)度層面實(shí)現(xiàn)時(shí)間窗口管理與到倉庫預(yù)約功能，從作業(yè)執(zhí)行層面支撐倉庫現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)作業(yè)管理，科學(xué)地規(guī)劃倉儲(chǔ)資源的運(yùn)用，為實(shí)現(xiàn)中煙級(jí)別物流管理和倉庫整體統(tǒng)籌、資源分配打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

同時(shí)，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)還將與智能園區(qū)系統(tǒng)、集中檢測(cè)線系統(tǒng)、醇化庫內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等集成，完成對(duì)庫內(nèi)資源的整合、集成和提升，對(duì)收貨、入庫、存儲(chǔ)、養(yǎng)護(hù)、出庫等全流程實(shí)現(xiàn)信息化集中管控，打造原料倉儲(chǔ)物流的業(yè)務(wù)閉環(huán)，初步實(shí)現(xiàn)庫內(nèi)作業(yè)過程信息化、倉庫管理數(shù)字化、統(tǒng)計(jì)分析多樣化，為各級(jí)管理者提供全面、及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息和嚴(yán)格、規(guī)范、高效的管控手段，滿足標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化、一體化的原料醇化庫管理需要。

三、系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 硬件支撐

在倉庫區(qū)域內(nèi)使用企業(yè)局域網(wǎng)，配備一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，為了方便手持RF的操作，車載終端及RFID通道門的自動(dòng)識(shí)別，需要在倉庫中使用無線AP，滿足數(shù)據(jù)傳輸和用戶的使用需求。此外，還需增加打印機(jī)等相應(yīng)的輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)報(bào)表、條碼、倉位等的打印等功能。

2. 軟件支撐

采用基于J2EE或.NET多層架構(gòu)的B/S結(jié)構(gòu)和組件開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)，通過安裝WEB瀏覽器進(jìn)行企業(yè)內(nèi)的Internct終DITCP/IPtV端訪問。用戶只需要通過Web瀏覽器，就可處理系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊操作。B/S模式的有點(diǎn)是可以降低系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的工作量和成本，還簡(jiǎn)化客戶端，方便操作。

按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，包括元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)等，以確保信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)范性、一致性，滿足湖北中煙對(duì)數(shù)據(jù)充分共享和應(yīng)用的要求。智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)用Oracle 12C數(shù)據(jù)庫作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層，Oracle 12C數(shù)據(jù)庫可以提高數(shù)據(jù)件的訪問效率和有助于不同類型的數(shù)據(jù)查詢，可以有效解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫質(zhì)檢的檢測(cè)和解決沖突。系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計(jì)中，通過RedHat Linux7.5連接數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行SQL語句完成數(shù)據(jù)查面、添刪、修改。另外，.NET作為目前被廣泛使用的面向?qū)ο缶幊陶Z言之一，具有跨平臺(tái)、分布式、解釋性、可移植性等特點(diǎn)，使系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加安全、可靠。

3. 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)從總體結(jié)構(gòu)上可劃分為決策層/功能應(yīng)用層、執(zhí)行接口層、數(shù)據(jù)支撐層3個(gè)層面。系統(tǒng)通過決策層/功能應(yīng)用層與用戶進(jìn)行交互，通過執(zhí)行接口層訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層數(shù)據(jù)的連接、查詢、調(diào)用和暫存，通過數(shù)據(jù)支撐層由管理員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，以保障功能模塊運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)共享和調(diào)用。

四、系統(tǒng)模塊

建設(shè)主要是搭建原料庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，通過使用RFID、信息集成等技術(shù)，以原料的流通與信息溝通為基礎(chǔ)，提供貫穿原料全生命周期的完整信息化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)各方共享的信息化平臺(tái)。建設(shè)功能包含出/入庫管理、質(zhì)檢管理、養(yǎng)護(hù)管理、RFID應(yīng)用、移動(dòng)作業(yè)管理、基礎(chǔ)信息管理等主要功能模塊，并實(shí)現(xiàn)與物流系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、智能園區(qū)、溫濕度等系統(tǒng)進(jìn)行集成與對(duì)接。

1. 基礎(chǔ)信息管理

基礎(chǔ)信息管理是對(duì)倉庫管理業(yè)務(wù)中最基礎(chǔ)的記錄、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和制度，主要包括貨位數(shù)據(jù)、條碼數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、設(shè)備編號(hào)、打葉員管理、倉庫數(shù)據(jù)、分組管理、系統(tǒng)標(biāo)識(shí)等。

2. 入/出庫管理

作業(yè)人員接收倉庫管理系統(tǒng)下發(fā)任務(wù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果反饋給倉庫管理系統(tǒng)。對(duì)庫區(qū)貨物進(jìn)行預(yù)收貨/出庫、并形成入/出庫通知單，根據(jù)入/出庫通知單形成收貨單/出庫單并確認(rèn)形成上/下架單，主要包含：入/出庫通知單、收貨單、上/下架單管理。

3. 質(zhì)檢管理

質(zhì)檢管理是作業(yè)人員通過移動(dòng)終端對(duì)相應(yīng)區(qū)域完成質(zhì)檢動(dòng)作。用戶可以對(duì)庫內(nèi)存儲(chǔ)的物料進(jìn)行質(zhì)檢操作，系統(tǒng)默認(rèn)列出物料狀態(tài)為“待檢”的貨位供用戶選擇（用戶可以指定對(duì)某一區(qū)域的所有貨位、某個(gè)貨位或某種物料進(jìn)行質(zhì)檢）。用戶對(duì)物料檢驗(yàn)之后，可以對(duì)當(dāng)前質(zhì)檢的物料作“質(zhì)檢合格”、“質(zhì)檢不合格”或“待檢”狀態(tài)處理。

4. 養(yǎng)護(hù)管理

養(yǎng)護(hù)管理是倉庫管理人員對(duì)儲(chǔ)存的煙葉商品進(jìn)行的經(jīng)常性保養(yǎng)和維護(hù)工作，是煙葉儲(chǔ)存業(yè)務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容?；谶\(yùn)用無線傳感設(shè)備、溫濕度探測(cè)儀等技術(shù)對(duì)煙包和存儲(chǔ)環(huán)境實(shí)時(shí)檢測(cè)，從養(yǎng)護(hù)方法采集、養(yǎng)護(hù)策略管理、養(yǎng)護(hù)策略編制、養(yǎng)護(hù)計(jì)劃調(diào)整、歷史養(yǎng)護(hù)任務(wù)、養(yǎng)護(hù)任務(wù)分配、歷史任務(wù)管理、養(yǎng)護(hù)任務(wù)預(yù)警、養(yǎng)護(hù)作業(yè)跟蹤和養(yǎng)護(hù)作業(yè)調(diào)整等維度，建立物料養(yǎng)護(hù)的目標(biāo)、數(shù)據(jù)采集、任務(wù)分配&預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、養(yǎng)護(hù)調(diào)整的閉環(huán)控制，通過以上管理措施實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉在庫的全生命周期的管理，方便我們查看歷史數(shù)據(jù)，做好后續(xù)煙草的存儲(chǔ)養(yǎng)護(hù)操作。

5. RFID應(yīng)用(如圖2)

采用車載RFID、預(yù)埋RFID標(biāo)簽及RFID檢測(cè)門的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，倉儲(chǔ)系統(tǒng)與RFID設(shè)備集成，與RFID系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理環(huán)節(jié)包括：打碼、入庫掃碼、檢驗(yàn)掃碼（集中檢驗(yàn)區(qū)、進(jìn)口煙質(zhì)量檢驗(yàn)）、養(yǎng)護(hù)掃碼和出庫掃碼等各環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)出入庫作業(yè)、在庫管理等業(yè)務(wù)的全過程管理，以及出入庫4件片煙的自動(dòng)一次性掃描識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)片煙跺位自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)出入庫防差錯(cuò)、移庫防差錯(cuò)報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)可視化倉儲(chǔ)監(jiān)控作業(yè)。

圖2 RFID的應(yīng)用

6. 移動(dòng)作業(yè)管理

移動(dòng)作業(yè)管理主要通過介紹倉庫管理系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果進(jìn)行反饋。主要實(shí)現(xiàn)溫度抽檢、濕度管理、包芯溫度檢測(cè)、水分檢測(cè)記錄、熏蒸管理、質(zhì)檢處理、盤點(diǎn)處理及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中的功能，采用無線設(shè)備將數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流中心各環(huán)節(jié)的作業(yè)及管理進(jìn)行移動(dòng)化即時(shí)管理及監(jiān)控。

五、效益提升

智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)施和優(yōu)化是一個(gè)長期的系統(tǒng)工程，現(xiàn)從作業(yè)效益、管理效益、經(jīng)濟(jì)效益等對(duì)倉儲(chǔ)應(yīng)用效果進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1.自動(dòng)化程度的目的在于提升企業(yè)的信息化程度，并將企業(yè)的流程進(jìn)行規(guī)范，使其能夠被信息系統(tǒng)所識(shí)別。通過對(duì)企業(yè)的信息化改造，能夠?qū)τ唵蔚膱?zhí)行情況、生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力、設(shè)備的產(chǎn)能、物料庫存等各方面有一個(gè)整體把握，對(duì)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的管理和控制。通過采用RFID技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)成垛原料進(jìn)行標(biāo)識(shí)、存儲(chǔ)成垛原料中的煙箱條碼信息，并利用RFID的可讀寫功能，將條碼與RFID電子標(biāo)簽相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)煙廠以垛為單位進(jìn)行出廠掃描、原料流通企業(yè)以垛為單位進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)出庫掃描。以及提升現(xiàn)有倉庫管理水平，提高工作效率，保證倉庫管理的準(zhǔn)確性以及信息更新的及時(shí)性，徹底改變以往的信息記載和傳遞方式，真正實(shí)現(xiàn)倉庫管理的現(xiàn)代化。

2. 管理效益。消除了待檢區(qū)產(chǎn)品堆積如山的現(xiàn)象，做到了來貨直接收貨，收貨直接上架入庫等操作；在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中可以快速查詢倉儲(chǔ)中物料的庫位、數(shù)量、品規(guī)、等級(jí)等信息，便于倉管人員出庫。提高了倉庫流程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的反應(yīng)速度，也為倉庫流程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的可視化、透明化管理提供了支持。

3.經(jīng)濟(jì)效益。在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的支持下，企業(yè)的倉儲(chǔ)流程信息實(shí)現(xiàn)了透明化、標(biāo)準(zhǔn)化和精簡(jiǎn)化，物料存儲(chǔ)信息的準(zhǔn)確性、出人庫效率、庫存的盤點(diǎn)效率都得到了很大的提升，進(jìn)一步降低了作業(yè)出錯(cuò)概率。同時(shí)提升了物料的倉儲(chǔ)管理水平，有效降低了倉庫人工成本、采購成本及庫存成本，相應(yīng)降低了企業(yè)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，增加了經(jīng)濟(jì)效益。