基于控制層的信息管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

文/葉 瑋

一、前言

隨著新技術(shù)不斷發(fā)展，物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)的智能化已逐步成為各行各業(yè)倉儲(chǔ)模式的主流趨勢，系統(tǒng)所具有的高效性、可靠性以及便捷性給制造業(yè)帶來的不僅是行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)智能化展示，而且也為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代智能倉儲(chǔ)物流技術(shù)也在不斷追求創(chuàng)新和提高，以滿足各行各業(yè)、各種規(guī)模大小的制造企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的不同需求。

信息管理系統(tǒng)主要服務(wù)于生產(chǎn)物料的管理，具有物流信息管理、物料信息管理、倉庫數(shù)據(jù)管理功能。而在整個(gè)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，構(gòu)建在先進(jìn)的工業(yè)控制網(wǎng)上，接收來自調(diào)度系統(tǒng)的指令，經(jīng)過一系列邏輯處理后向工業(yè)控制層的控制系統(tǒng)下發(fā)命令，起著承上啟下的作用，是智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和處理中心。由于傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)自身強(qiáng)大的功能以及其在傳統(tǒng)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中的核心地位，導(dǎo)致制造企業(yè)如果要引進(jìn)該系統(tǒng)，前期會(huì)產(chǎn)生較大的資金投入，后期也需要配備較多專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)，對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模較小的制造企業(yè)來說，無疑會(huì)帶來很大負(fù)擔(dān)。

基于上述背景，為滿足中小型企業(yè)對(duì)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的需求，進(jìn)一步將智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)推廣到更多領(lǐng)域，本文提出了一種基于控制層的信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，能夠滿足中小型企業(yè)引入智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的基本需求，并且前期建設(shè)資金投入小，能夠有效為中小型企業(yè)減小資金壓力。由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)全部由控制層中央處理器進(jìn)行采集、分析和處理，所有數(shù)據(jù)維護(hù)由控制層管理人員通過現(xiàn)場人機(jī)界面直接完成，維護(hù)方便，維護(hù)成本低。所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過控制層中央處理器進(jìn)行分析處理，減少了控制層與信息層大量數(shù)據(jù)交互的工作。

二、信息管理系統(tǒng)理論模型分析

目前大部分系統(tǒng)采用條形碼對(duì)貨物和托盤對(duì)象進(jìn)行跟蹤，如上文所述，信息管理系統(tǒng)構(gòu)建在先進(jìn)的工業(yè)控制網(wǎng)上，所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息通過控制層中央處理器進(jìn)行采集、分析和處理，這就要求控制層中央處理器具有快速的數(shù)據(jù)分析處理能力。本系統(tǒng)控制層中央處理器選用西門子SIMATIC S7-1500系列產(chǎn)品，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)量較大，本系統(tǒng)考慮將最終系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Microsoft SQL Database（以下稱“SQL數(shù)據(jù)庫”）中，系統(tǒng)理論模型如圖1所示。

圖1 理論模型

貨物和托盤條碼數(shù)據(jù)通過條碼識(shí)別器進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，待貨物送至碼垛系統(tǒng)完成碼垛后，將貨物條碼與托盤條碼進(jìn)行綁定，便于后期系統(tǒng)維護(hù)時(shí)操作人員通過托盤條碼數(shù)據(jù)查詢托盤上的產(chǎn)品信息，已完成碼垛的貨物由中央處理器進(jìn)行存儲(chǔ)位置分配，待貨物完成存儲(chǔ)后將該信息存儲(chǔ)到SQL數(shù)據(jù)庫中。至此，全部完成貨物由生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)物流輸送系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)最終進(jìn)入立庫區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)流程。

在貨物進(jìn)入立庫區(qū)之前，所有條碼數(shù)據(jù)均需要控制層中央處理器進(jìn)行處理和緩存。大量的條碼數(shù)據(jù)信息處理是該系統(tǒng)功能的核心和關(guān)鍵，由于來自不同生產(chǎn)線的貨物在進(jìn)行碼垛時(shí)不能碼至同一托盤上，為了使貨物進(jìn)入碼垛系統(tǒng)后能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行區(qū)分是來自哪條生產(chǎn)線，需要在對(duì)條碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分類緩存處理，圖2和圖3分別列舉了常見的兩種緩存方式。

圖2 數(shù)據(jù)緩存方式一

圖3 數(shù)據(jù)緩存方式二

數(shù)據(jù)緩存方式一：將生產(chǎn)線編號(hào)和條碼數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綁定到一起，然后緩存至數(shù)據(jù)緩存區(qū)，該方式的優(yōu)點(diǎn)在于無需創(chuàng)建多個(gè)緩存區(qū)，所有數(shù)據(jù)均存放到一個(gè)緩存區(qū)，貨物到達(dá)碼垛區(qū)后直接到該區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)查找比對(duì)。

數(shù)據(jù)緩存方式二：按照生產(chǎn)線數(shù)量創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，每個(gè)生產(chǎn)線的條碼數(shù)據(jù)直接緩存到對(duì)應(yīng)的區(qū)域，貨物到達(dá)碼垛區(qū)后需要從第一個(gè)緩存區(qū)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)查找比對(duì)，直到找到該條碼為止。

兩種緩存方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。

表1 兩種緩存方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過對(duì)兩種數(shù)據(jù)緩存方式優(yōu)缺點(diǎn)的分析，結(jié)合本系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大小，本文選取第二種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

三、控制層系統(tǒng)程序開發(fā)

程序開發(fā)使用西門子編程軟件TIA PORTAL V16，該軟件編程支持使用SCL編程語言，在對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)較為方便。

1.數(shù)據(jù)緩存分區(qū)

條碼數(shù)據(jù)緩存區(qū)分5個(gè)區(qū)，分別對(duì)應(yīng)5條生產(chǎn)線，每個(gè)區(qū)定義300個(gè)條碼存儲(chǔ)區(qū)，該數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)大小進(jìn)行調(diào)整，如圖4所示。

圖4 緩存區(qū)分區(qū)

2.條碼數(shù)據(jù)處理程序編寫

來自生產(chǎn)線的貨物，通過條碼獲取系統(tǒng)讀取條碼信息后發(fā)送至中央處理器，中央處理器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到與生產(chǎn)線相對(duì)應(yīng)的緩存區(qū)，并對(duì)緩存區(qū)已存儲(chǔ)條碼數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域數(shù)據(jù)按照先入先出原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，如圖5。

圖5 條碼數(shù)據(jù)寫入緩存區(qū)程序

3.托盤數(shù)據(jù)寫入SQL數(shù)據(jù)庫程序

圖6為將完成碼垛的托盤數(shù)據(jù)寫入SQL數(shù)據(jù)庫的程序及參數(shù)配置。

圖6 寫入數(shù)據(jù)庫程序及參數(shù)配置

四、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)分析

該系統(tǒng)力求滿足中小型企業(yè)對(duì)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的需求，應(yīng)具備功能分析如下：

1.多生產(chǎn)線數(shù)據(jù)緩存功能

該系統(tǒng)采用多存儲(chǔ)區(qū)多通道壓棧方式對(duì)貨物條碼數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)數(shù)據(jù)既包含貨物信息，還包含貨物生產(chǎn)機(jī)組信息以及進(jìn)入該系統(tǒng)的時(shí)間等信息，便于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2.碼垛區(qū)數(shù)據(jù)自動(dòng)篩選功能

物流輸送系統(tǒng)已進(jìn)入碼垛系統(tǒng)貨物的數(shù)據(jù)信息自動(dòng)刪除，信息刪除后，后續(xù)數(shù)據(jù)自動(dòng)向前補(bǔ)充，保證系統(tǒng)在進(jìn)行貨物分揀時(shí)能第一時(shí)間獲取當(dāng)前貨物數(shù)據(jù)信息。貨物進(jìn)入碼垛系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)貨物條碼數(shù)據(jù)信息向碼垛機(jī)器人發(fā)送貨物箱型、碼垛工位等信息。此外，操作人員可通過現(xiàn)場人機(jī)界面實(shí)時(shí)查詢各通道緩存數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行通道或生產(chǎn)機(jī)組篩選等操作。

3.緩存區(qū)數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計(jì)功能

系統(tǒng)具備智能統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)緩存區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量功能，貨物進(jìn)入和出系統(tǒng)或者操作人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)刪除緩存區(qū)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)自動(dòng)更新緩存區(qū)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。

4.托盤數(shù)據(jù)寫入SQL數(shù)據(jù)庫功能

系統(tǒng)具備將已完成碼垛的托盤條碼以及托盤上貨物條碼綁定后寫入SQL數(shù)據(jù)庫的功能。

五、系統(tǒng)應(yīng)用分析

該系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)后成功投入到某藥企新建智能倉儲(chǔ)項(xiàng)目中，該藥企具有3條生產(chǎn)線，生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量大約為270件/小時(shí)，通過1個(gè)碼垛機(jī)器人進(jìn)行碼垛。在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)引入前，藥品采用人工叉車運(yùn)輸和平庫堆放的方式，人力成本高，貨物存儲(chǔ)占地面積大，工作效率低。為降本增效，企業(yè)決定引入智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，但考慮到引入當(dāng)前比較成熟的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)（具備生產(chǎn)信息層、控制層）前期資金壓力較大。通過綜合考慮，決定信息層基本功能由控制層實(shí)現(xiàn)，即本文提出的基于控制層的信息管理系統(tǒng)，這樣既滿足對(duì)系統(tǒng)的基本需求，也減少了企業(yè)前期的資金壓力。

醫(yī)藥行業(yè)藥品監(jiān)管碼為20位條碼，通過藥監(jiān)碼中數(shù)據(jù)能夠?qū)Σ煌蔚臈l碼進(jìn)行分類，藥品進(jìn)入輸送線獲取到條碼數(shù)據(jù)后可以將藥品和生產(chǎn)線號(hào)進(jìn)行綁定，將綁定好的條碼存入緩存區(qū)并進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，這樣就能夠?qū)Χ鄺l生產(chǎn)線數(shù)據(jù)進(jìn)行分類緩存。等藥品進(jìn)入碼垛區(qū)機(jī)器人抓取工位后，系統(tǒng)通過不同的批次號(hào)和生產(chǎn)線號(hào)對(duì)藥品進(jìn)行篩選，最終將同一批次、同一生產(chǎn)線號(hào)的產(chǎn)品碼垛至同一托盤。待托盤碼垛完成后，將托盤條碼和藥品條碼進(jìn)行綁定并寫入SQL數(shù)據(jù)庫。

至此，完全實(shí)現(xiàn)了貨物從生產(chǎn)到存儲(chǔ)的智能化，系統(tǒng)所具備的功能均符合前期設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，也能夠滿足用戶對(duì)該系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)自投入使用至今已有近三年，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理未出現(xiàn)異常，系統(tǒng)運(yùn)行良好、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無需過多人為介入維護(hù)，系統(tǒng)操作簡單，得到用戶高度認(rèn)可。

六、結(jié)論

本文提出的基于控制層的信息管理系統(tǒng)，具備傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的基本功能，能夠滿足中小型企業(yè)引進(jìn)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的基本需求。并且，該系統(tǒng)前期建設(shè)資金投入相對(duì)較小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所有數(shù)據(jù)均在系統(tǒng)控制層中央處理器進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，避開傳統(tǒng)框架中控制層與信息管理層大量數(shù)據(jù)交互帶來的不便，后期操作便捷，維護(hù)簡單，有利于客戶快速掌握和適應(yīng)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)為生產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。通過項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠滿足中小型企業(yè)對(duì)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的基本需求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡便，實(shí)用性強(qiáng)。