第2章

智能倉儲體系架構(gòu)智慧物流系統(tǒng)：從設(shè)計到實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容CONTENTS1智能倉儲系統(tǒng)2智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計3章節(jié)目標(biāo)1.了解智慧倉儲系統(tǒng)；2.掌握智慧倉儲系統(tǒng)的組成與構(gòu)架；3.熟悉智慧倉儲系統(tǒng)的設(shè)計原則與搭建。4智能倉儲系統(tǒng)智能倉儲系統(tǒng)是智慧物流系統(tǒng)的核心組成部分。其物流活動包括：運用軟件技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動分揀技術(shù)、光導(dǎo)技術(shù)、射頻識別(RFID)、聲控技術(shù)等先進(jìn)的科技手段；設(shè)備對物品的進(jìn)出庫、存儲、分揀、包裝、配送及其信息進(jìn)行有效的計劃、執(zhí)行和控制。1.智能倉儲系統(tǒng)5一、智能倉儲組成要素智能倉儲系統(tǒng)主要由識別系統(tǒng)、搬運系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)五個部分構(gòu)成：1.智能倉儲系統(tǒng)6(1)識別系統(tǒng)識別系統(tǒng)以RFID技術(shù)為核心，利用超高頻RFID系統(tǒng)雷達(dá)反射原理，讀寫器通過天線向電子標(biāo)簽發(fā)出微波查詢信號，電子標(biāo)簽被讀寫器微波能量激活，接收到微波信號后應(yīng)答并發(fā)出帶有標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息的回波信號。1.智能倉儲系統(tǒng)71.智能倉儲系統(tǒng)

RFID（RadioFrequencyIdentification無線射頻識別）的特點是采用無線電技術(shù)實現(xiàn)對靜止或移動的物體進(jìn)行識別，達(dá)到確定待識別物體的身份、提取待識別物體特征信息(或標(biāo)識信息)的目的。8(2)搬運系統(tǒng)搬運系統(tǒng)以自動導(dǎo)引機器人（AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV）和自主移動機器人（AutonomousMobileRobot，簡稱AMR）為核心。通過中央系統(tǒng)規(guī)劃的路線或者自主規(guī)劃的最優(yōu)路線來進(jìn)行貨物的搬運，最終實現(xiàn)貨物的存放和取出。1.智能倉儲系統(tǒng)9(3)存儲系統(tǒng)儲存系統(tǒng)主要為立體化的貨架倉庫構(gòu)成，又稱高層貨架倉庫和自動存取系統(tǒng)AS/RS（AutomaticStorage&RetrievalSystem）。一般采用幾層、十幾層甚至幾十層高的貨架存放貨物，用自動化物料搬運設(shè)備進(jìn)行貨物出庫和入庫作業(yè)。1.智能倉儲系統(tǒng)10(4)分揀系統(tǒng)分揀系統(tǒng)主要由碼垛機器人組成，碼垛機器人能將不同外形尺寸的包裝貨物整齊地、自動地碼（或拆）在托盤上。為充分利用托盤的面積和碼堆物料的穩(wěn)定性，機器人具有物料碼垛順序、排列設(shè)定器。根據(jù)碼垛結(jié)構(gòu)的不同，可以分為多關(guān)節(jié)型和直角坐標(biāo)型碼垛機器人，或者根據(jù)抓具形狀的不同可以分為側(cè)夾型、底拖型和真空吸盤型碼垛機器人。1.智能倉儲系統(tǒng)111.智能倉儲系統(tǒng)智能倉儲碼垛機器人121.智能倉儲系統(tǒng)(5)管理系統(tǒng)倉儲管理系統(tǒng)由倉庫管理系統(tǒng)（WarehouseManagementSystem，WMS）和倉儲控制系統(tǒng)（WarehouseControlSystem，WCS）組成。倉庫管理系統(tǒng)是通過入庫業(yè)務(wù)、出庫業(yè)務(wù)、倉庫調(diào)撥、庫存調(diào)撥和虛倉管理等功能，綜合批次管理、物料對應(yīng)、庫存盤點、質(zhì)檢管理和即時庫存管理等功能的綜合信息化管理系統(tǒng)。倉儲控制系統(tǒng)有效控制并跟蹤倉庫業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程，實現(xiàn)完善的倉儲信息管理。131.智能倉儲系統(tǒng)WMS倉庫管理系統(tǒng)WCS倉庫控制系統(tǒng)14(5)管理系統(tǒng)倉儲控制系統(tǒng)既可以獨立執(zhí)行物流倉儲庫存操作，也可以實現(xiàn)物流倉儲與企業(yè)運營、生產(chǎn)、采購、銷售智能化集成；倉儲控制系統(tǒng)位于倉儲管理系統(tǒng)與物流設(shè)備之間的中間層，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度底層的各種物流設(shè)備，使底層物流設(shè)備可以執(zhí)行倉儲系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，并且這個過程完全是按照程序預(yù)先設(shè)定的流程執(zhí)行，是保證整個物流倉儲系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的核心系統(tǒng)。1.智能倉儲系統(tǒng)15二、智能倉儲系統(tǒng)設(shè)計原則實時性、整體性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性、可擴(kuò)充和可維護(hù)性(1)實時性：采用最先進(jìn)高速無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)倉庫全面實時管理，大幅提升效率與物流效益。(2)整體性：涉及無線設(shè)備、數(shù)據(jù)庫前后臺，雖物理分離但各有系統(tǒng)支持，設(shè)計時需確保整體一致性。(3)穩(wěn)定性：系統(tǒng)設(shè)計時加入錯誤分析模塊校驗錯誤，并優(yōu)化效率和穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)高速穩(wěn)定運行，抵御人為與系統(tǒng)隨機錯誤。(4)先進(jìn)性：融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI、機器人自動化及條碼識別技術(shù)，實現(xiàn)智能化設(shè)計。(5)可擴(kuò)充和可維護(hù)性：智能倉儲系統(tǒng)維護(hù)占比最大，需提高可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。采用結(jié)構(gòu)化模塊化架構(gòu)，預(yù)留接口，實現(xiàn)良好維護(hù)與擴(kuò)充。1.智能倉儲系統(tǒng)16一、智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)為實現(xiàn)倉儲管理中數(shù)據(jù)信息流與貨物流動的時空同步，智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)需強化信息感知、封裝、上傳、解析及處理，確保信息完整并提升傳輸、處理能力，同時注重硬件執(zhí)行控制，實現(xiàn)快速響應(yīng)與精確執(zhí)行，使數(shù)據(jù)與上層業(yè)務(wù)快速關(guān)聯(lián)，提供有效支持，加速整體業(yè)務(wù)效率。從架構(gòu)上，信息采集與通信階段通過硬件集成高效獲取、收集并穩(wěn)定上傳信息。中間處理階段作為數(shù)據(jù)邏輯處理核心和算法服務(wù)資源池，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、融合及事件分析，將原始信息封裝為上層應(yīng)用服務(wù)，加速業(yè)務(wù)銜接、子業(yè)務(wù)傳遞及信息共享，以信息流拉動貨物流動，促進(jìn)倉儲高效運轉(zhuǎn)，提高效率并降低成本。2.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計172.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計智能倉儲系統(tǒng)整體效果圖——5臺AGV為例智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)圖18二、架構(gòu)設(shè)計與搭建①應(yīng)用層和中間件層的設(shè)計應(yīng)用層和中間件層的設(shè)計為軟件系統(tǒng)，即倉儲控制系統(tǒng)（WCS）和倉儲管理系統(tǒng)（WMS），一般情況下WCS集成在WMS之上。WMS管理對貨物的流動進(jìn)行信息管理和控制，WCS對倉儲系統(tǒng)中的機器人進(jìn)行直接的控制，將WMS分配的任務(wù)訂單利用控制的機器人準(zhǔn)確地存儲到指定的貨架上。整個系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。2.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計192.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計物流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20二、架構(gòu)設(shè)計與搭建①應(yīng)用層和中間件層的設(shè)計整個管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，用戶使用客戶端即可監(jiān)控查看整個系統(tǒng)。管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為核心，對于設(shè)備狀態(tài)、物料產(chǎn)品的出入庫、AGV控制等都是通過將命令數(shù)據(jù)更新到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立的對應(yīng)數(shù)據(jù)表中，管理系統(tǒng)對各個表的讀取獲得命令，下發(fā)到各指令表控制設(shè)備運行。管理系統(tǒng)可查詢數(shù)據(jù)庫中的訂單狀態(tài)、AGV運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，從而也更直觀的顯示在管理系統(tǒng)頁面上。2.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計21二、架構(gòu)設(shè)計與搭建②傳輸層設(shè)計傳輸層的設(shè)計主要為系統(tǒng)各部分之間進(jìn)行通信的鏈路設(shè)計，由客戶端、服務(wù)端和執(zhí)行端組成。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用了無線Wi-Fi的方式進(jìn)行覆蓋，可以容納眾多的移動端，滿足數(shù)據(jù)延遲和通信帶寬的需求。傳輸協(xié)議采用MQTT協(xié)議，可以更高效地對移動機器人進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。2.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計222.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計傳輸層結(jié)構(gòu)設(shè)計23二、架構(gòu)設(shè)計與搭建②傳輸層設(shè)計MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議）是基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級通訊協(xié)議，構(gòu)建于TCP/IP上，由IBM于1999年發(fā)布。它以極少的代碼和有限的帶寬，為遠(yuǎn)程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)，廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備及移動應(yīng)用。2.智能倉儲系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計24二、架構(gòu)設(shè)計與搭建③感知層設(shè)計感知層設(shè)計聚焦于機器人內(nèi)部狀態(tài)和外部狀態(tài)的感知。貨物的流動狀態(tài)與搬運機器人的工作狀態(tài)直接相關(guān)。通過機器人工作狀態(tài)的感知和監(jiān)測可以得出貨物的流動狀態(tài)。對機器人狀態(tài)的感知主要來源于各種傳感器，包括RFID讀卡器、慣性