基于電子標(biāo)簽的訂單分區(qū)揀選系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　0 引言

　　隨著物流技術(shù)的發(fā)展，信息自動化和作業(yè)自動化設(shè)備在提升訂單揀選作業(yè)效率中起了關(guān)鍵作用。目前，在物流中心揀選系統(tǒng)中，最常使用的是電子標(biāo)簽輔助揀選系統(tǒng)，其基本理念是視覺化的作業(yè)引導(dǎo)指示系統(tǒng)，主要通過系統(tǒng)控制一組安裝在貨架儲位上的電子裝置，借由燈號和數(shù)字顯示，引導(dǎo)揀選人員正確、快速地揀選，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的物流配送中心[2]。

　　目前使用電子標(biāo)簽技術(shù)時，其主要分揀模式是摘取式和播種式，文獻(xiàn)[2-4]都對其應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并根據(jù)不同的應(yīng)用背景研究和設(shè)計(jì)了相應(yīng)的揀選系統(tǒng)，但是對于多人多分區(qū)的訂單揀選作業(yè)模式的研究卻十分缺乏,限制了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。本文研究開發(fā)了基于電子標(biāo)簽的訂單分區(qū)揀選系統(tǒng)，對系統(tǒng)的軟硬件總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立系統(tǒng)靜態(tài)分區(qū)時揀選作業(yè)的整體運(yùn)作模型，利用“分區(qū)—儲位”兩級數(shù)據(jù)模型和訂單分區(qū)狀態(tài)矩陣，分別實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)多分區(qū)配置功能、分區(qū)作業(yè)策略的在線配置和作業(yè)過程的邏輯控制，大大提升了分區(qū)式揀選作業(yè)的運(yùn)作效率。

　　1 訂單分區(qū)揀選作業(yè)策略

　　多人多分區(qū)的訂單揀選是將揀選區(qū)劃分為多個分區(qū)，每個揀選人員只負(fù)責(zé)揀選訂單中屬于其所處分區(qū)的貨物[5]。實(shí)踐中一般采用靜態(tài)分區(qū)的方式，即揀選區(qū)劃分為很多小的固定分區(qū)，訂單相應(yīng)的分割拆分為各分區(qū)子訂單。按照訂單的執(zhí)行邏輯不同，可以進(jìn)行串行或并行分區(qū)揀選作業(yè)，其中并行分區(qū)策略按照子訂單的合單時機(jī)又可細(xì)分為獨(dú)立并行和關(guān)聯(lián)并行兩種分區(qū)作業(yè)策略。具體策略內(nèi)容如表1所示。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為上位機(jī)軟件控制系統(tǒng)和底層電子標(biāo)簽硬件執(zhí)行系統(tǒng)兩大部分。其中上位機(jī)用于系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫服務(wù)的運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)訂單數(shù)據(jù)處理、分區(qū)劃分、儲位配置、作業(yè)策略控制及作業(yè)監(jiān)控。底層電子標(biāo)簽硬件執(zhí)行系統(tǒng)由控制器、電子標(biāo)簽、巷道燈、完成器等組件模塊組成，其中控制器下位通過CAN總線與電子標(biāo)簽、完成器和巷道燈進(jìn)行連接，上位通過以太網(wǎng)(TCP/IP協(xié)議)連接計(jì)算機(jī)?；诓煌耐ㄐ艆f(xié)議，各個硬件模塊都必須設(shè)置相應(yīng)的通信地址。

　　在部署電子標(biāo)簽硬件組件時，電子標(biāo)簽與貨位一一對應(yīng)設(shè)置于貨架上，用于顯示揀選數(shù)量;巷道燈及完成器分別與貨架的分區(qū)一一對應(yīng)設(shè)置，巷道燈用于提示揀選區(qū)域或作業(yè)故障報警，完成器用于在完成對應(yīng)分區(qū)的揀選任務(wù)后進(jìn)行提示。

　　2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)作模型

　　使用電子標(biāo)簽系統(tǒng)輔助進(jìn)行訂單分區(qū)揀選作業(yè)是一個人機(jī)相結(jié)合的過程。如圖2所示，本文將系統(tǒng)抽象劃分為上位機(jī)軟件系統(tǒng)、電子標(biāo)簽執(zhí)行系統(tǒng)和分區(qū)揀選員3個對象主體，基于UML活動圖[6]建立了系統(tǒng)分區(qū)揀選作業(yè)時的整體運(yùn)作模型，清晰描述了本研究系統(tǒng)從部署到運(yùn)行時不同階段各對象主體的主要活動和相互間的動態(tài)行為。

　　由系統(tǒng)的運(yùn)作模型可知，實(shí)現(xiàn)分區(qū)模式的電子標(biāo)簽揀選有2個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：一是對電子標(biāo)簽貨架進(jìn)行分區(qū)部署和配置管理，二是按照選擇配置的揀選作業(yè)策略，實(shí)現(xiàn)其人機(jī)作業(yè)過程的邏輯控制。

　　3 系統(tǒng)分區(qū)配置功能設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)分區(qū)配置主要是對電子標(biāo)簽貨架上的儲位進(jìn)行分區(qū)劃分和儲位配置管理。分區(qū)劃分是以貨架列為最小分區(qū)單位配置其區(qū)域范圍，并且每個分區(qū)對應(yīng)配置一個完成器、一個巷道燈和一個揀選員。儲位配置主要實(shí)現(xiàn)“電子標(biāo)簽ID—貨位號ID—所在分區(qū)號ID—貨品種類”四者間的一一對應(yīng)關(guān)系。因此，如圖3所示，本文構(gòu)建了“分區(qū)—儲位”兩級數(shù)據(jù)模型，便于多分區(qū)配置功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)?；诿恳患壍臄?shù)據(jù)屬性特征建立了系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)了分區(qū)硬件配置表、分區(qū)儲位配置表、揀選員表、物品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表等。

　　4 系統(tǒng)分區(qū)作業(yè)邏輯控制功能設(shè)計(jì)

　　4.1 訂單分區(qū)狀態(tài)矩陣構(gòu)建

　　假設(shè)電子標(biāo)簽貨架劃分為n個分區(qū)，訂單揀選批量為m時，則根據(jù)訂單品項(xiàng)在各個分區(qū)的分布情況，可以分割生成各分區(qū)子訂單P(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)。由此可定義一個(n+1)×(m+1)階的訂單分區(qū)狀態(tài)矩陣A：

　　矩陣元素 a(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)表示第i個訂單在第j個分區(qū)子訂單P(i，j)的作業(yè)狀態(tài)，共有3種狀態(tài)：未發(fā)送、已發(fā)送、已完成，分別對應(yīng)狀態(tài)值“0，1，2”;元素a(0，j)(0≤j≤m)和a(i，0)(0≤i≤n)為輔助判斷位，其值始終為2，用于發(fā)送訂單數(shù)據(jù)時的作業(yè)邏輯輔助控制。

　　當(dāng)作業(yè)開始時，各分區(qū)訂單命令數(shù)據(jù)還未下達(dá)到底層電子標(biāo)簽執(zhí)行系統(tǒng)，狀態(tài)矩陣A的初始狀態(tài)值a(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)置0;當(dāng)系統(tǒng)下發(fā)分區(qū)子訂單P(i，j)命令數(shù)據(jù)，A中對應(yīng)的狀態(tài)值a(i，j)置1;當(dāng)?shù)讓与娮訕?biāo)簽執(zhí)行系統(tǒng)系反饋分區(qū)子訂單P(i，j)揀選完成后，則A中對的狀態(tài)位a(i，j)置2。

　　4.2 基于狀態(tài)矩陣的分區(qū)作業(yè)邏輯控制

　　圖4描述了系統(tǒng)基于狀態(tài)矩陣的分區(qū)作業(yè)邏輯控制過程，主要分為2個控制部分：一是發(fā)送分區(qū)子訂單數(shù)據(jù)控制;二是分區(qū)子訂單作業(yè)完成反饋控制。

　　4.2.1 發(fā)送分區(qū)子訂單數(shù)據(jù)控制

　　發(fā)送分區(qū)子訂單數(shù)據(jù)控制是根據(jù)當(dāng)前完成的分區(qū)子訂單P的下標(biāo)號(i，j)，再基于狀態(tài)矩陣A進(jìn)行相應(yīng)的分區(qū)作業(yè)策略邏輯判斷，決定是否發(fā)送指定的分區(qū)子訂單數(shù)據(jù)，若發(fā)送，則對應(yīng)分區(qū)電子標(biāo)簽亮燈顯示，同時更新狀態(tài)矩陣A中對應(yīng)的狀態(tài)位值為1;若不發(fā)送，則等待其他分區(qū)子訂單完成。

　　不同的分區(qū)作業(yè)策略下，系統(tǒng)的發(fā)送分區(qū)子訂單的作業(yè)過程的判斷邏輯是不同的，下面結(jié)合圖4具體闡述。若當(dāng)前反饋完成分區(qū)子訂單P的下標(biāo)號為(i，j)時，3種分區(qū)揀選策略的控制過程如下：

　　(1)在串行分區(qū)揀選策略下，系統(tǒng)需要發(fā)送子訂單P(i+1，j)和P(i，j+1)，其發(fā)送的判斷條件是其同區(qū)標(biāo)號的上一個子訂單和同行標(biāo)號的前一個區(qū)的子訂單都已經(jīng)完成，即假設(shè)要發(fā)送子訂單P(i，j)，則檢查判斷狀態(tài)矩陣A中：a(i-1，j)=a(i，j-1)=2是否成立;(2)在獨(dú)立并行分區(qū)揀選策略下，系統(tǒng)需要發(fā)送子訂單P(i+1，j)，其發(fā)送判斷條件是同區(qū)上一個子訂單完成，即檢查判斷狀態(tài)矩陣A中：a(i，j)=2是否成立;(3)在關(guān)聯(lián)并行分區(qū)揀選策略下，系統(tǒng)需要發(fā)送第i+1個訂單所有分區(qū)子訂單P(i+1，j)(1≤j≤N)，其發(fā)送判斷條件是上一個訂單所有分區(qū)子訂單都已經(jīng)完成，即檢查判斷狀態(tài)矩陣A中：a(i，j)=2(1≤j≤N)是否成立。

　　4.2.2 分區(qū)子訂單作業(yè)完成反饋控制

　　分區(qū)子訂單作業(yè)完成反饋控制是指當(dāng)揀選員完成某個分區(qū)子訂單任務(wù)并拍滅對應(yīng)分區(qū)完成器后，系統(tǒng)會通過自動反饋的完成器ID號來判斷作業(yè)是全部完成，還是按所配置的分區(qū)作業(yè)策略繼續(xù)發(fā)送其他分區(qū)子訂單任務(wù)，具體控制邏輯過程如圖4所示。其中系統(tǒng)識別分區(qū)子訂單下標(biāo)號(i，j)方法是根據(jù)反饋的完成器ID號，通過分區(qū)硬件配置表查找到對應(yīng)的分區(qū)號j，然后在狀態(tài)矩陣A的第j列中從上往下查找到首位為1元素的行號i。

　　5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　電子標(biāo)簽貨架區(qū)域大小和分區(qū)取決于實(shí)際的倉儲需求，本研究針對一個倉庫實(shí)例，根據(jù)上述的訂單分區(qū)揀選作業(yè)策略和控制方法，基于C#和SQL數(shù)據(jù)庫具體開發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。該倉庫實(shí)例現(xiàn)場部署了7個電子標(biāo)簽貨架，最多可以支持4個分區(qū)，其組件模塊硬件地址配置范圍如表2所示。

　　(1)系統(tǒng)分區(qū)配置管理。圖5為系統(tǒng)分區(qū)配置功能界面，圖中貨位方格內(nèi)的數(shù)字標(biāo)識其對應(yīng)的電子標(biāo)簽ID地址。在進(jìn)行分區(qū)劃分和儲位配置時，首先在分區(qū)基本設(shè)置維護(hù)中，選擇分區(qū)數(shù);接著配置每個倉儲分區(qū)的區(qū)域范圍和分區(qū)對應(yīng)的完成器ID、巷道燈ID和揀選員;最后，在分區(qū)儲位維護(hù)中對儲位物品進(jìn)行配置。

　　(2)訂單揀選策略配置和作業(yè)執(zhí)行。在批次訂單揀選作業(yè)執(zhí)行前，用戶必須在線選擇配置所需的分區(qū)揀選作業(yè)策略，共有串行、獨(dú)立并行、關(guān)聯(lián)并行3種揀選作業(yè)策略供用戶選擇。作業(yè)執(zhí)行監(jiān)控界面時會實(shí)時監(jiān)控各個分區(qū)的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)和完成進(jìn)度。

　　6 結(jié)論

　　本文研究設(shè)計(jì)了分區(qū)模式下的電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)的軟硬件組成和業(yè)務(wù)運(yùn)作模型，所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以根據(jù)實(shí)際倉儲需求將電子標(biāo)簽揀選區(qū)域部署為任意n個分區(qū)，并對每個分區(qū)的大小和儲位進(jìn)行管理配置;靈活性高，支持不同批次批量的訂單揀選作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對串行、獨(dú)立并行、關(guān)聯(lián)并行3種常用的分區(qū)揀選策略進(jìn)行在線動態(tài)配置，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況配置最優(yōu)的分區(qū)揀選策略，大大提升了揀選作業(yè)的效率。

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