智能化電子標(biāo)簽貨物分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

佘 勇

（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)系，貴州 凱里 556000）

1 引言

在整個(gè)物流體系中，物流中心扮演著重要的角色，其主要功能包括貨物的倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、裝卸、搬運(yùn)、分揀、包裝、流通加工，以及物流信息處理等內(nèi)容[1]，如圖1所示。

圖1 物流中心主要功能

貨物分揀是整個(gè)物流中心最復(fù)雜的一項(xiàng)任務(wù)，旨在有限的時(shí)間內(nèi)迅速、正確的將顧客訂購的商品加以匯集[2-3]。其中物流中心與貨物分揀直接相關(guān)的成本占總?cè)斯こ杀?0%以上，占總物流成本的15%-20%，且占整個(gè)物流中心業(yè)務(wù)時(shí)間的30%-40%，就成本、人力，或者是時(shí)間的角度來看，都顯示了貨物分揀業(yè)務(wù)的重要性。因此，如何規(guī)劃及導(dǎo)入一套適當(dāng)?shù)呢浳锓謷到y(tǒng)或設(shè)備，并在物流中心運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備來改善分揀效率，并同時(shí)兼顧揀取正確率，一直是物流現(xiàn)代化努力的方向。

借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與電子設(shè)備相結(jié)合的智能化電子標(biāo)簽技術(shù)，分揀系統(tǒng)可以在最短時(shí)間內(nèi)從倉庫中準(zhǔn)確找到要出庫的物品所在的位置，將從不同儲(chǔ)位上取出的貨物按照配送地點(diǎn)送到不同區(qū)域進(jìn)行分揀，對于物流中心貨物分揀效率的提升非常顯著，一般可達(dá)到30%以上，同時(shí)在揀取正確率方面也有令人滿意的成效，幾乎可以達(dá)到99.9%以上的正確率。目前基于智能化電子標(biāo)簽技術(shù)的貨物分揀已經(jīng)成為廣為采用且成效最卓著的貨物分揀方法[4]。

基于射頻識(shí)別的電子標(biāo)簽技術(shù)在智能化貨物分揀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中有著巨大的發(fā)展空間[5-8]。本文研究了輥?zhàn)痈〕鍪截浳锓謷b置下，一種新型智能化電子標(biāo)簽貨物分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2 貨物分揀系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

貨物分揀系統(tǒng)的目標(biāo)是在無貨物分揀錯(cuò)誤率的情況下將貨品及時(shí)配送給顧客。整個(gè)貨物分揀的流程分為如下幾個(gè)部分：

（1）貨物分揀數(shù)據(jù)的形成─即將顧客訂單資料轉(zhuǎn)換成可供分揀使用的信息，包括書面與電子化的貨物分揀信息，在此基礎(chǔ)上形成貨物分揀指示。

（2）貨物搬運(yùn)─進(jìn)行貨物分揀時(shí)，需要貨物出現(xiàn)在分揀員面前。該過程即貨物分揀人員按照貨物分揀指示行走至物品放置處與揀取完后搬運(yùn)行走至?xí)捍鎱^(qū)。

（3）貨物揀取─按照貨物分揀指示走至儲(chǔ)位附近后，找尋正確的儲(chǔ)位，并且自揀取儲(chǔ)位揀取正確貨物的項(xiàng)目與數(shù)量。

（4）分類與集中─當(dāng)找到正確儲(chǔ)位后，依貨物分揀指示揀取所需數(shù)量及做確認(rèn)。揀取完后，如果采取批量揀取，則需按照顧客訂單加以分類整理。按照顧客訂單揀取完后或分類后，再按照配送車輛路線加以分區(qū)集中暫存。

整個(gè)貨物分揀流程如圖2所示。

圖2 貨物分揀業(yè)務(wù)流程

3 智能貨物分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本文的智能化電子標(biāo)簽貨物分揀系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了5 個(gè)分揀道口，貨物的輸送滾道采用的是橢圓環(huán)形，分揀系統(tǒng)的總體布局如圖3所示，即在每個(gè)分揀道口上設(shè)置一個(gè)輥?zhàn)痈〕鍪椒诸愌b置，貨物沿滾道逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。

圖3 分揀系統(tǒng)總體布局圖

將原現(xiàn)場整個(gè)理貨區(qū)域分為四個(gè)小區(qū)段，每個(gè)區(qū)段配置20個(gè)電子標(biāo)簽及一個(gè)中文字幕機(jī)用以顯示業(yè)務(wù)項(xiàng)目的名字。業(yè)務(wù)人員采取單邊播種理貨方式[9]，行走一圈后不僅可以將某一單品的業(yè)務(wù)完成，同時(shí)尚可繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)貨物。在起頭端，控制計(jì)算機(jī)處共設(shè)置有兩支條形碼掃描儀，其一為貨物分揀前可以針對各貨物進(jìn)行總量查核之用的掃描儀，這是Keyboard接口，另一支掃描儀則是為各貨物欲進(jìn)入播種分類區(qū)前的掃讀條形碼，具有RS232界面并配有RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)換器。

系統(tǒng)主要功能包括如下幾個(gè)主要模塊：標(biāo)簽信息讀取與識(shí)別子模塊、貨物分揀子模塊、數(shù)據(jù)輸出子模塊等。下面分別介紹主要的子模塊的設(shè)計(jì)過程：

（1）貨物標(biāo)簽信息讀取與識(shí)別子模塊。系統(tǒng)在入口和各出口分別安裝了射頻讀寫器，使貨物在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)更新和動(dòng)態(tài)跟蹤。在系統(tǒng)中采用固定式解讀器，分別分布在不同滾道和分揀道口，且與PLC 控制單元相連，當(dāng)解讀器得到信息之后，將控制信號(hào)反應(yīng)到PLC上驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的動(dòng)作部件開始分揀。

當(dāng)貨物從入口進(jìn)入后，射頻讀寫器對電子標(biāo)簽上的信息讀出，并分配分揀道口，安裝在入口機(jī)架下方的壓力傳感器將貨物的重量稱出（貨物毛重）。如果貨物重量超出分揀裝置分揀貨物的最大值時(shí)，貨物將沿著滾道運(yùn)行，并從回流口返回。當(dāng)分揀物到達(dá)分揀道口，射頻讀寫器識(shí)別貨物，輥?zhàn)痈〕鍪椒謷b置的電動(dòng)機(jī)和液壓缸得到信號(hào)，短輥?zhàn)痈〕霾⑥D(zhuǎn)向，貨物即被分揀。輸送在線獲得的信號(hào)（電子標(biāo)簽的識(shí)別信號(hào)、貨物的定位識(shí)別信號(hào)、貨物的重量信號(hào)等）和當(dāng)貨物通過輥?zhàn)痈〕鍪椒謷b置時(shí)短輥?zhàn)拥淖饔眯盘?hào)（沉浮和轉(zhuǎn)向信號(hào)、轉(zhuǎn)向角度信號(hào)）被一并發(fā)送到主控微機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)貨物標(biāo)簽信息的讀取。除此之外，另外一個(gè)掃描設(shè)備用來獲取貨物數(shù)量信息。當(dāng)理貨人員從倉庫將各單品的需求總量揀出后，可至電子標(biāo)簽貨物分揀系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)前以條形碼掃描儀掃讀商品條形碼后，并通過計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的總量進(jìn)行播種分類前的總量核查，以確保業(yè)務(wù)的正確性。如圖4所示。

圖4 貨物類型與數(shù)量掃描

（2）貨物分揀子模塊。分揀系統(tǒng)的控制是該子模塊實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。在該過程中，主控微機(jī)與WMS 系統(tǒng)相連接，最終貨物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由WMS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)集中控制管理，分揀系統(tǒng)控制流程如圖5所示，在圖中可以看出貨物運(yùn)行到不同位置與控制中心的信息交換。

圖5 貨物分揀控制流程

在執(zhí)行貨物分揀時(shí)，理貨人員可將整商品分搬至小推車/臺(tái)車上，提高業(yè)務(wù)人員于播種分類時(shí)的效率。由于采取分區(qū)播種，同一時(shí)間可以有多種不同貨物在整個(gè)播種區(qū)域內(nèi)作業(yè)，每一區(qū)配置一個(gè)中文顯示廣告牌以顯示各區(qū)段正在工作的名稱，以提升人員的辨識(shí)精度。智能化電子標(biāo)簽貨物分揀系統(tǒng)的工作流程如圖6所示。

圖6 基于智能電子標(biāo)簽的貨物分揀

4 系統(tǒng)硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖7所示。主要硬件包括：

（1）電子標(biāo)簽系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)與外接的控制器，是以ethernet為主要的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用TCP/IP通訊協(xié)議，傳輸速度可達(dá)10/100Mbps。

（2）在WIN95/98/2000/NT操作系統(tǒng)下，一部個(gè)人計(jì)算機(jī)依可用的IP數(shù)來決定可接多少電子標(biāo)簽系統(tǒng)組件。系統(tǒng)中采用TCP/IP 控制器(AT500/AT500N)：每個(gè)控制器有5 個(gè)接頭，每個(gè)接頭可控制30 個(gè)標(biāo)簽組件，則每個(gè)TCP/IP 控制器可控制150個(gè)標(biāo)簽組件(含電子標(biāo)簽、顯示器等)。

（3）電子標(biāo)簽系統(tǒng)的所有組件均采cable-less，可任意移動(dòng)及裝卸。在標(biāo)簽的面板設(shè)計(jì)上，除了燈號(hào)與按鍵外，尚有一可顯示數(shù)量的5位數(shù)LED顯示設(shè)計(jì)。標(biāo)簽設(shè)計(jì)除有燈號(hào)外，尚有蜂鳴的功能。中文字幕機(jī)可顯示中文字。

圖7 基于智能電子標(biāo)簽的貨物分揀系統(tǒng)硬件架構(gòu)

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的實(shí)際運(yùn)用及產(chǎn)品設(shè)計(jì)改良，智能化電子標(biāo)簽技術(shù)在物流系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。將智能化電子標(biāo)簽技術(shù)運(yùn)用射頻識(shí)別與智慧化控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)貨物在分揀過程中的準(zhǔn)確信息采集、傳輸、回饋和控制等，在物流系統(tǒng)中有著廣泛重要的應(yīng)用前景。

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