物流分揀系統中的優化和容錯技術

鄭德理

摘 要：近年來，物流領域的貨物分揀技術得到了較快地發展，煙草商業企業的分揀技術也得到了長足地進步，但由于當前國內煙草企業受限于卷煙銷售結構和季節性等特點，特別是在銷售旺季呈現出了超大幅度的增長，而現有卷煙分揀系統根本無法有效地解決該問題。隨著卷煙銷量增長，如何對分揀系統進行優化并解決好當前問題已刻不容緩。該文以臺州煙草新組合式分揀系統為例，探討了物流分揀系統的優化和容錯技術。

關鍵詞：煙草物流分揀 電子標簽分揀系統 通道式分揀系統 容錯處理

中圖分類號：F253 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0074-02

1 物流分揀優化的重要性

物流配送主要由兩個環節組成，分別是貨物分揀和貨物配送。根據有關研究[1]，在配送中心的成本比例中，分揀成本比重最大，約占了總成本的40%，因此，優化分揀環節，提高分揀效率是節約物流成本的關鍵。我們以從煙草物流分揀入手，探求物流分揀系統中的優化價值。

2 當前分揀系統存在的問題

結合臺州煙草實際運行情況，我們發現目前的分揀系統存在的主要問題：一是分揀方式比較單一，靈活性不強，無法有效處理大數據量的分揀，從而造成了在分揀速度上的瓶頸，勞動強度上升而無法化解。同時，由于系統運行時間的增加，分揀系統的維護壓力也隨之增大。二是分揀系統本身已經歷多次優化提升，能實現的進一步的優化，其空間較為有限。因此，針對當前的物流分揀技術，亟需通過優化的方式，提過分揀效率，降低勞動強度，從而推進分揀能力更上新的臺階。

3 分揀系統優化

新構建的組合式分揀系統基礎架構主要依據原有電子標簽步進式分揀系統和通道式分揀系統相關技術而建，系統的優化也根基于原有系統以及相關聯輔助系統。

3.1 新式分揀系統的組成

經過對步進式分揀系統和通道式分揀系統相關技術分析，結合煙草企業卷煙銷售的特點，我們發現單獨依靠步進式分揀系統或者使用通道分揀系統都不能很好地解決銷售旺季所帶來的壓力。而兩種分揀模式的有效組合能很好地解決當前的問題。以研究的臺州煙草物流分揀為例，我們可以通過對原有系統的改造，達到優化的目的。改造如下。

（1）更改為組合揀貨分揀系統。新式揀貨分揀系統將從原來的6條步進式分揀線，改為由4條步進式分揀線和2條通道式分揀設備組合而成。同時，可以實現步進式分揀系統與通道分揀設備按照1∶2的比例進行匹配組合，共組合成兩組。新的組合分揀系統主要包括專用上煙設備子系統、通道式分揀和電子標簽分揀協同作業子系統、卷煙傳動子系統、卷煙噴碼子系統、卷煙包裝子系統以及卷煙分揀軟件系統等組成。主要設備有：由流利式貨架、電子標簽、步進式輸送帶、通道式分揀機、包裝機、大幅面激光打碼機以及工控機等。

（2）數據庫進行整合。為新組合的一組分揀系統單獨建立一個數據庫。并通過該數據庫實現對當前系統狀況進行全面的監控。

3.2 新式分揀系統的體系架構和功能模塊

3.2.1 體系架構（如圖1所示）

核心數據層各模塊的功能和實現方式：核心數據層主要由主庫分揀庫數據庫以及輔助數據庫調度數據庫、卷煙庫存數據庫組成。分揀庫數據庫從調度數據庫獲取送貨線路客戶訂貨相關信息，從卷煙庫存數據庫獲取卷煙等信息。分揀數據庫主要功能是分揀管理系統以及分揀監控和容錯管理系統提供數據服務。涉及的主要部件有工控機、操作系統軟件以及數據庫管理軟件等。

應用支撐層各模塊的功能和實現方式：應用支撐層由各大系統組成，主要包括分揀管理系統、分揀監控和容錯管理系統，以及輔助支持的配送智能調度計劃系統、卷煙倉庫管理系統。

分揀管理系統承擔分揀作業的主要功能。從配送智能調度計劃系統中獲取分揀數據，分配出當前分揀組的分揀任務，并進行卷煙分揀的預處理，在啟動系統后，借助卷煙倉庫管理系統獲取卷煙庫存信息，通過分揀監控和容錯管理子系統對分揀過程進行監控。卷煙分揀中的過程，分揀監控和容錯管理系統，實現對分揀過程中的監控以及出現故障的處置等流程；而配送智能調度計劃系統、卷煙倉庫管理系統兩個系統主要提高客戶訂單信息以及卷煙信息。

核心服務層各部分的功能和實現：核心服務層主要有上煙補煙子系統、通道式分揀和步進電子標簽子系統、激光打碼子系統、高速包裝子系統、打印送貨單子系統、紙箱回收子系統以及集貨裝車子系統組成。這些子系統從物理層面看，它們代表著是分揀系統的硬件組成部分，該核心服務層集成了該分揀系統的全部功能。該層的主要部件包括了激光打印機、高速卷煙包裝機以及實時打印機等硬件子系統。

上煙補煙子系統可以仍然按照原有的分揀模式進行。分別在分揀前進行各條分揀線旁邊進行備貨和上煙。

激光打碼子系統主要負責對傳輸帶上的卷煙進行激光打碼。該子系統對來自通道機或步進式分揀線出來的卷煙進行激光打碼，同時將該條碼上傳給臺州煙草局信息中心專用服務器，并與國家局服務器進行數據通訊。經激光打碼后的卷煙將經過疊煙設備后轉入包裝環節。

高速包裝子系統考慮到通道式設備的使用，速度明顯的提高，將在通道式分揀機系統中更改為時速400包的高速包裝機。每條分揀線均配備一套高速包裝設備。

打印送貨單子系統，按照送貨線路的順號進行打印，與傳統分揀線不同之處就是新組合的分揀系統進行的是實時打票，而原有系統能夠進行提前打票。

紙箱回收子系統主要功能就是回收件煙的包裝外殼，空箱輸送線可以設置在電子標簽貨架或通道機貨架上方，方便揀選人員分揀過程中回收空箱。

集貨裝車子系統主要是為送貨工作做預先的準備。送貨員打印送貨單后，到發貨暫存區的指定區域核對后，裝載上車，送到目的地。

表現層的功能和實現：表現層的主要功能就是與人進行交互的信息提示，主要部件包括各類指示燈、顯示器、蜂鳴器發出的報警聲、LED屏以及打印出來的各類資料。

可以用5字LED屏用來顯示卷煙品牌的名稱；用紅、黃、綠指示小燈來提示設備使用狀態；用蜂鳴省來進行報警提示；還用可以電子標簽數顯來表示當前位置的卷煙數量等。

3.2.2 臺州煙草新型組合分揀系統流程

獲取分揀業務數據：根據臺州煙草配送智能調度計劃系統（該應用系統用于送貨線路安排）優化的最優客戶配送方案結果，與客戶訂單下載配送順序、客戶、訂單信息至分揀管理機。

分配揀選任務：根據電子標簽分揀線和通道式分揀系統的使用情況，把獲取到的分揀業務數據按線路集中、相對均衡原則分配至啟用的標簽分揀線和通道分揀機。

上傳一號工程揀選順序文件：由分揀管理系統把分配好的各分揀線分揀順序信息實時地上傳至一號工程控制機。

啟動分揀：根據標簽線第一張揀選訂單，在每一個揀選工位按啟始按鍵，系統將訂單發送到標簽線上相應的工位；通道機分揀系統根據獲取的分揀數據發送到通道機終端。

啟動揀選任務：電子標簽分揀系統環節是根據客戶訂單，提示首位揀選人員發起訂單，點亮當前客戶揀選品牌標簽和顯示揀選數量；停放器落下，卷煙被停止在當前揀選工位，并等待前一個揀選工位完成揀選任務后發送松開信號。

分客戶打一號工程碼、自動包裝、打印送貨小票：經分揀后的卷煙進入一號工程激光打碼操作，一號工程打碼機采用停放器松開換進行激光打碼。打碼結束后，進入自動包裝裝置進行自動包裝；包裝好后，在傳輸帶上經過激光打印機進行送貨小票打印。

協同、裝車配送：通道機分揀線依據分揀卷煙包所在匹配線路進行分流，進入各自的緩沖區。等待匯合的緩沖區卷煙包，在接受到匯流指令后與步進式標簽分揀線進行匯合。而后再由發貨人員裝籠車將卷煙包按線路推至發貨暫存區等待第二天配送。

系統接口情況：新式揀貨系統仍然以WMS（倉儲管理系統）為基礎。電子標簽系統、通道分揀線與WMS進行配合完成整個分揀任務。

4 新式分揀系統容錯技術分析

臺州煙草分揀系統自2005年上線以來已經使用了多年，各子系統運行較為成熟，但系統運行年份較長，機械等故障也會時有發生，要保障分揀系統無故障運行，分揀系統的容錯機制不可缺少的。

4.1 容錯機制的組成

在分揀系統優化的過程中，需要對容錯機制進行同設計、同開發和同實施。該容錯機制涉及的主要技術和部件包括以下幾個方面。

計算機應用軟件子模塊，主要包括分揀監控和容錯管理系統。

分揀監控和容錯管理軟件接收來自分揀管理系統中反饋的故障信息，并按照預先設置的容錯方案，及時調整同一組織單元，按照預置的分揀方案進行分揀，而不直接停止。在當原分揀系統經維修恢復后，通過分揀管理信息系統，及時將恢復信息反饋給分揀監控和容錯管理系統，系統進行重新調整后，將啟動原有方案進行。

分揀輔助提示性硬件設備主要包括電子標簽的顯示、信號燈的閃爍、蜂鳴器發出的報警聲以及打印機打印信息的提示等。在故障發生后，某臺分揀設備處于暫時的停止狀態，分揀監控和容錯管理系統，接收到相關信息后，立即按照預置的方案做分揀任務調整，將分揀的任務自動切換，并觸發信號燈、報警聲，以及及時傳輸通過控制器及時傳輸指令到電子標簽設備上，進行顯示，及時提醒作業人員。

4.2 容錯機制的實現方式

新系統為在分揀系統容錯能力上得到了較大的提升，能很好地處理分揀線上出現的故障。其實現方式主要包括數據庫的整合、分揀故障不同級別響應以及不同情景的實現機制等。

（1）數據庫和應用系統的整合。將對原有數據庫及應用系統功能進行整合，實現數據庫個數從6個調整為2個。數據庫整合主要依賴于良好的網絡設備和計算機硬件的性能的快速發展和提升。

（2）分揀故障不同級別響應。我們首先進行故障級別的判斷，可以分為3種級別的故障類型，分別是一般故障、機械故障以及重大故障。一般故障，是指在幾分鐘內就能迅速給予解決，例如共控機死機、數據庫連接不成功等故障；機械故障，是指能在1 h之內給予解決的故障，例如電子標簽故障、機械電器類故障等；重大故障，是指在1 h之內無法解決的故障類型。針對一般故障和機械故障，通常情況下，我們采用的是等待的方法，只有在特別緊急情況下，才考慮切換到另一條分揀線上進行處理。針對重大故障，新分揀系統與原有分揀系統基本一致。對未分揀完的送貨線路根據配貨的緊迫程度，在另一條步進式分揀線分揀完當前的送貨線路或者在另一條步進式分揀線分揀完成后再切換分揀。原有2條步進式分揀線互為備份，達到容錯的目的。

（3）不同情景的實現機制。不同情景主要分為通道機故障和步進式分揀線故障。通道機分揀線出現故障進行容錯處理：在卷煙分揀過程中，一旦通道機分揀線出現故障[2]，例如通道機上的某個規格卷煙無法分揀，即一條分揀線上的某個或多個分揀線上通道機出現故障，分揀監控系統在獲取信息后，通過服務器立即將該次分揀以及后續分揀數量自動切換到步進式分揀系統，并由軟件系統發出警告聲，及時告知操作人員，而其他通道機以及其他設備繼續進行分揀。與此同時，步進式分揀線在接收數據信息后，在琉璃式貨架上的電子標簽進行數據顯示，并發出告警聲進行提示，這樣原本在通道機上的分揀數量可以無縫地切換到通道機設備上，補貨人員只需要按照電子標簽顯示的數量進行揀貨即可。步進式分揀線出現故障時的容錯處理：在步進式分揀線出現故障時，可以根據故障級別判斷進行響應的處置。

5 結語

文中提出了新型的卷煙分揀模式，對新系統的體系和功能模塊進行了構建，系統地分析了各個環節所要建立的新型分揀模式的工作流程。本文提出了實現新型卷煙分揀模式需要解決的幾個關鍵技術，解決了電子標簽無法解決的分揀容錯問題。

物流分揀系統的優化和容錯尚有很大的提升空間，如何更好地實現分揀系統中各子系統的速率匹配，是今后分揀設備研究的一大方向。

參考文獻

[1] 胡勇.自動分揀系統一本通[M].北京：中國物資出版社，2011.

[2] 陳宏峰，劉億舟.中國IT服務管理指南——理論篇[M].2版.北京：北京大學出版社，2012：239-245.

[3] Dallari F，Marchet G，Melacini M.Design of order picking system[J].The international journal of advanced manufacturing technology，2009，42（1-2）：1-12.