語音揀選系統在汽車零部件首批倉庫揀選業務中的應用

趙文朋，吳姚平，甘鳴駒

（上海安吉汽車零部件物流有限公司，上海 200092）

語音揀選系統在汽車零部件首批倉庫揀選業務中的應用

趙文朋，吳姚平，甘鳴駒

（上海安吉汽車零部件物流有限公司，上海 200092）

隨著國內汽車產量逐年增長，車型配置日益增多，對汽車柔性化制造要求不斷提升，從而要求汽車零部件揀選、配送按照多種模式精益操作。傳統的按揀配訂單掃描操作，在部分揀選作業中已無法更好地進行效率提升。針對汽車零部件首批倉庫的業務特點，設計了語音揀選系統，詳細描述該系統的架構、流程、功能，以及實際使用效果，證明語音揀選技術在汽車零部件物流業務中具有較好的應用前景。

汽車零部件；首批倉庫；語音揀選系統

1 引言

當前語音揀選技術已在國內零售、醫藥、食品飲料等行業有較為廣泛的應用。而在汽車制造及其相關物流領域，語音揀選技術的應用案例較為鮮見。

上汽大眾作為中國汽車行業的領頭羊，近年來有數十款新車型上市，在其車型量產之前，會在專用首批倉庫存放試生產所用零件，并按車間需求進行配送。上汽大眾在上海安亭的首批倉庫總面積約為3 000多m2，包含1 400個流利式庫位和600個高層庫位。首批倉庫的主要工作分為如下環節：按到貨計劃和零件履歷要求對零件檢查收貨；零件的儲存管理；按車間項目進度和裝車計劃，以臺套配料的方式進行物料揀選并駁運至對應車間。

傳統方式下，首批倉庫內作業人員使用RF終端進行物料揀選。揀選時，員工需要手握RF終端的同時進行揀貨，操作較為不便。當訂單行比較多時，作業人員要想查看取料位置和零件信息，必須多次翻頁，這對揀選效率造成很大影響。為能夠較好地解決此問題，作為第三方物流的上海安吉汽車零部件物流決定在倉庫內部引入語音揀選系統（PTV，Pick-to-Voice System），希望通過語音揀選替代人工掃描揀選，解放作業人員的雙手，提高揀選效率并降低設備成本[1]。

2 語音揀選系統研究現狀

多年以前便有學者研究語音人機交互，并獲得實驗性成果。葡萄牙學者在Microsoft Visual Studio.NET平臺上利用Microsoft Speech SDK5.1開發了人機交互系統，成功控制ABB機器人進行焊接操作[2]。在國外，已有較多語音揀選成功實施的案例，可是在國內，因為中文語音識別的問題，應用不多。在具體的應用技術層面上，語音識別大致可分為關鍵詞語辨識和聽覺系統兩個方面。關鍵詞語辨識技術的目標是精確地辨識講話人的語音指令，辨識率需要達到90%以上，用在語音控制和語音命令查詢方面，例如在手機上實現的語音撥號功能[3]。在進行語音識別操作之前，大部分系統需要操作人員進行一定的語音訓練，才能使系統較好的對操作人員的語音正確識別[4]。有研究表明，從揀貨效率和成本上分析，中等揀貨量的倉庫較為適合使用語音揀選方式[5]。

3 系統設計

由于首批倉庫已應用了較為完善的WMS倉儲管理系統，此次引入語音揀選系統，目的是為優化其零部件揀選操作環節。在原有的系統操作模式中，倉庫使用WMS倉儲管理系統進行流程管控，采用料箱級別管理，每個包裝均粘貼具有唯一碼的物料標簽。操作過程需要用到的揀選單由WMS生成，操作人員在打印揀選單的同時，完成發貨標簽的打印，揀選掃描時由WMS進行先進先出（FIFO）校驗。引入語音揀選后，原有料箱級別庫存管理模式不變，揀選單、標簽仍按原有方式打印，仍然需要嚴格管控先進先出，僅是用語音揀選流程替代RF掃描流程。為了保證揀選準確率達到100%，流程采用語音+指環掃描槍揀選的模式。

3.1 系統架構

系統架構如圖1所示。

WMS倉儲管理系統為原有業務系統，具有庫存管理、收貨管理、接收外部訂單數據、揀選任務生成、先進先出校驗、出庫管理等功能，在本方案中負責上下游業務流程的銜接。

PTV語音揀選系統為本次引入的核心系統，向下與語音揀選設備直接交互，向上負責獲取WMS數據，并向WMS回傳揀選結果。

語音揀選設備及配套設備是穿戴在操作人員身上的系統設備，設備內置程序，提供語音揀選流程，通過無線實時交互方式與PTV同步語音任務信息。

圖1 系統架構

3.2 系統流程

一般語音揀選過程分為3個步驟：首先，操作員在聽到語音指示后，會通過麥克風進行語音的確認；接著，操作員根據語音指示來到指定的庫位，通過對麥克風讀取庫位編號來確定他去的位置是否正確；最后，當庫位信息確認后，系統會告訴操作員需要揀選的物料及其數量，操作員完成揀選后報告系統，系統會告知下一個任務的庫位[6]。

本項目中將流程分為揀選啟動和揀選操作2個環節。

（1）揀選啟動流程。員工獲取揀選單和發貨標簽后，打開語音揀選設備，啟動揀選流程，主要步驟如圖2所示。

①語音設備報歡迎詞，員工確認；

②語音要求選擇功能，員工選擇功能編號1進入揀選功能（僅設定1為揀選，其他功能暫未設定）；

③語音提示掃描揀選單號，員工掃描揀選單上的“單號”條碼，可以一次掃多個揀選單條碼，說“好了”，進入正式揀選環節。

圖2 揀選啟動流程

（2）揀選操作流程。進入正式揀選流程，系統規則為按照庫位順序逐一進行零件揀選（庫位順序在WMS中進行設定，并通過揀貨單下傳給PTV系統），主要步驟如圖3所示。

①語音設備報出待揀零件的區域、庫位，員工到相應庫位后進行語音確認；

②語音提示零件編號的后三位，員工掃描料箱唯一條碼確認，此時系統將箱號回傳WMS，進行先進先出校驗，若需違反先進先出，則要求掃描授權碼（由班組長掌握，并判斷是否可違反先進先出）；

③語音提示要揀選的數量，員工掃描發貨標簽條碼，系統判斷是否為改包裝操作，員工語音確認，完成零件語音揀選；

④系統判斷是否仍有待揀零件，依次循環上述操作；

⑤揀選過程中，可以在提示掃描料箱條碼時，跳過語音揀選操作，不執行當前的任務，并可選擇跳過類型，類型“1”代表本任務取消，后續不再進行揀選，類型“2”代表任務暫掛，之后仍然可通過掃描揀選單號獲取并重新執行語音揀選。

3.3 系統功能

PTV系統分為基礎信息管理、作業管理、接口管理、報表日志查詢4大功能模塊。圖4為系統各功能模塊的分解視圖。

各系統模塊功能概述如下：

（1）基礎信息管理。用于維護系統所需的各類基礎數據，包含零件管理、庫位管理、人員管理等語音揀選相關的基礎信息管理功能。其中零件、庫位信息由上游系統WMS下發，通過接口進行數據傳遞，人員信息主要為揀選員工的身份信息管理。

（2）作業管理。此模塊為系統核心模塊，主要有揀選任務下達、揀選任務管理、語音揀選流程等功能，在此功能模塊中，可以將系統生成的揀選任務下達給揀貨員工，實時跟蹤揀選任務的執行情況，并進行相關處理，如暫停揀貨任務、調整揀貨數量、更換揀選人員等。

（3）接口處理。此模塊主要負責同上游業務系統WMS進行數據交互，在后臺自動運行，包括基礎數據同步、揀選信息接收、揀選數據校驗、揀選結果回傳等，通過此模塊實現上下游兩大系統間集成。

（4）報表、日志查詢。此模塊包含語音揀選相關的查詢功能，主要有揀配進度查詢、揀選工作量統計、接口信息查詢、業務系統日志、系統操作日志等，通過此模塊可查詢到系統相關的各類數據。

圖4 系統功能分解視圖

4 系統開發

4.1 硬件選型

當前成熟的語音揀選系統不多，作為業界領先的語音揀選設備供應商，Vocollect公司產品已在國內外有不少成功實施的案例[7-10]。本文中系統選用Vocollect Talkman A500作為語音揀選核心終端設備，并配以SRX2藍牙耳機作為人機交互設備。由于需要對零件履歷等信息進行精確匹配，所以采用指環掃描槍來確認箱號，避免了履歷差錯，系統選用LXE 8650藍牙指環掃描槍進行條碼掃描。

4.2 開發平臺

4.2.1 系統平臺。PTV系統管理后臺基于B/S架構，在Visual Studio 2010 C#.NET平臺開發，數據庫采用MySql；WMS基于B/S和C/S混合架構開發，開發平臺為J2EE，數據庫采用Oracle。

4.2.2 系統接口實現。WebService通過Web部署，并提供對業務功能的訪問，其特點為跨平臺、高度可繼承能力和使用簡單[11]，且相較于FTP等其他通訊方式，具有良好的通信性能[12]。WebService接口描述了一系列的系統操作，可以通過調用系統本身或者調用其他系統對外發布的函數來完成程序開發。系統可以在服務器端發布WebService服務，其他應用程序可以通過網絡（尤其是通過WWW服務）對該WebService提供的服務進行調用。WebService采用規范的、標準化的XML格式進行接口描述，具有較強的平臺通用性[13]。由于上游系統WMS與PTV是由不同平臺開發，為了較好的實現系統間數據交互，選取了WebService方式進行數據通信。

WebService體系中包含服務提供者、服務請求者的角色，在此項目中，由WMS提供WebService服務，即WMS作為服務提供者，PTV作為服務請求者進行Web-Service調用。

PTV獲取數據時，通過定期執行的功能，定時調用對應的WebService服務，獲取數據信息，將這些信息保存到PTV自有數據庫中；PTV回傳數據時，通過功能實時執行，即時調用對應的WebService服務，將數據參數上傳給WMS，由WMS進行邏輯處理。

各WebService接口定義如下：

（1）零件信息

public List＜Item＞syncItems();

參數：無

返回值：零件集合

（2）庫位信息

public List＜Location＞syncLocations();

參數：無

返回值：庫位集合

（3）揀選信息接收

public List＜PickBatchMode＞syncPickBatchs();

參數：無

返回值：揀選任務集合

（4）揀選料箱庫存校驗

public int checkInvByLP(String whseCode,String lp, String itemCode,String isNeedCheckFifo);

參數：whseCode-倉庫代碼；lp-箱號；itemCode-零件編碼；isNeedCheckFifo-是否校驗FIFO（true為需校驗/ false為無需校驗）

返回值：正常情況：箱內零件數量；異常情況返回值見表1，返回值異常時，均不允許繼續操作。

表1 異常情況返回值

（5）新箱號校驗

public String checkNewBarcode(String whseCode, String newLp);

參數：whseCode-倉庫代碼；newLp-新箱號

返回值：正常情況：零件編碼；異常情況（如倉庫代碼不正確、箱號不正確、箱號對應的零件失效等）：返回值為空（Null）

（6）揀選結果回傳

public String voicePickByLP(String whseCode,String oldLp，String newLp，String userName,String pickActQty，String wmsId，String isNeedCheckFifo);

參數：whseCode-倉庫代碼；oldLp-原箱號；newLp-新箱號；userName-揀貨人員；pickActQty-實際揀貨數量；wmsId-WMS唯一ID；isNeedCheckFifo-是否校驗FIFO（true為需校驗/false為無需校驗）

返回值：處理成功返回success；處理錯誤反饋錯誤描述信息

（7）揀貨訂單取消

Public List＜String＞errorIds cancelPickQueue(List＜String＞wmsIds);

參數：wmsIds-WMS唯一ID集合（上限為500個）

返回值：errorIds-處理錯誤的ID集合，若全部成功則返回空集合

4.2.3 語音終端通信。由于語音揀選設備通過倉庫內無線網絡與服務端通訊，語音揀選的業務要求終端設備與服務端進行實時通訊，揀選相關信息需要及時下發到語音揀選終端，指導揀貨人員進行操作。現場無線網絡為標準2.4G WIFI，基于TCP/IP協議搭建。基于以上需求，選取了Windows Socket作為語音揀選終端與服務端的通訊協議。Windows Socket（也簡稱為WinSock）主要用于Microsoft Windows操作系統，是基于TCP/IP協議開發的網絡應用程序接口（API），目前已經得到廣泛應用。WinSock API為網絡編程人員在Windows平臺上進行通用和規范的網絡應用開發提供了極大的方便[14]，且能夠通過TCP自身機制，較好的實現在網絡環境下的通訊異常監測[15]。

Socket運行機制下，客戶機和服務器在網絡內的信息傳輸使用“請求-回應”的方式完成，在系統應用的兩端，客戶機作為請求提出端，服務器作為服務回應端。客戶機為主動方，在需要時向服務器發出服務請求，服務器為被動方，服務始終開啟并處于等待狀態，實時監聽來自于客戶機的服務請求，在被連接請求觸發后做出響應，一個服務器端進程可以響應多個客戶機[16]。在本項目中，Socket服務部署于PTV服務端，語音揀選設備作為客戶機與PTV服務端進行通訊，傳輸揀選報文信息。語音設備獲取到報文后，通過內置的程序，將字符串格式的報文轉變成語音信息，從而指導揀貨人員進行操作。

主要Socket服務及方法如下：

（1）Socket相關方法

①捕捉到客戶端Socket，啟動服務端與客戶端的連接

Socket.Accept();

②接收客戶端Socket報文

Socket.Receive(byte[]);

③發送Socket報文給客戶端

Socket.Send(byte[]);

④關閉Socket連接

Socket.Close();

（2）啟動Socket服務。方法及核心代碼如下：

public void SocketServiceStart()

{

try

{

//創建Socket服務

serverSocket=new Socket(AddressFamily.Inter-Network,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);

//綁定IP地址：端口

serverSocket.Bind(new IPEndPoint(ip,myProt));

//設定最多10個排隊連接請求

serverSocket.Listen(10);

//通過Clientsoket發送數據

myThread=new Thread(ListenClientConnect){ IsBackground=true};

//啟動監聽線程

myThread.Start();

}

catch(Exception ex)

{//拋出錯誤信息

GlobalStates.ErrorMessAge("啟動Socket服務出錯："+ex.Message+" 方法名：",GlobalStates.Get-MethodName());

throw;

}

}

（3）監聽客戶端連接服務。方法如下：

private static void ListenClientConnect();

在此方法中包含核心處理邏輯，使用Accept和Close方法創建和關閉Socket連接，使用Receive和Send方法接收和發送語音揀選報文。

5 現場使用

為了能精確地將語音轉化為字符，語音揀選系統需要對每個作業人員的語音模板進行存儲。Voice Console是語音設備廠商Vocollect公司用于提供語音設備管理的必須的管理軟件，每次新增加的語音設備使用人員，需要通過Voice Console錄制語音模板，語音設備內置的任務模板也是通過Voice Console管理，并在每次設備請求時發送到設備中。當作業人員進行系統登陸時，語音終端會下載該員工的語音模板，從而精準匹配作業人員的語音，避免因為區域差異和口音造成識別率低的問題。

作業人員在揀選過程中只需聆聽指令，而不必查看RF屏幕，也不必逐條查找揀選訂單。語音終端通過無線網絡與PTV服務端進行數據交互，用語音指示作業人員完成揀選。

6 總結

實踐表明，語音揀選在汽車零部件首批倉庫中的使用效果較為明顯：

第一，大部分揀貨作業通過語音交互和指環掃描來完成，作業人員雙手得到解放，揀貨效率有較大提高；

第二，培訓時間大為減少，作業人員能夠盡快上崗。

上海安吉零部件物流語音揀選系統在上汽大眾首批倉庫的應用，創造了兩個國內第一：國內汽車物流領域首個應用語音揀選技術的案例；國內首個指環掃描輔助語音揀選的案例。

語音揀選系統在汽車零部件首批倉庫揀選業務中的成功試點實施，說明語音揀選技術在零部件揀選業務中具有較好的應用前景，上海安吉零部件物流還將深入研究語音揀選技術，將其應用到其他零部件物流運作環節，以提高物流信息化、智能化水平。

[1]劉明.揀選技術與揀選方式的比較分析[J].物流技術與應用, 2016,21(6):116-121．

[2]Norberto Pires.Robot-by-voice:experiments on commanding an industrial robot using the human voice[J].Industrial Robot: An International Journal,2005,32(6):505-511．

[3]馬慶修.基于RFID室內定位的語音揀選系統設計[J].微型機與應用,2015,34(18):50-52．

[4]趙慶國.語音揀選技術在藥庫工作中的應用[J].中國藥房, 2016,27(4):501-503．

[5]Daria Battini,Martina Calzavara,Alessandro Persona,Fabio Sgarbossa.A comparative analysis of different paperless picking systems[J].Industrial Management&Data Systems,2015, 115(3):483-503．[6]浦震寰.語音揀選技術的優勢與應用分析[J].物流技術與應用,2013,18(8):120-121．

[7]吳谷.揀選技術及其應用系列連載之四-語音揀選優勢多[J].物流技術與應用,2009,14(7):110-112．

[8]吳谷.語音揀選空降利群[J].物流技術與應用,2009,14(9):50-53．

[9]陶倩.Vocollect初探中國市場[J].物流技術與應用,2010,15 (11):38-40．

[10]Honeywell.Vocollect語音系統在化妝品倉庫中的應用[J].信息與電腦,2014,26(3):68-69．

[11]胡澤,廖聞劍,彭艷兵.Webservice技術研究及應用[J].硅谷, 2009,6(5):48．

[12]李恒華.WebService性能研究[J].金融電子化,2008,11(10): 65-66．

[13]李衛明.基于WebService技術的企業應用集成管理[J].煉油與化工,2013,24(3):27-29．

[14]俞時權,呂智慧.在TCP/IP協議支撐之上的Windows Socket應用開發[J].計算機應用與軟件,2000,17(8):1-8．

[15]周鳳石.基于Windows Socket的網絡通信中的心跳機制原理及其實現[J].沙洲職業工學院學報,2009,12(3):17-21．

[16]朱蓉.利用中間件Socket實現多客戶機端底層網絡通信[J].計算機系統應用,2005,14(6):17-21．

Application of Pick-by-voice System in First-batch Automobile Spare Parts Warehouse

Zhao Wenpeng,Wu Yaoping,Gan Mingju
(ANJI-CEVA Automotive Logistics Co.,Ltd.,Shanghai 200092,China)

In this paper,in view of the operational characteristics of the first batch automobile spare parts warehouse,we designed the corresponding pick-by-voice system,described in detail its architecture,process and function and effect in practice,and at the end, demonstrated the good prospect of the pick-by-voice system in the logistics process of automobile spare parts.

automobile spare parts;firstbatchwarehouse;pick-by-voice system

F253.9;U468.8

A

1005-152X(2017)01-0129-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.028

2016-12-09

趙文朋（1982-），男，天津人，碩士研究生，工程師，研究方向：物流信息技術；吳姚平（1982-），男，上海人，工程師，研究方向：物流信息技術；甘鳴駒（1982-），男，上海人，工程師，研究方向：倉儲物流規劃。