德宏煙草物流智慧倉儲的研究

文/賀彪 湯凌 周靜 王黎亞 謝祖光

本文分析國內(nèi)外智慧倉儲研究現(xiàn)狀，針對德宏卷煙物流配送中心提出一種智慧倉儲研究方案，采取人工智能技術(shù)，根據(jù)物流倉儲環(huán)節(jié)對德宏煙草倉儲管理進(jìn)行改進(jìn)，為倉儲設(shè)備賦予感知識別能力，為倉儲作業(yè)系統(tǒng)賦予智能調(diào)控能力，為倉儲安全管理系統(tǒng)賦予智能監(jiān)管能力，整體提升德宏煙草物流倉儲管理的精細(xì)度，進(jìn)一步打造數(shù)字化、信息化與智能化的現(xiàn)代化煙草物流企業(yè)。

1.研究目的及意義。

煙草產(chǎn)業(yè)作為云南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐和財(cái)稅收入的主要來源，是全省經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)。在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，煙草在穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長中更具有重要位置，作為云南省財(cái)政增收、農(nóng)民增收重要源泉的作用更加突出。德宏州煙草專賣局主要負(fù)責(zé)州內(nèi)卷煙銷售和煙草專賣管理等工作，實(shí)行“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、垂直管理、專賣專營”的管理體制，作為連接卷煙工業(yè)企業(yè)和卷煙零售客戶的橋梁，肩負(fù)本轄區(qū)卷煙市場與卷煙生產(chǎn)端的產(chǎn)銷連接。在現(xiàn)行營銷模式下，科學(xué)精準(zhǔn)預(yù)測卷煙市場需求，確保卷煙市場需求端和供給端有效銜接，促進(jìn)貨源購進(jìn)與市場需求的匹配度，提高卷煙倉儲、銷售、配送等日常經(jīng)營效率，保證卷煙市場按需供應(yīng)就變得極為重要。當(dāng)前，我國市場經(jīng)濟(jì)形勢不斷發(fā)生著深刻變化，煙草行業(yè)需要加快步伐推進(jìn)市場化改革，云南煙草公司德宏州公司所面臨的持續(xù)長遠(yuǎn)發(fā)展壓力也在不斷增大?？v觀煙草行業(yè)，隨著國家稅收、煙草產(chǎn)品價(jià)格的提高以及控?zé)熈Χ鹊募哟?，對于云南煙草產(chǎn)生著越來越深刻的影響。隨著買方市場的形成，各省市煙草產(chǎn)業(yè)之間的競爭變得異常激烈，云南煙草多年來持續(xù)高位運(yùn)行，在高稅利高總量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)再發(fā)展壓力巨大。為了跟上信息時(shí)代變革的步伐，更好地進(jìn)行倉儲精細(xì)化管理，滿足倉儲動(dòng)態(tài)多樣的實(shí)時(shí)復(fù)雜需求，降低管理成本，提高工作效率，傳統(tǒng)煙草物流行業(yè)的倉儲管理轉(zhuǎn)型升級已是必然趨勢。在當(dāng)前形勢下，云南煙草公司德宏州公司如何揚(yáng)長避短，理智應(yīng)對國際、國內(nèi)煙草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，如何不斷提高全省煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力，建立相對適合的發(fā)展戰(zhàn)略，是確保云南煙草公司德宏州公司在激烈的市場競爭中提高品牌優(yōu)勢及核心競爭力的關(guān)鍵所在，是實(shí)現(xiàn)德宏煙草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

2.智慧倉儲研究現(xiàn)狀及分析。

煙草工業(yè)公司按客戶訂單組織貨源，在接收煙草商業(yè)公司訂單后，依據(jù)訂單合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，對卷煙工業(yè)企業(yè)按市場需求進(jìn)行引導(dǎo)并開展生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工廠的生產(chǎn)與市場需求進(jìn)行無縫對接。物流配送中心是整個(gè)物流體系中的重要組成部分，早期國內(nèi)就對物流配送中心的倉儲信息網(wǎng)絡(luò)化，儲運(yùn)作業(yè)自動(dòng)化，安全監(jiān)控電子化，指揮決策智能化做了充分的研究[1]，主要涉及倉儲高新技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略。國外在煙草物流信息化管理方面的研究投入了大量資金[2]，日本煙草公司已開發(fā)出成熟的煙草物流信息系統(tǒng)，要求職員每年接受煙草物流信息化方面的培訓(xùn)[3]。目前國內(nèi)倉儲管理研究主要集中在對數(shù)據(jù)自動(dòng)采集技術(shù)進(jìn)行可視化顯示，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息安全，倉庫功能應(yīng)用等，而在綜合智能化、物聯(lián)網(wǎng)、智慧倉儲等方面的研究相對較少，無法滿足倉儲動(dòng)態(tài)多樣的實(shí)時(shí)復(fù)雜需求。伴隨著物流技術(shù)的不斷進(jìn)步和用戶對配送效率要求的提高，現(xiàn)在的研究方向主要涉及倉儲系統(tǒng)的建模優(yōu)化、倉儲設(shè)備自動(dòng)化、倉儲管理智能化等。智慧倉儲涉及倉儲管理的智能化，采取人工智能技術(shù)以實(shí)現(xiàn)倉儲設(shè)施互聯(lián)、倉儲作業(yè)智能化和資源整合與共享。人工智能技術(shù)包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理等，可完全替代重復(fù)性的工作和簡單的腦力工作，該技術(shù)的發(fā)展將徹底改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活[4]。當(dāng)然只要機(jī)器智能不具備自我意識，機(jī)器智能就只能輔助人類使得工作變得更加高效[5]。人工智能在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上是通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類或動(dòng)物大腦中神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)方式，經(jīng)歷七十多年的理論和實(shí)踐發(fā)展，以YOLO[6]，SSD[7]和RetinaNet[8]為代表的一階段檢測模型應(yīng)運(yùn)而生，滿足現(xiàn)實(shí)場景的檢測需求，為倉儲設(shè)備賦予卷煙、碼垛、儲位等感知識別能力。倉儲系統(tǒng)智能作業(yè)技術(shù)發(fā)展最快，主要涉及自動(dòng)化立體庫、智能穿梭車、堆垛機(jī)、分揀技術(shù)設(shè)備、AGV機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)，該技術(shù)已成為物流倉儲行業(yè)前進(jìn)的重要?jiǎng)恿?，降低物流倉儲成本，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)升級和市場投入，為智慧倉儲發(fā)展創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，建立物流基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營機(jī)制，促進(jìn)智慧倉儲的標(biāo)準(zhǔn)化與國際化。

圖1.倉儲作業(yè)流程

圖2.德宏卷煙倉儲

3.倉儲作業(yè)。

德宏卷煙倉儲入庫流程簡述為，工業(yè)到貨的卷煙通過人工搬運(yùn)到一號工程錄入碼段，進(jìn)行件掃碼，然后按照相同卷煙品規(guī)進(jìn)人工組垛，根據(jù)物流平臺分配儲位，人工用叉車將組垛好的卷煙放入指定儲位，完成整個(gè)入庫操作。庫內(nèi)調(diào)整流程為，倉儲管理人員選擇倉儲儲位，用叉車把相應(yīng)儲位的卷煙進(jìn)行調(diào)整、對換。卷煙倉儲出庫為，根據(jù)當(dāng)日銷售訂單，從相應(yīng)儲位把卷煙搬運(yùn)下來進(jìn)行人工拆垛，并運(yùn)送到一號工程進(jìn)行件煙掃碼，再通過人工搬運(yùn)至分揀暫存區(qū)以備卷煙分揀，完成卷煙倉儲出庫流程。倉儲作業(yè)可使用相應(yīng)的堆垛機(jī)、智能AGV、自動(dòng)導(dǎo)引車、分發(fā)機(jī)等智能設(shè)備[9]，而其中核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人成為產(chǎn)業(yè)升級的瓶頸，基礎(chǔ)工藝和基礎(chǔ)技術(shù)等環(huán)節(jié)的缺失使得國產(chǎn)物流機(jī)器人的性能和質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家的物流機(jī)器人相比還存在較大差距[10]。對于上述倉儲作業(yè)流程的智慧改造方法，采取物流機(jī)器人完成倉儲作業(yè)，即搬運(yùn)、組垛、拆垛等流程用AI機(jī)器人來完成，如圖1所示。根據(jù)德宏卷煙實(shí)際應(yīng)用場景，利用三維圖形建模工具，對倉儲建筑、三層橫梁貨架、卷煙等實(shí)體進(jìn)行三維建模，如圖2所示。在現(xiàn)有倉儲環(huán)境下采取智能搬運(yùn)的方法，將會(huì)面臨倉儲場景動(dòng)態(tài)性高，人機(jī)混行，光照變化大等挑戰(zhàn)[11]。根據(jù)卷煙目標(biāo)檢測任務(wù)的應(yīng)用場景，需要針對德宏煙草在銷的132多種卷煙品規(guī)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和標(biāo)注。目標(biāo)檢測任務(wù)具有場景復(fù)雜度高、目標(biāo)多變的特點(diǎn)，在選擇訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)需要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。第一個(gè)方面是卷煙目標(biāo)所處的場景，面向德宏煙草儲分系統(tǒng)的卷煙目標(biāo)檢測，需要考慮到復(fù)雜多變的背景，要兼顧不同的光照條件以及多種混合卷煙目標(biāo)，即在制作卷煙數(shù)據(jù)集時(shí)，在不同天氣和光照條件下，需要對同一目標(biāo)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，全面覆蓋卷煙的搬運(yùn)、錄入碼段、卷煙組垛、卷煙調(diào)整、卷煙拆垛、卷煙分揀的各個(gè)流程。第二個(gè)方面是卷煙目標(biāo)的多樣性，需要綜合考慮數(shù)據(jù)集不同類別樣本的類內(nèi)間隔和類間間隔兩個(gè)分類特性，類內(nèi)間隔越大、類間間隔越小，分類任務(wù)就越難，但是對于目標(biāo)檢測任務(wù)來說，同一類目標(biāo)在不同的角度、姿態(tài)、個(gè)體差異下都會(huì)造成類內(nèi)間隔的增大，同時(shí)不同類別之間也具有很大的相似性。以卷煙箱在搬運(yùn)、入庫、庫內(nèi)調(diào)整為例，為了保障圖像數(shù)據(jù)集的豐富性，以每種卷煙2000張圖像為基數(shù)，在圖像采集中應(yīng)綜合考慮多種目標(biāo)混合、不同角度、不同光照等條件，來模擬真實(shí)場景中視角的不確定性。上述倉儲作業(yè)機(jī)器人，通過強(qiáng)化目標(biāo)感知能力、理解能力以及自主決策能力等單體智能來保證倉儲作業(yè)流程順利進(jìn)行，而對于整個(gè)倉儲系統(tǒng)而言，通過人工智能算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度以及更高效的多機(jī)協(xié)作，機(jī)器人規(guī)?；鹤鳂I(yè)已成必然[12]。

4.倉儲安全。

為了保障德宏煙草物流配送中心的安全，采用倉儲溫濕度檢測、紅外生命探測、紅外漏水點(diǎn)檢測、煙霧檢測、視頻監(jiān)控等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)倉儲系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，作為安全管理模塊，嵌入于圖2所示的倉儲管理可視化系統(tǒng)中。溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是為了保障倉儲卷煙的質(zhì)量，創(chuàng)造適宜于卷煙儲存的環(huán)境，設(shè)法防止庫外氣候?qū)靸?nèi)的不利影響，及時(shí)采取有效措施平衡倉庫內(nèi)的溫濕度。紅外生命探測儀主要利用紅外夜視技術(shù)，給使用者提供可見光看不到區(qū)域的物體影像，由于發(fā)熱物體發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其他非發(fā)熱物體發(fā)出的紅光很微弱，因此，利用特殊的紅外攝像機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控，實(shí)時(shí)觀察倉庫內(nèi)卷煙的溫度、工作人員的工作狀態(tài)以及老鼠等其他動(dòng)物的活動(dòng)。紅外漏水點(diǎn)檢測根據(jù)紅外照射法，向倉庫屋頂照射紅外線，利用其反射光特定光譜的衰減來檢測漏水點(diǎn)位，出現(xiàn)漏水情況時(shí)應(yīng)急通知管理人員，防止倉庫卷煙大面積淋濕。關(guān)于煙霧監(jiān)測的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，對倉儲作業(yè)中的觀測點(diǎn)進(jìn)行布控，用戶可以通過配套的數(shù)據(jù)分析軟件，對庫房溫濕度、漏水點(diǎn)檢測、消防隱患點(diǎn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在倉庫各個(gè)監(jiān)測信息出現(xiàn)異常和緊急狀況時(shí)，自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信息給管理員手機(jī)等終端設(shè)備，采取相應(yīng)的應(yīng)急管理措施來保障倉儲安全。

5.研究展望。

關(guān)于德宏煙草物流智慧倉儲方案，是一個(gè)系統(tǒng)工程，每一個(gè)研發(fā)環(huán)節(jié)，都需要大量的研究工作和研究人員的參與。對智慧倉儲方案的實(shí)施進(jìn)行人工智能技術(shù)應(yīng)用的探索，根據(jù)物流倉儲環(huán)節(jié)對德宏煙草倉儲管理進(jìn)行改進(jìn)，以強(qiáng)化系統(tǒng)的感知識別、智能調(diào)控、監(jiān)管和群體智能能力。后期研究主要集中在智慧倉儲方案的實(shí)施中，利用數(shù)字孿生技術(shù)對倉儲作業(yè)進(jìn)行模擬，調(diào)控倉儲自動(dòng)化設(shè)備，完成倉儲管理系統(tǒng)的功能測試，為智慧倉儲決策提供數(shù)據(jù)支持和仿真驗(yàn)證。

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