某冷轧厂成品库作为某大型钢厂配套的物流公司专用的成材转运地, 目前有鞍座式跺位3350个, 无鞍座垛位250个。库区存放产品按大类分, 有普冷材、热镀锌材、电镀锌材、彩涂材;按产品形态分, 有冷轧板、冷轧卷和冷轧带。由于成品库库容比较大, 其垛位不是规则排列, 不同的卷尺在尺寸上也未能完全统一, 极容易造成作业人员在冷轧产成品入库验收时输错储位信息, 给后续的配货验货造成困扰。冷轧成品库发货人员在3600个垛位中花费大量的时间查找未正确标示储位信息的钢卷, 降低了冷轧成品的发货效率。

目前, 对不规则仓库的智能化监控方面, 实现了ERP系统的对接, 解决路径优化问题[1]。利用物联网技术对仓库温度、湿度及火灾等进行实时监控[2,3]。文献[4]用数字化通信代替模拟信号的传输, 将现场智能设备进行连接, 完成现场设备的控制、监测及远程参数的调整, 已成功应用某部队库区仓库。文献[5,6,7]对仓库监控系统采用分布式监控体系, 底层控制器采用PLC、单片机结构, 基于1-wire网络实现仓库环境的监测。文献[8]对工业仓库的存储策略进行研究, 文献[9]将参数化设计原理应用于立体仓库的货架设计。通过以上综述发现, 大多数学者针对不规则立体仓库的货位优化路径和仓库环境监测系统进行了研究, 针对冶金行业仓库的货位状态、相关操作数据的一致性及分布式监控系统的数据采集等方面比较缺乏。

物流公司针对冷轧成品库的管理提供了从入库验收、配货操作以及发货处理等一系列管理功能, 处理流程, 如图1所示。生产厂通过产销资讯系统生成入库交接单, 交给物流管理公司成品库管理人员, 成品库管理人员根据入库交接单, 在产销资讯系统的入库验收画面上, 或通过产销资讯系统的无线手持终端, 对交接单上的产品进行核对验收入库;在成品库的产品, 库区管理人员可以通过产销资讯系统提供的画面, 进行移库操作。

图1 成品库业务处理流程Fig.1 Product's Business Processing Flow   下载原图

目前产销资讯系统具备了成品库信息管理的所有功能, 但是由于没有集成现场的物料控制设备信息, 造成成品库区精益化管理难于实现。现有的流程图, 如图2所示。

图2 现场工作流程图Fig.2 Actual Working Flow Chart   下载原图

存在以下的问题: (1) 收货人员依据的是纸质单据, 然后到现场确认货位等信息, 如果出现此货位已经占用的情况。需要反复重新修改单据信息。造成此问题的原因是可能在其它的货物异动的过程中, 造成了ERP中的货位数据和现场情况不吻合。 (2) 现场操作人员根据ERP中的配货数据到现场找货品时, 效率很低。在货位和货品数据不符时, 需要花更多时间来找准确的货品位置。货品上用粉笔标记的配货车号容易掉字、错误书写、被清洁人员误擦洗等问题。 (3) 盘点过程中, 需要对仓库全区域的货品进行检查和比对。对3600个货位的人工轮流检查较为耗时, 对货物上条码的比对也容易出错。

为了实现成品库区的精益化管理, 对现场鞍座上钢卷堆放情况进行实时信息显示, 并通过跺位的条码化管理, 协同产销资讯系统的产品信息条码, 形成闭环的物料信息管理。

建立物流智能仓库的目标是仓储信息化管理, 构建一个基于自动信息化的智能仓库管理系统, 实现储运公司在仓库管理中各种信息的统一, 对仓库货品货位的操作数据、流程的全面、及时、准确的监控管理, 实现仓库管理、决策指挥的科学性、即时性。

在智能仓库管理系统中, 按照仓库的现行的布局, 3600个货位 (实际31个区域) 划分成15个逻辑区域。每个区域设置一个“区域数据管理器”, 向下控制每个货位终端, 向上和控制中心的采集服务器通讯。系统由管理计算机系统、分布控制单元、现场传感器和显示器组成, 该结构为典型的分布式测控系统[4,5]。系统的整体框架, 如图3所示。

图3 智能仓库整体框架图Fig.3 Intelligent Warehouse Overall Frame   下载原图

相关硬件设备的功能如下:计算机管理系统负责与每个分布式控制单元和现场显示器通讯, 实时采集、保存和处理仓储钢卷 (板) 存放数据, 并发出显示命令在现场以大屏幕方式显示。计算机与分布控制单元和现场显示器的连接采用RS-485方式, 保证远距离通讯的可靠性。分布控制单元由单片机控制[7], 具有隔离的RS-485接口, 与管理计算机实现数据交换, 将采集到的仓储信息传输到管理计算机。每个分布控制单元的最大控制容量为16*24阵列, 与现场传感器的连接全部采用光电隔离方式, 以保证系统的可靠性。最大可采集384个传感器 (钢卷位置) 的信息。现场显示器采用点阵大平, 大屏显示, 显示直观醒目。四个逻辑区域根据其现场实际布局, 在仓库的壁墙上配备一个交互式的LED显示屏, LED显示屏上显示本区域的货位概况, 如有业务操作进行时, 显示业务操作指导。

整个区域中的货位终端按照现场排列进行并行连接 (通过货位钢轨或者沿钢轨布有线连接) , 然后再和区域数据管理器进行并行连接。区域数据管理器和货位终端的并行连接直接用埋地的有线连接方法, 区域数据管理器和控制中心的数据采集服务器采用埋地到墙的有线连接方法。整个网络连接采用的是“有线信号通讯”, 完全解决了设备供电问题, 并大幅度提升系统的稳定性。控制中心的数据采集服务器负责和各通讯终端、LED显示器、门禁系统通讯。将数据在数据服务器上存储和展现。门禁控制系统主要任务是:使进出仓库区域的人必须佩戴身份识别卡方可入内, 进入时还需选择进入目的, 并清晰的记录每个人的进出时间。

货位终端设备上有“货物存取传感器”, 通过电磁感应传感器探测、弹片检查等方式来检查本鞍座是否装载货品, 当鞍座上货物存取状态发生变化时, 向网络发送实时发送信息, 也可根据网络上一级的指令, 执行“盘点”任务, 即检查货位上是否有货存放并报告。其连接示意图, 如图4所示。

图4 终端设备连接示意图Fig.4 Terminal Equipment Connection Diagram   下载原图

货位终端的布线方式采用有线连接, 将每行传感器 (10个左右) 的电源线串行连接, 每个传感器的信号线 (进入行列采集器) 的线通过通用的扁平电缆连接, 电源线单独铺管埋设, 扁平电缆通过线槽单独进入区域管理器, 电源线和信号线绝对分离, 提高系统的可靠性和抗干扰能力, 具体安装形式, 如图5所示。

图5 鞍座与传感器的相对位置图Fig.5 Relative Position of Saddle and Sensor   下载原图

根据现场的实际布局, 冷轧成品库鞍座分布及逻辑分区图, 如图6所示。依据物理位置, 分别设定第1跨, 第3跨和第4跨。其中第1跨有1157个鞍座, 第3跨有1634个鞍座, 第4跨有504个鞍座, 三跨共有鞍座3295个。在第2跨预留有板材的堆放位置, 本系统的编码是对卷材进行。因此, 将两个实际区域划分成为一个逻辑区域, 共计16个逻辑区域[8]。例如将第4跨的第1区和第2区划分成一个逻辑区, 如图中线框所示。图中的一个小方格表示一个鞍座, 连续的一条方格表示一条完整的槽钢, 方格内的数字 (列号) 是便于计算该根槽钢上的鞍座数量而设。 (为简明起见, 只填写第1个, 第5个, 第10个和第15个) 每一跨左侧的“第X区”表示实际区域 (俗称"排号") , 槽钢上方的数字表示槽钢编号 (行号) 。在对区域管理器进行数字识别的时候, 采用的行列数对应一个物理坐标。实际编码是采取"跨-逻辑区域-行-列-实际区域"对每个鞍座进行编码。例如:第1跨第1个实际区域中的第1行第1列的鞍座的编码为01-15-01-01-01。

图6 鞍座分布及逻辑分区图Fig.6 Saddle Distribution and Logical Partitioning   下载原图

依据冷轧成品库库位布置, 便于LED显示屏对库区的显示, 将实际区域分为16个逻辑区域.每一个LED屏显示4个逻辑区域的库区信息。每屏显示2页, 每页显示2个逻辑区域, 其显示区域, 如图7所示。图一中每个小方块代表一个垛位, 为区别显示, 以每个 (5×5) 矩阵表示。LED显示屏的作用在于无现场操作时显示区域总体货品存储情况, 有现场操作时进行操作指导提示。

图7 LED整体布局图Fig.7 LED Overall Layout   下载原图

控制中心实现全货位数据巡检和展示。实现如下功能: (1) 按照仓库现场显示全库货品数据, 以二维图形的方式。 (2) 控制中心可以实时查阅 (或打印) 当前库房所有货物存放状态。 (3) 若需要出库货物, 通过系统网络下达提示指令, 相应区位和货位 (区管理器和托盘数据采集器) 发出声光提示, 该提示信号将保持到相应货物被提走或该单指令被撤销为止。入库时, 如果需要指定存放位置, 也可实现声光提示。 (4) 将待准备提货或存放的清单 (货物信息和货位号) 传送到LED屏显示。

操作员依据自己的操作权限在控制主机上进行各种设定, 查看某一被控区域实时的仓库进出口的情况等。

系统采用非接触感应卡, 每张卡具有唯一性, 不可复制, 保密性极高。

系统可任意对卡片的使用时间、使用地点进行设定, 不满足等级的持卡者被禁止访问, 对非法进入行为系统报警。

所有读卡资料均有记录, 便于在发生事故后及时查询

系统软件针对不同级别的操作人员分配多种级别的操作权限, 输入不同的密码可进入不同的控制界面。

冷轧物流智能仓库通过方案的设计, 检测元件的选型, 监控软件的编制及现场逻辑点位的测试与运行, 效果良好, 满足现场运行情况, 如图8所示。该系统已经达到目标:建立一套可监控到终端的控制体系、提供一个全面的仓库数据展现和控制平台、加速整个仓库管理流程的运转速度, 从而实现管理控制和流程优化的PDCA (Plan、Do、Check和Action) 循环。

图8 LED屏显示Fig.8 LED Screen Display