1 引言 

自動化倉庫（Automatic Storage & Retrieval System，AS/RS），一般由立體式貨架、堆垛機、穿梭車、輸送系統、倉儲控制系統和管理信息系統組成。其在發達國家已經相當普遍，日本是自動化立體倉庫發展最快、建造數量最多的國家，美國、德國等也建造了許多自動化立體倉庫。我國的自動化倉庫系統平均水平低于先進發達的國家，據不完全統計，目前我國已建成的立體倉庫近7000座，其中全自動的立體倉庫有2000多座。自動化倉庫已經在港口、物流配送中心、醫藥、煙草、冶金、化工、航空航天、電子、圖書、食品加工、印刷、機場等行業得到了越來越多的推廣和應用。

自動化倉庫的倉庫管理系統（Warehouse Management System, WMS）和倉庫控制系統（Warehouse Control System, WCS）的主要任務是對自動化倉庫中的物料、貨位等基本信息進行管理，優化倉庫存儲的效率，管理物料的在庫情況并控制倉庫中的自動化設備，實現倉庫中物料的自動出入庫和盤點等庫內作業。

由于個性化定制而帶來的大批量訂單出入庫的優化調度問題，RFID等物聯網技術在自動化倉庫追溯管理的應用，以及為應對海量品種、成千上萬訂單的拆零揀選發展起來的料箱等自動化倉儲方式和形態的管控，都要求WMS和WCS不斷增加功能，提升智能化程度，以有效適應這些新特征。結合這些新的問題和需求，面向自動化倉庫，海得控制在車間自動化緩存倉庫管控方案和柔性智能車間生產物流調度方案的經驗積累基礎之上，研發了智能倉儲管理/控制系統。

2 智能倉儲管理/控制系統 

   面向自動化倉庫，智能倉儲管理/控制系統集成了智能倉儲管理系統WMS和智能倉儲控制系統WCS，避免了兩個獨立系統間的信息孤島問題，實現了自動化倉庫的管控一體化，其系統架構如圖1所示。

 

圖1智能倉儲管理/控制系統架構

2.1 智能倉儲管理系統 

   智能倉儲管理系統對到貨檢驗、入庫、出庫、分揀、庫存盤點等各個作業環節的數據進行自動化數據采集，并通過各種無線通道和手持終端及車載終端將采集數據實時上傳至后臺系統，保證倉庫管理各個環節數據輸入的速度和準確性，提高倉庫管理的工作效率，合理保持和控制企業庫存。其網絡架構和主要功能模塊如圖2所示。

圖2 智能倉儲管理系統概要

智能倉儲管理系統主要功能和關鍵技術說明如下：

組盤

對于需要入庫到立體庫的物資，必須進行組盤。組盤活動將完成收貨的物資與托盤進行綁定。系統組盤功能包括記錄與指定托盤綁定的物資的最小存貨單位(Stock Keeping Unit,SKU)、批次屬性、組盤數量；系統根據上架目標、事先設置的上架規則，自動形成上架任務，并在任務中規定上架的目標貨位。

入庫庫位選擇

入庫貨位選擇有多種方式：包括指定、隨機、分類、分類隨機、預測等方式，可根據具體場景和時間人工選擇。

出庫訂單分配

出庫訂單分配，是指系統決定訂單上的物資到哪個指定的庫位進行出庫作業，所以它是

出庫流程中的關鍵環節。在分配訂單時，支持根據在業務規則設置中確定的分配策略（如先進先出等）確定出庫的物資、庫位，以及人工指定庫位方式。

出入庫作業調度

基于啟發式方法和動態規劃算法，優化復合作業的訂單順序，盡量減少無效路徑，提高自動化倉庫的運行效率，減少能源消耗。

庫存盤點

建立庫存盤點任務，可按照貨主、物資分類、SKU、庫區、庫位、托盤、批次屬性等條

件生成盤點單，或指定自上次盤點后發生過庫存交易的物資生成盤點單。揀選員對盤點單中的項目逐一進行實物盤點，記錄實盤數，并錄入到系統盤點單中。系統支持在盤點結果基礎上生成差異盤點任務，將有盤虧盤盈的庫存產品再次盤點。

數據追溯

通過RFID等實現對物料入庫、出庫、存儲、盤點等全過程追溯；還可借助ERP接口，獲取物料質量參數、供應商信息，借助MES接口，獲取生產過程數據；生成追溯報表，并提供追溯查詢接口。

貨位鎖定

WMS可提供自動和手工鎖定貨位功能。堆垛機故障時WMS自動鎖定貨位，具有權限的操作人員也可手動鎖定。

故障處理

WMS故障類型很多。主要有兩類：

庫位空故障：出庫時，當記錄的貨位有托盤，但實際監測沒有，允許人工修改庫位狀態，手動刪除該出庫任務，并手動或自動新增出庫任務；

庫位滿故障：入庫時，當記錄的貨位無貨物，但實際監測有托盤，允許人工修改庫位狀態，手動刪除該入庫任務，并手動或自動新增入庫任務；

系統接口

實現與ERP\MES\WCS等關聯系統的數據通訊。

2.2 智能倉儲控制系統 

   WCS是位于WMS系統和PLC系統之間的一層管理控制系統，一方面它與WMS系統進行信息交互，接收WMS指令，然后進行調度和路徑規劃，并下發到PLC執行；另一方面通過SCADA將PLC和自動化倉庫的實時數據反饋給WMS，用于監視和管理。

 

 

 

圖3 智能倉庫控制系統

WCS主要功能包括：實時監控、路徑規劃、手動規劃、任務執行和任務管理等。

實時監控

以“電子地圖”呈現整個自動化倉庫狀態，對物流設備上線狀態、重要交互信號以及所有設備重要參數和報警信息進行實時動態顯示；同時將作業執行情況反饋給WMS。如圖3-2和圖3-3所示。

路徑規劃

接收WMS的出庫和入庫作業指令，根據作業的起點和終點，對于自動化立體倉庫的堆垛機、輸送機和AGV/RGV，以及料箱存儲方式自動化倉庫的搬運AGV等，采用基于圖論、多Agnet系統理論與技術、移動閉塞技術、動態時間窗方法、Dijkstra算法和A*算法等進行機器人調度和路徑規劃，最大化出入庫效率。避免沖突和死鎖問題，并最小化路徑長度。

手動規劃

可接受手動調度目標點，通過人工輔助添加任務方式實現客制化出入庫和運輸需求，并自動進行路徑規劃，并消解路徑沖突。

任務執行

執行路徑規劃后的出入庫任務或輸送任務，控制堆垛機、輸送機、AGV/RGV等將物料從起點運往終點。

任務管理

任務管理包含任務控制和任務監視。任務控制是對執行中的任務針對性的人工暫停、繼續、停止等操作。任務監視是監視執行中的任務狀態，為任務路徑及時調整、新任務派發提供數據支撐。

3 方案優勢 

海得控制研發的自動化倉庫智能倉儲管理/控制系統使自動化倉庫從“靜態倉庫”成為“動態倉庫”和“智能倉庫”，具有如下優勢：

倉儲管控一體化

實現了WMS與WCS的集成，可以避免兩個獨立系統間的信息孤島問題，最大程度實現兩者數據的共享和同步，保障倉儲作業的協調、安全、高效進行，進而提升物流系統的整體運作效率和安全性。并能減少兩者的功能重疊，縮短開發和實施時間。

豐富的路徑規劃算法

基于柔性智能車間生產物流調度系統方案經驗，積累了豐富的路徑規劃算法，為優化出入庫和揀貨效率、避免沖突和死鎖問題提供了較強的計算引擎。

數據追溯

通過RFID等實現對物料入庫、出庫、存儲、盤點等全過程追溯；還可借助ERP和MES接口，實現從原料到成品的全生命周期追溯。

靈活的NetSCADA接口

WCS底層采用自主軟件NetSCADA進行數據采集和監視，有較多實用的如曲線、表格、報表等插件；且比其它上位機軟件更靈活，開放了很多的接口方法能夠相對靈活地給出解決方案，滿足客戶的需求。

與生產物流調度系統貫通的能力

在智能工廠中，倉儲物流系統是整個企業生產管理大系統（采購、生產、裝配、試驗、配送等）的一個子系統，建立倉儲物流系統與企業生產物流系統的連接，是目前智能倉儲物流的一個發展趨勢。海得控制研發實施了國內制藥行業第1個柔性智能車間生產物流調度系統的成功案例，具備與自動化倉庫智能管理/控制系統進行集成的技術基礎，可以實現智能工廠中智能物流的全部貫通。