智能倉儲WCS系統(tǒng)認證評價指標(biāo)體系探討—已全文發(fā)表至《質(zhì)量與認證》

• event2024-08-12 15:34:26
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文 / 付超1    張衛(wèi)國2   王宜琛3

1 . 中國計量科學(xué)研究院  2 . 速銳智能（明光）有限公司  3 . 國電投陜西公司

摘要：本文針對自愿性產(chǎn)品認證中的智能倉儲WCS系統(tǒng)進行分析、探討在現(xiàn)場檢查時如何依照《智能倉儲認證技術(shù)規(guī)范》合理設(shè)置認證評價指標(biāo)及其測試場景的質(zhì)量控制與評價方法；如何測試現(xiàn)場的核查要點以及比較系統(tǒng)地了解智能倉儲系統(tǒng)的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品認證、智能倉儲WCS系統(tǒng)、評價指標(biāo)、質(zhì)量控制方法

倉儲控制系統(tǒng)（Warehouse Control System,WCS）是介于上位倉庫管理系統(tǒng)（WMS）和下位物流設(shè)備底層控制系統(tǒng)之間的一層管理控制系統(tǒng)。

▋1 智能倉儲WCS系統(tǒng)概述

智能倉儲WCS系統(tǒng)包含硬件和軟控系統(tǒng)[1]。智能倉儲硬件體系主要包含堆垛機、智能穿梭車及機器人兩大主流倉儲搬運設(shè)備，分別配置輸送機或倉儲智能機器人（AGV）、分揀機、電子標(biāo)簽等構(gòu)建形成智能倉儲堆垛機體系或智能倉儲穿梭車體系。一方面，WCS系統(tǒng)與WMS系統(tǒng)進行信息交互，接受WMS系統(tǒng)的指令，并將其發(fā)送給物流設(shè)備底層控制系統(tǒng)，如物流設(shè)備的工業(yè)邏輯編程（PLC）系統(tǒng)或工程計算機（PC）系統(tǒng)等，從而驅(qū)動物流設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)機械動作、工藝運動節(jié)拍，有效協(xié)調(diào)倉儲系統(tǒng)中各物流設(shè)備之間的智能化運行、調(diào)度并完成工藝流程。另一方面，WCS系統(tǒng)將各物流設(shè)備的狀態(tài)及數(shù)據(jù)實時反映在人機界面系統(tǒng)上，并提供對物流設(shè)備控制系統(tǒng)或單機的手動調(diào)試接口；WCS系統(tǒng)主要通過引擎機制（含任務(wù)引擎、消息引擎等）分解并優(yōu)化WMS任務(wù)流、合理規(guī)劃倉儲設(shè)備調(diào)度執(zhí)行路徑，為上層系統(tǒng)的調(diào)度指令提供執(zhí)行保障和優(yōu)化空間，完善倉儲設(shè)備各軟硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)、集成、調(diào)度和監(jiān)控，以及通信報文的規(guī)范。

智能倉儲WCS系統(tǒng)基于無線數(shù)據(jù)通信及軟件開發(fā)技術(shù)[2]，內(nèi)置智能優(yōu)化算法及成熟解決方案、設(shè)備集成組件的集成配置化平臺，通過不斷完善上位管理系統(tǒng)的架構(gòu)、數(shù)據(jù)交互與存儲、通信等功能模塊和定制化設(shè)計服務(wù)，從實際業(yè)務(wù)出發(fā)，具備為客戶提供包含智能輸送、智能揀選、智能搬運與存儲為一體的自動化物流解決方案的能力，實現(xiàn)智能化物流。例如：在智能倉儲堆垛機體系中，通過智能倉儲WCS系統(tǒng)的設(shè)計，可實現(xiàn)倉內(nèi)單元物料的訂單任務(wù)處理及出入庫作業(yè)，完成倉內(nèi)單元物料的智能調(diào)度與存儲作業(yè)、巷道貨位優(yōu)化與調(diào)撥、巷道內(nèi)堆垛機的路徑規(guī)劃、無線數(shù)據(jù)通信與信息交互、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與在線維護等功能，實現(xiàn)倉內(nèi)單元物料的智能化物流作業(yè)。

在倉內(nèi)物料的存儲及出入庫物流作業(yè)管理上，以訂單作業(yè)的綜合效率最高為目標(biāo)，詳細分析作業(yè)過程的影響因素（搬運設(shè)備的負荷率、作業(yè)吞吐量峰谷值、運動曲線及作業(yè)頻率等），建立數(shù)學(xué)仿真模型，結(jié)合智能倉儲WCS系統(tǒng)的內(nèi)置優(yōu)化算法及成熟解決方案、設(shè)備集成組件等，建立面向客戶應(yīng)用場景的智能倉儲解決方案，提高倉儲作業(yè)效率、減少庫存或縮短在庫周轉(zhuǎn)期，為客戶創(chuàng)造價值。

以智能倉儲中的托盤四向穿梭車的控制系統(tǒng)設(shè)計為例，其設(shè)計時主要需考慮以下四方面：一是需通過變頻器及電機構(gòu)建動力驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)托盤四向穿梭車的前后、左右運動與控制；通過機械或液壓動力系統(tǒng)實現(xiàn)托盤舉升與落下的搬運動作與控制。二是需采用可編程邏輯控制器（PLC或PC）及其電氣元器件構(gòu)建托盤四向穿梭車控制系統(tǒng)的電氣體系，主要包括板載控制電路、電機變頻驅(qū)動電路、V/O電路等。三是需設(shè)計托盤四向穿梭車底層控制系統(tǒng)，主要包括傳感器數(shù)據(jù)信息采集、出入庫作業(yè)邏輯調(diào)度與控制策略、設(shè)備運行狀態(tài)與故障預(yù)警、數(shù)據(jù)通信與信息交互等功能模塊和組件，以實現(xiàn)設(shè)備底層控制邏輯和策略。四是托盤四向穿梭車單機及系統(tǒng)需實現(xiàn)平穩(wěn)性運行，分析大慣量負載作用下的運動曲線及運動特性，重點關(guān)注啟動、急停、碰撞等惡劣工況下對驅(qū)動電機及機構(gòu)的調(diào)速、穩(wěn)速與制動控制方法的影響，建立并優(yōu)化托盤四向穿梭車運行的智能調(diào)速控制策略，以預(yù)防托盤四向穿梭車在作業(yè)時發(fā)生托盤貨物移位、滑落或傾覆等風(fēng)險。

智能倉儲WCS系統(tǒng)的主要功能是對出入托盤四向穿梭式立體庫、輸送線的物流單元及各主從設(shè)備進行動態(tài)管理與調(diào)度，具有系統(tǒng)維護、貨物管理、數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備運行狀態(tài)顯示、設(shè)備遠程控制、自動事務(wù)處理以及與其他信息管理系統(tǒng)的接口等功能，以及時、準(zhǔn)確完成貨物的出入庫。由于托盤四向穿梭式立體貨架的特點，存在高密度存儲單元，形成無線通信網(wǎng)絡(luò)的信號影響，也存在有貨荷載與無貨荷載下結(jié)構(gòu)的變形與絕對位置的偏移，因此既要保證通訊控制信號的有效性，又要保證定位的高速準(zhǔn)確性，對于信息交換與通信的要求相當(dāng)高，其中貨格相對定位是比較容易實現(xiàn)的一種可靠方式。同時，對物流信息實現(xiàn)與物流的同步管理，WCS系統(tǒng)需要根據(jù)客戶的物流工藝合理選擇物流搬運設(shè)備及主流托盤四向穿梭式立體庫配置模式；托盤四向穿梭式立體庫軟控系統(tǒng)則要實現(xiàn)客戶訂單管理、設(shè)備及物流單元位置管理、設(shè)備及物流單元的路徑規(guī)劃與管理、系統(tǒng)管理等功能，并實現(xiàn)各系統(tǒng)與設(shè)備間的信息收集、輸送及交換。

▋2 智能倉儲系統(tǒng)認證及評價

依據(jù)《智能倉儲認證技術(shù)規(guī)范第1部分：通則》（CQCPV11001.1-2023）中的描述，指標(biāo)體系主要包含基礎(chǔ)設(shè)置、業(yè)務(wù)規(guī)則、設(shè)備管理、任務(wù)管理、設(shè)備通信、設(shè)備監(jiān)控等部分，并分別設(shè)定多個子項[3]，如基礎(chǔ)設(shè)置中包含信息管理中的信息采集、信息處理子項；人員管理則涉及倉儲管理、倉儲操作、信息系統(tǒng)管理、設(shè)備運維管理、設(shè)備運維操作等多個崗位；業(yè)務(wù)規(guī)則主要包含業(yè)務(wù)調(diào)度、路由、任務(wù)分派與取消、設(shè)備報警等多個子項。實際上，在具體的智能倉儲認證中，會涉及不同的應(yīng)用場景及其子項組合，現(xiàn)場檢查人員需要深入了解客戶需求與業(yè)務(wù)模式，羅列不同的評價指標(biāo)分項、評價指標(biāo)，確定詳細的評價內(nèi)容與評價方法。

以托盤四向穿梭式WCS系統(tǒng)為例（見圖1）。該系統(tǒng)包含系統(tǒng)維護、設(shè)備控制、倉儲控制、監(jiān)控等主要模塊。該系統(tǒng)基于庫房內(nèi)局域網(wǎng)架設(shè)，相關(guān)設(shè)備通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通，采用PLC組網(wǎng)對底層設(shè)備進行控制，總控PLC、垂直提升機PLC、鏈?zhǔn)捷斔蜋CPLC之間采用有線工業(yè)以太網(wǎng)進行連接，與托盤四向穿梭車之間采用無線工業(yè)以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)高速無縫信息交換。該系統(tǒng)可以非常容易地與外部企業(yè)資源計劃（ERP）或者WMS系統(tǒng)整合對接，允許操作者對托盤四向穿梭式立體庫中的托盤四向穿梭車、托盤提升機、輸送線及庫存物品進行實時監(jiān)測、操作與管控，可以對一些突發(fā)事件、故障及安全問題或者未完成的工作做出快速反應(yīng)或互鎖聯(lián)動。另外，該系統(tǒng)的模塊化設(shè)計和可擴展性，使用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況隨時改變物流參數(shù)，對系統(tǒng)進行再配置和適應(yīng)性調(diào)整，控制貨物單元在倉庫中的儲存、運動，完成進出、排序、揀選等功能，以實現(xiàn)快速進貨、快速出貨、按指令轉(zhuǎn)移、按指令排序、直接分撥、不同溫度區(qū)域分類與智能儲存、按指令緩存等功能?？傮w上看，WCS業(yè)務(wù)邏輯比較復(fù)雜多樣，專業(yè)性強，非專業(yè)人士很難區(qū)分各業(yè)務(wù)流評價內(nèi)容，匹配合適的評價指標(biāo)、指標(biāo)分項及評價方法，需要在具體認證業(yè)務(wù)中配置專業(yè)技術(shù)人員，形成既懂認證業(yè)務(wù)及流程，又懂具體智能倉儲運維與評價的專業(yè)團隊，為客戶精準(zhǔn)、科學(xué)、合理地提供認證服務(wù)。

▋3 應(yīng)用場景及案例

以某智能倉庫為例[4]，倉庫共有四層貨架，貨架內(nèi)存放膠管類成品和總成類成品兩種成品物料，其中總成類成品存放在貨架的一層，膠管類成品存放在貨架的二、三、四層。每層貨架安排一臺智能穿梭車執(zhí)行任務(wù)（每層車僅執(zhí)行當(dāng)前層任務(wù)，不換層），另外，倉庫共有2臺提升機，2個入庫口，因輸送線為雙向輸送線，2個入庫口同時包含出庫功能。智能倉庫布局（局部）如圖2所示，具體出入庫流程如下[5]。

圖2 智能倉庫布局圖（局部）

1）入庫：工人通過手持終端將待入庫貨物與托盤組盤綁定，錄入入庫數(shù)據(jù)；又車叉取貨物托盤至入庫口輸送機上，輸送機往前輸送貨物，經(jīng)過外形檢測，如合格則掃描條碼，進行入庫；如不合格則退回入庫口，人工重新擺放貨物。外形檢測合格的貨物掃碼成功后，確認貨物信息，WCS系統(tǒng)把條碼值反饋給WMS系統(tǒng)，WMS系統(tǒng)根據(jù)條碼值分配貨物的貨位并下發(fā)給WCS系統(tǒng)（包含貨位的層數(shù)、行、列、深位等信息）；WCS系統(tǒng)根據(jù)接收到的貨位信息，下發(fā)給PLC；PLC通過所得到的入庫目的地址，控制輸送線運轉(zhuǎn)；同時控制提升機運送貨物至目的層，總成類成品存放在貨架的一層，膠管類成品貨位在WMS系統(tǒng)中分配在二、三、四層，貨物經(jīng)輸送機輸送至提升機內(nèi)輸送線上，換層提升機載貨至指定層后，通過提升機內(nèi)的輸送線輸送至層間輸送線上的接駁位，四向車至接駁位輸送線上取貨搬運至指定貨位存儲；如掃碼器掃碼失敗，WCS系統(tǒng)向WMS系統(tǒng)反饋掃碼失敗結(jié)果，輸送線停止運行，等待人工處理，如掃碼值經(jīng)WMS系統(tǒng)判定為無效碼，則輸送線停止運行，等待人工處理，操作人員可利用手持終端再次掃碼或更換條碼信息等方式，處理掃碼異常情況，如需做貨物退回處理，則在入庫口按“返回按鈕”，將貨物返回入庫口，等待處理，整個業(yè)務(wù)流上報WMS系統(tǒng)，完成入庫任務(wù)，修改貨位屬性。

2）貨物運行至提升機口處輸送線，停止等待，PLC根據(jù)入庫的目的地址，確認貨物所需到達的貨架層數(shù)，調(diào)用提升機。當(dāng)提升機到達一層時，輸送線運送貨物至提升機內(nèi)，貨物通過提升機，到達目的層；提升機到達目的層后，貨物隨提升機輸送線出提升機，至穿梭車取貨口等待穿梭車取貨。

3）WMS系統(tǒng)定時發(fā)送入庫任務(wù)，WCS系統(tǒng)接收到入庫任務(wù)后，下發(fā)給貨物目的層穿梭車，穿梭車接收入庫指令，行駛至目的層取貨口取貨，把貨物運送至目的貨位。WMS系統(tǒng)每次下發(fā)一個任務(wù)，WCS系統(tǒng)根據(jù)WMS系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)先后順序，執(zhí)行出入庫任務(wù)。WMS系統(tǒng)下發(fā)入庫任務(wù)前，需判斷出庫任務(wù)是否已經(jīng)完成，在出庫任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，再下發(fā)入庫任務(wù)，防止因輸送線資源占用導(dǎo)致的死鎖現(xiàn)象。

4）出庫：WMS系統(tǒng)下發(fā)出庫任務(wù)（包含起始地址及目的地址)給WCS系統(tǒng)，WCS系統(tǒng)接收到出庫任務(wù)后，由貨物當(dāng)前層穿梭車運送出庫貨物至提升機口輸送線；貨物在提升機口輸送線停止等待，同時PLC控制提升機至貨物當(dāng)前層；提升機到貨物當(dāng)前層后，輸送線運送貨物至提升機內(nèi)，提升機載貨至一層，貨物出提升機，輸送線運送貨物至出庫口；人工取下托盤，完成出庫。

5）入庫、出庫、移庫（移出，移入）貨位由WMS系統(tǒng)分配，倉庫控制系統(tǒng)不支持分配貨位；智能穿梭車在行駛路徑中，如果有托盤阻擋，WMS系統(tǒng)需先下發(fā)移庫任務(wù)，將阻擋托盤移出，才能下發(fā)后續(xù)任務(wù)。

6）WCS系統(tǒng)按照任務(wù)接收到的時間先后順序執(zhí)行，先接收到的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。

7）WMS系統(tǒng)定時下發(fā)任務(wù)，WMS系統(tǒng)內(nèi)部排列好優(yōu)先級后，每次向WCS系統(tǒng)下發(fā)單個任務(wù)。

8）自動化設(shè)備的執(zhí)行效率與貨品入庫擺放順序（如同批號同巷道擺放，同批號不同層擺放等）、出庫方式（如先進先出、后進先出等）、巷道深度密切相關(guān)，這些方式?jīng)Q定了自動化設(shè)備的實際效率的高低，自動化設(shè)備效率以上述情景為運行基礎(chǔ)的前提下得到的效率為準(zhǔn)。

9）如某一層穿梭車故障，在人工確認故障信息后，把故障車輛移至不影響出入庫路徑的位置，其他層空閑車輛可通過提升機換層到故障車輛層執(zhí)行任務(wù)。

10）依據(jù)《智能倉儲認證技術(shù)規(guī)范 第1部分：通則》（CQCPV11001.1-2023）表2中所列智能倉儲WCS系統(tǒng)評價指標(biāo)，針對托盤四向穿梭式WCS系統(tǒng)的特點進行對照調(diào)整如附表。

附表 托盤四向穿梭車智能倉儲WCS系統(tǒng)評價指標(biāo)（局部）

注：表中所述條款為《智能倉儲認證技術(shù)規(guī)范 第一部分：通則》（CQCPV11001.1-2023）

▋4 結(jié)語

智能倉儲認證及現(xiàn)場檢查是一項認真細致而專業(yè)性強的合格評定工作，現(xiàn)場測試不僅要熟悉認證體系流程與檢查要點，還要熟悉智能認證體系流程與檢查要點，還要熟悉智能倉儲設(shè)備及其系統(tǒng)的作業(yè)流程，如對本文列舉的托盤四向穿梭式WCS系統(tǒng)進行現(xiàn)場審查，需實施抽樣檢測的評價方法、合理設(shè)計驗收驗證場景與關(guān)鍵要素，甚至需要針對測試場景驗收WCS系統(tǒng)程序段，全面記錄檢查情況，確保認證過程的有效性、可靠性。

▋參考文獻

[1]智能倉儲認證技術(shù)規(guī)范 第1部分：通則：CQC/PV11001.1-2023[S].

[2]自動化立體倉庫 設(shè)計規(guī)范：JB/T9018-2011[S].

[3]智能倉儲認證實施規(guī)則：CQC16-435630-2023[S].

[4]張莉麗.現(xiàn)代物流倉儲管理的特點和目標(biāo)[J].船舶物資與市場，2019，（06)：95-96.

[5]鄭永.H公司自動化立體倉庫總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與庫存管理研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2021.

本文已全文發(fā)表至《質(zhì)量與認證》2024年05月號第211期。