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智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)認(rèn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系探討—已全文發(fā)表至《質(zhì)量與認(rèn)證》

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

1 . 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 2 . 速銳智能（明光）有限公司 3 . 國(guó)電投陜西公司

摘要：本文針對(duì)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證中的智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)進(jìn)行分析、探討在現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)如何依照《智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》合理設(shè)置認(rèn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)及其測(cè)試場(chǎng)景的質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)方法；如何測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的核查要點(diǎn)以及比較系統(tǒng)地了解智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品認(rèn)證、智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、質(zhì)量控制方法

倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)（Warehouse Control System,WCS）是介于上位倉(cāng)庫(kù)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(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)概述

智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)包含硬件和軟控系統(tǒng)[1]。智能倉(cāng)儲(chǔ)硬件體系主要包含堆垛機(jī)、智能穿梭車及機(jī)器人兩大主流倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)設(shè)備，分別配置輸送機(jī)或倉(cāng)儲(chǔ)智能機(jī)器人（AGV）、分揀機(jī)、電子標(biāo)簽等構(gòu)建形成智能倉(cāng)儲(chǔ)堆垛機(jī)體系或智能倉(cāng)儲(chǔ)穿梭車體系。一方面，WCS系統(tǒng)與WMS系統(tǒng)進(jìn)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(jì)算機(jī)（PC）系統(tǒng)等，從而驅(qū)動(dòng)物流設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)機(jī)械動(dòng)作、工藝運(yùn)動(dòng)節(jié)拍，有效協(xié)調(diào)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中各物流設(shè)備之間的智能化運(yùn)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(shí)時(shí)反映在人機(jī)界面系統(tǒng)上，并提供對(duì)物流設(shè)備控制系統(tǒng)或單機(jī)的手動(dòng)調(diào)試接口；WCS系統(tǒng)主要通過引擎機(jī)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(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(bào)文的規(guī)范。

智能倉(cāng)儲(chǔ)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(tái)，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(chǔ)、通信等功能模塊和定制化設(shè)計(jì)服務(wù)，從實(shí)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(yùn)與存儲(chǔ)為一體的自動(dòng)化物流解決方案的能力，實(shí)現(xiàn)智能化物流。例如：在智能倉(cāng)儲(chǔ)堆垛機(jī)體系中，通過智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)內(nèi)單元物料的訂單任務(wù)處理及出入庫(kù)作業(yè)，完成倉(cāng)內(nèi)單元物料的智能調(diào)度與存儲(chǔ)作業(yè)、巷道貨位優(yōu)化與調(diào)撥、巷道內(nèi)堆垛機(jī)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(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)內(nèi)單元物料的智能化物流作業(yè)。

在倉(cāng)內(nèi)物料的存儲(chǔ)及出入庫(kù)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(xì)分析作業(yè)過程的影響因素（搬運(yùn)設(shè)備的負(fù)荷率、作業(yè)吞吐量峰谷值、運(yùn)動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)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(chǎng)景的智能倉(cāng)儲(chǔ)解決方案，提高倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率、減少庫(kù)存或縮短在庫(kù)周轉(zhuǎn)期，為客戶創(chuàng)造價(jià)值。

以智能倉(cāng)儲(chǔ)中的托盤四向穿梭車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)時(shí)主要需考慮以下四方面：一是需通過變頻器及電機(jī)構(gòu)建動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)托盤四向穿梭車的前后、左右運(yùn)動(dòng)與控制；通過機(jī)械或液壓動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)托盤舉升與落下的搬運(yùn)動(dòng)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(jī)變頻驅(qū)動(dòng)電路、V/O電路等。三是需設(shè)計(jì)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(kù)作業(yè)邏輯調(diào)度與控制策略、設(shè)備運(yùn)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(shí)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(jī)及系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)性運(yùn)行，分析大慣量負(fù)載作用下的運(yùn)動(dòng)曲線及運(yùn)動(dòng)特性，重點(diǎn)關(guān)注啟動(dòng)、急停、碰撞等惡劣工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及機(jī)構(gòu)的調(diào)速、穩(wěn)速與制動(dòng)控制方法的影響，建立并優(yōu)化托盤四向穿梭車運(yùn)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(shí)發(fā)生托盤貨物移位、滑落或傾覆等風(fēng)險(xiǎn)。

智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)的主要功能是對(duì)出入托盤四向穿梭式立體庫(kù)、輸送線的物流單元及各主從設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度，具有系統(tǒng)維護(hù)、貨物管理、數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)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(shí)、準(zhǔn)確完成貨物的出入庫(kù)。由于托盤四向穿梭式立體貨架的特點(diǎn)，存在高密度存儲(chǔ)單元，形成無線通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)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(duì)位置的偏移，因此既要保證通訊控制信號(hào)的有效性，又要保證定位的高速準(zhǔn)確性，對(duì)于信息交換與通信的要求相當(dāng)高，其中貨格相對(duì)定位是比較容易實(shí)現(xiàn)的一種可靠方式。同時(shí)，對(duì)物流信息實(shí)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(yùn)設(shè)備及主流托盤四向穿梭式立體庫(kù)配置模式；托盤四向穿梭式立體庫(kù)軟控系統(tǒng)則要實(shí)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(shí)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)認(rèn)證及評(píng)價(jià)

依據(jù)《智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)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(gè)子項(xiàng)[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(xiàng)；人員管理則涉及倉(cāng)儲(chǔ)管理、倉(cāng)儲(chǔ)操作、信息系統(tǒng)管理、設(shè)備運(yùn)維管理、設(shè)備運(yùn)維操作等多個(gè)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(bào)警等多個(gè)子項(xiàng)。實(shí)際上，在具體的智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)證中，會(huì)涉及不同的應(yīng)用場(chǎng)景及其子項(xiàng)組合，現(xiàn)場(chǎng)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(píng)價(jià)指標(biāo)分項(xiàng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定詳細(xì)的評(píng)價(jià)內(nèi)容與評(píng)價(jià)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(hù)、設(shè)備控制、倉(cāng)儲(chǔ)控制、監(jiān)控等主要模塊。該系統(tǒng)基于庫(kù)房?jī)?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(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，采用PLC組網(wǎng)對(duì)底層設(shè)備進(jìn)行控制，總控PLC、垂直提升機(jī)PLC、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)PLC之間采用有線工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)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(shí)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(jì)劃（ERP）或者WMS系統(tǒng)整合對(duì)接，允許操作者對(duì)托盤四向穿梭式立體庫(kù)中的托盤四向穿梭車、托盤提升機(jī)、輸送線及庫(kù)存物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、操作與管控，可以對(duì)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(dòng)。另外，該系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)和可擴(kuò)展性，使用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況隨時(shí)改變物流參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再配置和適應(yīng)性調(diào)整，控制貨物單元在倉(cāng)庫(kù)中的儲(chǔ)存、運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)出、排序、揀選等功能，以實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)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(chǔ)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(qiáng)，非專業(yè)人士很難區(qū)分各業(yè)務(wù)流評(píng)價(jià)內(nèi)容，匹配合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)、指標(biāo)分項(xiàng)及評(píng)價(jià)方法，需要在具體認(rèn)證業(yè)務(wù)中配置專業(yè)技術(shù)人員，形成既懂認(rèn)證業(yè)務(wù)及流程，又懂具體智能倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)維與評(píng)價(jià)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，為客戶精準(zhǔn)、科學(xué)、合理地提供認(rèn)證服務(wù)。托盤四向穿梭式智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

▋3 應(yīng)用場(chǎng)景及案例

以某智能倉(cāng)庫(kù)為例[4]，倉(cāng)庫(kù)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(tái)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(cāng)庫(kù)共有2臺(tái)提升機(jī)，2個(gè)入庫(kù)口，因輸送線為雙向輸送線，2個(gè)入庫(kù)口同時(shí)包含出庫(kù)功能。智能倉(cāng)庫(kù)布局（局部）如圖2所示，具體出入庫(kù)流程如下[5]。

智能倉(cāng)庫(kù)布局圖（局部）

圖2 智能倉(cāng)庫(kù)布局圖（局部）

1）入庫(kù)：工人通過手持終端將待入庫(kù)貨物與托盤組盤綁定，錄入入庫(kù)數(shù)據(jù)；又車叉取貨物托盤至入庫(kù)口輸送機(jī)上，輸送機(jī)往前輸送貨物，經(jīng)過外形檢測(cè)，如合格則掃描條碼，進(jìn)行入庫(kù)；如不合格則退回入庫(kù)口，人工重新擺放貨物。外形檢測(cè)合格的貨物掃碼成功后，確認(rèn)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(kù)目的地址，控制輸送線運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)控制提升機(jī)運(yùn)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(jī)輸送至提升機(jī)內(nèi)輸送線上，換層提升機(jī)載貨至指定層后，通過提升機(jī)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(yùn)至指定貨位存儲(chǔ)；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(yùn)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(yùn)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(kù)口按“返回按鈕”，將貨物返回入庫(kù)口，等待處理，整個(gè)業(yè)務(wù)流上報(bào)WMS系統(tǒng)，完成入庫(kù)任務(wù)，修改貨位屬性。

2）貨物運(yùn)行至提升機(jī)口處輸送線，停止等待，PLC根據(jù)入庫(kù)的目的地址，確認(rèn)貨物所需到達(dá)的貨架層數(shù)，調(diào)用提升機(jī)。當(dāng)提升機(jī)到達(dá)一層時(shí)，輸送線運(yùn)送貨物至提升機(jī)內(nèi)，貨物通過提升機(jī)，到達(dá)目的層；提升機(jī)到達(dá)目的層后，貨物隨提升機(jī)輸送線出提升機(jī)，至穿梭車取貨口等待穿梭車取貨。

3）WMS系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送入庫(kù)任務(wù)，WCS系統(tǒng)接收到入庫(kù)任務(wù)后，下發(fā)給貨物目的層穿梭車，穿梭車接收入庫(kù)指令，行駛至目的層取貨口取貨，把貨物運(yùn)送至目的貨位。WMS系統(tǒng)每次下發(fā)一個(gè)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(kù)任務(wù)。WMS系統(tǒng)下發(fā)入庫(kù)任務(wù)前，需判斷出庫(kù)任務(wù)是否已經(jīng)完成，在出庫(kù)任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，再下發(fā)入庫(kù)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(kù)：WMS系統(tǒng)下發(fā)出庫(kù)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(kù)任務(wù)后，由貨物當(dāng)前層穿梭車運(yùn)送出庫(kù)貨物至提升機(jī)口輸送線；貨物在提升機(jī)口輸送線停止等待，同時(shí)PLC控制提升機(jī)至貨物當(dāng)前層；提升機(jī)到貨物當(dāng)前層后，輸送線運(yùn)送貨物至提升機(jī)內(nèi)，提升機(jī)載貨至一層，貨物出提升機(jī)，輸送線運(yùn)送貨物至出庫(kù)口；人工取下托盤，完成出庫(kù)。

5）入庫(kù)、出庫(kù)、移庫(kù)（移出，移入）貨位由WMS系統(tǒng)分配，倉(cāng)庫(kù)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(kù)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(shí)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(shí)下發(fā)任務(wù)，WMS系統(tǒng)內(nèi)部排列好優(yōu)先級(jí)后，每次向WCS系統(tǒng)下發(fā)單個(gè)任務(wù)。

8）自動(dòng)化設(shè)備的執(zhí)行效率與貨品入庫(kù)擺放順序（如同批號(hào)同巷道擺放，同批號(hào)不同層擺放等）、出庫(kù)方式（如先進(jìn)先出、后進(jìn)先出等）、巷道深度密切相關(guān)，這些方式?jīng)Q定了自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)際效率的高低，自動(dòng)化設(shè)備效率以上述情景為運(yùn)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(rèn)故障信息后，把故障車輛移至不影響出入庫(kù)路徑的位置，其他層空閑車輛可通過提升機(jī)換層到故障車輛層執(zhí)行任務(wù)。

10）依據(jù)《智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范第1部分：通則》（CQCPV11001.1-2023）表2中所列智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)托盤四向穿梭式WCS系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照調(diào)整如附表。

附表托盤四向穿梭車智能倉(cāng)儲(chǔ)WCS系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)（局部）

注：表中所述條款為《智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范第一部分：通則》（CQCPV11001.1-2023）

▋4 結(jié)語

智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)證及現(xiàn)場(chǎng)檢查是一項(xiàng)認(rèn)真細(xì)致而專業(yè)性強(qiáng)的合格評(píng)定工作，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不僅要熟悉認(rèn)證體系流程與檢查要點(diǎn)，還要熟悉智能認(rèn)證體系流程與檢查要點(diǎn)，還要熟悉智能倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備及其系統(tǒng)的作業(yè)流程，如對(duì)本文列舉的托盤四向穿梭式WCS系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)審查，需實(shí)施抽樣檢測(cè)的評(píng)價(jià)方法、合理設(shè)計(jì)驗(yàn)收驗(yàn)證場(chǎng)景與關(guān)鍵要素，甚至需要針對(duì)測(cè)試場(chǎng)景驗(yàn)收WCS系統(tǒng)程序段，全面記錄檢查情況，確保認(rèn)證過程的有效性、可靠性。