0 引言

    隨著物流技術的發展，信息自動化和作業自動化設備在提升訂單揀選作業效率中起了關鍵作用。目前，在物流中心揀選系統中，最常使用的是電子標簽輔助揀選系統，其基本理念是視覺化的作業引導指示系統，主要通過系統控制一組安裝在貨架儲位上的電子裝置，借由燈號和數字顯示，引導揀選人員正確、快速地揀選，現已廣泛應用于各行各業的物流配送中心^[2]。

    目前使用電子標簽技術時，其主要分揀模式是摘取式和播種式，文獻[2-4]都對其應用方式進行了詳細介紹，并根據不同的應用背景研究和設計了相應的揀選系統，但是對于多人多分區的訂單揀選作業模式的研究卻十分缺乏,限制了該技術的應用范圍。本文研究開發了基于電子標簽的訂單分區揀選系統，對系統的軟硬件總體結構進行設計，建立系統靜態分區時揀選作業的整體運作模型，利用“分區—儲位”兩級數據模型和訂單分區狀態矩陣，分別實現了系統多分區配置功能、分區作業策略的在線配置和作業過程的邏輯控制，大大提升了分區式揀選作業的運作效率。

1 訂單分區揀選作業策略

    多人多分區的訂單揀選是將揀選區劃分為多個分區，每個揀選人員只負責揀選訂單中屬于其所處分區的貨物^[5]。實踐中一般采用靜態分區的方式，即揀選區劃分為很多小的固定分區，訂單相應的分割拆分為各分區子訂單。按照訂單的執行邏輯不同，可以進行串行或并行分區揀選作業，其中并行分區策略按照子訂單的合單時機又可細分為獨立并行和關聯并行兩種分區作業策略。具體策略內容如表1所示。

2 系統總體設計

2.1 系統結構

    如圖1所示，系統結構可分為上位機軟件控制系統和底層電子標簽硬件執行系統兩大部分。其中上位機用于系統軟件和數據庫服務的運行，主要負責訂單數據處理、分區劃分、儲位配置、作業策略控制及作業監控。底層電子標簽硬件執行系統由控制器、電子標簽、巷道燈、完成器等組件模塊組成，其中控制器下位通過CAN總線與電子標簽、完成器和巷道燈進行連接，上位通過以太網（TCP/IP協議）連接計算機。基于不同的通信協議，各個硬件模塊都必須設置相應的通信地址。

    在部署電子標簽硬件組件時，電子標簽與貨位一一對應設置于貨架上，用于顯示揀選數量；巷道燈及完成器分別與貨架的分區一一對應設置，巷道燈用于提示揀選區域或作業故障報警，完成器用于在完成對應分區的揀選任務后進行提示。

2.2 系統業務運作模型

    使用電子標簽系統輔助進行訂單分區揀選作業是一個人機相結合的過程。如圖2所示，本文將系統抽象劃分為上位機軟件系統、電子標簽執行系統和分區揀選員3個對象主體，基于UML活動圖^[6]建立了系統分區揀選作業時的整體運作模型，清晰描述了本研究系統從部署到運行時不同階段各對象主體的主要活動和相互間的動態行為。

    由系統的運作模型可知，實現分區模式的電子標簽揀選有2個關鍵技術環節：一是對電子標簽貨架進行分區部署和配置管理，二是按照選擇配置的揀選作業策略，實現其人機作業過程的邏輯控制。

3 系統分區配置功能設計

    系統分區配置主要是對電子標簽貨架上的儲位進行分區劃分和儲位配置管理。分區劃分是以貨架列為最小分區單位配置其區域范圍，并且每個分區對應配置一個完成器、一個巷道燈和一個揀選員。儲位配置主要實現“電子標簽ID—貨位號ID—所在分區號ID—貨品種類”四者間的一一對應關系。因此，如圖3所示，本文構建了“分區—儲位”兩級數據模型，便于多分區配置功能的設計和實現。基于每一級的數據屬性特征建立了系統軟件的數據庫，設計了分區硬件配置表、分區儲位配置表、揀選員表、物品基礎數據表等。

4 系統分區作業邏輯控制功能設計

4.1 訂單分區狀態矩陣構建

    假設電子標簽貨架劃分為n個分區，訂單揀選批量為m時，則根據訂單品項在各個分區的分布情況，可以分割生成各分區子訂單P(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)。由此可定義一個(n+1)×(m+1)階的訂單分區狀態矩陣A：

    矩陣元素 a(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)表示第i個訂單在第j個分區子訂單P(i，j)的作業狀態，共有3種狀態：未發送、已發送、已完成，分別對應狀態值“0，1，2”；元素a(0，j)(0≤j≤m)和a(i，0)(0≤i≤n)為輔助判斷位，其值始終為2，用于發送訂單數據時的作業邏輯輔助控制。

    當作業開始時，各分區訂單命令數據還未下達到底層電子標簽執行系統，狀態矩陣A的初始狀態值a(i，j)(1≤i≤m，1≤j≤n)置0；當系統下發分區子訂單P(i，j)命令數據，A中對應的狀態值a(i，j)置1；當底層電子標簽執行系統系反饋分區子訂單P(i，j)揀選完成后，則A中對的狀態位a(i，j)置2。

4.2 基于狀態矩陣的分區作業邏輯控制

    圖4描述了系統基于狀態矩陣的分區作業邏輯控制過程，主要分為2個控制部分：一是發送分區子訂單數據控制；二是分區子訂單作業完成反饋控制。

4.2.1 發送分區子訂單數據控制

    發送分區子訂單數據控制是根據當前完成的分區子訂單P的下標號(i，j)，再基于狀態矩陣A進行相應的分區作業策略邏輯判斷，決定是否發送指定的分區子訂單數據，若發送，則對應分區電子標簽亮燈顯示，同時更新狀態矩陣A中對應的狀態位值為1；若不發送，則等待其他分區子訂單完成。

    不同的分區作業策略下，系統的發送分區子訂單的作業過程的判斷邏輯是不同的，下面結合圖4具體闡述。若當前反饋完成分區子訂單P的下標號為(i，j)時，3種分區揀選策略的控制過程如下：

    (1)在串行分區揀選策略下，系統需要發送子訂單P(i+1，j)和P(i，j+1)，其發送的判斷條件是其同區標號的上一個子訂單和同行標號的前一個區的子訂單都已經完成，即假設要發送子訂單P(i，j)，則檢查判斷狀態矩陣A中：a(i-1，j)=a(i，j-1)=2是否成立；(2)在獨立并行分區揀選策略下，系統需要發送子訂單P(i+1，j)，其發送判斷條件是同區上一個子訂單完成，即檢查判斷狀態矩陣A中：a(i，j)=2是否成立；(3)在關聯并行分區揀選策略下，系統需要發送第i+1個訂單所有分區子訂單P(i+1，j)(1≤j≤N)，其發送判斷條件是上一個訂單所有分區子訂單都已經完成，即檢查判斷狀態矩陣A中：a(i，j)=2(1≤j≤N)是否成立。

4.2.2 分區子訂單作業完成反饋控制 

    分區子訂單作業完成反饋控制是指當揀選員完成某個分區子訂單任務并拍滅對應分區完成器后，系統會通過自動反饋的完成器ID號來判斷作業是全部完成，還是按所配置的分區作業策略繼續發送其他分區子訂單任務，具體控制邏輯過程如圖4所示。其中系統識別分區子訂單下標號(i，j)方法是根據反饋的完成器ID號，通過分區硬件配置表查找到對應的分區號j，然后在狀態矩陣A的第j列中從上往下查找到首位為1元素的行號i。

5 系統實現

    電子標簽貨架區域大小和分區取決于實際的倉儲需求，本研究針對一個倉庫實例，根據上述的訂單分區揀選作業策略和控制方法，基于C#和SQL數據庫具體開發實現系統功能。該倉庫實例現場部署了7個電子標簽貨架，最多可以支持4個分區，其組件模塊硬件地址配置范圍如表2所示。

    （1）系統分區配置管理。圖5為系統分區配置功能界面，圖中貨位方格內的數字標識其對應的電子標簽ID地址。在進行分區劃分和儲位配置時，首先在分區基本設置維護中，選擇分區數；接著配置每個倉儲分區的區域范圍和分區對應的完成器ID、巷道燈ID和揀選員；最后，在分區儲位維護中對儲位物品進行配置。

    （2）訂單揀選策略配置和作業執行。在批次訂單揀選作業執行前，用戶必須在線選擇配置所需的分區揀選作業策略，共有串行、獨立并行、關聯并行3種揀選作業策略供用戶選擇。作業執行監控界面時會實時監控各個分區的作業執行狀態和完成進度。

6 結論

    本文研究設計了分區模式下的電子標簽揀選系統的軟硬件組成和業務運作模型，所實現的系統具有以下優點：可擴展性強，可以根據實際倉儲需求將電子標簽揀選區域部署為任意n個分區，并對每個分區的大小和儲位進行管理配置；靈活性高，支持不同批次批量的訂單揀選作業，實現對串行、獨立并行、關聯并行3種常用的分區揀選策略進行在線動態配置，用戶可以根據實際情況配置最優的分區揀選策略，大大提升了揀選作業的效率。

參考文獻

[1] 侯保華.CAPS電子標簽揀貨系統介紹[J].商場現代化，2012(1)：46-48.

[2] 徐強.電子標簽揀貨系統的研究與設計[J].物流科技，2008，31(4)：136-138.

[3] 馬銀忠,邱勝海,王云霞，等.現代物流環境下電子標簽揀貨系統的設計與實現[J].機械設計與制造，2012(9):263-265.

[4] 苑海濤.電子標簽揀貨系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2012.

[5] 劉丙午.倉儲中心揀選作業研究綜述[J].物流技術，2008，27(8)：15-19.

[6] 楊家偉,姚進,李濤，等.改進的UML活動圖在建模中的研究與實現[J].電子科技大學學報，2009，38(1)：126-129.

[7] BURINSKIENE A.Order picking process at warehouses[J].International Journal of Logistics Systems and Management，2010，6(2)：162-178.