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    基于AGV与RFID的智能仓储管理系统的设计与实现

      信息来源:   发布时间:2021-11-20  点击数:

    0 引言

    仓储作为现代物流的重要环节, 不仅承担着储存货物的任务, 还需要与供应链上、下游更好地衔接, 提高仓储作业的效率和服务的品质。因此, 信息化、自动化和智能化的智能仓储成为未来的发展目标[1]。随着设备和技术的发展, 采用AGV技术和RFID技术可以很好地解决这些问题, 提高仓储的智能化。该文主要介绍了一套基于AGV与RFID的智能仓储管理系统的设计与实现。

    1 主要技术简介

    1.1 AGV简介

    AGV是Automated Guided Vehicle的缩写, 意即“自动导引运输车”, 是指装备有电磁或光学等自动导引装置, 它能够沿规定的导引路径行驶, 具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV以轮式移动为特征, 较之步行、爬行或其他非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。

    1.2 RFID简介

    RFID是Radio Frequency Identification的缩写, 即射频识别。它可以方便地对物品进行非接触式识别。RFID具有标签体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点, 可支持快速读写、多目标识读、非可视识别、移动识别、定位及长期跟踪管理。一套RFID系统由阅读器与转发器组成, 由阅读器发射一特定频率的无线电波能量给转发器, 用以驱动转发器电路将其内部IDCode送出, 此时阅读器便接收此ID-Code, 从而对物品批量地进行快速有效识别[2]

    2 整体结构设计

    该智能仓储管理系统主要由系统界面展示程序、数据接口层和仓储硬件、AGV运输车、RFID读取器的设置几部分组成。数据采集和处理的程序运行在2台服务器上, 系统界面展示程序可以运行在多个PC机上, 并采用C/S (Client/Server) 软件系统体系结构。系统整体结构如图1所示。

    图1 系统整体结构图

    图1 系统整体结构图  下载原图


    2.1 系统界面设计

    界面程序包括主监控界面、操作界面。主监控界面是指当前库存监控界面, 展示当前的仓储状况。操作界面由出入库物料信息管理界面、室内物流管理界面、产线位置管理界面和AGV调度界面这4部分组成。界面呈现的数据来源于服务器中的数据库, 数据呈现过程是根据智能仓储管理系统各个界面的逻辑对数据进行查询、处理、集中、分析, 并将结果实时呈现在各个管理界面上。AGV调度界面, 指管理员可以通过数据接口层中的AGV接口进行通信, 发布指令操控AGV小车运送原料或成品到达指定车床, 节省人力, 性能更稳定。

    2.2 数据接口层设计

    数据接口层包括:RFID接口、AGV接口、仓储接口以及数据库接口。RFID接口作用是RFID读取物料基本信息, 并结合时间、仓储位置、机床位置等信息, 通过串口通信模块存储在服务器的数据库中。AGV接口实现管理系统与AGV之间的无线通信, 用于操控AGV运行状态。仓储接口作用是将仓库物资的总体信息存储在服务器的数据库中。数据库接口连接了数据库与数据, 同时也连接了数据库与系统界面。数据库存储着智能仓储管理系统的各种信息数据, 它是系统的核心。

    2.3 底层架构与仓储

    在系统运行前, 需要对每个入库物料通过电子标签对其唯一标识, 并将商品详细信息与电子标签对应的数据导入后台数据库。其次, 定义仓储, 是指对各个库位、托盘进行编号, 确认物料类型以及存放种类。底层硬件设备上都配备RFID射频读写器, 读写器能够及时地检测并识别商品信息, 并对物料进出仓储、上下机床的时间、动向进行记录。最后, 多个机床之间通过机械臂、AGV对物料进行运输。其中, AGV采用磁带导航的方式进行操作, 即在AGV的行驶路径的地面上埋设磁带, 通过磁感应信号实现导航[3]。该方式只能沿固定轨道行驶, 适用于路径固定、站点数少、布局相对简单的环境。

    3 系统功能设计

    3.1 仓储管理系统设计

    仓储管理系统功能结构如图2所示, 详细展示物料的出入库记录, 包括成品及半成品的名称、规格、数量、操作人员、日期等信息[4]

    图2 系统功能结构图

    图2 系统功能结构图  下载原图


    主要业务功能如下:

    1) 物料信息管理。包括库存成品及原材料状态管理和类别管理。对库存和产线上的原材料及成品进行RFID定义后, 记录其时间、位置、种类、大小、规格等信息。

    2) 出、入库管理。对原材料及成品出、入库进行操作和记录。它的主要内容包括出、入库物料的品名种类、规格、数量、出入库时间、所需仓库容量、仓储保管条件等。

    3) 库存管理。包括仓储定义管理、库位定义管理和托盘定义管理, 对其规范化运行。管理主要是在对仓库进行物料分区分类、货位编号、托盘编号的基础上, 针对入库上架的物品进行盘点、维护保养等方面管理。

    4) 产线位置管理。对原材料上、下每个机床的时间进行管理, 从而实时定位某原材料的位置, 方便管理员随时随地进行调度、分配, 以及对加工效率进行实时监控管理。

    5) 车辆位置管理。对运输中的车辆位置, 以及其上搭载的物料信息进行管理。

    6) 综合查询。主要分为采购单查询, 销售单查询, 单个产品查询, 库存查询等。针对客户实际工作习惯和要求, 定制开发各类查询、统计和报表。查询条件:条形码序列号、出入库日期、出入库客户等。

    3.2 入库管理设计

    以入库管理为例, 介绍流程设计, 如图3所示。物料入库时, 首先对物料进行扫码, 将物料信息录入WMS仓储管理系统, 系统识别物料信息后, 通过管理人员手动选择库位, 调取托盘, 将物料信息码与托盘编码、库位信息进行绑定, 在系统中生成唯一的码, 通过该码可以快速定位仓位、托盘、物料信息。之后通过WMS系统给WCS系统下达入库指令, 堆垛机接收到指令后, 对存放物料的托盘进行入库。入库时, 通过安装在入库位置的RFID对托盘写入信息, 绑定后唯一码的信息写入仓储托盘RFID。确定托盘入库后, 系统对当前库位号、托盘号、物料编号与入库时分配号码进行比对, 确认无误后, 系统确认入库动作完成, 更新库存, 并且录入库时间、入库批次等信息。

    图3 入库流程图

    图3 入库流程图  下载原图


    4 系统功能实现

    该系统采用Microsoft Visual Studio 2015作为开发工具, 以My Sql 2012作为数据库管理系统实现, 以下介绍其主要功能的实现效果。

    4.1 系统管理操作

    管理员直接面对的就是管理界面中的数据, 通过对管理界面中物料信息的浏览进而有效管理仓库物料。系统管理主界面如图4所示。

    图4 系统管理主界面图

    图4 系统管理主界面图  下载原图


    主界面上方有图标的一栏是主要操作选项, 包括当前库存、成品出库、产线位置、车辆位置、室内物流、入库记录和出库记录。管理员点击每个选项都会出现相应的数据信息, 可以进行浏览, 监管工作。其中的数据信息包括原料或产品的RFID编号、物料名称、物料编号、物料类型、操作时间等, 使管理员可以掌握整体产线与仓储数据。在“成品出库”界面中, 进行选取AGV运输车以及确定运送物料数量的工作。

    界面与数据库的连接是通过数据接口层完成, 在程序开始运行时, 已经连接成功。每隔1 s的时间间隔, 系统程序会调用函数来查询My Sql数据库中相应的数据表, 将表中的特定字段绑定在界面Data Grid View控件的对应列中, 则程序只要查询成功后, 数据会根据绑定情况实时显示在界面上。

    4.2 当前库存管理

    操作界面如图5所示, 点击主界面上方菜单栏中的“当前库存”, 即可进入库存界面查看当前的仓储状况并进行管理。该界面可以实时动态地展示原材料、半成品以及成品库存情况, 并且更直观具体地展示货物RFID、原材料及成品库存位置 (位于第几行, 第几列) 、库存数量、物料名称、物料种类等信息。

    图5 当前库存管理界面图

    图5 当前库存管理界面图  下载原图


    4.3 入库管理操作

    点击主界面上方菜单栏中的“入库记录”, 即可进入入库管理界面查看入库记录并进行管理。入库管理包括:提供入库类型管理、入库单录入、入库单查询、入库单修改、入库物料、入库单打印统计。

    同时, 实时动态展示原材料及成品库存情况, 可根据多种分类方法查询库存, 展示内容主要包括库存数量、库存批次、批次数量、占用数量等信息。操作界面如图6所示。

    图6 入库记录管理界面图

    图6 入库记录管理界面图  下载原图


    4.4 数据库管理

    该仓储管理系统主要完成界面呈现, 而界面呈现出的数据更是重中之重。由底层采集到的数据通过数据接口层统一存储到服务器中的My Sql数据库, 按照相应归类整理在t_bom, t_storeflow, t_goodsroomloc, t_goodslocation等几个表中。

    表 (table) 是数据存储的最常见和最简单的形式, 是构成关系型数据库的基本元素。表的最简单形式是由行和列组成, 分别都包含着数据。表在数据库占据实际的物理空间, 可以是永久的或是临时的。在创建表的时候, 需要定义表的名称、字段名称、数据类型、表的主键等信息[5]。例如:在该系统的My Sql数据库中, 创建了名为t_goodsroomloc的表, 存储原料加工过程中上下每个车床的时刻。主要有以下字段:

    GLGoodsRFID为主键, 存储原料的RFID编码。

    GLYLin表示原料进入仓库的时刻。

    GLYLout表示原料掉出仓库的时刻。

    GLXCin表示原料上铣床加工的时刻。

    GLXCout表示原料下铣床的时刻。

    以下是创建该数据库表的Sql语句:


    实现过程是在系统软件的后台程序中, 加入线程WMSThread, 不间断地将采集到的错综复杂的数据归类整理到My Sql数据库表格中, 供界面展示程序随时查询, 修改。

    5 结语

    该文主要介绍了一套RFID与AGV相结合的智能仓储管理系统, 实现了物料智能化的入库出库, 完整的物料信息浏览、产线信息、运输定位信息, 对商品动态盘点, 提高仓储任务分配和执行的效率, 优化仓储作业的流程, 节约人力和物力, 为管理者提供辅助决策依据。智能仓储设备的应用使人与仓储设备之间的交互更加便捷, 减少人为操作错误, 提高工作人员的操作准确率, 有效提高仓储效率, 具有一定的应用价值。

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