基于RFID在整車智能庫位可視化中的應用研究

屈新懷，代 錕，丁必榮，宋文峰

(合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，合肥 230009）

0 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以訂單作為生產(chǎn)依據(jù)的敏捷物流模式［1］受到了廣泛的關(guān)注。與此同時，整車倉儲作為敏捷物流的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到直接聯(lián)系到企業(yè)和市場的橋梁作用。在有限整車倉庫的資源下，對整車倉庫資源進行合理有效的整合利用具有十分重要的理論和實踐意義。近年來有專家針對智能庫位路徑優(yōu)化和平面布局進行過研究:Tsuiand和 Chang和 TsuiL.Y.＆Chang，C.H.分別建立一個關(guān)于倉庫站臺空間分配問題的一般模型，并提出了基于分枝定界方法的一個解決方案［2］。Greetha和Nair提出模糊算法來尋找空間分配問題中成本最小化的最佳方案［3］。王保敏應用RFID技術(shù)對整車倉儲管理系統(tǒng)進行研究，提出資源型應用模式［4］。以上研究人員在研究中取得一定的研究成果，但通過歸納分析發(fā)現(xiàn)他們還存在以下不足:研究算法比較單一、可移植性較差;研究信息系統(tǒng)建設，缺乏對業(yè)務深入研究;業(yè)務現(xiàn)場操作較為復雜。因此，針對上述存在問題，提出可視化智能庫位管理的概念，重點考慮整車庫位的出入庫業(yè)務流程、整車庫位的多層尋址模型和整車倉庫可視化管理。

1 整車多層庫位物理模型

1.1 整車庫位概述

整車庫位(Vehicle Storage Areas，VSA）是指將整車倉庫分為若干個庫區(qū)構(gòu)成，每個庫區(qū)分若干個庫位。所謂庫位就是獨立和封閉整車的空間。整車庫位管理是指按整車庫的庫位信息記錄，在整車入庫時將庫位編碼與產(chǎn)品型號一一對應，出庫時能按照庫位存放時間可以實現(xiàn)先進先出的管理方式。

在庫位管理中，庫位編碼與庫區(qū)劃分同樣有著十分重要的作用，但傳統(tǒng)庫位編碼上很少涉及具體的整車的特征，編碼缺乏現(xiàn)實意義，同時庫區(qū)劃分較為隨意。首先，文章將倉庫的物理布局劃分為四個片;其次，在片的基礎上根據(jù)車型劃分為區(qū);再次，在區(qū)的基礎上劃分為頻帶;再次，將頻帶劃分為庫位的最小單元。最后將庫區(qū)劃分與庫位編碼相結(jié)合。例如G0008A12345678表示一輛能夠存放高頻區(qū)域流水號為0008，底盤號為A1234567的整車，見圖1。

圖1 整車庫位編碼規(guī)則

其中，“片”是根據(jù)庫位的物理位置所決定;“區(qū)”是對片進行一個合理有效的布局;頻帶根據(jù)車輛特性所構(gòu)成，文章主要針對兩種車型庫位進行研究，庫位尺寸為4m×2m。

1.2 多層次頻帶劃分

聚類分析是一種重要的人類行為，它的目的是把相似的東西歸為一類，使得類內(nèi)具有較大的相似性，而聚類間具有較小的相似性。在整車庫位模型當中，具體的思想就是按照出入庫時間和頻率的不同，把庫位聚類成高頻區(qū)、中頻區(qū)、低頻區(qū)和緩沖區(qū)四個頻帶［5］。這也是整車倉儲管理當中劃分片帶的依據(jù)。

根據(jù)一段時間內(nèi)，整車出入庫歷史數(shù)據(jù)來進行編碼，并結(jié)合頻帶思想實現(xiàn)頻帶的劃分，其具體步驟如下。①使用SQL2005的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對整車出入庫相關(guān)業(yè)務數(shù)據(jù)進行挖掘;②對入庫時間、預出庫時間時差進行處理，即 Δt=t出-t入;③利用②中的 Δt，對于歷史數(shù)據(jù)來三個的層處理，即高、中、低頻帶;④計算得出高、中、低、緩頻帶的比例;⑤分別用G(高頻區(qū)）、Z(中頻區(qū)）、D(低頻區(qū)）、H(緩沖區(qū)）按照④中的比例結(jié)果劃分當前庫存中的各個庫位頻帶。

2 基于RFID整車庫位業(yè)務研究

2.1 RFID概述

RFID(Radio Frequency Identification）技術(shù)作為物理世界與現(xiàn)有系統(tǒng)的橋梁，借助GPRS無線遠程傳輸?shù)墓δ?，可將倉儲日常管理活動與整車倉儲管理系統(tǒng)有效的整合在一起，從而達到實物信息與系統(tǒng)信息的實時同步一致。目前RFID技術(shù)主要應用在整車物流跟蹤、整車生產(chǎn)工位點信息采集、整車企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)轉(zhuǎn)序等。

2.2 整車庫位業(yè)務流程

傳統(tǒng)整車業(yè)務流程結(jié)構(gòu)單一，出入庫工作效率低，和傳統(tǒng)整車業(yè)務流程如圖2a所示，可知入庫車輛隨意停放，出入庫管理難度大，容易造成人為記錄錯誤。為克服上述問題，文章使用RFID技術(shù)，對出入庫流程進行優(yōu)化，以使提高整車出入庫工作效率，同時使倉庫庫位信息能夠及時反饋到管理信息系統(tǒng)，加快倉庫庫位動態(tài)調(diào)整［6］，如圖2b所示。

圖2 傳統(tǒng)入庫業(yè)務與RFID技術(shù)整車入庫

3 整車四層尋址模型

3.1 整車尋址模型

根據(jù)庫位、庫區(qū)劃分，整車路徑模式分為四層:第一層為主通道層;第二層為區(qū)域?qū)?第三層為區(qū)域頻率層，第四層為單元格層，通過研究整車庫位可視化誘導問題，來實現(xiàn)四層模式尋址。首先從整車出入口出發(fā)經(jīng)過主通道(根據(jù)限制條件確定）到區(qū)域?qū)?其次，到各區(qū)域頻率層;最后，到達指定的單元格庫位，其尋址流程如圖3所示。

圖3 整車四層結(jié)構(gòu)尋址模型示意圖

3.2 庫位誘導概述

庫位誘導指通過智能化技術(shù)(RFID）探測技術(shù)，與分散在多整車庫區(qū)的車位，實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)對各個庫區(qū)停車庫位數(shù)據(jù)實時發(fā)布，引導駕駛員實現(xiàn)便捷停車、取車，解決整車庫位面積有限和工作效率低等問題的方法［7］，誘導算法步驟如下:

步驟1:根據(jù)駕駛員入庫的刷卡信息和車輛信息選擇相應的頻帶區(qū);

步驟2:通過logist概率理論，計算駕駛員選擇停車區(qū)域的概率;

步驟3:計算出駕駛員在交叉路口的頻帶庫位概率值;

步驟4:分別計算四個方向(前、后、左、右）的概率值;

步驟5:在四個方向的概率值中選擇較大者;

步驟6:當只有兩個頻帶區(qū)時，算法終止。

3.3 庫位誘導目標函數(shù)建立

根據(jù)上文假設可建立如下目標函數(shù):

Qi為整車i最終入庫條件的適應值，Qij為每輛i在確定入庫位置j的停放適應值(i=1，2，3…n）n為需要入庫的整車數(shù)，j=1，2，3…m，m為整車庫位數(shù)量。

4 多層次可視化應用

可視化(Visualization）是利用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計等多個領域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。近年來可視化技術(shù)在整車倉儲有著較大的應用［8］。

4.1 整車庫位可視化層次結(jié)構(gòu)

可視化管理理論是一種適合于各種需求和管理內(nèi)容的行之有效的方法，特別是在整車庫位管理方面應用，可以分成以下四個步驟或?qū)哟危?］。

(1）透明層

可視化管理的首層就是透明化，也就是要管理和控制一個系統(tǒng)并繼而對其加以改進首要的工作是對該系統(tǒng)本身業(yè)務進行剖析。

(2）監(jiān)控層

在完成對系統(tǒng)的優(yōu)化和改進工作的基礎上，還需要實時的對其發(fā)展過程進行監(jiān)控首先是要確定監(jiān)控整車關(guān)鍵數(shù)據(jù)和指標。

(3）主動調(diào)控層

外界因素的干擾經(jīng)常使系統(tǒng)的運行偏離正常的軌道或者偏離管理者預期的目標主動調(diào)控層就是要求管理者在問題出現(xiàn)后能在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題找到原因并迅速提出解決問題的方案使系統(tǒng)的運營恢復到原先的狀態(tài)。

(4）協(xié)作層

任何一個系統(tǒng)都不是獨立的它必然和其他許許多多的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，協(xié)作層的工作就是要通過RFID技術(shù)加強系統(tǒng)與外界其它因素的協(xié)作和配合從而擴展和提高系統(tǒng)自身的能力和運營結(jié)果。

4.2 整車業(yè)務可視化

根據(jù)車輛進入整車庫的時間和頻率，查詢庫區(qū)各個頻帶的庫位數(shù)量。通過汽車入庫誘導算法和庫位頻帶劃分原則，得到整車入庫算法程序和基于RFID整車出入庫業(yè)務應用。倉庫管理員清晰看到駕駛員刷卡后信息和整車圖片信息給予核對，方便整車出入庫管理工作，如圖4所示。

圖4 整車業(yè)務可視化

4.3 數(shù)據(jù)信息可視化

根據(jù)實際業(yè)務量的變化，得到相應的數(shù)據(jù)展示，能夠清楚的認識庫位的使用情況，方便管理者根據(jù)業(yè)務量，及時調(diào)整庫位的使用。如圖5所示。

圖5 整車數(shù)據(jù)信息可視化

5 仿真分析

5.1 描述實例

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它作為新興的編輯語言和可視化工具，有著其他語言不可比擬的優(yōu)勢［10］。根據(jù)上述理論和整車庫位四層尋址模型的使用，將上述模型轉(zhuǎn)化成具體的平面圖，如圖6所示。圖7是圓圈區(qū)域的放大效果圖。

圖6 整車庫位效果圖

圖7 整車庫位效果圖

5.2 結(jié)果分析

根據(jù)一段時間內(nèi)160輛整車出入庫同期歷史數(shù)據(jù)相比的研究分析，按照出入庫數(shù)據(jù)劃分頻帶，用MATLAB仿真軟件連接SQL2005數(shù)據(jù)庫所得仿真結(jié)果如表1和表2所示。

表1 整車出入庫四層模型引導算法求解結(jié)果

表2 傳統(tǒng)整車出入庫個庫區(qū)使用情況結(jié)果

分析得出，使用整車四層模型引導算法庫位總利用率比傳統(tǒng)整車車入庫庫位利用率提高了16%，庫位空閑率大大降低。降低了整車倉儲的管理成本并且提高工作效率和安全庫存率，整車倉儲的風險率得到降低。

6 結(jié)束語

利用RFID技術(shù)設計整車智能庫位，能克服工作效率低、手工勞動量大等困難。依據(jù)整車管理業(yè)務相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)了可視化智能庫位管理。運用庫位引導理論算法，基于MATLAB仿真軟件，實現(xiàn)動態(tài)庫位可視化管理。從而使庫位信息能夠在一個周期內(nèi)及時反饋給相關(guān)業(yè)務人員，以便對庫位進行合理有效管理和做出正確決策。提出的四層次庫位可視化管理模式已成功運用于某第三方物流整車庫位管理，能夠為廣大中小企業(yè)提供理論指導和實踐意義。

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