語音揀選系統(tǒng)在汽車零部件首批倉庫揀選業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

趙文朋，吳姚平，甘鳴駒

（上海安吉汽車零部件物流有限公司，上海 200092）

語音揀選系統(tǒng)在汽車零部件首批倉庫揀選業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

趙文朋，吳姚平，甘鳴駒

（上海安吉汽車零部件物流有限公司，上海 200092）

隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)量逐年增長，車型配置日益增多，對汽車柔性化制造要求不斷提升，從而要求汽車零部件揀選、配送按照多種模式精益操作。傳統(tǒng)的按揀配訂單掃描操作，在部分揀選作業(yè)中已無法更好地進行效率提升。針對汽車零部件首批倉庫的業(yè)務(wù)特點，設(shè)計了語音揀選系統(tǒng)，詳細描述該系統(tǒng)的架構(gòu)、流程、功能，以及實際使用效果，證明語音揀選技術(shù)在汽車零部件物流業(yè)務(wù)中具有較好的應(yīng)用前景。

汽車零部件；首批倉庫；語音揀選系統(tǒng)

1 引言

當前語音揀選技術(shù)已在國內(nèi)零售、醫(yī)藥、食品飲料等行業(yè)有較為廣泛的應(yīng)用。而在汽車制造及其相關(guān)物流領(lǐng)域，語音揀選技術(shù)的應(yīng)用案例較為鮮見。

上汽大眾作為中國汽車行業(yè)的領(lǐng)頭羊，近年來有數(shù)十款新車型上市，在其車型量產(chǎn)之前，會在專用首批倉庫存放試生產(chǎn)所用零件，并按車間需求進行配送。上汽大眾在上海安亭的首批倉庫總面積約為3 000多m2，包含1 400個流利式庫位和600個高層庫位。首批倉庫的主要工作分為如下環(huán)節(jié)：按到貨計劃和零件履歷要求對零件檢查收貨；零件的儲存管理；按車間項目進度和裝車計劃，以臺套配料的方式進行物料揀選并駁運至對應(yīng)車間。

傳統(tǒng)方式下，首批倉庫內(nèi)作業(yè)人員使用RF終端進行物料揀選。揀選時，員工需要手握RF終端的同時進行揀貨，操作較為不便。當訂單行比較多時，作業(yè)人員要想查看取料位置和零件信息，必須多次翻頁，這對揀選效率造成很大影響。為能夠較好地解決此問題，作為第三方物流的上海安吉汽車零部件物流決定在倉庫內(nèi)部引入語音揀選系統(tǒng)（PTV，Pick-to-Voice System），希望通過語音揀選替代人工掃描揀選，解放作業(yè)人員的雙手，提高揀選效率并降低設(shè)備成本[1]。

2 語音揀選系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

多年以前便有學者研究語音人機交互，并獲得實驗性成果。葡萄牙學者在Microsoft Visual Studio.NET平臺上利用Microsoft Speech SDK5.1開發(fā)了人機交互系統(tǒng)，成功控制ABB機器人進行焊接操作[2]。在國外，已有較多語音揀選成功實施的案例，可是在國內(nèi)，因為中文語音識別的問題，應(yīng)用不多。在具體的應(yīng)用技術(shù)層面上，語音識別大致可分為關(guān)鍵詞語辨識和聽覺系統(tǒng)兩個方面。關(guān)鍵詞語辨識技術(shù)的目標是精確地辨識講話人的語音指令，辨識率需要達到90%以上，用在語音控制和語音命令查詢方面，例如在手機上實現(xiàn)的語音撥號功能[3]。在進行語音識別操作之前，大部分系統(tǒng)需要操作人員進行一定的語音訓(xùn)練，才能使系統(tǒng)較好的對操作人員的語音正確識別[4]。有研究表明，從揀貨效率和成本上分析，中等揀貨量的倉庫較為適合使用語音揀選方式[5]。

3 系統(tǒng)設(shè)計

由于首批倉庫已應(yīng)用了較為完善的WMS倉儲管理系統(tǒng)，此次引入語音揀選系統(tǒng)，目的是為優(yōu)化其零部件揀選操作環(huán)節(jié)。在原有的系統(tǒng)操作模式中，倉庫使用WMS倉儲管理系統(tǒng)進行流程管控，采用料箱級別管理，每個包裝均粘貼具有唯一碼的物料標簽。操作過程需要用到的揀選單由WMS生成，操作人員在打印揀選單的同時，完成發(fā)貨標簽的打印，揀選掃描時由WMS進行先進先出（FIFO）校驗。引入語音揀選后，原有料箱級別庫存管理模式不變，揀選單、標簽仍按原有方式打印，仍然需要嚴格管控先進先出，僅是用語音揀選流程替代RF掃描流程。為了保證揀選準確率達到100%，流程采用語音+指環(huán)掃描槍揀選的模式。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

WMS倉儲管理系統(tǒng)為原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具有庫存管理、收貨管理、接收外部訂單數(shù)據(jù)、揀選任務(wù)生成、先進先出校驗、出庫管理等功能，在本方案中負責上下游業(yè)務(wù)流程的銜接。

PTV語音揀選系統(tǒng)為本次引入的核心系統(tǒng)，向下與語音揀選設(shè)備直接交互，向上負責獲取WMS數(shù)據(jù)，并向WMS回傳揀選結(jié)果。

語音揀選設(shè)備及配套設(shè)備是穿戴在操作人員身上的系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)備內(nèi)置程序，提供語音揀選流程，通過無線實時交互方式與PTV同步語音任務(wù)信息。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)流程

一般語音揀選過程分為3個步驟：首先，操作員在聽到語音指示后，會通過麥克風進行語音的確認；接著，操作員根據(jù)語音指示來到指定的庫位，通過對麥克風讀取庫位編號來確定他去的位置是否正確；最后，當庫位信息確認后，系統(tǒng)會告訴操作員需要揀選的物料及其數(shù)量，操作員完成揀選后報告系統(tǒng)，系統(tǒng)會告知下一個任務(wù)的庫位[6]。

本項目中將流程分為揀選啟動和揀選操作2個環(huán)節(jié)。

（1）揀選啟動流程。員工獲取揀選單和發(fā)貨標簽后，打開語音揀選設(shè)備，啟動揀選流程，主要步驟如圖2所示。

①語音設(shè)備報歡迎詞，員工確認；

②語音要求選擇功能，員工選擇功能編號1進入揀選功能（僅設(shè)定1為揀選，其他功能暫未設(shè)定）；

③語音提示掃描揀選單號，員工掃描揀選單上的“單號”條碼，可以一次掃多個揀選單條碼，說“好了”，進入正式揀選環(huán)節(jié)。

圖2 揀選啟動流程

（2）揀選操作流程。進入正式揀選流程，系統(tǒng)規(guī)則為按照庫位順序逐一進行零件揀選（庫位順序在WMS中進行設(shè)定，并通過揀貨單下傳給PTV系統(tǒng)），主要步驟如圖3所示。

①語音設(shè)備報出待揀零件的區(qū)域、庫位，員工到相應(yīng)庫位后進行語音確認；

②語音提示零件編號的后三位，員工掃描料箱唯一條碼確認，此時系統(tǒng)將箱號回傳WMS，進行先進先出校驗，若需違反先進先出，則要求掃描授權(quán)碼（由班組長掌握，并判斷是否可違反先進先出）；

③語音提示要揀選的數(shù)量，員工掃描發(fā)貨標簽條碼，系統(tǒng)判斷是否為改包裝操作，員工語音確認，完成零件語音揀選；

④系統(tǒng)判斷是否仍有待揀零件，依次循環(huán)上述操作；

⑤揀選過程中，可以在提示掃描料箱條碼時，跳過語音揀選操作，不執(zhí)行當前的任務(wù)，并可選擇跳過類型，類型“1”代表本任務(wù)取消，后續(xù)不再進行揀選，類型“2”代表任務(wù)暫掛，之后仍然可通過掃描揀選單號獲取并重新執(zhí)行語音揀選。

3.3 系統(tǒng)功能

PTV系統(tǒng)分為基礎(chǔ)信息管理、作業(yè)管理、接口管理、報表日志查詢4大功能模塊。圖4為系統(tǒng)各功能模塊的分解視圖。

各系統(tǒng)模塊功能概述如下：

（1）基礎(chǔ)信息管理。用于維護系統(tǒng)所需的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含零件管理、庫位管理、人員管理等語音揀選相關(guān)的基礎(chǔ)信息管理功能。其中零件、庫位信息由上游系統(tǒng)WMS下發(fā)，通過接口進行數(shù)據(jù)傳遞，人員信息主要為揀選員工的身份信息管理。

（2）作業(yè)管理。此模塊為系統(tǒng)核心模塊，主要有揀選任務(wù)下達、揀選任務(wù)管理、語音揀選流程等功能，在此功能模塊中，可以將系統(tǒng)生成的揀選任務(wù)下達給揀貨員工，實時跟蹤揀選任務(wù)的執(zhí)行情況，并進行相關(guān)處理，如暫停揀貨任務(wù)、調(diào)整揀貨數(shù)量、更換揀選人員等。

（3）接口處理。此模塊主要負責同上游業(yè)務(wù)系統(tǒng)WMS進行數(shù)據(jù)交互，在后臺自動運行，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步、揀選信息接收、揀選數(shù)據(jù)校驗、揀選結(jié)果回傳等，通過此模塊實現(xiàn)上下游兩大系統(tǒng)間集成。

（4）報表、日志查詢。此模塊包含語音揀選相關(guān)的查詢功能，主要有揀配進度查詢、揀選工作量統(tǒng)計、接口信息查詢、業(yè)務(wù)系統(tǒng)日志、系統(tǒng)操作日志等，通過此模塊可查詢到系統(tǒng)相關(guān)的各類數(shù)據(jù)。

圖4 系統(tǒng)功能分解視圖

4 系統(tǒng)開發(fā)

4.1 硬件選型

當前成熟的語音揀選系統(tǒng)不多，作為業(yè)界領(lǐng)先的語音揀選設(shè)備供應(yīng)商，Vocollect公司產(chǎn)品已在國內(nèi)外有不少成功實施的案例[7-10]。本文中系統(tǒng)選用Vocollect Talkman A500作為語音揀選核心終端設(shè)備，并配以SRX2藍牙耳機作為人機交互設(shè)備。由于需要對零件履歷等信息進行精確匹配，所以采用指環(huán)掃描槍來確認箱號，避免了履歷差錯，系統(tǒng)選用LXE 8650藍牙指環(huán)掃描槍進行條碼掃描。

4.2 開發(fā)平臺

4.2.1 系統(tǒng)平臺。PTV系統(tǒng)管理后臺基于B/S架構(gòu)，在Visual Studio 2010 C#.NET平臺開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MySql；WMS基于B/S和C/S混合架構(gòu)開發(fā)，開發(fā)平臺為J2EE，數(shù)據(jù)庫采用Oracle。

4.2.2 系統(tǒng)接口實現(xiàn)。WebService通過Web部署，并提供對業(yè)務(wù)功能的訪問，其特點為跨平臺、高度可繼承能力和使用簡單[11]，且相較于FTP等其他通訊方式，具有良好的通信性能[12]。WebService接口描述了一系列的系統(tǒng)操作，可以通過調(diào)用系統(tǒng)本身或者調(diào)用其他系統(tǒng)對外發(fā)布的函數(shù)來完成程序開發(fā)。系統(tǒng)可以在服務(wù)器端發(fā)布WebService服務(wù)，其他應(yīng)用程序可以通過網(wǎng)絡(luò)（尤其是通過WWW服務(wù)）對該WebService提供的服務(wù)進行調(diào)用。WebService采用規(guī)范的、標準化的XML格式進行接口描述，具有較強的平臺通用性[13]。由于上游系統(tǒng)WMS與PTV是由不同平臺開發(fā)，為了較好的實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互，選取了WebService方式進行數(shù)據(jù)通信。

WebService體系中包含服務(wù)提供者、服務(wù)請求者的角色，在此項目中，由WMS提供WebService服務(wù)，即WMS作為服務(wù)提供者，PTV作為服務(wù)請求者進行Web-Service調(diào)用。

PTV獲取數(shù)據(jù)時，通過定期執(zhí)行的功能，定時調(diào)用對應(yīng)的WebService服務(wù)，獲取數(shù)據(jù)信息，將這些信息保存到PTV自有數(shù)據(jù)庫中；PTV回傳數(shù)據(jù)時，通過功能實時執(zhí)行，即時調(diào)用對應(yīng)的WebService服務(wù)，將數(shù)據(jù)參數(shù)上傳給WMS，由WMS進行邏輯處理。

各WebService接口定義如下：

（1）零件信息

public List＜Item＞syncItems();

參數(shù)：無

返回值：零件集合

（2）庫位信息

public List＜Location＞syncLocations();

參數(shù)：無

返回值：庫位集合

（3）揀選信息接收

public List＜PickBatchMode＞syncPickBatchs();

參數(shù)：無

返回值：揀選任務(wù)集合

（4）揀選料箱庫存校驗

public int checkInvByLP(String whseCode,String lp, String itemCode,String isNeedCheckFifo);

參數(shù)：whseCode-倉庫代碼；lp-箱號；itemCode-零件編碼；isNeedCheckFifo-是否校驗FIFO（true為需校驗/ false為無需校驗）

返回值：正常情況：箱內(nèi)零件數(shù)量；異常情況返回值見表1，返回值異常時，均不允許繼續(xù)操作。

表1 異常情況返回值

（5）新箱號校驗

public String checkNewBarcode(String whseCode, String newLp);

參數(shù)：whseCode-倉庫代碼；newLp-新箱號

返回值：正常情況：零件編碼；異常情況（如倉庫代碼不正確、箱號不正確、箱號對應(yīng)的零件失效等）：返回值為空（Null）

（6）揀選結(jié)果回傳

public String voicePickByLP(String whseCode,String oldLp，String newLp，String userName,String pickActQty，String wmsId，String isNeedCheckFifo);

參數(shù)：whseCode-倉庫代碼；oldLp-原箱號；newLp-新箱號；userName-揀貨人員；pickActQty-實際揀貨數(shù)量；wmsId-WMS唯一ID；isNeedCheckFifo-是否校驗FIFO（true為需校驗/false為無需校驗）

返回值：處理成功返回success；處理錯誤反饋錯誤描述信息

（7）揀貨訂單取消

Public List＜String＞errorIds cancelPickQueue(List＜String＞wmsIds);

參數(shù)：wmsIds-WMS唯一ID集合（上限為500個）

返回值：errorIds-處理錯誤的ID集合，若全部成功則返回空集合

4.2.3 語音終端通信。由于語音揀選設(shè)備通過倉庫內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)端通訊，語音揀選的業(yè)務(wù)要求終端設(shè)備與服務(wù)端進行實時通訊，揀選相關(guān)信息需要及時下發(fā)到語音揀選終端，指導(dǎo)揀貨人員進行操作?，F(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)為標準2.4G WIFI，基于TCP/IP協(xié)議搭建。基于以上需求，選取了Windows Socket作為語音揀選終端與服務(wù)端的通訊協(xié)議。Windows Socket（也簡稱為WinSock）主要用于Microsoft Windows操作系統(tǒng)，是基于TCP/IP協(xié)議開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口（API），目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。WinSock API為網(wǎng)絡(luò)編程人員在Windows平臺上進行通用和規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)提供了極大的方便[14]，且能夠通過TCP自身機制，較好的實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊異常監(jiān)測[15]。

Socket運行機制下，客戶機和服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息傳輸使用“請求-回應(yīng)”的方式完成，在系統(tǒng)應(yīng)用的兩端，客戶機作為請求提出端，服務(wù)器作為服務(wù)回應(yīng)端。客戶機為主動方，在需要時向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器為被動方，服務(wù)始終開啟并處于等待狀態(tài)，實時監(jiān)聽來自于客戶機的服務(wù)請求，在被連接請求觸發(fā)后做出響應(yīng)，一個服務(wù)器端進程可以響應(yīng)多個客戶機[16]。在本項目中，Socket服務(wù)部署于PTV服務(wù)端，語音揀選設(shè)備作為客戶機與PTV服務(wù)端進行通訊，傳輸揀選報文信息。語音設(shè)備獲取到報文后，通過內(nèi)置的程序，將字符串格式的報文轉(zhuǎn)變成語音信息，從而指導(dǎo)揀貨人員進行操作。

主要Socket服務(wù)及方法如下：

（1）Socket相關(guān)方法

①捕捉到客戶端Socket，啟動服務(wù)端與客戶端的連接

Socket.Accept();

②接收客戶端Socket報文

Socket.Receive(byte[]);

③發(fā)送Socket報文給客戶端

Socket.Send(byte[]);

④關(guān)閉Socket連接

Socket.Close();

（2）啟動Socket服務(wù)。方法及核心代碼如下：

public void SocketServiceStart()

{

try

{

//創(chuàng)建Socket服務(wù)

serverSocket=new Socket(AddressFamily.Inter-Network,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);

//綁定IP地址：端口

serverSocket.Bind(new IPEndPoint(ip,myProt));

//設(shè)定最多10個排隊連接請求

serverSocket.Listen(10);

//通過Clientsoket發(fā)送數(shù)據(jù)

myThread=new Thread(ListenClientConnect){ IsBackground=true};

//啟動監(jiān)聽線程

myThread.Start();

}

catch(Exception ex)

{//拋出錯誤信息

GlobalStates.ErrorMessAge("啟動Socket服務(wù)出錯："+ex.Message+" 方法名：",GlobalStates.Get-MethodName());

throw;

}

}

（3）監(jiān)聽客戶端連接服務(wù)。方法如下：

private static void ListenClientConnect();

在此方法中包含核心處理邏輯，使用Accept和Close方法創(chuàng)建和關(guān)閉Socket連接，使用Receive和Send方法接收和發(fā)送語音揀選報文。

5 現(xiàn)場使用

為了能精確地將語音轉(zhuǎn)化為字符，語音揀選系統(tǒng)需要對每個作業(yè)人員的語音模板進行存儲。Voice Console是語音設(shè)備廠商Vocollect公司用于提供語音設(shè)備管理的必須的管理軟件，每次新增加的語音設(shè)備使用人員，需要通過Voice Console錄制語音模板，語音設(shè)備內(nèi)置的任務(wù)模板也是通過Voice Console管理，并在每次設(shè)備請求時發(fā)送到設(shè)備中。當作業(yè)人員進行系統(tǒng)登陸時，語音終端會下載該員工的語音模板，從而精準匹配作業(yè)人員的語音，避免因為區(qū)域差異和口音造成識別率低的問題。

作業(yè)人員在揀選過程中只需聆聽指令，而不必查看RF屏幕，也不必逐條查找揀選訂單。語音終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與PTV服務(wù)端進行數(shù)據(jù)交互，用語音指示作業(yè)人員完成揀選。

6 總結(jié)

實踐表明，語音揀選在汽車零部件首批倉庫中的使用效果較為明顯：

第一，大部分揀貨作業(yè)通過語音交互和指環(huán)掃描來完成，作業(yè)人員雙手得到解放，揀貨效率有較大提高；

第二，培訓(xùn)時間大為減少，作業(yè)人員能夠盡快上崗。

上海安吉零部件物流語音揀選系統(tǒng)在上汽大眾首批倉庫的應(yīng)用，創(chuàng)造了兩個國內(nèi)第一：國內(nèi)汽車物流領(lǐng)域首個應(yīng)用語音揀選技術(shù)的案例；國內(nèi)首個指環(huán)掃描輔助語音揀選的案例。

語音揀選系統(tǒng)在汽車零部件首批倉庫揀選業(yè)務(wù)中的成功試點實施，說明語音揀選技術(shù)在零部件揀選業(yè)務(wù)中具有較好的應(yīng)用前景，上海安吉零部件物流還將深入研究語音揀選技術(shù)，將其應(yīng)用到其他零部件物流運作環(huán)節(jié)，以提高物流信息化、智能化水平。

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Application of Pick-by-voice System in First-batch Automobile Spare Parts Warehouse

Zhao Wenpeng,Wu Yaoping,Gan Mingju
(ANJI-CEVA Automotive Logistics Co.,Ltd.,Shanghai 200092,China)

In this paper,in view of the operational characteristics of the first batch automobile spare parts warehouse,we designed the corresponding pick-by-voice system,described in detail its architecture,process and function and effect in practice,and at the end, demonstrated the good prospect of the pick-by-voice system in the logistics process of automobile spare parts.

automobile spare parts;firstbatchwarehouse;pick-by-voice system

F253.9;U468.8

A

1005-152X(2017)01-0129-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.028

2016-12-09

趙文朋（1982-），男，天津人，碩士研究生，工程師，研究方向：物流信息技術(shù)；吳姚平（1982-），男，上海人，工程師，研究方向：物流信息技術(shù)；甘鳴駒（1982-），男，上海人，工程師，研究方向：倉儲物流規(guī)劃。