1、智能叉车管理系统,一、立项的背景和意义,随着社会的进步，科学技术的发展，物流设备在经济发展中的地位也越来越明显，叉车应用，普及率也越来越高。叉车在企业的仓储物流系统中扮演着非常重要的角色，是物料搬运设备中的主力军。这种无轨、轮胎行走式装卸搬运车辆，广泛应用于厂矿、仓库、车站、港口、机场、货场、流通中心和配送中心等场所，并可进入船仓、车厢和集装箱内，对成件、包装件以及托盘、集装箱等集装件进行装卸、堆码、拆垛短途搬运等作业，是托盘运输、集装箱运输必不可少的设备。叉车在仓储物流中的重要地位，为其迎来了良好的发展空间，同时，多样化、智慧化的物流仓储需求也给叉车的发展提出了更高的要求。近年来，叉车产品从
2、系列化、多样化和绿色动力技术发展的同时，也越来越多的关注自动识别技术、智能定位技术、无线传输技术在叉车上的发展和应用，在提高叉车应用整体作业水平，提升复合功能，以保证叉车基本动力运输功能的同时，追求更多的附加价值，为实现智能叉车、智慧物流、智慧仓储起到重要的支撑作用。,一、立项的背景和意义,叉车在仓储物流中的重要地位和其主要职能:卸货、分类整理、码盘、搬运入库、搬运入库 企业物流中应用叉车的环节如图所示：,二、国内外相关的研究情况及结论,关注物流标准化随着“物联网+”概念的提出，中国物流行业又将再一次迎来发展高峰，而这种需求正是促进叉车智能化的“强心剂”。与此同时，人工成本的显著提升也带来了催
3、化作用，所以越来越多的企业开始寻求叉车智能化的解决方案。可以预见在35 年内，智能化叉车的需求将有爆发性的增长。,但在这种环境下不能忽视的一点是中国的物流标准化程度很低，这对叉车智能化的发展有着重大负面影响，这可能是我们高速走完国外半个世纪发展历程的一个副作用。众所周知，智能化设备对标准化有着更高的要求，例如，对一个物流中心来说，它收到的来自几十个供货商的货物托盘如果规格不一，智能化的叉车就很难辨识各种不同规格，这个工作只能交由人工处理，而如果所有的托盘都是同一个标准，智能化的叉车就很容易辨识它们并进行操作。也因为这个原因，我们看到，国内的汽车、烟草等行业物流智能化程度很高，而第三方物流公司通
4、常智能化程度较低。所以要提升整个国家的物流智能化状况，物流标准的制定将起到决定性作用。,二、国内外相关的研究情况及结论,传统叉车物流配送存在以下问题：1.安全性问题：以美国为例，每年与叉车有关的事故造成约100人 死亡，20000人受伤。2.高昂的费用：叉车购买占总使用费用的20%，操作人员费用、维护费用占80%。一台叉车一年使用费用可达25万美元，50台叉车一年费用达到1250万美元，对拥有大型叉车车队的企业，如何降低高贵的使用费用，是一个很大的挑战。3.叉车利用率问题：在一个拥有大型叉车车队的企业，叉车实际利用率往往不高。对一个拥有42台叉车车队进行24小时实时跟踪获得叉车利用率。在24小
5、时内，最多同时作业的叉车只有28台。跟踪一个叉车操作员操作一台叉车一天的情况显示，一个班次8小时，操作员在叉车上4小时，叉车运行2小时，叉车载货或运行时间1小时，有效工作时间1小时，却要支付8小时的工资，叉车利用率低下的问题确会给企业带来巨大财务负担。4.管理问题：每台叉车的健康状况如何？需要保养维修状况如何？当天有哪些叉车可出勤？出勤状况如何监管？这些都是叉车管理的面临的实际问题。,三、项目实施方案,（一）主要研究的内容 提供的产品是什么？ 解决实什么需求？用户群体是什么？需求是刚需还是改善性的，高频需求还是低频需求？需求的市场是否足够大？ 你的竞争对手是谁，会碰到谁的利益？ （二）核心技术
6、和创新点1.智能叉车难点、核心技术门槛2.总体架构图、各个部分如何实现、相应的描述。 （三）盈利模式 （四）建设指标及实施绩效 （五）计划及进度安排 （六）合作机制及任务分工 （七）经费预算合理性评估,三、项目实施方案,智能叉车系统,传统仓储作业突破仓储智能少人化,物流管理提高车队作业绩效管理,物流安全保障叉车安全护航,物流路径优化叉车定位导航,物流调度优化叉车智能调度系统,（一）主要研究的内容产品解决什么问题,三、项目实施方案,物流管理提高车队作业绩效管理,物流安全保障叉车安全护航,将叉车作业时间、行程制作成日报表和月报表。管理人员通过设定好的各类作业“因数”来对叉车驾驶员进行绩效考核。提供
7、部门权限管理，管理者可通过报表评估叉车是否使用充分，平衡 叉车间的劳逸情况，避免叉车过度疲劳或者过度空闲，评估叉车稼动率。可查看部门叉车使用情况，计算各个部门的叉车使用率。,实时反映叉车运行位置，运行状态，是否超速等信息，使管理者掌控全局情况，并可将命 令或警 报信息反馈给叉车驾驶员；可通过车身上安装的距离传感器、光幕保护装置和货叉顶端传感器，来避免对车体、货物和人员或其他移动单位的碰撞。,物流调度优化叉车智能调度系统,根据搬运任务实现控件自动调度，自动派发指令到叉车；根据忙闲程度对叉车进行实时调度，在部分区域工作紧张时提示管理者，让其能够获知情况并从其他区域调度叉车进行支持。,传统仓储作业突
8、破仓储智能少人化,物流路径优化叉车定位导航,能够实时定位附有定位标签的叉车所在位置，并显示在监控端地图上，推进物流最优路径。叉车驶入非法区域产生报警；查询某个叉车指定时间段的移动轨迹，这个时间段这个叉车都去过哪些区域。,基于RFID技术在仓储管理及物品追踪应用，实现出入库手续办理无人化，增大仓储中心吞吐量；对物料调度实施追踪，实现可视化调度；能够对全部库存信息实时、自动化收集，提高盘点效率和物料库存信息准确性。,（一）主要研究的内容产品解决什么问题,三、项目实施方案,智能仓储WMS,智能定位模块,射频识别模块,智能叉车系统,1,2,2,2,0,中控调度模块,（一）主要研究的内容产品系统软件组成
9、,三、项目实施方案,技术路线：综合运用嵌入式计算机技术、射频识别技术、无线网络传输、实时定位等技术,（一）主要研究的内容产品系统硬件组成,三、项目实施方案,（一）主要研究的内容系统硬件组成,（二）解决的关键问题及技术路线智能叉车系统功能模块,三、项目实施方案,智能仓储WMS,智能定位模块,射频识别模块,智能叉车系统,1,2,2,2,0,中控调度模块,（二）解决的关键问题及技术路线智能仓储WMS,三、项目实施方案,智能仓储系统带来效果：,智能仓储系统介绍,主机管理系统用来对仓库整个管理过程实施多方位、全天后的监控与管理。模块组成：基本信息管理模块 出入库管理模块 手持设备管理模块、 设备及标签检
10、测模块 库存报警模块 库存信息查询模块组成；,系统操作流程分为四部分：物料入库操作、物料出库操作、物料移动最终、库存盘点操作,1.对物料信息及时、准确地收集，实现物料的先进先出管理,2.提高查找物料的效率和准确率,3.优化出入库业务流程，实现办公无纸化，提高工作效率,4.动态掌握库存信息，及时提供完整的准确的库存信息，优化盘点作业,5.物料实时追踪、实现调度图形化管理,主要应用技术：信息标签RFID技术和定位RFID技术；,（二）解决的关键问题及技术路线智能仓储WMS：物料出库模块,三、项目实施方案,2.1.物料出库流程图,仓管,物料领料单（自动）,仓库,搬运工,叉车司机,物料出仓指令 （自动
11、）,PMC,生产计划,出货确认/报警,过磅系统,过磅单,备料区,物料信息,RFID卡,RFID卡,回收,RFID卡,（二）解决的关键问题及技术路线智能仓储WMS：物料入库模块,三、项目实施方案,2.1.成品出库流程图,PMC,仓库,叉车司机,出仓任务单,出库指令单,销售出货计划,出货确认/报警,物料信息,货架位置RFID卡 物料RFID卡,销售出仓单,装车出货,搬运工,RFID回收,消卡号,（二）解决的关键问题及技术路线智能叉车系统功能模块,三、项目实施方案,智能仓储WMS,智能定位模块,射频识别模块,智能叉车系统,1,2,2,2,0,中控调度模块,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,
12、三、项目实施方案,叉车调度 算法,任务1,任务3,任务2,指令1,指令2,指令3,叉车任务输入作业排序,调度算法作业分配,指令输出作业执行,叉车的调 度一般由三部分构成，即作业排序、作业分配和作业执行,基于优先级的静态调度算法,叉车调度最短路径算法(Dijkstra算法),拣选路径的周游路径算法,基于“最短路径法”的 动态调度算法,在很 多中小型物流配送中心，叉车的调 度经常出现以下问题：,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,三、项目实施方案,(1)叉车利用不充分，作业量 不均衡； (2)叉车数量配置不合理，造 成资源浪费；(3)叉车搬运路径无规则，经 常出现拥堵现象；(4)叉车停放不
13、规律，操作非 标准化； (5)叉车故障以及叉车事故。,影响调度的物流配送中心基础优化需求：(1)仓库搬运路径。仓库搬运 路径设置不合理，可能会造成仓库 作业空间利用率低，高峰期叉车拥 堵，从而影响叉车利用率。 搬运路径不规范极容易造成叉车事 故。 (2)储位布局。如基于品规关联度的储位布局或 是基于先进先出原则的储位布局 等，很大程度上都是为了减少搬运 车辆在途时间，节约仓库搬运成 本，同时提高出入库作业调度效 率。 (3)月台配置。月台的配 置需要符合就近原则和负载均衡原 则，使得叉车在月台和取货货位之 间的往返时间最短，将单位货物的 出库作业成本降到最低。 (4)叉车司机。叉车司机的资 质
14、高低和主观偏好不同能够严重影 响叉车调度的标准化和规范化。有必要对叉车司机进行统一培 训，并制定严格的叉车操作规范。 (5)调度决策者。调度决策对仓 库作业环境的熟悉程度，对包括资源空闲状态等现场调度信息的实时 掌握程度，对不同调度方案的合理选择和灵活运用能力等是叉车调度方案合理选择、调度指令成功下达 以及调度任务顺利实施的关键。,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,三、项目实施方案,(1)静态调度。静态调度是假设在应用优化算法求解之前已经得到了所有事件的数据，决策时完全 以已知数据为依据，系统在整个作 业过程中一直使用同一个调度方 案，且该方案是在系统状态和作业 任务都已确定的前提下
15、，能够使系 统各项性能指标得到优化的合理调 度方案。 动态调度算法需要在变化的环境中做出反应，是指系统能够根据当前的状态信息动 态(2)动态调度。地调整调度方案来控制系统的作 业过程，因此，这类算法应用比较 灵活，适合于任务不断生成。动 态调度方案的执行必须充分考虑以 下两个方面的信息：一是调度过程 必须充分考虑并利用好反映系统状 态的实时信息；二是形成调度方案的过程必须在不影响系统运行的短时间内完成。,调度算法介绍与应用,基于“订单大量、集中到达”模式下叉车调度的算法的应用，调度步骤： (1)确定系统所开时间窗大小，根据系统的处理能力录入当天处理订单，确定订单优先级。 (2)匹配配送车辆，根
16、据订单开始执行时间安排相应配送车辆在合理时间停靠到指定月台。 (3)匹配取货货位及装车月台。 (4)叉车调度。按优先级顺序为订单匹配叉车及人员，并生成订单执行作业计划表以及叉车调度作业计划表，将调度指令在指定时间下达到叉车终端。 (5)实时监控叉车运行状态，统计叉车的历史轨迹及在特定时问段内的运行时长、启动和关机时间等信息。,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,三、项目实施方案,基于订单调度算法介绍与应用,基于“订单少量、分散到达”模式下叉车调度的算法的应用，调度步骤： (1)将订单信息录入WMS系统，系统根据订单特性(订购品规和数量)检索库区内各个储位的信息，从而确定订购品规的可取货
17、货位。 (2)启动叉车调度指令，叉车定位监控系统会输出一个所有叉车运行状态的实时信息表， (3)调度系统提取可取货货位、空闲叉车以及可停靠月台三方面信息，并通过室内定位系统确定各信标节点之间的距离，按照最短路径原则，用Matlab遗传算法工具箱进行测试，求出最优解。 (4)将最优解转为调度指令在指定时间下达到叉车终端和相关出库人员，执行出库作业。,基于叉车调度最短路径算法(Dijkstra算法)的应用，调度步骤：设有n辆叉车在物流配送中心内作业。第i辆叉车的状态用S(i)表示，S(i)=O 表示第辆叉车空闲，S(i)=l表示第辆叉车正在工作。只有空闲的叉车才能接收新 的作业指令。假如现在物流配
18、送中心内某点尸，需要叉车装卸。调度原则是在所 有空闲叉车即S(i)=0中选择离点距离最近的叉车完成这项作业任务，即寻求与P 点最近的的空闲叉车，调度过去工作。,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,三、项目实施方案,基于路径调度算法介绍与应用,基于 拣选路径的周游路径算法 在叉车调度的算法的应用，调度步骤： 1)从原点出发，选择离原点最近的点作第二点，选择离原点次近的点作为 倒数第二点。2)从第二点出发，在余下的点钟选择最近的点作为第三点，从倒数第二点 出发，在余下的点钟选择最近的点作为倒数第三点。3)以此类推，直到所有的点都遍历。,（二）解决的关键问题及技术路线中控调度模块,三、项目实
19、施方案,优化前后系统性能对比分析,经过以上两种叉车调度策略的相互结合与应用，仓库 装卸搬运系统的整体水平有了显著 的提升，具体表现在以下几个方 面：,(1)效率。应用最短路径调度 算法对叉车进行调度使得叉车搬运 单位货物的出库时间和订单的平均 处理时间显著降低，同时，调度系统的信息更新及时率以及调度指令 下达及时率均有所提高。,(2)服务。动态调度与静态调 度相结合的调度策略使得订单完成率以及到货及时率有 了显著提高，同时，搬运过程中的 操作规范性和调度指令下达的准确性也保证了订单的到货完好率和到货准确率。(3)规范。经过叉车调度优 化，叉车司机的操作水平及操作规 范程度提高了，各个环节的作业
20、时 间以及叉车数量配置也更加标准化。不难看出，叉车调度的整体流 程规范化和标准化水平提高了。(4)技术。参与调度 的叉车和月台的数量增加了，且设备利用率普遍有所提高，比较每台 设备和人员的日工作量，发现设备及人员的作业均衡率也有所提高， 并且，规范化的操作也降低了叉车 故障停机率。,（二）解决的关键问题及技术路线智能定位模块,三、项目实施方案,智能仓储WMS,智能定位模块,射频识别模块,智能叉车系统,1,2,2,2,0,中控调度模块,三、项目实施方案,融合有源射频标签和无线网络传输等技术的叉车就是一台移动的物资自动识别定位系统，叉车司机无需离开车座便可轻松便捷地获知物资保障的需求和物资存放位置
21、，叉车以最优化的路径到达物资存放地点并识别出该物资，保障场地管理人员也可以通过该系统获知实时的叉车定位数据及其相应的活动。,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,射频识别系统一般由三个部分组成，即电子标签、定位基站、后台管理软件。应用中，电子标签附着在待识别的物品、设备、人员上，当附着电子标签的待识别物品、设备、人员进入阅读器读取范围时，阅读器自动以无线的方式将电子标签中的约定识别信息接收或将特定的信息写入，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。,定位系统主要定位设备包括：,（1）
22、RFID-2.4GHz 定位基站（也叫阅读器）定位基站有全向型和定位型两种，定位基站主要是负责接收标签发出的信号，并上传到定位服务器，安装在定位区域内。 （2） 定位标签定位标签主要定时向定位基站发送无线信号，定位标签分人员定位标签和物品定位标签两种。标签内置电池，电池可更换，因为标签的功耗较低，所以人员标签的一块电池，正常情况下能用3 年以上。物品标签，采用电池规格不同所以工作时间也不一样。 （3） 网络设备 （4） 计算机及服务器 （5） 定位激活器：只要是提高定位精确度，辅助基站定位。安装在人员活动区域。 （6） 定位周界天线：与定位激活器一起划分定位单元,智能定位模块介绍,（二）解决的
23、关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,智能定位模块拓扑图：,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,智能定位系主要功能介绍,叉车定位：能够实时定位附有定位标签的叉车所在位置，并显示在监控端地图上。,叉车查找：在监控端可输入名称或标签号查找叉车当前所处位置。,告警功能： 系统支持的告警功能有：标签电压低、标签被非法拆下、标签未经授权离开指定区域、标签未经授权进入重点区域、设备故障、标签消失等,轨迹回放：可查询某个叉车指定时间段的移动轨迹，这个时间段这个叉车都去过哪些区域。,视频联动:用户可以让相应的告警调出相应的摄像头的视频。,（
24、二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,智能定位模块拓扑图：定位原理,标签主动发射信号给阅读器上传ID号，阅读器通过网络传输给后台管理中心，从而实现定位功能，但是这样的定位区域在50-60米范围，所以要借助定位激活器来做到精确的定位判断。,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,智能定位模块拓扑图：激活器,此设备为激活器，有4或者6根天线。每根天线有5米左右的延长线（最长可以做到20米延长线）,这些天线的天线头可以实现3-3.5米的的定位精度，每个天线的天线头都会有个固定的地址码号，如图米ID1到1D6。所以，当设备安装
25、起来以后把激活器的天线分开布局，六根天线就可以控制6个点的范围，当标签进入每个天线的感应范围以后被激活上传标签的ID号和天线的地址号从而实现精确定位。,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,仓库的每个门口都需要装双天线的激活器，用于对物品出库的跟踪监控和告警.,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,仓库的每个门口都需要装双天线的激活器，用于对物品出库的跟踪监控和告警.,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍：智能定位模块,三、项目实施方案,项目预算,如图所示，需要覆盖1区和2区。2个区大概为900平，每个区域
26、大概为450平。 合计：2个全向读写器，八个全向激活器，手持机一台，标签若干,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍:射频识别模块,三、项目实施方案,智能仓储WMS,智能定位模块,射频识别模块,智能叉车系统,1,2,2,2,0,中控调度模块,三、项目实施方案,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍:射频识别模块,ID号？,物料信息？,RFID读写器,原理1：读卡器将RFID卡ID号录入ERP数据库，与货物ID对应。卡与货物流动，读卡时通过RFID卡ID号搜索到ERP数据库的信息，以达到读卡找物的目的。,原理2：读卡器将货物信息复制到RFID卡内储存，卡与货物流动，读卡时直接读取货物信息。,RFID卡的应用原理,读取,复制,记录,储存,三、项目实施方案,（二）解决的关键问题及技术路线各模块功能介绍:射频识别模块,射频识别模块设备介绍：,RFID系统由三部分组成： 标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； 天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。,RFID在智能叉车系统中应用：,
