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     1 背景与需求

  1.1 仓储管理背景

  随着网络经济的兴起与物流服务业的飞速发展,智能化企业的物流与仓储管理,可以提高企业的运作能力,为企业节约人力物力,进而获得更好的经济效益。智能仓储管理及精确定位在企业的整个管理流程中起着至关重要的作用,如果不能保证正确的进货和库存控制及发货,将导致管理费用增加,服务质量难以保证,从而影响企业的竞争力。

  仓储管理是现代物流管理的重要环节,是对仓库及仓库内的物资所进行的管理,是仓储机构为了充分利用所具有的仓储资源提供高效的仓储服务所进行的计划、组织、控制和协调过程。具体来说,仓储管理包括仓储资源的获取、仓储商务管理、仓储流程管理、仓储作业管理、保管管理、安全管理多种管理工作及相关的操作。

  仓储管理在生产制造企业中的地位和作用:

  1) 仓储管理能对产品进入下一个环节钱的质量起到保证作用;

  2) 仓储管理能够为产品进入市场做好准备;

  3) 仓储管理是加快商品流通,节约流通费用的重要手段;

  4) 仓储管理是保证制造企业再生产过程顺利进行的必要条件。

  市场竞争日益激烈,提高生产效率、降低运营成本,对于企业来说至关重要。仓储管理应用于各个行业,设计及建立整套的仓储管理流程,提高仓储周转率,减少运营资金的占用,是为企业提高生成效率的重要环节。

  1.2 需求分析

  在各行各业中,货物仓储管理一直是企业比较棘手的问题。面对每天都要重复进行的出入库的工作,仓储管理在企业的整个供应链中起着至关重要的作用,如果不能保证正确的进货和库存控制,将会导致管理费用的增加,服务质量难以得到保证,从而影响企业的竞争力。传统简单、静态的仓储管理已无法保证各种资源的高效利用。如今的仓库作业和库存控制作业已十分复杂化多样化,仅靠人工记忆和手工录入,不但费时费力,而且容易出错,从而给企业造成不必要的损失。目前,许多仓储管理主要是基于相应规范的手工作业及电脑半自动化管理实现的,其不足显而易见,即需要投入大量人力进行规范物品的放置、找料、定期整理盘点以及出入库登记等工作,这使得仓储管理问题十分繁琐,浪费大量时间,企业的生产效率得不到最佳发挥。

  郑州联睿电子科技有限公司开发的,基于超宽带(UWB)技术的区域室内外一体化高精度定位平台,可实现对仓库内外的物资、人员和叉车实时精准定位,获取实时位置信息及历史轨迹。从而实现人员、设备的实时高精准智能化监管,有效的对仓库流程和空间进行管理,实现批次管理、快速出入库和动态盘点;帮助仓库管理人员对库存物品的入库、出库、移动、盘点、找料等操作进行全面的控制和管理,有效的利用仓库存储空间,提高仓库的仓储能力,最终提高仓库存储空间的利用率,降低库存成本,提升市场竞争力。

  1.3 室内定位技术于仓储管理的意义

  1) 位置信息精准化

  通过精准的位置信息快速查找存放位置,提高位置管理效率。

  2) 任务分配科学化

  根据人员,推车以及货物的位置信息,寻找最近的空闲的推车及最佳调货路径,工作分配更加合理,科学。

  3) 管理可视化

  货物在入库、装载、配送过程中能够实时知道具体位置,跟踪生产进度,可视化管理。

  4) 生产安全更加保障

  对车辆、人员的实时位置和路线分析,推荐行车路线,保证仓库内人员和生产安全。

  2 方案介绍

  2.1 方案概述

  运用多年研发定位产品经验,结合国内外对仓储物流管理系统的需求现状,以实现运输、配送、调度和管理的最佳协作为目标,推出基于高精度实时定位的仓储物流管理系统。

  在基于U-Loc室内厘米级实时定位系统的仓储物流管理系统中,通过宽带定位技术实现对仓储区域内外的货物、推车以及人员的实时无缝高效的定位,(通过有线或无线的方式)将定位信息及时准确的反映到仓储的控制中心,操作人员可以在系统界面中实现对物资的实时监控、配送、管理和智能化调度等任务。

  2.2 方案整体结构

  系统主要分为定位底层、中间件层和应用层三部分。结构图如下图2.1所示:

  其各部分的功能为:

  (1) 定位底层

  定位底层采用联睿公司研发的U-Loc室内厘米级实时定位系统,实现对仓储区域内外的货物、推车以及人员的实时无缝高效的定位,同时获取室内地图信息。

  (2) 中间件层

  能够提供结合WMS仓储物流供应链管理系统的接口。

  (3) 仓储物流管理平台

  仓储物流管理平台是操作人员可以在系统界面中实现对物资的实时监控、配送、管理和智能化调度等任务。

  图2.1 基于U-Loc室内厘米级实时定位系统的仓储物流管理方案结构图

  2.3 系统工作流程

  基于U-Loc室内厘米级实时定位的仓储物流管理系统的工作流程是:在示范区域内架设基站,为需定位的推车、货物以及人员配置定位标签,定位标签通过定位基站将实时定位数据传回后台服务中心,后台服务中心通过优化的高精度定位算法,解算出设备和人员精确的实时位置信息及运动轨迹,并将位置信息示范区域地图上显示,实现实时高精度定位,保证操作人员可以在系统界面中实现对物资的实时监控、配送、管理和智能化调度等任务。

图2.2 基于U-Loc室内厘米级实时定位系统的仓储物流管理方案工作流程图

 

  2.4 系统功能介绍

  基于U-Loc室内厘米级实时定位的仓储物流管理系统的功能主要包括:到货送检、入库、盘点、保管、出库和归档。

图2.3基于U-Loc室内厘米级实时定位系统的仓储物流管理方案主要功能示意图

 

  1、 到货送检

  到货后对物资的状态进行区分,好货、坏货、样品、冻结物资等,并为物资、人员和车辆配置定位标签,便于实时获取位置信息,跟踪流通状态。

  2、 入库管理

  入库管理建立与ERP采购计划和到货计划的接口,从入库到上架进行严格的流程控制。将货物的定位标签信息和物资存储信息一同输入数据库内,同时系统根据既定的规则对货物的存放地点(库位)进行指定,做到货物有序存放,并实现准确的批次管理。

  Ø 实时精准定位:定时刷新,实时获取货物、人员及推车的状态信息,同时确保状态信息的准确性;

  Ø 实时轨迹跟踪:采用2D/3D仿真仓库实时信息,实现对人员走动或者货物流动的轨迹实时跟踪,而且,根据不同的对象,采用不同的轨迹颜色加以区分。

  3、 动态盘点

  仓库人员通过手持端查询库存数量,盘点实际货物是否与数据库内的数据一致,确认货物是否在该存位出,并且对异常信息能够自动报警,实时上报。支持动态盘点,盘点过程不影响正常的出入库操作,为连续运行的仓库提供准确的动态盘点管理。

  Ø 移动端查询:可手持平板手机在仓库内移动查询,随时了解仓库物流运行状态以及对重要物资的监督,实现现场管理办公;

  Ø 仓库全局显示:能够获取整个仓库的全局图,且携带有定位标签的人或者物能够清晰的显示在仓库的CAD\GIS\3D图中,也可后台电子地图中全局化显示和查询区域内所有目标的位置。

  4、 保管

  对仓库内的货物进行统计,使工作人员知道仓库货物的库存信息,掌握物资的流通状态,适时的对库存进行调整实,时定位物资和工作人员的位置,便于进行实时监管,并对异常信息及时报警。

  Ø 责任监督:实时掌握各岗位人员所负责区域的运作状态,有效管控各个环节的工作含接情况。

  Ø 物资异常报警:对仓库内物流的运行状态进行实时监控,对违规操作,异常情况自动报警,便于及时作出反应,将代价最低化;

  Ø 历史数据回放:位置服务器可存储长达几个月的历史位置数据,能够回访查询关键时间节点人、车、物的动态情况;

  Ø 安全指导:损伤预防,确保工作人员安全,自动检测碰撞,减少对货物和基础设施带来的损伤。

  5、 出库管理

  根据出库计划快速获取物资存放位置,对物资出库盘点登记,实时更新数据,科学调配人员和车辆,缩短物资转运时间,提高工作效率。

  Ø 合理调配:通过获取准确的位置信息,合理调动附近人员以及货车,加快货物中转速度;

  Ø 线路优化:据被分配任务的装货点和卸货点信息以及当前自身位置进行路径最优化计算,提高效率;

  Ø 高效任务分配:根据仓库运作需求,安排人员工作计划,并跟踪和记录计划执行情况,提高仓库运作效率。

  Ø 安全区域报警:后台可划分定位区域内安全区电子围栏、警报区和禁区电子围栏等不同级别和类型的区域,目标一旦进入便触发相应级别的报警。

  6、 材料归档

  实时更新上传物资/人员/设备的位置状态信息,对数据资料进行归档,大数据整合分析,生成货物情况报表,跟踪每日进度,及时发现问题,并根据需求进行二次开发。

  Ø 动态更新报表:实时跟踪货物的入出库情况,动态更新货物报表,便于及时制定下一步的计划;

  Ø 仓储规划:根据历史数据进行分类分析,对仓库库区规划提供建议,根据业务数据进行合理分类,在上架和拣货过程中加入优化策略,改善仓库的实物布局;

  Ø 瓶颈探索:针对当前库存流动的状态进行调研分析,探索解决的方法;

  Ø 策略优化:根据不同业务类型要求,设置多种上架,拣货策略;

  Ø 仓储大数据分析:综合分析货物分布热图、资产进出统计、产品类别位置分析等。

  3 U-Loc室内厘米级实时定位系统

  3.1 系统介绍

  U-Loc室内厘米级实时定位系统是一款基于极窄脉冲超宽带(IR-UWB)技术,为有效解决室内、矿井、隧道等卫星信号无法覆盖区域的定位而开发的高精度实时定位产品。

  3.2 工作原理

  在U-Loc室内厘米级实时定位系统中,人员或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据,接收机接收、放大UWB信号,经同步分配器校准接收机时钟,计算出定位标签信号到达不同接收机的时间差(TDOA),然后定位引擎采用TDOA定位算法对标签位置进行解算,最终通过有线或无线的方式传输到信息处理及控制平台。

  3.3 系统组成

U-Loc室内定位系统主要由三部分组成:1、定位传感网络,包括定位基站(Master和Slave)和定位标签(Tag);2、局域网;3、定位信息处理平台。

 

  其系统结构图如图3.1所示。

  系统的各组成部分功能为:

  ⑴ 定位标签(Tag)

  定位标签配置在待定位人员或设备上,用于发射超宽带定位信号。

  工作模式:休眠模式、激活模式。

  休眠模式——在目标长时间静止或无需定位时保持休眠,节省电量

  激活模式——在需要定位时对目标进行实时定位

  标准版定位标签的技术参数如表3-1所示。

  技术参数定位标签

  型号U-Tag220

  工作频段3.1GHz—7GHz

  供电方式超宽带3.1GHz—7GHz

  工作温度-25℃~60℃

  存储温度-40℃~80℃

  工作湿度小于85%

  功耗0.6mW(1Hz刷新频率)

  尺寸57mm×37mm×14mm(外观可定制)

  表3-1 标准版定位标签的技术参数

  ⑵ 定位基站

  定位基站分为主基站(Master)和从基站(Slave),定位基站固定在已知位置,作为位置基准,用于接收标签发射的UWB信号,并通过网络传输层,将定位信息传至定位信息平台;主基站除具备从节点接收功能外,还向各从基站发射同步信号,使各个定位基站获得统一的时钟,以便获得标签发射的信号到达不同基站的时间差(TDOA)。

  标准版定位基站的技术参数如表3-2所示。

  技术参数定位基站

  型号U-Base230

  工作频段3.1GHz—7GHz

  供电方式POE或DC12V

  安全性能防浪涌,抗电磁干扰

  工作温度-25℃~60℃

  存储温度-40℃~80℃

  工作湿度小于85%

  功耗5W

  作用范围单基站覆盖范围为30~150m

  尺寸高110mm,直径310mm

  表3-2 标准版定位基站的技术参数

  ⑶ 局域网

  用于定位传感网络和定位信息处理平台的联通,负责将定位传感网络获得的标签的位置信息传送给信息处理平台。

  ⑷ 定位信息处理平台

  定位信息处理平台通过优化的TDOA定位算法,解算出标签的实时位置及运动轨迹:可精准快速地进行小区同步和全局同步;采用时隙划分、优化碰撞等算法,大幅度提高系统的容量、稳定性和实时性;同时配置定位基站和定位标签的工作参数。

  U-Loc定位系统可以实现无缝蜂窝连接,将定位空间无限扩展,定位标签可以在各个单元自由行走,通过定位平台软件分析,将定位目标真实地以虚拟动态实时显示出来,如图3.2所示。

图3.2 定位信息处理平台定位标签位置的轨迹显示

 

  3.4系统流程

  U-Loc室内厘米实时定位系统的工作流程是:在示范区域内架设基站,为需定位的设备、物品以及人员配置定位标签,定位标签通过定位基站将实时定位数据传回后台服务中心,后台服务中心通过优化的高精度定位算法,解算出设备和人员精确的实时位置信息及运动轨迹,并将位置信息在室内地图上显示,实现实时高精度定位,为室内导航路径规划、重点区域的巡查提供精确的参考基准点。

图3.3 U-Loc系统工作流程

 

  3.5 系统功能

  U-Loc室内厘米级实时定位系统具有传输速率高、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、定位精度高、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点。因此,采用U-Loc室内厘米级实时定位系统进行人员和设备定位将会展现出现有定位产品所无法达到的效果与功能。其主要功能如下:

  1) 多模式定位:支持多种模式,包括0维(粗略模式),1维(流水线/走廊配置),2维(精确平面定位)和2.5维(精确平面定位加上楼层区域信息)。

  1) 精准定位:采用先进的IR-UWB定位技术,在室内可达到10cm-15cm的定位精度。

  2) 实时定位:0.1Hz-100Hz可调的刷新速率,确保位置实时更新。

  3) 全局显示:可在后台电子地图中全局化显示和查询区域内所有目标的位置。

  4) 轨迹显示:记录待定位人员的运动轨迹,显示不同的颜色,便于人员分类管理。

  5) 分类跟踪:对于不同目标,可配置不同等级的标签以作区别,达到更大限度的定位需求,使后台管理更加便利、完善。

  6) 历史数据查询:可回放查询历史时刻或时间段目标的位置、轨迹、停留时间等信息。

  7) 安全区域报警:后台可划分定位区域内安全区电子围栏、警报区和禁区电子围栏等不同级别和类型的区域,目标一旦进入便触发相应级别的报警。

  8) 终端多样化:管理人员可通过手机端APP、平板电脑APP、后台APP进行实时移动查询。

  3.6 技术指标

  U-Loc室内厘米级实时定位系统的技术指标如下:

  Ø 定位精度:10-15cm

  Ø 频率范围:3.1GHz~7GHz (中心频率可调)

  Ø 带宽: 500MHz、1GHz (可调)

  Ø 比特率: 110Kbps、850Kbps、6.81Mbps

  Ø 发射功率谱密度:≤-41.3dBm/MHz

  Ø 每个标签具有全球唯一的64位电子编码,可用于标识人员或物体

  Ø 支持0.1-100Hz多种刷新速率

  Ø 标签容量:和位置刷新速率有关,在5个基站单位区间内每秒刷新一次时,最多可同时追踪2000+个标签信号(刷新速率越高,容量越小)。

  Ø 作用距离:单基站作用距离为35-150m。

  3.7 系统优势

  和传统的室内定位技术相比,U-Loc室内厘米级实时定位系统主要有以下几个优势:

  1) 高实时性

  基于IR-UWB技术的无线实时高精度定位平台,依靠由多个强大的数据采集传感器组成的集成网络来即时发送信号,相当于室内的GPS,更精准,动态地告诉你“现在正在发生什么”。

  2) 厘米级定位精度

  优化的定位算法,保证在室内等多径效应显著的应用场合的高精度定位,能够同步、精准、实时地提供给定区域内的人员和设备的瞬间位置和运动信息,便于管理者直观、全局化地把握现场情况,从而做出决策。

  3) 强抗多径干扰能力

  U-Loc系统采用超宽带(UWB)技术,利用无载波的超短脉冲进行通信,纳秒级的极窄脉冲具有较高的时间分辨率,能将直达信号和多径信号分离,具有较强的抗多径干扰能力。

  4) 高稳定性

  极窄脉冲间的时隙容易识别,结合到达时间差定位法(TDOA)定位目标,与基于接收信号强度的传统定位技术相比,对应用环境的电磁、物理干扰不敏感,能够实现较高的定位精度。

  5) 布设简便

  自组网的无线连接架构,使系统部署更简单、稳定可靠。

  6) 高安全性

  辐射极小,不到手机辐射的1%。

  3.8 系统应用

  U-Loc高精度实时定位系统的应用场所可分为以下四类:

  一、需要获取目标精准、实时的瞬间位置和运动信息的场所

  如:养老院、监狱、戒毒所管理、军事训练、人防安全、消防急救等;

  二、需要详细的历史轨迹信息的场所

  如:大型超市消费习惯分析、精准广告投放、电力巡检、体育训练等;

  三、需要解决室内导航、路径规划等问题的场所

  如:智能物流系统、智能工厂调度系统、机器人自主导航、机场人员、行李定位导航;

  四、需要防爆、抗干扰等的复杂多径环境

  如:石化工厂、煤矿井下等。

  U-Loc高精度实时定位系统的应用十分广泛,实际应用有(未全举):

  7) 人员定位监管

  实时对目标人员进行监管,实时查看全部监管目标的位置和运动轨迹,简化点名机制;异常报警,提高安防水平;多监管系统联动,提高管理水平。

  8) 室内定位导航(高精度室内定位)

  用户进入某陌生的大型室内建筑时,如购物中心、机场、展馆等,由于面积较大室内布局复杂,常常会迷路,无法得知自身所处环境位置,遇到类似困扰的用户此时只需通过定位标签即可以在地图上看到自己在购物中心或展馆的位置,非常方便。

  9) 个性化导览导航

  在大型场所中,用户可能特想寻找店铺、产品或服务,比如购物中心化妆品区、机场停车场入口、展馆感兴趣展位,但由于环境陌生并不知道如何行走,这个时候,用户只要打开手机浏览器,在电子地图上找到目的地之后,点击一下目的地,系统将自动生成导购、导览或导航的路径,快速准确指引用户到达,地图上的位置信息跟随用户移动而移动,随时更新位置。

  10) 周边优惠信息查询

  消费者进入商场,需要了解附近区域内的商品促销信息时,打开终端APP,不需要输入网址,自动显示当前位置,以及周围有促销信息的商店位置和商品促销信息,不用耗费大量时间苦苦寻找。同时,可以浏览各种网站,获取更多信息。

  11) 精准投放广告、消费行为分析

  稳定准确的数据是进行数据挖掘分析的基础,U-Loc室内厘米级实时定位系统可以准确记录消费者在商场或某一店铺的停留位置和时间,为广告商提供顾客消费行为的原始数据,经过专业的智能云端客流统计分析系统,为广告商投送精准广告提供最为准确最具价值的数据。可以在第一时间发现销售过程中存在的问题,为店家营销工作提供科学的指导。

  12) 精准广告投放

  基于位置服务客流分析系统提供的数据,当消费者再次进入在商场时,主动触发广告推介功能,通过信息推介平台,把消费者感兴趣的商家、商品以及促销、打折等的信息推介到终端APP,消费者手持手机到达店铺即可享受打折服务,为商家带来更多的客源。

  13) 公共安全(火灾等突发危险事件)

  主要用于紧急情况发生时,快速定位求助者的位置,方便一线救援人员在救援现场快速开展准确的搜救行动,能大量缩短救援时间,抢救遇险者的生命。

  14) 室内巡检

  狱警巡检过程中,传统的监控设备是对讲机和视频存在弊端,无法得知狱警是否按照规定的路线、时间去巡检。狱警配备定位标签后,配合U-Loc定位系统,可以有效的监督巡检过程,有效的防止空班漏检现象,可以做到发现问题及时处理。

  15) 寻找走失的伙伴或宠物

  儿童或宠物可以带防拆腕带(如果腕带被拆或靠近门口,报警通知保安和家长),可以随时查找绑定标签的位置,并显示到达的路线,快速找回走失的儿童或宠物。

  16) 停车场车辆管理,大型车库停车位记录

  车辆停好后,打开终端APP,可在地图上查询并显示当前位置和停车位置及路线。

  17) 实时人员统计,动态点名、签到、考勤等等

  会议、展会、课堂、室外活动、旅游团等人员统计,可以实现即时签到、随时随地点名。可以比较应到人员名单,显示未到人员,并可以记录进入和离开区域时间,统计在场停留时间。

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