导语
大家好，我是智能仓储物流技术研习社的社长，你的老朋友，老K。
今天我们就来讲一讲智能仓储物流系统的魂：数字化信息管理系统。
本文主要从如下结构讲述：
01 前言
02 魂之结构：自动化金字塔
03 魂之源：数据
04 魂之经络：工业网络
05 魂之中枢：WMS
06 魂之网：数字化网络
07 总结
01 前言
指挥一个系统去做事情，这很像人的大脑指挥身体各个器官做出行为一样。人在走路，奔跑，说话，微笑，吃饭等等一系列动作前，都是大脑在经过思考（信息处理）后做出的指令。
而在指令之前首先要人要获取外界的信息，经过眼耳口鼻皮肤等感受器，传递给周围神经网络，最后将信息交给大脑中枢系统进行分析后，大脑再反向将命令传递给外部器官。
设想一个场景：
一个举重运动员，在举起杠铃之前都要经历那些过程：
-听裁判员的指令
-用眼睛找杠铃的位置
-用手去杠铃上找一个舒服的抓取位置
-抓取发力
-腿部、腰部、上臂同时协调到合适的姿势
-在人身体能保持住的前提下，继续发力
-全身统一支撑住杠铃
-再次调动身体各处将杠铃放置于地面
在这个举重过程中，运动员要将全身脚、腿、腰、臂、腕、手掌、呼吸等等多个器官还有触觉、视觉、听觉等外界信息统一协调起来才能完成一个举重动作。
在此过程中，如果没有中枢神经的集中协调指挥，运动员要不够不到杠铃，要不不能正确的时机发力，要不抓起来会伤着自己。
智能仓储物流系统中与人体过程类似，一个大型系统中可能有几十万个设备、电机、子系统、传感器同时在线，同时要可能要掌控也许几百万的SKU的移动和当前状态，要使得海量的单元和机构能互相协调配合，背后同样需要一套强大的神经网络和中枢来运筹帷幄，这就是仓储物流系统中的数字化信息管理系统。
02-魂之结构
自动化金字塔
我们在中学学习生物的时候了解过，人体的神经系统有个组成图，从中枢神经系统到周围神经系统。
对于智能仓储物流系统，也有一个神经系统组成图，那就是非常经典的自动化金字塔结构。
结构主要包括：
最底层：
现场执行机构，比如电机、气缸，专机设备（机械手，AGV、机器人等），各类传感器
中间层：
主要负责收集现场信息并控制现场各类设备或者各类子系统，主要包括WCS（PLC、DCS等）
上 层：
主要负责仓储物流各环节的业务操作和数据汇总，主要包括WMS
最高层：
主要负责上层与实际生产业务的信息化宏观管理，比如MES，ERP等等
从金字塔结构中我们可以看到，越位于底层，各个单元越分散，与现场的物理实物越相关，此部分的实时性要求越高。比如众多的输送机分散在现场，对于其上要传输的物料进行实时的信息采集和相应的动作反应。
同时，越位于高层，该层关注的数据更加偏重业务层面，与现场的物理实物结合约不紧密。同时，高层的数据往往更加偏宏观、更加是为了付诸于仓储业务业务办理和数据统计。
对于智能仓储物流的数字化信息管理，我们主要集中讨论在上层WMS和中间控制层。上层WMS相当于人体的大脑中枢神经，中间控制层WCS相当于周围神经网络。
事实上，上位WMS在仓储物流系统中更加偏重于仓储业务管理，而尽量不去与现场硬件和实物发生直接的链接关系，而是经过中间的WCS来进行信息衔接。
如果WMS直接管理现场设备，如下图所示，
WMS与现场设备交融在一起，互相影响和互相牵制的因素增多。比如现场某个设备停机或者故障，可能会到导致整个WMS系统不能正常运行或者某些功能因此要停滞。
再比如，现场的某个设备升级或者换品牌后，之前的接口和使用方式发生了变化，此时也需要对WMS进行相应的程序修改和调试，很大程度上会影响现有WMS的正常使用。
再比如智能仓储系统在调试期，WMS的开发人员会被紧紧的绑定在现场所有设备正常运行的时候才能测试，不便于单独测试业务方面的功能；等等。
因此，将WMS与现场的实际设备进行分离是不得不做出的选择，分离的过程就是增加一个中间层，也就是上边的金字塔结构中的中间控制层WCS。这样仓储物流业务管理与底层的设备运行和信息采集就被某种程度上分离出来了，互相不影响。WCS就充当了这个衔接两者的桥梁，结构如下图所示。
WCS的基本功能包括接受WMS的作业指令，经过整理、组合、拆分，形成各自动化系统的作业指令，分发给各自动化系统。同时，接收各自动化系统的现场状态，反馈给WMS。
事实上WCS内部也是按照金字塔结构组成的，比如WCS作为上位，各个设备的控制器如PLC、嵌入式等作为中间层，各个执行机构和传感器作为最底层。
与上述的总金字塔结构类似，这样可以将各子系统和设备进行分离，便于系统的分离调试、维修、运行，使用。
03-魂之源
数据
系统要对外界做出反馈和动作，一定是有所依据的。人体通过对外界的视觉、听觉、触觉等等信息的接纳后，才针对性的做出反射动作。
对于智能仓储物流系统而言，物料该动不改动，设备运行不运行，什么时候运行，多块的速度运行，设备接收不接收新物料等等，所有的反应也都是有依据的，而依据就是当前的仓储物流中从大到小、从宏观到微观、从客观到人为的各方面的数据输入。
智能仓储物流系统中的信息来源主要有
01 工艺生产数据：
-设备状态数据
设备负载状态、现场传感器数据、报警数据等等
-设备运行数据
设备搬运任务执行状态、完成度、速度、时长、优先级，上下游的接口等等
-物流存储数据
从收货、入库、盘点、出库、拣选、分拣、打包、发货等全流程各个环节的业务数据，比如物流量、任务量、库存量、吞吐量等等。
-操作流数据
主要包括各级操作人员数据、操作日志数据等。
02 物料数据：
-物料的基本属性数据：
- l物料编号
- l物料描述
- l包装码
- l装箱组别
- l标准毛重
- l标准净重
- l标准体积
- l其他属性
-物料信息的载体
为便于管理和数据传递，通常用给物料上贴附标签来代表本物料的信息。目前最常用的是条形码、二维码、RFID。
通过读取标签上的号码后，再根据一定的规则，关联到后台数据库，即可以知道该物料的全部信息细节。
03：人为数据
以上提及的生产工艺数据和物料信息都是物理客观存在和按照一定的逻辑自动生成的数据，有些数据很重要但是无法依靠常规的逻辑生成，此时就需要有智慧的人来介入并辅助自动化系统一起完成更加的任务，比如综合性的一些决策输入就需要人工来输入。
人工输入给系统需要通过如下几大类：
- l按钮类
- l工控PC类
- l工业触摸屏
- l手持终端
这样，从系统的所有结构层面和所有各个业务环节的数据就都准备好了。
04-魂之经络
工业网络
数据在各个节点、各个环节、各个设备处产生后，需要汇总和传递才能被利用起来，因此首先要解决的是如何将这些数据节点链接起来。
这就需要工业网络将所有的节点串起来，通过各种通讯介质将这些设备或者子系统从物理层面打通，为数据交互铺平道路。
最常见的工业通讯链路方式为工业总线通讯和工业以太网通讯。
工业总线通讯：数据通讯的内容往往不止几个状态位能解决，而往往一方面是更复杂的数据信息，另一方面B可能与不止A一个终端通讯，这样就需要能高效的数据通讯的方式。在工业中，各种基于标准协议的总线就派上了用场。多数的工业总线都由主站、从站组成，经过一定的系统配置后，各个站点之间可以互相传递数据。
在仓储物流系统中，应用较广泛的有Profibus、Modbus，Can，ASI，RS232/485总线。
工业以太网：以太网是办公环境的主流标准，在上述的金字塔结构中，监控管理层往往都是建立在PC上的，因此监控管理层较适合以太网的应用，为通讯便利，金字塔从底层到最高层，如果能用统一的通讯方式能有诸多的好处。
另外在仓储物流自动化系统中，有一大类设备是机动性较高的，比如AGV，搬运机器人等等，对于机动性较高的设备能采用无线的通讯无疑是最佳的方案。
以上的场景无疑采用工业以太网是不二的选择。因此在仓储物流自动化系统中，工业以太网有非常大量的应用。工业以太网除了有以上的特点外，还具有通讯速率高，系统扩展性强的优点。
工业以太网有线的链接方式通常采用交换机、双绞线、光纤，网卡组合达成通讯链接，无线的链接方式通常采用无线AP，无线网卡的方式达成通讯链接。
下图为典型的一个智能仓储物流系统的通讯网络构架：
通过各种工业网络技术，将各种设备的控制器、传感器、子系统、单机设计、PC、服务器、手持终端、条屏、移动设备，AGV，机器人等等直接或者间接（通过转换）链接到总的工业以太网络中。
这样，底层系统的所有单元发生的实时数据可以通过一定的链路上传到控制层和WMS层，同时，上位WMS也可以将指令通过一定的链路下发到底层各个执行器或者控制器内。
05-魂之中枢
WMS
上文已经提及到，仓储物流系统中的数字化信息管理主要是集中在中间层WCS和上层WMS。
WCS的基本功能包括接受WMS的作业指令，经过整理、组合、拆分，形成各自动化系统的作业指令，分发给各自动化系统。同时，接收各自动化系统的现场状态，反馈给WMS。
WCS更多的是与现场的设备和物料发生关系，与业务层面的交集很少。有点类似于人体的周围神经系统。
而我们搭建整个的智能仓储物流系统的最终目的是为了服务仓储物流业务，因为作为与业务紧密相连的WMS的重要性不言而喻。
既然WMS是整个仓储物流系统的大脑和中枢，那它的主要作用就是思考和运算。
对于软件来讲，思考和运算主要是通过算法来实现的，WMS通过一定的数据算法，将各类数据进行计算，得出各种输出，主要为业务管理与报表数据呈现。
WMS的算法主要分为两大类。
一类是通用逻辑规则，比如物料存放不能超过库容，先进入的物料先被系统先录入，大件物料不能存放到miniload区域等等。
更加重要的是另外一种算法：业务逻辑规则。
比如：
入库规则
- l ABC 原则
- l 最短路径原则
- l 产品属性原则(重量、体积)
- l 产品相对集中原则
- l 包装规则
- l 产品属性规则
- l 订单类型规则
- l 递进式寻找库位
- l 库存合并规则
出库规则
- l先入先出
- l 先到期先出货
- l 指定批次出货
- l 包装规则(整货与零货分开，非标准包装规则)
- l 库位利用率优先
- l 动态拣选
波次规则
- l 定时规则：按照一个固定的时间周期将订单进行合并
- l 路线规则：按照收货人所在的路线进行订单合并
- l 订单数量规则：每个波次合并的订单总量控制
- l 订单行数规则：每个波次合并的订单行总量控制
- l 产品数量规则：每个波次合并的产品总量控制
另外还有
质检规则
周转规则
盘库规则
分配规则
补货规则
序列号规则
配送规则
盘库规则
等等。
数据经过逻辑和业务规则计算后，主要输出为业务管理和数据呈现两大方式。
业务管理包括：
基础设置：
- l客户档案
- l物料档案
- l批次属性
- l循环属性
入库管理
- l采购订单
- l收货质检
- l收货上架
库存管理
- l库存事务
- l库存移动
- l库存调整
- l库存盘点
- l库存冻结
出库管理
- l出库订单
- l货位分配
- l出库复核
- l出库单据
- l取货出库
拣选管理
- l上架拣选
- l装箱补货
- l盘点质检
数据呈现主要包括：
报表与查询
- l库位利用率
- l作业报表
- l进出报表
- l自定义报表
- l电子看板
- l预警管理
- l打印管理
事实上，WMS本来是集中在仓库的进出管理的，但随着智能仓储系统在各个行业的实战应用和商业环境的变化，当前的WMS也越来越复杂，同时也在逐步的往仓库的上游和下游的管理去衍生。
比如生产企业的WMS，由于仓储系统与生产工艺紧密关联，因此WMS会衍生出与生产工艺有关联的功能；
再比如大型的仓储物流中心，由于收发货频繁，月台的使用情况直接会影响仓内的各个环节的作业效率，因此某些WMS也会有对于月台调度管理的功能模块。
06-魂之网
数字化网络
不论是一个仓储物流中心还是在工厂中的仓储物流环节，说到底是为上下游提供一种服务。如果将仓储物流中心比作一个黑盒的话，这项服务就是为上下游环节实时的将正确的物料存进去和实时的取出来。
而要使这个黑盒能出色的完成服务，就需要对其进行精准的控制。精准的控制需要安插做够多的“眼线”在各个位置，也需要安插足够多的“警察”来监管黑盒子里发生的一切的流程。
而上文讲述的从结构、数据、网络、中枢都在服务于以上两点，潜移默化的形成了一张数字化网络，掌控了整个仓储物流各个节点和各个环节。
从节点来看，不论是底层设备、物料状态，人员操作，发生的每个时刻的数据都被捕捉到系统中，并被上传到中枢管理系统；
从业务流程来看，从收货、验货、入库一直到出库发货，所有的环节都被拆分成一步步的逻辑关系嵌套。每个业务环节都必须经过前后业务逻辑验证顺序才能办理完成，因此业务流程被全程管理和跟踪。
仓储物流本质是提供针对物料的一种服务，那追求服务质量自然是核心。“人机料法环”是影响质量的五个最重要的要素。
而这张数字化网对于“人机料法环”都进行了控制和跟踪。
人
数字化信息管理系统将仓储物流系统中的业务操作形成标准化，一方面极大的降低了对人的操作难度要求，一方面通过数字化的形式直接辅助人员进行决策，同时也对人员自身的角色进行了定义和分配。
比如有了WMS系统，人员无需记录库内每个货位分区，也无需自己去思考拣选时该先做哪一个订单行，也无需考虑自己该不该做某些工作。
机
智能仓储物流中心里的设备主要是各种搬运、输送设备，自动化金字塔结构将底层设备与上层WCS与WMS串在一起。现场都是设备不仅实时被监控，同时也按照上位的指令进行动作执行。
同时设备出现故障和异常后，可以在直接在以虚拟化的形式直接呈现给维护人员，便于设备的及时恢复和维护。
料
物料通过条码、二维码、RFID等介质，通过各类传感器对物料进行扫描信息采集后，被信息管理系统全流程跟踪。
法
智能仓储物流系统的信息管理系统将从收货、验货、入库一直到出库发货，所有的环节都被拆分成一步步的逻辑关系嵌套。对于自动化设备负责的物料处理，则一定按照严格的程序执行；对于需要人工处理的，信息系统也会将其拆分成可执行的单个步骤供人员依据执行。
环
物料的存放位置、搬运过程都是在系统提前设定好的条件下存放的，比如不同工艺要求的物料被自动存放到正确的库房位置处。
对于环境控制较为敏感的仓储物流环节，通过一定的现场传感器也可以直接并入到现在的网络中，并将实时的环境传感数据上传到上位信息终端如WCS监控系统，以供人员对现场的环境有效的进行实时监控管理。
07-总结
近些年来，为了进一步提高产品的性能和质量，同时节约成本、提高运营效率，数字化建设成为了各类企业的核心需求。而WMS之类的仓储物流信息系统的应用，成为了仓储物流环节数字化化建设的一个核心要素。
智能仓储物流系统的数字化信息管理系统，通过数字化仓库作业过程管控，借助条码化和智能化技术手段，实现仓库作业条码化、作业过程透明化、库存管理精准化、数据采集自动化和仓库信息集成化。
同时可以为企业提供数据管理、标签管理、库内管理、出入库管理、批次管理、追溯管理、绩效管理、报表管理等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的仓库协同管理平台。
智能仓储物流系统的数字化信息系统，终极目标是实现智能化的业务自动管理和操作。
这些根本上算是计算机、自动化等技术在这一业务方面的具体应用和功能实现。而在这一切功能的实现前提下，是无数的工程师在各种应用场景和流程下的不断功能迭代，功能实现背后可能数十年的对于计算机应用软件、代码编写、语言开发、数据库的设计和数据的算法等等的长期研究。
