文｜上海酷想智能科技有限公司 叶玮

摘 要： 本文阐述了一种基于控制层的信息管理系统，并对系统的理论模型、系统程序及功能进行了分析。相比于传统智能仓储系统中信息管理系统而言，该系统具备传统信息管理系统的基本功能，能够满足中小型企业对智能仓储系统的基本需求，大大降低中小型企业前期建设资金投入，有效为企业减小资金压力；该系统所有数据均由控制层中央处理器直接采集并进行分析处理，省去传统智能仓储系统控制层与信息层之间大量的数据交互；所有系统数据均通过控制层进行维护，操作便捷，维护简单，有利于用户快速掌握和适应。目前，该系统已成功应用在某药企智能仓储系统中，效果符合系统前期设计要求，并得到用户认可。

关键词：智能仓储、控制层、信息、管理、理论模型

一、前言

随着新技术不断发展，物流仓储系统的智能化已逐步成为各行各业仓储模式的主流趋势，系统所具有的高效性、可靠性以及便捷性给制造业带来的不仅是行业内系统智能化展示，而且也为企业带来了巨大的经济效益。现代智能仓储物流技术也在不断追求创新和提高，以满足各行各业、各种规模大小的制造企业实际应用的不同需求。

信息管理系统主要服务于生产物料的管理，具有物流信息管理、物料信息管理、仓库数据管理功能。而在整个智能仓储系统中，传统的信息管理系统基于现代计算机网络与数据库技术，构建在先进的工业控制网上，接收来自调度系统的指令，经过一系列逻辑处理后向工业控制层的控制系统下发命令，起着承上启下的作用，是智能仓储系统的数据信息存储和处理中心。由于传统信息管理系统自身强大的功能以及其在传统智能仓储系统中的核心地位，导致制造企业如果要引进该系统，前期会产生较大的资金投入，后期也需要配备较多专业人员进行维护，对于生产规模较小的制造企业来说，无疑会带来很大负担。

基于上述背景，为满足中小型企业对智能仓储系统的需求，进一步将智能仓储系统推广到更多领域，本文提出了一种基于控制层的信息管理系统，该系统具备传统信息管理系统的基础功能，能够满足中小型企业引入智能仓储系统的基本需求，并且前期建设资金投入小，能够有效为中小型企业减小资金压力。由于系统数据全部由控制层中央处理器进行采集、分析和处理，所有数据维护由控制层管理人员通过现场人机界面直接完成，维护方便，维护成本低。所有系统数据通过控制层中央处理器进行分析处理，减少了控制层与信息层大量数据交互的工作。

二、信息管理系统理论模型分析

目前大部分系统采用条形码对货物和托盘对象进行跟踪，如上文所述，信息管理系统构建在先进的工业控制网上，所有系统数据信息通过控制层中央处理器进行采集、分析和处理，这就要求控制层中央处理器具有快速的数据分析处理能力。本系统控制层中央处理器选用西门子SIMATIC S7-1500系列产品，由于系统数据信息存储量较大，本系统考虑将最终系统数据存储到Microsoft SQL Database（以下称“SQL数据库”）中，系统理论模型如图1所示。

货物和托盘条码数据通过条码识别器进行采集，并将数据发送给中央处理器进行数据分析处理，待货物送至码垛系统完成码垛后，将货物条码与托盘条码进行绑定，便于后期系统维护时操作人员通过托盘条码数据查询托盘上的产品信息，已完成码垛的货物由中央处理器进行存储位置分配，待货物完成存储后将该信息存储到SQL数据库中。至此，全部完成货物由生产系统经物流输送系统、码垛系统最终进入立库区的标准流程。

在货物进入立库区之前，所有条码数据均需要控制层中央处理器进行处理和缓存。大量的条码数据信息处理是该系统功能的核心和关键，由于来自不同生产线的货物在进行码垛时不能码至同一托盘上，为了使货物进入码垛系统后能够快速准确地进行区分是来自哪条生产线，需要在对条码数据进行分类缓存处理，图2和图3分别列举了常见的两种缓存方式。

数据缓存方式一：将生产线编号和条码数据信息进行绑定到一起，然后缓存至数据缓存区，该方式的优点在于无需创建多个缓存区，所有数据均存放到一个缓存区，货物到达码垛区后直接到该区域进行数据查找比对。

数据缓存方式二：按照生产线数量创建多个数据缓存区，每个生产线的条码数据直接缓存到对应的区域，货物到达码垛区后需要从第一个缓存区开始进行数据查找比对，直到找到该条码为止。

两种缓存方式各自的优缺点，如表1所示。

通过对两种数据缓存方式优缺点的分析，结合本系统数据量大小，本文选取第二种方式进行数据处理。

三、控制层系统程序开发

程序开发使用西门子编程软件TIA PORTAL V16，该软件编程支持使用SCL编程语言，在对数据处理时较为方便。

1.数据缓存分区

条码数据缓存区分5个区，分别对应5条生产线，每个区定义300个条码存储区，该数量根据系统大小进行调整，如图4所示。

2.条码数据处理程序编写

来自生产线的货物，通过条码获取系统读取条码信息后发送至中央处理器，中央处理器将数据存储到与生产线相对应的缓存区，并对缓存区已存储条码数量进行统计，该区域数据按照先入先出原则进行数据存取，如图5。

3.托盘数据写入SQL数据库程序

图6为将完成码垛的托盘数据写入SQL数据库的程序及参数配置。

四、系统技术指标分析

该系统力求满足中小型企业对智能仓储系统的需求，应具备功能分析如下：

1.多生产线数据缓存功能

该系统采用多存储区多通道压栈方式对货物条码数据信息进行存储，每个数据既包含货物信息，还包含货物生产机组信息以及进入该系统的时间等信息，便于系统对数据进行分析处理。

2.码垛区数据自动筛选功能

物流输送系统已进入码垛系统货物的数据信息自动删除，信息删除后，后续数据自动向前补充，保证系统在进行货物分拣时能第一时间获取当前货物数据信息。货物进入码垛系统后，系统根据货物条码数据信息向码垛机器人发送货物箱型、码垛工位等信息。此外，操作人员可通过现场人机界面实时查询各通道缓存数据信息，对数据进行通道或生产机组筛选等操作。

3.缓存区数据智能统计功能

系统具备智能统计系统缓存区内数据量功能，货物进入和出系统或者操作人员进行系统维护删除缓存区数据后，系统自动更新缓存区数据并进行数量实时统计。

4.托盘数据写入SQL数据库功能

系统具备将已完成码垛的托盘条码以及托盘上货物条码绑定后写入SQL数据库的功能。

五、系统应用分析

该系统完成设计后成功投入到某药企新建智能仓储项目中，该药企具有3条生产线，生产系统产量大约为270件/小时，通过1个码垛机器人进行码垛。在智能仓储系统引入前，药品采用人工叉车运输和平库堆放的方式，人力成本高，货物存储占地面积大，工作效率低。为降本增效，企业决定引入智能仓储系统，但考虑到引入当前比较成熟的智能仓储系统（具备生产信息层、控制层）前期资金压力较大。通过综合考虑，决定信息层基本功能由控制层实现，即本文提出的基于控制层的信息管理系统，这样既满足对系统的基本需求，也减少了企业前期的资金压力。

医药行业药品监管码为20位条码，通过药监码中数据能够对不同批次的条码进行分类，药品进入输送线获取到条码数据后可以将药品和生产线号进行绑定，将绑定好的条码存入缓存区并进行数量统计，这样就能够对多条生产线数据进行分类缓存。等药品进入码垛区机器人抓取工位后，系统通过不同的批次号和生产线号对药品进行筛选，最终将同一批次、同一生产线号的产品码垛至同一托盘。待托盘码垛完成后，将托盘条码和药品条码进行绑定并写入SQL数据库。

至此，完全实现了货物从生产到存储的智能化，系统所具备的功能均符合前期设计技术指标要求，也能够满足用户对该系统的需求。系统自投入使用至今已有近三年，系统数据处理未出现异常，系统运行良好、运行稳定可靠，无需过多人为介入维护，系统操作简单，得到用户高度认可。

六、结论

本文提出的基于控制层的信息管理系统，具备传统信息管理系统的基本功能，能够满足中小型企业引进智能仓储系统的基本需求。并且，该系统前期建设资金投入相对较小，系统结构简单，所有数据均在系统控制层中央处理器进行分析、处理和存储，避开传统框架中控制层与信息管理层大量数据交互带来的不便，后期操作便捷，维护简单，有利于客户快速掌握和适应智能仓储系统为生产带来的经济性、可靠性。通过项目中的实际应用表明，该系统能够满足中小型企业对智能仓储系统的基本需求，系统运行稳定可靠，操作简便，实用性强。