CC BY
37Н.А. Карпович
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКЛАДОМ
НА ОСНОВЕ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
ЛОГИСТИКИ
Складские операции должны измениться в связи с растущей сложностью и разнообразием заказов клиентов. Потребность в данных в режиме реального времени и контекстуальной информации возрастает из-за строго индивидуальных заказов, которые, как правило, имеют небольшой размер партии, но отличаются большим разнообразием товаров. Поскольку заказы часто меняются в соответствии с требованиями заказчика, синхронизация заказов на поставку для поддержки производства с целью обеспечения своевременного выполнения заказов имеет большую важность. Цель этой статьи - предложить систему управления складом на основе Интернета вещей (IoT) с передовым подходом к анализу данных с использованием методов вычислительного интеллекта для обеспечения интеллектуальной логистики для индустрии 4.0.
Ключевые слова: интернет вещей; система управления складом (WMS); малый объем, высокий ассортимент; индустрия 4.0; интеллектуальная логистика.
Введение. Чтобы повысить производительность и соответствовать меняющимся потребностям клиентов нужно, соответствующим образом разрабатывать дизайн продукта, его производство, упаковку и распределение. В 2011 году в Германии была внедрена новая концепция "Индустрия 4.0". В контексте Индустрии 4.0 будущая логистика, касающаяся того, как различные объекты транспортируются, обрабатываются, хранятся, поставляются, реализуются и используются по всему миру, может быть изменена с помощью физического Интернета для повышения эффективности и устойчивости логистики, киберфизи-ческих систем и Интернета вещей (IoT). Важно сделать возможным, чтобы такие важные для отрасли элементы, как материалы, датчики, машины и продукты, или с точки зрения физических интернет-контейнеров, были подключены и взаимодействовали друг с другом. Все подключенные элементы можно отслеживать и контролировать, чтобы производители могли знать модели и производительность. Благодаря децентрализованному интеллектуальному принятию решений индустрию 4.0 можно охарактеризовать как растущую цифровизацию и автоматизацию производственной среды, а также создание цифровой цепочки создания стоимости, которая обеспечивает связь между продуктами, окружающей средой и деловыми партнерами.
Индустрия 4.0 представляет собой грядущую четвертую промышленную революцию путем внедрения Интернета Вещей, информации и услуг для следующей производственной парадигмы. Децентрализованный интеллект помогает создавать интеллектуальные сети и оптимизировать независимые процессы, а взаимодействие реального и виртуального миров представляет собой новую важную веху в развитии отрасли. Индустрия 4.0 представляет собой сдвиг парадигмы от "централизованного" к "децентрализованному" производству, ставший возможным благодаря технологическим достижениям, которые представляют собой изменение традиционной логики производственного процесса. Промышленное производственное оборудование больше не просто 'обрабатывает' продукт, а продукт взаимодействует с оборудованием, чтобы точно указывать ему, что делать. Индустрия 4.0 внедряет встроенную систему с новейшими производственными технологиями. Интеллектуальные производственные процессы прокладывают путь в новую технологическую эпоху, которая радикально изменит отраслевые и производственные цепочки создания стоимости и бизнес-модели.
Помимо производства, входящая логистика и исходящая логистика играют важную роль в выполнении заказов клиентов. Роль склада резко изменилась из-за сложности и разнообразия заказов клиентов, спроса на информацию в режиме реального времени и точности данных. Таким образом, возникает проблема, связанная с тем, что традиционное ручное управление приводит к низкой эффективности работы склада и больше не отвечает требованиям заказчика.
© Н.А. Карпович, 2022.
Современная система управления складом (WMS), используемая производителями, необходима для поддержки изменений в производственных заказах и повышения эффективности работы склада. Как правило, WMS всегда ассоциируется с технологией автоматического сбора идентификационных данных, чтобы улучшить контроль запасов и свести к минимуму ручное управление. Целью данного исследования является оценка эффективности системы управления складскими запасами на основе Интернета вещей для ситуаций с малым объемом и большим ассортиментом продукции, с которыми сталкиваются производители, чтобы добиться лучшей производительности, операций по приему, хранению и комплектации на складе.
Кроме того, процесс комплектования заказа является самым уязвимым местом в работе склада. Поэтому я предлагаю рассмотреть WMS, интегрированную с методом нечеткой кластеризации, чтобы предложить наиболее подходящий метод комплектования заказов и повысить эффективность процесса комплектования заказов. С помощью предлагаемой системы WMS можно управлять складской деятельностью, включая прием, хранение и комплектацию заказов, а также улучшать ее.
Ввиду трудностей, описанных выше, ручное управление должно быть заменено усовершенствованной WMS. Устройство Интернета вещей может предоставлять информацию о местоположении сборщиков заказов, а также непосредственно всех внесенных в базу товаров, что позволяет повысить эффективность процесса комплектования заказа. С другой стороны, основная проблема заключается в высокой загруженности работников. При ручном управлении очень часто работник размещает продукт случайным образом, и процесс выбора зависит от памяти и опыта работника. Таким образом, дальнейшая операция по сборке заказа занимает очень много времени, а рабочая нагрузка работника выше по сравнению с высокоавтоматизированным складом. В результате моральный дух работника будет снижен, что приведет к высокой текучести кадров.
1. Трудности складской эксплуатации в эпоху индустрии 4.0.
Точность инвентаризации, использование пространства, управление процессами и оптимизация сборки являются основными задачами современного управления склада. Гибкая стратегия цепочки поставок становится необходимостью. Чтобы поддерживать бесперебойную входящую и исходящую логистику, необходимо повысить гибкость в меняющихся условиях и сократить общее время цикла системы цепочки поставок. Сеть киберфизических систем (CPS) становится посредником для подключения людей, объектов и физических процессов в складских операциях через IoT. Появление сети CPS способствует оперативности и гибкости WMS. Переход от традиционной WMS к CPS-WMS требует интеграции технологических и административных инноваций, и это становится основной проблемой при проектировании WMS. К ним относятся правильный выбор технологий CPS, анализ окружающей среды, своевременный поток информации и гибкость.
1.1. Технология CPS в WMS
Внедрение CPS-WMS помогает наладить сотрудничество между людьми, интеллектуальными машинами и роботами, что очень важно в работе интеллектуальной WMS. Рассматривая основные тезисы технологии в поддержке разработки CPS-WMS, общие технологии включают радиочастотную идентификацию/ связь ближнего поля (RFID/NFC), беспроводные сети датчиков и исполнительных механизмов, IoT и облачные вычисления. Сеть CPS объединяет рост аналитики больших данных с этими отдельными ключевыми технологиями, позволяющими получить представление о более выгодном предложении, аналитических возможностях и процессе принятия решений.
1.2. Окружающий интеллект
Наличие технологии CPS в WMS помогает облегчить отслеживание и прозрачность складских операций за счет использования окружающего интеллекта. Неоднородность и составляемость системы окружающего интеллекта позволяют системе обнаруживать действия и взаимодействия внутри склада. Кроме того, система содержит несколько синхронных решений.
Если разработана неправильная программная платформа, во время работы системы может возникнуть состояние взаимоблокировки.
1.3. Обмен информацией в режиме реального времени
С целью сохранения высокого уровня гибкости в CPS-WMS сеть CPS требует мониторинга информации в режиме реального времени и видимости системы CPS среди всех операций и видов деятельности в WMS. Важное значение имеет расширенная возможность сбора данных между физическими операциями и визуальной системой. Обмен информацией в режиме реального времени обеспечивает поддержку правильных решений и реагирование на меняющиеся требования клиентов.
2. Структура предлагаемой WMS
Цель этого исследования - оценить эффективность WMS на основе Интернета вещей для складов с малым объемом и большим ассортиментом продукции. Из-за сложности синхронизации данных Интернета вещей в этой WMS отслеживание состояния и подключение киберфизической системы чрезвычайно
важно для поддержания согласованности данных. Вот почему предлагаемая WMS-система на основе Интернета вещей крайне желательна.
2.1. Рабочий процесс для складов с низким объемом товаров, но большим ассортиментом
Складская деятельность включает в себя деятельность по входящей зоне и деятельность по исходящей зоне, такую как прием, хранение, проверка качества, комплектация и отгрузка. Однако в промышленных условиях с низким объемом и большим ассортиментом, помимо зон ввода и исходящих заказов, внутренняя обработка является еще одной очень важной частью управления складом, поскольку эта конкретная конфигурация склада обеспечивает большую гибкость при изменении заказа на поставку.
Когда на такие склады поступает новый заказ, спецификация формируется на основе требуемого количества различных видов сырья, чтобы производственный процесс мог начаться вовремя, без каких-либо задержек. Если необходимые материалы имеются в наличии, операции по комплектации осуществляются из магазина "Входящие" или субмагазина. После проверки текущих запасов, если количество требуемых материалов является недостаточным, генерируется заявка на недостачу. Это запускает входящую логистическую деятельность, так что оставшееся количество материала будет получено впоследствии. В промежутках внутреннее ПО отвечает за изменение заказов. Если клиенты требуют возврата, выталкивания или отмены определенного заказа, заказ адаптируется к различным ситуациям, чтобы обновить соответствующую информацию. Обновление заказа приводит к новым входящим складским операциям, которые соответствуют новому заказу.
2.2. WMS на основе Интернета вещей
В высоконадежной и гибкой промышленности, производящей малообъемные и высокопродуктивные смеси, используемые сырьевые компоненты и полуфабрикаты выпускаются в небольших количествах с большим разнообразием. Обмен информацией и ее обновление являются важнейшей проблемой при обработке новых заказов, в то время как изменения заказов происходят всегда. Предлагаемая WMS на базе интернета вещей полностью использует технологию RFID и беспроводные датчики для отслеживания необработанных деталей, полуфабрикатов и готовой продукции. Встроенная система помогает собирать всю информацию об изменениях и обновлениях складской деятельности. Благодаря технологии Интернета вещей все поступающие детали и действия контролируются, а несоответствие, вызванное изменением или обновлением заказа, может быть автоматически обработано и устранено с помощью предлагаемой системы.
В среде Интернета вещей все детали маркируются RFID-меткой. Детали или изделия идентифицируются с помощью антенны RF-считывателя, а затем информация передается на считыватель радио идентификации, а затем через промежуточное программное обеспечение RFID на информационный сервер EPC. Затем хост-приложение интегрирует приложения в соответствии с различными потребностями.
Поскольку предлагаемая система предназначена для сценария с малым объемом и высоким ассортиментом, что является типичной ситуацией, с которой сталкиваются производители в эпоху Индустрии 4.0, настройка заказов требует высокой гибкости обновления информации. Вот почему информация, собранная с помощью RFID, может быть изменена или удалена уполномоченным персоналом с помощью мобильных приложений в любом месте и в любое время. Для синхронизации и оптимизации запасов данные и информация вводятся в интеллектуальный механизм управления запасами для решения задач изменения заказа и комплектации, среди которых кластеризация данных и некоторые методы машинного обучения, а также система нечеткого вывода применяются для обработки информации в процессе поддержки принятия решений. Выходные данные передаются обратно в основное приложение и делятся результатами с мобильными приложениями. Следовательно, персонал, задействованный в этой WMS на основе Интернета вещей, может получать соответствующую информацию о действиях.
3. Тематическое исследование.
В этом разделе обсуждается и изучается выдуманная производственная компания, пускай у неё будет название ABC. ABC является авторитетным производителем коробочной сборки и производства оборудования, который специализируется на услугах по контрактному производству с высоким качеством и малыми объемами и интеграции оборудования. Благодаря тому, что в организации высокий ассортимент товаров с низким объемом, компоненты производственного материала накапливаются на складе в огромных количествах. В связи с высокой сложностью сырья и полуфабрикатов ABC сталкивается с трудностями в поддержании запасов на разумном уровне.
Режим производства ABC с низким объемом и высоким ассортиментом определяет процесс управления запасами материалов, основанный на заказе. Благодаря технологии Интернета вещей материальный поток контролируется, и в то же время информационный поток в компании прозрачен, что позволяет специалистам по планированию быстро реагировать на любую новую ситуацию. По сравнению с традиционным прогнозированием и планированием IoT позволяет пользователям получать более релевантную кон-
текстуальную информацию об окружающей среде с помощью датчиков, управляющих устройств и вычислительных инструментов для обеспечения разумного поведения. Точные методы прогнозирования позволяют рассчитать потребность в материалах для массового производства. Однако ABC сталкивается с типичными ситуациями малого объема и большим ассортиментом, и прогнозировать их нелегко, поскольку неправильное прогнозирование всегда приводит к лишним большим запасам. Вот почему ABC работает в режиме, управляемом заказами, который требует возможности мониторинга материалов в режиме реального времени и возможности быстрой обработки изменений заказа. При таких обстоятельствах предлагаемая WMS на основе Интернета вещей внедряется в ABC для мониторинга широкого спектра материалов и автоматической обработки различных сценариев. В этом разделе обсуждается, как предлагаемая WMS на основе Интернета вещей работает для ABC.
3.1. Механизм обработки для синхронизации данных
Изначально, товар принимается и временно хранится в зоне приема на складе. Затем работники проводят проверки, такие как проверка качества и подсчет количества поступающих товаров. Если имеются дефекты или несоответствие требованиям к покупке, товар будет возвращен производителю. Если товар соответствует требованиям и прошёл проверку уровню соответствия, складской процесс будет продолжен.
В складском процессе работники используют технологию RFID для записи информации. В этом процессе существует потенциальная ошибка, такая как запись запасов выше или меньше, чем фактический полученный запас. После того, как работник запишет информацию о товаре, необходимо проверить, правильна ли запись или нет. Если запись верна, складской процесс завершен. Если запись неверна, работник находит неправильную запись и удаляет ее. После процесса удаления работник повторно регистрирует товар.
Между тем, задействован информационный поток. Как только работник использует технологию записи информации о товарах, такой как место хранения и количество товаров, вся информация проходит через беспроводную сеть в WMS. Как только данные записаны в модуль сбора данных, данные передаются в модуль выбора заказа в качестве входной переменной, и затем генерируется наилучший метод выбора заказа.
3.2 Механизм внутренней обработки для синхронизации данных
Когда клиенты ABC запрашивают определенные заказы, затрагивающие небольшой объем товаров, но разный ассортимент, ABC создает множество заданий в рамках заказа в ERP-системе с соответствующей информацией, такой как номер позиции, запланированная дата начала, требуемое количество и т.д. Через ERP-систему ABC необходимые элементы, такие как количество в наличии, время выполнения заказа и затраты.
Обычно для конкретного заказа запросы создаются одновременно, чтобы получить целостное представление о любых нехватках. Как только возникнет нехватка определенного товара, будет сгенерирован запрос на данный товар. Но в ситуации с малым объемом и высоким ассортиментом элементы всегда используются в разных заказах. Из-за разных запланированных дат начала дата потребности в одном и том же товаре будет разной для разных заданий. Это означает, что один запрос товара будет использоваться в несколько рабочих запросах. Однако из-за различных сроков поставки товаров, заказ, обещанный поставщиками, не может быть подтвержден в определенное время. ABC сталкивается с проблемой, заключающейся в том, что для конкретного заказа не все запрошенные товары могут прибыть вовремя, чтобы уложиться в запланированную дату начала. Если товары по одному запросу прибудут позже, чем по другим запросам, это приведет к ожиданию недостающих. Это важнейший вопрос для обеспечения высокого уровня инвентаризации для ABC. Поэтому ABC хочет иметь ПО, которое помогло бы им решать такие проблемы.
3.3. Механизм нечеткого вывода, применяемый для процесса выбора ABC
В этом тематическом исследовании, чтобы выяснить, какой тип политики комплектования заказов наиболее подходит для ABC, используется и анализируется контекстуальная информация. Количество заказов и артикул извлекаются из WMS. Таймер используется для записи операции подбора персонала, и устройство Интернета вещей может определять количество работников на складе. Интегрируя информацию из WMS на основе Интернета вещей, система может помочь проанализировать, какая комплектация заказа является более подходящей, сравнивая приоритет строгой комплектации заказа и комплектации партии. Таким образом, склад готовой продукции компании ABC должен внедрить систему комплектования партий в управление складом, чтобы повысить эффективность деятельности по комплектованию заказов.
3.4. Гипотетическая оценка системы
Чтобы оценить производительность WMS на основе Интернета вещей, в компании-производителе должны проводиться тематическое исследование. В нашем случае опишем, как это могло бы улучшить производительность и эффективность работы компании, основываясь на существующей практике.
3.4.1. Повышение эффективности процесса получения
Использование WMS на основе Интернета вещей, может свести к минимуму время получения товара. Поскольку традиционно на складе готовой продукции используется ручная запись, это отнимет много времени, а среднее время приема составляет от 5 до 10 минут. Используя WMS на основе Интернета вещей, процесс приема может быть упрощен, поскольку данные могут автоматически собираться и вводиться в WMS, а среднее время приема может быть значительно сокращено до 3-5 минут.
3.4.2. Повышение эффективности выполнения заказа
3.4.2.1. Скорость сборки заказа
Скорость сборки заказов может быть значительно повышена за счет применения WMS на основе Интернета вещей. При использовании WMS местоположение товаров четко отображается в системе. Таким образом, работник может сэкономить время на сборке заказа, а не тратить часы на поиск нужной вещи в складских помещениях.
3.4.2.2. Точность сборки заказа
Неправильная идентификация продукта может быть сведена к минимуму с помощью WMS на базе интернета вещей на складе готовой продукции. Поскольку существует множество артикулов, и эти артикулы очень похожи, это может привести к тому, что работник ошибется с товаром и доставит клиенту не тот товар. Если товар не отправлен, система выводит сообщение, чтобы сообщить работнику, что он выбрал не те товары. В конечном счете это может снизить вероятность выбора неправильного товара из-за неправильной идентификации.
3.4.3. Точность инвентаризации может быть улучшена
Используя WMS на основе Интернета вещей, это может снизить вероятность неточности записи из-за плохого рукописного ввода или плохой целостности данных. Технология, основанная на 1оТ, может помочь работнику автоматически записывать информацию о запасах, поскольку ему достаточно использовать портативное устройство для сканирования товаров. Поскольку весь процесс не требует ввода данных и, следовательно, ошибки при записи сильно уменьшатся в количестве.
Вывод
Операции склада должны изменяться соответствующим образом из-за сложности и большого разнообразия заказов клиентов, а также спроса на информацию в режиме реального времени. Таким образом, традиционное ручное управление складом больше не подходит производителям в эпоху индустрии 4.0. Поэтому, инновационная WMS очень важна для повышения эффективности и обеспечения индивидуального выполнения заказов.
В этой статье предлагаемая WMS была гипотетически интегрирована с методом нечеткой логики для выбора наиболее подходящего метода подбора заказа, тем самым повышая эффективность процесса подбора заказа. На основе результатов тематического исследования в этом исследовании подразумевалось, что WMS может помочь обеспечить лучшую эффективность работы склада в отношении как материальных, так и нематериальных выгод. Что касается ощутимых преимуществ, то это может улучшить выполнение заказов, таких как скорость заполнения заказов и точность заказа. Кроме того, это может увеличить время получения, точность инвентаризации и производительность склада при комплектации заказов. Что касается нематериальных преимуществ, то это может улучшить способ упаковки, а запасы можно отслеживать с помощью ЯРГО. Поскольку это исследование в основном сосредоточено на практических приложениях и операции комплектования заказов, политики маршрутизации и хранения подробно не обсуждались. Однако распределение пространства и сокращение расстояния перемещения очень важны для повышения производительности склада.
Внедрение искусственного интеллекта станет одним из будущих направлений, позволяющих автоматизировать интеллектуальную логистику и информацию, чтобы оптимизировать работу склада с более высокой эффективностью, производительностью и меньшими затратами в долгосрочной перспективе. В целом, внедрение Интернета вещей и робототехники является основным направлением будущих исследований для дальнейшего повышения эффективности складских помещений.
Библиографический список:
1.Гордеев А.: Спрос на склады в России достиг самого высокого показателя за 10 лет. https://www.ve-domosti.ru/realty/articles/2020/02/18/8 . (2020).
2.Мартинс Р., Перейра М.Т., Феррейра Л.П., Са, Дж.К., Сильва Ф.Дж.Г.: Улучшение логистики складских операций на фабрике по производству пробковых пробок. (2019)
3.Мурциса, Д., Самотракиса, В., Зогопулоса, В., Влаху, Е.: Проектирование и эксплуатация склада с использованием технологии дополненной реальности: тематическое исследование бумагоделательной промышленности. (2018)
4.Лотоцкий В., Сабитов Р., Смирнова Г., Сиразетдинов Б., Елизарова Н., Сабитов Ш.: Модель автоматизированной системы управления складом и прогнозирования в условиях перехода к индустрии 4.0. (2019)
5.Торабизаде М., Мохд Ю.Н., Маарам А., Шахарун М.А.: Определение показателей системы устойчивого управления складом и предложение нового метода взвешивания. (2020)
6.Фрейтас, А.М., Сильва, Ф.Дж.Дж., Феррейра, Л.П., Са, Дж.К., Перейра, М.Т., Перейра, Дж.: Повышение эффективности на гибридном складе: тематическое исследование. (2019)
7.Който, Т., Вьегас, Дж.Л., Мартинс, М.С.Э., Кунья, М.М., Фигейредо, Дж., Виейра, С.М., Соуза, Дж.М.С.: Новая платформа для интеллектуальной автоматизации. (2019)
8.Мирзаи, М., Заерпур, Н., Костер, Р.: Влияние интегрированного распределения хранилища на основе кластеров на производительность склада запчастей для комплектовщиков. (2021)
КАРПОВИЧ НИКИТА АНДРЕЕВИЧ - студент, Санкт-Петербургский государственный экономический университет, Россия.
