基于物联网的仓库中具有安全兼容性约束的产品分配计划外文翻译资料

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于物联网的仓库中具有安全兼容性约束的产品分配计划

摘要

仓库管理系统(WMS)中最相关的主题之一是安全问题,它涉及可持续系统中产品和人员安全的最佳放置分配。由于人为错误或产品错位导致的计划外移动,集中式WMS中产品放置的虚拟视图与设施中的实际情况之间经常存在差异,因此我们提出了一种用于产品存储分配的反应性和兼容性约束方法。我们的目标是减少主要用于WMS的浮动位置的大小,避免因产品不兼容而产生的危险事故的固有风险,然后将总物流成本降至最低,并在安全监控下保证更高的仓储服务水平环境。这项工作提出了一种用于具有兼容性约束的产品分配计划(PAP/CC)的多代理架构,该架构基于与兼容性测试相关的代理之间的协商,使用产品放置决策机制。这种方法代表了在动态和反应性环境中对仓库进行分散管理的改进关键。为了解决产品分配操作的安全问题,定义了依赖于物联网(IoT)基础设施和多代理系统的协商机制。物联网平台的工业部署代表了分散管理和支持产品和货架之间协作的理想解决方案。使用NetLogo环境提供了所提出的交互机制的模拟案例,该环境为控制代理和描述它们在图形环境中的交互提供了许多优势。

关键词：WMS、物联网、多代理、协商机制、仿真、NetLogo。

1. 简介

如今,仓库的设计和运营在整个供应链系统中扮演着重要的角色。出于这个原因,许多研究人员不仅通过数学建模,还通过人工智能建模和基于协作的谈判架构来解决其问题[1]。降低物流成本的关键目标和关键问题是保证有效的仓库管理[2]。在这种情况下,要考虑的两个最重要的方面是库存管理和优化产品分配。存储操作期间的最佳产品分配可以通过降低库存水平来降低存储成本,同时保持定义的服务水平[3]。

根据可持续和安全政策,由于危险产品的处理和存储,以及产品的相互作用和人为干扰,仓储操作中的重大事故风险具有挑战性。其中[4]引入了安全意识系统的概念,目的是保证仓库的安全性能,避免致命的事故后果。在成本和安全方面,仓库中的有效产品分配可以减少搬运检索和存储时间,同时平衡仓库中的不同活动。

本研究旨在为WMS中的智能物流和安全问题提供新的解决方案,使用基于约束的协商机制,在物联网(IoT)背景下通过通信对象方法支持危险工业环境和绿色环境问题[5]。这项研究工作是在与化学工业的联合工业大学研发计划中进行的。

本文的结构如下。在第2节中,我们详细介绍了WMS中的相关挑战和趋势。第3节回顾了基于物联网基础设施的多代理架构,用于在协作仓储环境中实现具有兼容性约束(PAP/CC)的产品分配计划,并展示了为什么以及如何将其用于此类问题。我们提出了一种多代理架构的改进,用于解决仓库中产品分配问题,实现具有兼容性约束的交互机制,并考虑人工操作代理。在第4节中,使用NetLogo平台描述了一个应用案例的模拟.最后,第5节给出了结论和未来工作的展望。

2. 仓库管理系统的挑战和趋势

本节介绍了未来WMS中不同挑战和趋势的最新技术。许多研究人员将他们的工作重点放在仓库中运行的不同操作上,包括接收、存储、拣选和运输[6]。由于客户参考资料的快速变化,他们的挑战集中在解决不同的问题上,仓库公司收到的订单越来越表现出与巨大订单规模和产品种类相关的特殊特征,有时要求更短的响应时间或在初始创建和放置后进行更改命令。在[7]中,提出了一种分布式自适应策略,旨在解决拣货和存储位置分配问题。除了基于代理的流程逻辑建模之外,该策略还利用产品智能概念进行实施。根据他们的说法,产品将根据与货架和其他产品的协作和协商来决定其存储位置分配。在下一节中,我们将解释产品分配问题、产品之间的兼容性限制以及物联网基础设施对基于RFID、无线传感器网络(WSN)和多代理系统的协同仓库PAP/CC履行的重要性。

2.1 产品分配问题

产品分配问题包括将产品分配到位于仓库中的不同货架位置,同时最小化处理成本和最大化空间利用率。基本原则是,为了减少处理操作的总时间,必须将高需求产品分配在靠近进/出门的货架槽中[2]。 从一般范围来看,产品分配问题可以通过考虑有关存储区域（仓库布局）、存储货架和插槽（位置、数量、大小、可访问性、可用性、尺寸等）的信息来形式化,产品供应的需求、数量和时间。许多研究工作都集中在使用集中式和分散式方法解决这个WMS问题。

首先,为了改进集中式WMS,[8]解决了零售行业案例研究中已经检验过的仓库位置问题。使用了一种计算仓库灰色关系等级的精确方法,仓库影响的最佳替代方案将取决于其等级的伟大顺序。在[2]详细介绍了具有兼容性约束的仓库中产品分配问题的数学方法。在[9]中处理了浮动库存分配概念,该概念利用多式联运在零售商需求之前在供应链中部署库存。通过这种方式,响应时间减少,存储成本也可以通过将产品放在管道中来降低。

另一方面,为了改进分散和协作的仓库管理, [6]使用了智能产品(IP)范式,以应对WMS改进所需的不同挑战。IP概念首先在[6]中用于WMS上下文中,以改进存储位置分配和拣选操作的调度和控制。与经典的集中式WMS相比,当发生高度不确定性和不可预测的事件、变化和中断时,从根本上分布式的 IP 方法被认为具有更高的性能。IP方法可以降低供应链运营成本[10],但也意味着复杂性的增加与托管IP数量的增加直接相关。使用智能产品概念的优势在于确保信息、通信和决策能力接近物理世界,从而减少决策延迟并提高解决局部动态中断的效率,同时避免集中所有信息的固有风险。在[11]中,提出了一种基于物联网基础设施的自下而上的方法来完成订单,包括协作仓储环境中的拣货-包装-运输阶段。

我们可以注意到以前的工作中的一些限制,例如在这些产品分配方法中缺乏针对风险的安全和安全考虑。

2.2.兼容性限制

与产品分配操作相关的最典型约束是货架和槽位容量、浮动位置大小、手推车容量、存储时间、产品兼容性和产品分配策略hellip;hellip;因此,在存储操作的实际环境中应该会出现很多限制。许多研究工作都集中在具有兼容性约束的产品分配上。在[2]中,巧克力存储情况的解释是牛奶巧克力和黑巧克力产品不应分配在相邻的插槽中以维持其质量。这种情况也发生在危险的化学产品工业仓库[12]或核反应堆[13]中,必须尊重产品之间的不兼容性。在我们的工作环境中,化学产品在接触时会发生剧烈反应。因此它们必须分开存放。要采用的存储策略包括避免将不兼容的产品分配到相邻的事实,然后建立隔离策略[14]。这项工作要解决的约束不仅涉及产品之间的兼容性,还涉及浮动位置尺寸的最小化。实际上,浮动位置问题是一个分配问题,其中一个项目可以分配到多个位置（浮动位置）。然而,要分配的项目与位于可能分配位置的相邻槽中的产品之间的兼容性测试代表了减少浮动位置问题的最佳解决方案。

2.3.物联网基础设施

物联网基础设施将RFID技术与WSN、通信对象范式和多代理系统相关联。 RFID 技术可以在物联网基础设施中发挥重要作用,作为一种通信手段和供应链成本的数据提供者[15]。在[16]中,提出了使用RFID技术结合物联网和云计算。旨在实现产品的自动识别,获取产品和仓库所需的信息,解决产品识别、信息实时获取等诸多问题。通信对象范式允许将不同的物理世界对象（人类用户、手推车、货架和产品）连接到物联网基础设施,从而受到监控和潜在控制。在[5]中提出了一种通信对象模型。该模型既适合涵盖对象到对象(O2O)、对象到环境(O2E)和对象到人(O2H)依赖关系的安全问题,也适合旨在改进其内部产品管理的智能反应物流功能仓库。这个模型的灵感来自物联网欧洲参考模型架构,其特定应用侧重于危险和化学风险背景下的物流和安全问题。最近,文献中提出了物联网基础设施,以提高仓库管理的竞争力和响应能力。文献[17]提出了基于物联网技术的现代烟草物流综合管理平台。在这项工作中,环境智能范式与RFID技术相关联,以增强仓库事故处理、仓库业务流程,并与整个供应链中处理的产品进行透明交互 [18]、[19] [20]。在[21]中,提出了一种基于物联网的智能仓库管理系统,旨在简化货物库存,提高仓库自动化管理水平。在[11]中,协作仓库平台代表了工业中基于代理的管理的实际应用,其中物联网基础设施提供了一个理想平台的开发,以实现基于自下而上方法的多代理系统,用于协作仓库管理。在这项工作中,将定义基于物联网IoT）础设施和多代理系统的协商机制,以解决产品分配操作的安全问题。物联网平台的工业部署代表了仓库分散管理和创建产品和货架之间的协作以保证 PAP/CC 效率的理想解决方案。

3. PAP/CC 基于物联网的多代理架构

在本节中,我们旨在使用基于物联网基础设施的 WMS 中的多代理架构来解释PAP/CC的产品代理和货架代理之间基于场景的协商。

3.1多代理架构

在[11]中,提出了一种基于物联网基础设施的自下而上的方法来完成订单,包括协作仓储环境中的拣货-包装-运输阶段。如图1所示,所有物理设备（托盘、卡车、叉车和包装机）都有其代理分配。这些代理使用“合作方法”与订单履行代理和控制点代理协作。这种方法基于代理之间的合作和竞争,以降低订单履行的延迟惩罚成本。一旦企业资源规划(ERP)将订单履行(OF)发布到城市中心,使用多代理系统架构的城市中心订单履行流程就会开始处理（图1）。OF由订单履行代理主管分析。然后它创建一个与OF对应的订单履行代理(OFA)。然后它为每个OF生成一组托盘代理。PA跟随物理托盘；它为其所有下一个流程任务进行协商和安排。每个资源都由资源代理(RA)表示。资源提供的任务是拣货、包装和运输。控制点代理(CPA)代表UPnP控制点架构。它用于控制和传达有关设备位置状态及其在仓库中的服务的一般信息。

我们可以注意到自下而上方法架构中的一些限制,首先是没有人工用户代理和货架代理,尽管它们在仓储操作中扮演着重要角色。在前面解释的架构中,叉车是由人类用户驱动的,那么与他的代理的交互和协商应该在建议的架构和延迟惩罚成本计算步骤中进行。其次,如图1所示,有一组箭头表示资源和托盘之间存在协作,但在[11]中提出的序列图中,我们注意到所有消息和协商都专用于资源资源或托盘托盘。最后,我们表示在WMS操作过程中缺乏对产品、资源和人员的安全控制。基于代理之间的这种协作架构,并以克服其局限性为目标,我们提出了一种基于安全的WMS中代理之间的交互机制,如图2所示。图2中提出的多代理架构是为PAP/CC实现而提出的基于物联网基础设施的协作仓储环境中使用协商机制。所有物理设备（产品、货架、手推车和人类用户）都有其代理任务。这些代理使用协商机制与产品分配履行代理和控制点代理协作。一旦企业为 PAP/CC发布产品分配履行,使用多代理系统架构的产品分配履行流程就开始处理。产品分配履行由其代理主管分析,该主管为每个产品分配代理生成一组货架代理,指定货架中的可用槽位。货架代理将与产品代理协商分配和货架中可用插槽的邻居关于产品兼容性。每个资源都由手推车代理代表,确保完成所有拣选任务。控制点代理代表UPnP控制点架构和分散式WMS架构的本地决策代理。下一节将推导出为WMS中的PAP-CC产品代理之间提供基于场景的协商。

图3-1订单执行流程的多代理架构 [11] 图3-2 PAP/CC的多代理架构

结论与展望

在这项工作中,提出了一种具有兼容性约束的产品分配计划（PAP/CC）,通过使用基于物联网（IoT）基础设施和多代理系统的协商机制来解决危险产品和约束依赖产品在仓库中的存储问题。这种方法可以更好地应对由于人为错误或产品错位而导致的计划外产品移动,而集中仓库管理系统通常不知道这些移动。物联网平台的工业部署代表了实施我们的仓库分散管理建议并在产品和货架之间建立协作的理想解决方案。兼容性约束监控将保证 PAP/CC 效率,并将减少集中仓库管理系统计算的浮动位置的大小。

我们在NetLogo平台上对我们的协商机制进行了建模和模拟,该平台为用户友好和快速的原型制作提供了许多优势。一种简单而有效的脚本语言允许控制实体并描述它们与环境的交互。

未来的工作将把兼容性限制扩展到资源（手推车）和人类操作员,以便在人员和材料的安全意识环境中优化资源使用和产品放置。突尼斯化工集团的技术实施将通过在物联网系统中使用 RFID、通信对象和无线传感器网络进行。

特别鸣谢

这项研究工作是在突尼斯化学集团（GCT）的资助下进行的。

参考文献

[1]Vrysagotis V,康蒂斯AP.仓库布局问题:问题类型和解决算法.计算与建模杂志,2011,1(1):131-152.

[2]Guerriero F、Musmanno R、Pisacane O、Rende F.具有兼容性约束的仓库中多级产品分配问题的数学模型.数学建模,2013,37.4385-4398.

[3]Sanei O、Nasiri V、Marjani MR、Moattar Husseini SM.考虑操作约束的仓库空间分配问题的启发式算法:在案例研究中的应用. 2011年工业工程与运营管理国际会议论文集,马来西亚吉隆坡,2011,1.22-24.

[4]德科斯特R,斯塔姆D,巴尔克BM.事故发生:特定于安全的变革型领导、安全意识和减灾系统对仓库事故的影响.运营管理杂志,2011;29页. 753-765.

[5]Trab S、Zouinkhi A、Bajic E、Thomas A、Abdelkrim MN、Chekir H、Hadj Ltaief R. 智能物流和安全问题的通信对象模型.法国瓦朗谢讷,2015.17 -18.

[6]Giannikas V、Lu W、McFarlane D、Hyde J.仓库管理中的产品智能:案

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[603172]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word