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伍强精品课堂:WMS与设备无关的理论与实践

作者:尹军琪 时间:2022/03/03 来源:巴黎澳门人娱乐网站

        伍强早在2006年就提出了“WMS与设备无关”的理论,10多年来,大量的实践验证了这一理论的先进性与实用性,这一理论也逐渐为行业所接受。毫无疑问,这一理论的诞生是伍强对物流技术的突破与贡献。今天,我们对此进行一次总结,以便让更多的人了解这一理论的具体内容。

01问题提出的背景

        2006年是中国物流技术发展非常重要的一年。为什么这样说,是因为这一年正处在我国物流技术和市场需求爆发的前夜。在此之前,我国物流技术发展已经走过了约30年的发展道路,但一直比较缓慢。直到1999年,以联想北京厂物流系统为标志的新一代物流系统建成,我国的物流技术才真正迈上了一个新的台阶。其标志性的内容包括:

        建立了一套完整的自动化生产物流系统;

        WMS系统作为一个独立的软件系统,与供应链管理系统SAPR/3完成了无缝对接;

        以激光测距和PLC控制为标志的新型堆垛机系统诞生;

        WCS系统正式加入了指令调度的内容,完成了基于指令的任务调度系统。

        应该说,任何一项技术的突破都不是孤立的。在此之前,国内引进了欧洲和日本的物流系统和技术,是促使我国物流技术发生变革的基础。在昆明卷烟厂、杭州卷烟厂引进的物流技术,给其它行业做了很好的示范。

在此之前,WMS系统还没有正式的名称,国外的商业化软件也还处于研发初期,至少还没有引入到国内。物流系统无论是系统的规模还是自动化水平,都还处于初级阶段。WMS作为一个信息管理系统,其功能也受到计算机技术与网络技术的限制,尤其是企业的信息化水平普遍还较低,系统间的连接并不十分普遍。因此,解决信息孤岛成为当时的主要需求之一,WMS的定制化程度非常高。

        随着自动化物流技术的不断升级,系统规模和复杂性也逐渐提升,WMS与设备的联动变得十分重要。但这一时期的系统是一种紧耦合的系统,即WMS与自动化系统呈现的是一种紧耦合状态,WMS的定制化更加加剧了这一现象。而在实践中,有两个问题成为人们颇为头疼的问题:其一是WMS的可复制性和可维护性。由于WMS的高度定制化,使得本身的标准化很差,系统的可复制性和可维护性也变得很差,直接推高了系统的成本,当时从国外引进的WMS往往报价达到数千万元人民币(含实施费),这显然是用户无法接受的;其二是WMS与自动化系统的接口责任划分问题变得十分突出。由于人才的极度短缺,计算机软件人员对于自动化物流系统知之甚少,而从事物流装备研究开发的工程师则对于计算机软件不太了解,往往造成这两个系统之间的接口变得非常困难,直到今天,这一状况仍然没有根本解决。这就导致系统的稳定性非常差,一旦故障发生,责任很难界定,软件的人说是硬件的问题,硬件的说是软件的问题。往往各执一词,莫衷一是。

        这些问题的出现,促使人们思考如何去彻底解决问题。

02WMS的基本功能

        尽管今天的WMS功能已经变得十分复杂,但万变不离其宗。有关WMS的核心内容还是最初定义的几个部分。其中包括用户管理、订单管理、库存管理、货位管理、入库管理、拣配管理、包装管理、集货管理、发货管理、盘点管理、补货管理、退货管理、越库管理、报表管理、日志管理等。今天的WMS的功能主要是增加了一些订单管理和可视化的内容,更多的变化主要是业务的变化,如系统变得更加复杂,规模更加庞大,SKU更多,订单更多(尤其是电子商务的影响),存储类型也变得更多,新型设备和存储模式发生了根本改变,以及业务流程的改变等。

        自动化立体库与普通操作仓库的最大区别,从WMS角度来说,是其货位管理的策略和方法有根本差异。一个普通人工操作的仓库,其货位管理是静态的(当然,现在也变成动态的了),因此,无需对货物分布,作业指令分布做过多的考虑。现在的经验告诉我们,动态货位管理策略的确定在满足客户需求和提升效率方面起到了非常重要的作用。

        其实,从WMS与自动化执行系统(Automated execution system,AES)--AS/RS、分拣机、输送机、AGV、KIVA、机械手、包装机等的交互来看,WMS产生指令任务,自动化系统执行这些指令,并返回执行的结果。通常情况下,WMS的指令被执行时,并不需要进行转换,但也有例外,在一些自动化系统中,为了提升效率,对于WMS的指令存在处理的可能,如合并、删除等,这增加了WMS的难度。作为一个软件工程师来说,对物流的执行过程的理解是比较困难的,除非他非常好学,经常深入现场调研,否则他很难理解为什么要做这样一些操作。

        对于一个WMS系统的工程师来说,理解自动化系统实在是太难了。这是两个世界的对话:对WMS系统关注的是业务管理,是高度规范的作业,就如同一个办公软件一样,保证其正常工作是其主要目标,而对一个自动化物流系统来说,情况往往是千变万化的,不同的系统对软件的要求是不同的,甚至现场的部署也不一样。简单来说,物流系统是一个高度定制化的系统,这种定制化主要体现在物流系统本身的差异,包括系统的物理布局、业务逻辑、作业流程等。而对WMS系统的工程师来说,为什么要在现场指定的位置布置一台终端,而不是统一的放在办公室或机房,有时都很难理解,何况更为复杂的需求呢?

        另一方面,WMS与自动化系统的这种高度定制化的系统紧密的连接在一起,使得WMS系统本身变得复杂和不可靠。不仅加深了WMS系统的开发难度,也使得系统的维护变得非常困难,有些系统只有开发者本身才能维护,其他人爱莫能助。这显然是非常危险的。

因此,人们就在思考,如何让软件工程师尽快的理解自动化系统的需求?而实践中,这样的机会真是太少了。于是,培养专业的WCS工程师就成为一项重要的工作。这样的工程师,要充分了解自动化系统的工作机制和原理,才能使系统工作达到预期的目标。

03新的系统架构

        物流系统的基本架构如下图所示:


        在这个架构中,一般的理解,WCS是自动化执行系统(AES)的监控系统(monitor system),执行系统则定义为控制层级。而在伍强科技的理解中,将WCS定义为作业指令的监控与调度管理系统,而在其下的执行层,才是各个子系统的监控层。这一改变是一个巨大的差别。

        作为一个软件工程师,一般会认为:WMS系统应该是独立的,应与下层的执行系统无关,这样才具有生命力。因为只有这样,才能简化WMS系统,使其变得可维护和可复制。WMS不应将精力花在过多的考虑执行系统是如何执行的方面,而是要专注于软件本身的功能和稳定性。当系统升级时,只要是双方的协议没有发生变化,则双方均可以独立升级。这是最初提出的WMS与设备无关理论的设想。

        为了将这一设想付诸实施,重新定义WCS变得非常重要。

        为什么这一变化如此重要呢?首先是把WMS从与纷繁的执行系统的耦合中解放出来。WMS关注的是做什么,不再关注由谁来做和怎么做。比如,在入库环节,WMS仅仅通知执行系统要执行一条上架的指令,把货物存放在指定的位置或其它人为确定货位,至于这个位置具体在哪里,由谁去执行,怎么执行,WMS不再关心。为了使任务变成闭环,WMS要求把执行的结果回传,以便做到库存的一致性。这样的一个改变,无论WMS今后如何改变,执行系统可以是无需改变的,反过来也是如此,执行系统发生改变,也不影响WMS。仅仅是在存储货位存储方式发生变化时,WMS要重新定义货位和策略罢了。其次,当自动化执行系统发生变化时,WCS要同步发生变化。然而,WCS相对比较简单和具有模块化的属性,使其在执行系统发生变化时,往往只要增加相应的模块即可。比如,原来由叉车完成的作业,如果要改变成为堆垛机或AGV完成,WCS其实只要把指令转发给堆垛机系统或AGV系统即可。至于堆垛机和AGV具体如何执行,那是子系统自己的事。

        一个于设备无关的WMS,给软件开发人员松了绑。使得他们有更大的精力去研究属于WMS的技术。

04解决方案与效益

        为了将WMS与设备无关这一先进理论付诸应用,伍强科技改变了原来的系统架构,同时为新的架构开发了相应的软件系统—AUTOWCS1.0系统。这一系统经过多年的完善与升级,已经广泛应用于数百个物流系统之中,并取得了意想不到的效果。

       (1)首先是给WMS松绑,使其变得相对独立。伍强科技不再强调使用自己的WMS系统。而是通过AUTOWCS系统与世界上的几乎所有的WMS实现对接,从而使用户有更大的选择余地,也为专业的WMS软件提供更多的机会和更好的环境。这样的案例已经很多。

       (2)由于大大简化了WMS与WCS的调试过程,也就也大大缩短了WMS与自动化系统的联合调试时间。这一点使“WMS与设备无关”理论具有无比强大的生命力。通常情况下,WMS仅需要事先在模拟场景下完成与WCS的调试即可,WMS与整个系统的联合调试主要是对实际环境下真实订单的一个测试。这一改变在通常情况下,大约可以节约80%的联合调试时间,而且,越是复杂的系统,其优势越大。

       (3)联合调试时间的节约,使得WMS的实施费用大幅度下降。在以往的项目中,WMS的实施费要占整软件费用的50~60%甚至更高,越大的系统,周期越长的系统,现场实施的时间越长,难度越大,实施费用也越高。有的会达到数百万甚至数千万之多。WMS与设备无关理论的实施,大幅度减少了现场服务时间,为原来居高不下的实施费大幅度下降提供了条件。

       (4)系统稳定性大大提升。这几乎是一个可以预见的结果。系统稳定性取决于各子系统的稳定性。由于WMS不再与设备存在耦合关系,所以,WMS的稳定性即取决于自身系统的稳定性。而WCS系统由于不断应用与升级,其稳定性也在逐步提升,并达到了一个新的高度。此外,系统的稳定性还取决于接口的稳定性。由于不同的系统存在接口的差异,一旦确定协议,接口的稳定性即得以保证。由于耦合解除,系统间的界面变得非常清晰,以前存在于系统间的责任不清的现象得以消除。

       (5)系统维护成本大幅度下降。系统维护几乎不需要现场服务,可以通过远程服务解决。这一方面可以节约大量的差旅费,更为重要的是,服务的及时性得以保障,避免了用户在故障时长久的等待。当然,选择成熟的WMS是非常重要的。

05未来走向

        WMS与设备无关的理论,在未来将进一步走向成熟,有望作为一个标准架构,获得行业的认可。WMS系统的发展将专注于自身功能的扩展和延伸。如多仓调度、电商海量订单处理、可视化、SaaS、云仓,与TMS系统联动等,特别是随着人工智能的兴起,WMS需要解决的问题更多是一些算法,以及数据安 全性问题。此外,数字孪生也需要WMS予以配合。

        随着未来的技术发展,要应对的挑战很多,但从软件系统来看,主要还是计算速度、储存能力、算法、可视化等方面。而执行端,有望出现的是更丰富多彩的解决方案,这些方案未必简单,但一定是柔性的和高效率的。

        WMS与设备无关的理论为系统的模块化设计以及分工协作打下了基础,这对于提升整个物流系统的技术水平是非常有利的。

        WMS与设备无关的理论,与“软件定义物流”的思想是不谋而合的,或者说是“软件定义物流”的一种具体表现形式。WMS是一个典型的“软件”,而所有的物流设备,尤其是自动化物流设备是所谓的“硬件”,根据“软件定义物流”的思想,一方面是系统的功能主要由软件定义,执行子系统应专注于如何高效的完成作业指令;另一方面,软件和硬件两者可以有各自的演变路径和升级迭代的过程,每一次升级都不是推到重来,而是在充分利用现有资源的前提下不断迭代,从而达到提升效率和能力的目的。尤其重要的是:所有的硬件和软件均可以互相适应,在系统迭代升级的同时,最大化的保留了原有系统的可用性。

        随着AI技术逐步走向实用化,自动化技术被更多的应用于物流系统尤其是拆零拣选系统之中。货到人(或机器人)拣选将成为未来拆零拣选的首选。在货到人拣选系统中,WMS系统被赋予了更多的内容,其中很多是动态库存管理的内容。同时,随着更多元的物流技术的诞生,以及更加柔性化的解决方案产生,对WMS的灵活性提出了更高的要求。关于这一点,从目前看,WMS与设备无关理论的应用是一种几乎唯一的选择。

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