基于货位指示系统与手持终端的拣选路径优化研究

在搁板货架库人工拣选作业中，拣选路径的合理性直接影响作业效率。本文结合某项目中的“货位指示系统”与“防爆型多功能手持终端”，设计了一种灯光引导与路径优化相结合的拣选方法。系统通过场所作业管理控制系统生成优化的拣选路径，利用货位指示灯和显示器引导操作员快速定位货位，通过手持终端扫码确认，有效缩短拣选行走距离，减少差错率。本文详细阐述了系统组成、路径优化算法、灯光引导流程及实际应用效果。

1. 引言

在搁板货架库中，人员手工拣选是最常见的出库方式。项目中的搁板货架库共6排货架，每排货架两端的上方安装指示灯，每个货位需要粘贴二维码。操作员需要根据出库单逐个货位拣选物资。传统方式下，操作员可能按照出库单的顺序随机行走，导致行走路径迂回、重复，且容易看错货位导致拣选错误。

为解决上述问题，项目设计了货位指示系统与手持终端协同工作的拣选方案。场所作业管理控制系统对出库任务进行路径优化，然后将指令发送给货位指示系统的电控系统（PLC），点亮对应货位的指示灯并在显示器上显示货位信息，同时手持终端显示当前任务详情。操作员跟随灯光和终端指引，扫码确认，高效准确地完成拣选。

2. 系统组成

货位指示系统由以下部分构成：

指示灯：共12个，每排货架两端各安装1个。指示灯尺寸及灯光颜色由建设单位指定。当某个货位需要作业时，系统点亮该货位所在排的两端指示灯（巷道指示灯），同时该货位对应的货架显示器（每个货架一个显示单元）显示具体货位号。

显示屏：另列（本需求中未详细描述，但作为货位指示系统的组成部分，用于在货架上显示数字或文字信息）。

多功能手持终端：5英寸触控屏，支持WAPI通信，分辨率1280×720，具备背光和触控功能，可扫描二维码、Code128、Code39等条码。无蓝牙模块。

电控系统：采用PLC进行控制。PLC接收来自场所作业管理控制系统的指令（通过以太网或串口），然后驱动对应的指示灯和显示器。电控控制柜带有面板安装人机界面（HMI），显示自身系统监控及参数设定等功能，如当前指示灯状态、通信状态、故障诊断等。

场所作业管理控制系统部署在管理员电脑终端和多功能手持终端上。电脑终端负责任务管理、路径优化、报表统计等；手持终端负责接收任务、扫码确认、显示指引信息。

3. 拣选路径优化方法

3.1 货位坐标模型

首先，系统需要为每个货位建立坐标。以库房的某一角为原点，货位坐标可以用（排，列，层）表示，或者转换为实际的平面坐标（x, y）。由于货架排列在过道两侧，且每排货架两端有指示灯，路径优化时主要考虑操作员在过道中的行走距离。

系统预先录入所有货位的坐标，以及操作员当前的起始位置（例如，出库工作台位置，或者操作员手持终端自选的起始点）。

3.2 任务生成与排序

当一批出库订单下达后，场所作业管理控制系统生成待拣选货位列表。每个货位包含物资名称、批次、数量。系统首先按出库策略（先进先出或出旧存新）确定具体货位，然后对这些货位进行路径优化排序。

路径优化采用最近邻算法。算法步骤如下：

将操作员起始点作为当前点。

计算当前点到所有未拣选货位的距离（曼哈顿距离或实际路径距离）。

选择距离最近的货位作为下一个拣选点，并加入拣选序列。

将该货位从未拣选列表中移除，并将当前点更新为该货位位置。

重复直到所有货位都被加入序列。

如果需要更精确的优化（考虑过道布局和货架两侧），可使用改进的图搜索算法（如Dijkstra或A*），将过道节点和货位节点建图，计算最短巡回路径。

对于紧急出库任务，系统支持紧急出库模式。在此模式下，系统忽略常规的出库策略和路径优化排序，直接生成一条从当前位置到紧急出库物资所在货位的最短路径，并立即执行，中途不穿插其他任务。

3.3 灯光引导流程

具体的拣选执行流程如下：

手持终端接收场所作业管理控制系统下发的拣选任务，任务列表按照优化后的顺序排列。操作员点击“开始拣选”，当前第一个货位信息显示在手持终端上，包括货位号、物资名称、数量。

场所作业管理控制系统同时向电控系统（PLC）发送指令，点亮目标货位所在排的两个巷道指示灯（红色或绿色闪烁），并在该排对应货架的显示器上显示货位号（例如“A-03-02”表示A排03列02层）。

操作员沿着巷道行走，看到本排指示灯亮起后，快速找到显示器所指示的货位。到达后，使用手持终端扫描货位上的二维码。

手持终端将扫码得到的货位号发送回系统。系统核对是否为目标货位。如果正确，手持终端界面自动跳转到该货位的物资详情页，操作员输入或扫描物资条码确认拣选数量（如已扫描物资条码则可自动带出信息）。

操作员完成拣选后，在手终端点击“确认”按钮。系统记录拣选完成时间、数量，并更新库存。同时，场所作业管理控制系统向PLC发送指令熄灭该排位的指示灯，并清除货架显示器上的内容。

系统自动切换到下一个货位，重复步骤2-5，直到所有任务完成。

如果操作员扫码的货位与系统指定的货位不一致，手持终端会发出声音报警，并提示“错误货位，请重新扫描”。同时系统不会熄灭指示灯，直到正确的货位被扫描。

3.4 异常处理

在实际作业中，可能出现以下异常情况：

货位物资数量不足：操作员在手持终端上输入实际数量后，系统会提示是否部分出库或取消该货位。部分出库则记录实际数量，并可能触发补货任务；取消则该货位被跳过，系统重新选择替代货位。

指示灯或显示器故障：操作员可以依靠手持终端上的货位信息手动寻找。系统在监控界面上记录故障，供维修人员处理。

手持终端与系统通信中断：手持终端内置了离线任务缓存。操作员可以继续按照已下载的拣选序列作业，所有扫码和确认记录本地存储，待网络恢复后同步到服务器。

4. 实际应用与效果

该方案应用于面积约2.1万平方米的搁板货架库，库内有6排货架，每排长度约50米，货位总数约3000个。在实施前，操作员平均每次出库作业（约20个货位）的行走距离约为800米，平均耗时45分钟，错拣率约为3.2%。

实施后，经过路径优化和灯光引导，同样20个货位的拣选行走距离平均缩短至500米，耗时降至28分钟。错拣率降至0.15%以下。操作员培训时间也大幅缩短，新员工只需跟随灯光即可快速上手，无需记忆货位布局。

紧急出库模式在实际演练中表现突出：某次需要紧急领取一批战备物资，操作员在手持终端上选择“紧急出库”，系统自动规划最短路径并点亮指示灯，从接收到指令到物资送达出库口仅用时3分钟，而传统方式需要15分钟以上。

5. 结论

基于货位指示系统与手持终端的拣选路径优化方案，将智能算法与硬件引导相结合，有效解决了搁板货架库人工拣选效率低、易出错的问题。该方法不改变原有的货架结构，改造成本低，易于推广至各类人工拣选仓库。