转转仓储自动化系统实践
1.背景
转转仓储初始形态为基本的进销存（进销存软件主要关注库存、采购和销售的管理，而WMS专注于仓库内部的物料搬运、存储和分拣等操作；前者解决的是管货的能力，后者是在前者的基础之上对仓库的作业进行过程指导和规范）系统，初始形态定位于质检系统中的仓储模块；因此也只是承担的比较固定和简单的实物进销存过程，没有其他决策性、流程性等能力。初始形态下只运营着自营少数站点，库存量也是在一个人工能处理的量级；但随着业务的快速发展，带来回收入仓货物量的持续增长，系统操作效率正面临着日益严重的瓶颈挑战。
1.1 转转仓介绍
基于上述背景我们开发了全新的WMS系统，有别于进销存系统；转转WMS系统在WMS标准上设计了更加适合二手商品的流程和管理模式，自此转转仓告别了效率低下、功能单一的进销存系统，迈向了打造更智能、更先进的WMS标准仓库的新篇章。在这一进程中，自动化设备的引入至关重要；在系统流程优化的配合下它将提高仓库运营效率、降低人力成本，并实现了作业模式大跨越。
1.2 作业模式演变
随着转转业务快速发展，对履约仓储的效率以及准确性提出了更高的要求；在系统流程优化迭代和引入辅助硬件设备的帮助下，转转仓实现了作业模式的三大跨越。
上图涉及名词解释如下：
- PDA：手持终端设备（安卓系统）。
- DPS：亮灯电子货架。
- 流水线：生产组织方式，将作业流程按流水线化串联。
- AGV：AGV智能搬运机器人。
- 输送线：不间断运输货物的传送带。
从纸单走向无纸化、无人化的转变过程中，转转建设了自己的设备控制系统（WCS）。
2.设备控制系统（WCS）
WMS系统主要聚焦的是业务相关的流程中，属于软件层的BS架构系统；但是引入自动化硬件势必需要和硬件层打交道，那这就需要有对接和控制硬件的系统；参考行业标准，因此我们引入了设备控制系统，简称WCS（后文用此称呼）。
2.1 系统架构
WCS是介于WMS系统和PLC（可编程逻辑控制器）系统之间的管理控制系统。一方面，WCS系统与WMS系统进行交互信息，接受WMS系统指令，并将其发送给PLC系统，从而驱动产线产生相应操作。另一方面，它将PLC系统的状态及数据实时反映，并提供对PLC系统和产线的接口调试。下图为转转WCS架构图： 
2.2 通信协议
WCS对接的硬件设备对通信的支持形式各异，因此WCS系统目前采用的通信协议有如下几类，以下详细阐述各协议的应用场景。
2.2.1 HTTP
HTTP超文本传输协议作为互联网基石，HTTP本身应用十分普及和适用。在WCS对接的硬件中，主要应用于软硬件交互简单、硬件厂商支持HTTP的设备；例如：仓库中使用的分拣滑道（一种用来根据商品属性分拨到不同的出口的设备），从交互形式来看，分拣滑道只需要请求一次后台接口即可完成作业。
交互流程：拍照扫码 -> 请求商品出口 -> 执行分拨
2.2.2 SSE
SSE是一种在基于浏览器的WEB应用程序中仅从服务器向客户端发送文本消息的技术，是基于HTTP协议中的持久连接，作为HTML5套件推出的轻量级长连接协议。主要的应用是只有服务端给客户端推送的场景；例如：自动领取并打印拣货任务（在WMS作业流程中，需要根据拣货状态自动打印拣货单），该场景下，打印机服务作为客户端需根据业务流程自动执行打印任务；除了定时轮训方式外，SSE在此种场景下更加得心应手。
2.2.3 WebSocket
WebSocket是HTML5标准下推出的一种新的协议，主要特性是实现了客户端和服务端的全双工通信。作为全双工的通信协议，它允许请求的双方互相发送数据。根据这个特性，在仓的应用中主要应用于WCS和硬件需双向通信的场景；由于部分硬件支持的调用方式只有有线连接，为了达到服务端云端控制，因此我们提供了本地的WebSocket客户端用于本地化硬件连接云端。例如：亮灯电子货架（带有亮灯能力的存货货架），除了服务端给电子货架推送亮灯指令外，还需要关注亮灯指令执行的结果。
在WebSocket长连接应用的场景中，针对长连接遇到的部分问题，我们的解决方案如下：
- WebSocket客户端热备；部分场景下，长连接客户端需要保持高可用；故针对这类场景采取的做法是，将本地的两台物理机通过Keepalived实现多机热备，并提供VIP对外提供服务；流程如下图：
- WebSocket消息丢失；针对长连接消息丢失的场景已经处理策略如下图：
- WebSocket心跳重连实现；连接通道空闲定时心跳，超时重连。如下图：
2.2.4 TCP
TCP协议的应用场景主要是部分厂商提供的控制程序仅支持TCP；例如：某康厂家的拍照摄像头，该摄像头在WMS应用场景是在出库流水线负责记录订单的出库时间；包裹经过传送带到达摄像头的拍照区域后，摄像头会自动进行拍照留存并上传关键数据到WCS。
2.3 系统监控
WebSocket长连接客户端监控页面如下图，该页面能对所有WebSocket长连接客户端进行实时状态的监控以及实时硬件配置。 
WebSocket长连接消息监控页面如下，在接入公司Prometheus监控体系后，可以对WebSocket长连接的消息丢失量、消息重试数等指标进行实时监控预警。 
3.设备赋能业务
上文描述了我们在WCS所对接的硬件类型以及采用的协议，那这些硬件具体是如何为我们业务赋能？接下来我们看看设备在WMS流程中的落地（下文中的设备名称可参考1.2）。
3.1 入库业务
入库业务指的是商品上架到系统的货位上并产生库存的流程，其主要流程：扫描商品条码 -> 选择上架货位 -> 输入上架数量 -> 发布库存；从这个流程分析，需要人为操作的是前三个阶段；针对这三个阶段，我们的设备在不同的作业模式应用如下：
从上表中可以看出，随着作业模式的自动化程度的提高，需要人工操作的步骤越来越少，那随之操作的效率也就越来越高。
3.2 出库业务
出库业务指的是商品执行出库发货任务并扣减库存的流程，其人工操作主要流程：拣货 -> 播种 -> 复核；对于这三个节点我们分别增加了对应的自动化设备，下面是不同模式下的对比：
- 拣货
- 播种
- 出库-复核
3.3 其他
除了上述的嵌入到流程中的设备外，还有部分设备是完全本地化部署；也就是和系统没有交互一些硬件，在某些场景也能辅助系统的流程做到又准又快。以下应用的部分硬件及其应用描述：
3.3.1 异常剔除挡板
应用场景为：在自动化出库流水线中，会存在部分硬件故障导致的出库单据未正常流转；这类异常数据在经过异常剔除挡板扫描头时，会被自动推出正常流水线，交由仓库人员人工处理。
3.3.2 自动包装机
在出库人员操作了出库复核流程后，商品和其他发货单配件都已经放置到包裹中；这时候只需要将包裹放置在流水线上，包裹就会自动打包并传递到物流揽收处。
4.总结
随着转转业务的快速增长，对仓储能力的要求也日益提高。为此，我们在整个流程中引入了自动化设备，并有针对性地优化了系统策略，强化了软硬件的结合，以更好地支持业务发展。本文旨在分享转转仓储在充分考虑自身业务特点的基础上，构建WCS系统的思路及自动化设备应用实践的经验。
5.参考链接
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