器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)設計

0 引 言

器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)是通過多種技術手段，實現(xiàn)器材倉庫貨物管理過程中的信息采集、信息傳輸、信息處理和信息可視化顯示的人機系統(tǒng)。相對于非器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)在兼容原有系統(tǒng)功能的基礎上加入了RFID、3D等可視化技術，將信息轉換成二維和三維圖形、圖像、動畫，即實現(xiàn)一維數(shù)據(jù)、二維圖表和三維場景的可視化。

通過多層次、多角度的可視化顯示，實現(xiàn)對倉庫物流系統(tǒng)的有效控制和管理。可視化主要體現(xiàn)在： （1）實現(xiàn)庫存資源可視，即有效掌握和控制庫存貨物種類、數(shù)量、特點、出入庫時間、倉庫貨位空缺情況等信息； （2）實現(xiàn)倉庫作業(yè)任務可視化，如出入庫任務、盤庫任務、作業(yè)調(diào)度任務等； （3）實現(xiàn)倉庫歷史數(shù)據(jù)可視，根據(jù)歷史任務記錄，總結貨物存儲規(guī)律，優(yōu)化庫存模式和庫位分配方案，提高倉庫物流管理效率。

器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)將提供更友好的人機交互界面，提高倉庫作業(yè)效率，提高信息共享程度，同時也便于倉庫業(yè)務流程的優(yōu)化改進。

本文的第一部分將采用UML建模方法對系統(tǒng)的需求進行分析，第二、三部分分別闡述了器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的具體設計過程和所采用的關鍵技術。

1 器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)建模分析

器材倉庫管理信息系統(tǒng)的可視化改造，目的在于實現(xiàn)對倉庫貨物具體物流活動的管理和信息監(jiān)控，提高倉庫物流效率。系統(tǒng)改造包括： （1）利用RFID技術代替二維條碼在托盤、包裝箱上的應用，減少倉庫保管員在貨物出入庫作業(yè)中補打條碼的工作。 （2）可視化信息需求：擁有友好的操作界面，建立庫區(qū)倉庫和庫內(nèi)貨位模型。結合實際貨物庫存情況進行信息可視化顯示；實施貨物流動的三維模擬；實現(xiàn)實時任務調(diào)度可視和歷史任務記錄的可視等。 （3）系統(tǒng)接口設計任務，該任務分為兩部分：對外接口設計，為方便客戶對所屬貨物查詢和對貨位信息查詢并且承擔系統(tǒng)與外部供應鏈的接口設計；對內(nèi)接口設計，為便于管理人員登陸系統(tǒng)，同時利于系統(tǒng)對RFID模塊和3D模塊的信息調(diào)用和顯示。

針對以上需求，系統(tǒng)的設計方法是在原有系統(tǒng)功能的基礎上進行系統(tǒng)的合理改造。首先應對系統(tǒng)需求進行建模分析。

Rose Rational用例圖描述了用戶及其所期望得到的服務，以及用戶應當提供的操作或服務。用例圖將顯示并確定系統(tǒng)的參與者及其相互關系，系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)方式，系統(tǒng)的外部因素等，進而從各個角度對用戶的需求進行分析和完善。

圖1中，倉庫的不同管理層通過器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)中的信息交流平臺子系統(tǒng)進行交流，例如業(yè)務主管的物流作業(yè)任務信息下達，業(yè)務主管信息維護，倉庫保管員任務受領和執(zhí)行情況反饋，車間工人任務接收和執(zhí)行情況 （由手持PDA接收任務）上傳等。同時，客戶通過器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的對外接口，進入系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)，實現(xiàn)倉庫對外信息的查詢，其信息包括客戶所屬貨物的儲存信息以及倉庫貨位空缺信息等。器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)將各個子系統(tǒng)信息匯總、處理和可視化顯示，其具體用例圖如圖2。

圖中方框內(nèi)的系統(tǒng)為信息可視化模塊，是器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的關鍵，是實現(xiàn)可視化顯示的主要部分。其總體思路是，將可視化模塊如三維顯示、任務可視化、信息檢索可視化等模塊加入到系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息可視化功能，同時將各個功能模塊細化為各個子系統(tǒng)。相對于舊系統(tǒng)而言，新增自動化信息采集傳輸子系統(tǒng)、三維可視顯示子系統(tǒng)、任務可視子系統(tǒng)、信息可視檢索子系統(tǒng)、歷史任務子系統(tǒng)、信息交流平臺子系統(tǒng)等。實現(xiàn)全方位信息服務，輔助可視化作用的實現(xiàn)。

2 器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)整體構思

通過建模明確系統(tǒng)的需求后，進一步對系統(tǒng)進行可視化改造設計。

系統(tǒng)的整體思路是： （1）合理利用RFID技術，如在對包裝箱進行揀選和信息采集后，要對包裝箱RFID標簽信息進行改寫。 （2）利用3D建模技術對倉庫和貨位建模，實現(xiàn)倉庫貨物分布信息、貨位存儲信息、實時貨物流動信息的三維可視化，優(yōu)化操作流程和庫存控制模式。 （3）在原有系統(tǒng)的基礎上，合理設計對內(nèi)、對外接口。新增加的模塊應與原有信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接。

在器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)改造設計中，增加5個主要模塊，框架結構如圖3所示。各模塊具體功能將在系統(tǒng)功能設計中詳細介紹。

圖3 器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)總體架構

2.2 系統(tǒng)功能設計

2.2.1 RFID信息管理模塊

該模塊主要完成對倉庫活動信息的自動采集和改寫。所采用的RFID技術，旨在減少采用條碼標簽時的一些弊端，如條碼識讀距離近，不能多標簽同時識讀，需要重打標簽，容易損壞，輔助倉庫物流自動化程度低等缺點。模塊由信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、固定式射頻標簽閱讀器、手持式PDA、射頻標簽等組成。

2.2.2 信息可視化模塊

信息可視化模塊是器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)中最為關鍵的模塊，該模塊承擔著信息可視化顯示的重要作用。主要分為兩個方面：

（1）靜態(tài)可視化。系統(tǒng)作為一個倉庫資源數(shù)字化、網(wǎng)絡化的集成環(huán)境，可以為用戶提供多種信息查詢顯示。如實現(xiàn)靜態(tài)信息查詢，即當鼠標點選到貨物模型時，會顯示模型對應的貨物的信息及該貨位的歷史出入庫簡要信息；實現(xiàn)色標查詢，即根據(jù)貨位存儲的狀態(tài)不同，對模型設置不同顏色，便于查詢；其他基本信息的可視化顯示和查詢，包括基礎數(shù)據(jù)管理、客戶管理、報表打印、財務管理、倉庫貨位管理、庫存管理、出入庫管理等信息。

（2）動態(tài)可視化。針對倉庫的各種作業(yè)活動，結合三維模型實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控、動態(tài)信息的可視化顯示。三維動態(tài)信息可視化顯示內(nèi)容包括：①對庫區(qū)的所有倉庫及貨位進行建模。②采取模型與實際貨物動態(tài)鏈接，即當貨物發(fā)生位置移動或數(shù)量增減時，模擬場景中的貨物模型也應當隨之變化。并且將正在執(zhí)行物流活動的貨位在模型中進行區(qū)別顯示。

該模塊包括三維可視化顯示子系統(tǒng)、任務可視子系統(tǒng)、信息可視檢索子系統(tǒng)、歷史任務子系統(tǒng)。

2.2.3 任務執(zhí)行調(diào)度模塊

該模塊的任務：業(yè)務主管與客戶簽訂合同后下達出入庫任務，系統(tǒng)根據(jù)倉庫貨物的儲存情況、貨物分布特點以及貨位存儲情況，自動生成出入庫單據(jù)。倉庫保管員收到業(yè)務主管下達的任務后，依據(jù)單據(jù)安排相關操作，如出入庫操作、盤庫、貨位重新分配等。在操作過程中，任務執(zhí)行調(diào)度模塊的作用是按照要求合理調(diào)配資源和設備，并在運行過程中借助于信息可視化模塊，對任務執(zhí)行情況進行糾正，待任務完成后進行信息反饋。該模塊重點在于對倉庫相關物流操作任務的執(zhí)行調(diào)度上。該模塊包括出庫管理子系統(tǒng)、入庫管理子系統(tǒng)、庫位分配子系統(tǒng)、作業(yè)計劃子系統(tǒng)、客戶管理子系統(tǒng)。

2.2.4 接口設置模塊

該模塊針對不同級別和不同需求的用戶，設定不同的數(shù)據(jù)接口和權限。如業(yè)務主管能夠檢索到所有有用信息，包括一些敏感的商業(yè)機密類信息；倉庫保管員可得到倉庫作業(yè)的必要信息，但是一些關鍵貨物的訂購合同等信息則無法獲取；車間操作人員則只能獲取到倉庫保管員下達的任務信息。同時，接口設計還為倉庫設計對外接口，以保證倉庫物流與整個供應鏈的接軌。

該模塊的作用同樣體現(xiàn)在簡化數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用方面。對于一個器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)來說，分類信息的存儲、管理和調(diào)用非常重要，將這些數(shù)據(jù)合理的存儲在數(shù)據(jù)庫的不同表中，使管理信息系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)變得有意義。而數(shù)據(jù)接口的設計是其中至關重要的一個方面。只有合理的設計數(shù)據(jù)接口，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息的流暢管理。

該模塊包括接口設置子系統(tǒng)、客戶管理子系統(tǒng)、信息交流平臺子系統(tǒng)。

2.2.5 客戶管理模塊

模塊的主要作用是客戶管理。業(yè)務主管根據(jù)與客戶的合作信息，綜合分析倉庫的主要運作情況，財務狀況，業(yè)務往來頻繁程度等信息，以及顧客親密程度合理制定與客戶的合作計劃，并實時對客戶信息進行管理和維護。該模塊包括客戶管理子系統(tǒng)、財務管理子系統(tǒng)。

3 器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)關鍵技術

3.1 射頻識別技術應用

本文采取RFID自動識別技術。其優(yōu)點有：非接觸、可改寫、無須人工干預、識別距離遠，適于實現(xiàn)自動化信息采集和監(jiān)控且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻標簽，操作快捷方便。

RFID技術的采用需確定如下方面：選擇工作頻率、標簽封裝規(guī)格、標簽粘貼規(guī)范、標簽的閱讀距離、數(shù)據(jù)編碼格式、閱讀器與標簽之間的通信協(xié)議等。標簽內(nèi)主要信息包括貨物的編碼、數(shù)量、入庫時間和基本特點等。射頻標簽的采用能大大簡化倉庫管理的復雜程度，也對自動化管理的實現(xiàn)有很大幫助。

3.2 三維建模技術應用

三維建模技術是本器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)設計中的關鍵技術之一。三維建模技術以直觀可視的三維模型，實現(xiàn)三維場景可視化。如上文所述，采用3D建模技術，主要在于實現(xiàn)兩個目標：靜態(tài)信息查詢；動態(tài)業(yè)務活動監(jiān)控和模擬。其具體應用為：首先，利用三維建模軟件建立模型；其次，對模型數(shù)據(jù)進行存儲；第三，根據(jù)需要對模型信息進行調(diào)用和可視化顯示。

本文中建模對象為庫區(qū)所有倉庫和貨位。通過對所建立的模型的數(shù)據(jù)存儲、信息調(diào)用方式、系統(tǒng)顯示、實時調(diào)度模式等相關功能的設計，實現(xiàn)倉庫管理信息的三維可視化。

3.3 信息系統(tǒng)建模技術

信息系統(tǒng)模型是用建模語言描述的，建模語言是建模必不可少的重要工具。適用于各種軟件開發(fā)方法、軟件生命周期的各個階段、各種應用領域。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說明，使開發(fā)者能在語義上取得一致，消除了因人而異的最佳表達方法所造成的影響。UML表示法定義了UML符號的表示法，為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號和文本語法提供了標準，也為開發(fā)者對系統(tǒng)進行建模提供了統(tǒng)一的標準。

本文采用UML建模軟件建立模型，為器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)設計提供需求分析模型、功能設計模型，清晰地闡明了改造后的系統(tǒng)需求，簡化了系統(tǒng)改造的復雜程度，節(jié)省系統(tǒng)改造設計時間，提高系統(tǒng)改造效率。

4 結 論

本文利用多種先進技術手段實現(xiàn)器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的設計，是為了填補現(xiàn)階段器材倉庫管理信息系統(tǒng)在可視化領域的空白，為提升倉庫信息管理的水平做好技術和理論支撐，為實現(xiàn)倉庫物流與整個物流網(wǎng)絡的鏈接打下基礎。本文為實現(xiàn)器材倉庫可視化管理信息系統(tǒng)的設計，采用了基于UML的信息系統(tǒng)建模技術、RFID自動識別技術、PDA技術、3D建模技術，以及系統(tǒng)的集成和信息的處理、顯示等技術，實現(xiàn)了對倉庫管理信息的多角度、多層次的可視化顯示，為倉庫管理理念的創(chuàng)新進行了有益的探索，也為可視化管理信息系統(tǒng)的設計做了一次可行的嘗試。

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