基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)研究

吳旻昊

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物流逐漸成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中舉足輕重的一環(huán)，而倉(cāng)儲(chǔ)管理作為物流供應(yīng)鏈中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)尤其需要重視，目前我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)管理仍存在人力資源浪費(fèi)，倉(cāng)儲(chǔ)效率低，管理無(wú)序散亂等問(wèn)題，因此本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)以及可應(yīng)用于該倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了介紹，并從貨物出入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)調(diào)配以及環(huán)境檢測(cè)三大子系統(tǒng)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究以幫助企業(yè)在倉(cāng)儲(chǔ)管理中利用該系統(tǒng)更高效地實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；倉(cāng)儲(chǔ)管理；RFID；環(huán)境監(jiān)控

一、引言

目前我國(guó)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理大部分仍基本處于人工管理或半自動(dòng)化管理狀態(tài)，多有人力資源浪費(fèi)，倉(cāng)儲(chǔ)效率低，重復(fù)建設(shè)，管理無(wú)序散亂等問(wèn)題。無(wú)線通訊和RFID技術(shù)等可以大幅提高物流管理效率的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未能被成熟的應(yīng)用于企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理，因此為提高倉(cāng)儲(chǔ)管理效率，使倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)不再成為制約企業(yè)物流供應(yīng)鏈的因素，降低企業(yè)物流成本，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理的智能化和自動(dòng)化，本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究旨在幫助物流企業(yè)將倉(cāng)儲(chǔ)管理推入信息化時(shí)代。

二、物聯(lián)網(wǎng)介紹

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新概念在1999年被提出后發(fā)展迅速，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。它是對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所進(jìn)行的深化進(jìn)步和應(yīng)用服務(wù)拓展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，按制定協(xié)議通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、無(wú)線通信技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)、激光掃描器、攝像頭等新興信息化感知傳感技術(shù)將相關(guān)物品、機(jī)器、人等與互聯(lián)網(wǎng)相互連接在一起，進(jìn)行信息通信和數(shù)據(jù)交換，形成大網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物品、機(jī)器、人等的智能化定位、識(shí)別、監(jiān)管和跟蹤。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)物流方面應(yīng)用比較多的系統(tǒng)類型包括倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、車(chē)輛定位跟蹤系統(tǒng)、訂貨管理系統(tǒng)等。

三、可應(yīng)用于企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.RFID技術(shù)

RFID技術(shù)又稱為是無(wú)線射頻技術(shù)，主要利用無(wú)線電信息識(shí)別技術(shù)進(jìn)行工作。通常一個(gè)完整RFID系統(tǒng)包括以下三部分：電子標(biāo)簽，讀寫(xiě)器和天線。讀寫(xiě)器的作用是利用發(fā)射無(wú)線電波做到在幾厘米到幾米的距離內(nèi)成功讀取貨物上電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息，從而完成對(duì)產(chǎn)品遠(yuǎn)距離的非接觸式自動(dòng)識(shí)別。其工作原理可簡(jiǎn)要描述如下：讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線在其自身周?chē)欢▍^(qū)域范圍內(nèi)形成一定頻率的特有射頻場(chǎng)，當(dāng)貨物經(jīng)過(guò)時(shí)，其電子標(biāo)簽將會(huì)在該射頻場(chǎng)的作用下獲得感應(yīng)電流從而獲得能量。此時(shí)，電子標(biāo)簽將會(huì)利用該感應(yīng)電流對(duì)其攜帶的信息進(jìn)行后續(xù)信息處理，信息處理完成后信息將被電子標(biāo)簽內(nèi)的內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送至讀寫(xiě)器并被執(zhí)行解調(diào)和解碼操作，之后由讀寫(xiě)器將信息送入后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2.ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，它在物聯(lián)網(wǎng)中的主要功能是為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)提供要素間信息傳輸?shù)臉蛄鹤饔谩o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network）由傳感器、感知對(duì)象和觀察者三個(gè)要素構(gòu)成，這三大要素之間進(jìn)行信息傳輸與交流需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議。這個(gè)起著要素間橋梁作用的協(xié)議便是ZigBee。

ZigBee技術(shù)具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其可間接實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的定位，因此被迅速應(yīng)用于物流倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境管理。

3.XML技術(shù)

XML（extensibleMarkupLanguage）是起源于SGML （The StandardGeneralizedMarkupLanguage）的可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，是Internet環(huán)境中跨平臺(tái)依賴于內(nèi)容的技術(shù)，是一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)語(yǔ)言，用戶可以通過(guò)該技術(shù)對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)化文檔信息的高效處理。XML技術(shù)的核心是對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的處理，尤其對(duì)于包含復(fù)雜數(shù)據(jù)物流倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)而言，采用XML技術(shù)可將大量倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)中交換和表示的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得程序代碼、各種數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的輸出顯示相互獨(dú)立，使數(shù)據(jù)以一種更簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式呈現(xiàn)給管理者，使得管理更加方便高效。

4.WebService技術(shù)

WebService是一個(gè)平臺(tái)獨(dú)立的，松耦合的，自包含的、基于可編程的web的應(yīng)用程序?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可在SOA框架內(nèi)（物流倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)部管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通常由于具有分布廣泛性和感知節(jié)點(diǎn)流動(dòng)性等特點(diǎn)而采用SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）架構(gòu)方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)）利用Web Service技術(shù)將系統(tǒng)與下一層的中間件技術(shù)進(jìn)行結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

5.中間件技術(shù)

中間件（Middleware）是處于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的軟件，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中處于物聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)器端和感知層、網(wǎng)絡(luò)層之間，其在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的作用是為了將底層數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的不同異構(gòu)信息進(jìn)行集中處理后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式提供給上層應(yīng)用程序進(jìn)行處理分析，接著上層應(yīng)用程序?qū)⒔y(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成業(yè)務(wù)信息供業(yè)務(wù)管理應(yīng)用程序調(diào)用從而幫助管理者完成倉(cāng)儲(chǔ)信息管理。有中間件參與的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

中間件的使用可以為倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)提供更多便利，例如，中間件可屏蔽底層操作硬件系統(tǒng)和設(shè)備的復(fù)雜性與不確定性，減少了很多由于兼容性而造成的軟件系統(tǒng)問(wèn)題；上層數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)或者底層數(shù)據(jù)采集設(shè)備變化時(shí)只需對(duì)中間件的設(shè)置進(jìn)行改變即可而無(wú)需對(duì)上層程序進(jìn)行整體重寫(xiě)改動(dòng)。總之，中間件技術(shù)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)不可或缺的重要技術(shù)。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要包括以下三大子系統(tǒng)：一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)出入庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化的子系統(tǒng)；二是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貨物進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)調(diào)配的子系統(tǒng)；三是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫濕度等因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)之間相互依存相互影響，信息流作為其中紐帶起到對(duì)整個(gè)管理系統(tǒng)的銜接作用。每一個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)都是為了保證信息流的傳遞效率，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)信息流從被動(dòng)推送到主動(dòng)拉動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的目的。整個(gè)管理系統(tǒng)示意圖如下：

1.出入庫(kù)子系統(tǒng)

出入庫(kù)子系統(tǒng)主要采用了RFID技術(shù)和串口通信技術(shù)。其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：首先為每件貨物制作其專屬電子標(biāo)簽，其次在倉(cāng)庫(kù)各出入口所需位置設(shè)置讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器自身將會(huì)形成其射頻場(chǎng)，當(dāng)有貨物進(jìn)入此區(qū)域時(shí)，其電子標(biāo)簽將會(huì)在射頻場(chǎng)的作用下被激活，此時(shí)其芯片內(nèi)的存儲(chǔ)信息將被發(fā)送至讀寫(xiě)器，最后讀寫(xiě)器將會(huì)將收到的信息通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行解碼并傳送至后臺(tái)處理終端對(duì)信息進(jìn)行處理。

在貨物入庫(kù)前物流公司需建立相應(yīng)的貨品信息管理系統(tǒng)將即將入庫(kù)貨品的供應(yīng)商和客戶信息生成貨物預(yù)入庫(kù)信息。當(dāng)貨品準(zhǔn)備入庫(kù)時(shí)，首先將倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)根據(jù)貨物的不同分類進(jìn)行分區(qū)編號(hào)并制作相應(yīng)的電子標(biāo)簽，并將貨物分區(qū)信息存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)以備之后對(duì)貨物是否正確入庫(kù)進(jìn)行核實(shí)。隨后便是貨物入庫(kù)，通過(guò)對(duì)貨品電子標(biāo)簽的掃描獲取其分區(qū)信息并運(yùn)送至相應(yīng)貨區(qū)，當(dāng)貨物通過(guò)該區(qū)入口讀寫(xiě)器時(shí)，讀寫(xiě)器會(huì)對(duì)該貨物進(jìn)行電子標(biāo)簽信息核實(shí)以確認(rèn)該貨物屬于該貨區(qū)，當(dāng)信息無(wú)誤后，系統(tǒng)將準(zhǔn)許貨物入庫(kù)并將該貨品信息轉(zhuǎn)為庫(kù)存狀態(tài)，一旦核實(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)，該貨品將被打回并重新進(jìn)行入庫(kù)操作。

當(dāng)貨物準(zhǔn)備出庫(kù)時(shí)，首先由倉(cāng)庫(kù)管理人員制定出庫(kù)清單并將需要出庫(kù)的貨物信息及倉(cāng)儲(chǔ)位置下載至出庫(kù)負(fù)責(zé)人員的手持終端即圖3中的PDA內(nèi)，之后出庫(kù)負(fù)責(zé)人員可根據(jù)PDA的提示到達(dá)指定位置提取貨物，提取貨物時(shí)需進(jìn)行出庫(kù)核實(shí)，具體操作由倉(cāng)儲(chǔ)人員利用PDA對(duì)即將提取貨物進(jìn)行電子標(biāo)簽的信息讀取并由PDA自動(dòng)發(fā)送至后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行信息核對(duì)，如若準(zhǔn)確無(wú)誤，倉(cāng)儲(chǔ)人員將提取貨物并運(yùn)送至庫(kù)區(qū)出口準(zhǔn)備出庫(kù)。貨物出庫(kù)時(shí)，安裝在庫(kù)區(qū)出口的讀寫(xiě)器將再一次對(duì)出庫(kù)貨物進(jìn)行信息核實(shí)，核實(shí)無(wú)誤后系統(tǒng)準(zhǔn)許出庫(kù)并將貨物信息轉(zhuǎn)為已出庫(kù)狀態(tài)，一旦核實(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)，該貨品將被禁止出庫(kù)。

2.庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)調(diào)配子系統(tǒng)

庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)調(diào)配子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貨物盤(pán)點(diǎn)和調(diào)配的管理，旨在縮短貨物盤(pán)點(diǎn)時(shí)間節(jié)約人力，以最方便快捷的途徑達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控庫(kù)存狀態(tài)并調(diào)配的目的為實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)可視化管理服務(wù)。目前庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)和人工盤(pán)點(diǎn)。自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)基于RFID技術(shù)可通過(guò)大面積讀寫(xiě)器對(duì)倉(cāng)庫(kù)指定范圍內(nèi)所有貨物進(jìn)行信息讀取并傳送至后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于其無(wú)人工干預(yù)，全自動(dòng)，操作快捷準(zhǔn)確。人工盤(pán)點(diǎn)即倉(cāng)庫(kù)管理人員根據(jù)實(shí)際情況選擇盤(pán)庫(kù)范圍并依據(jù)PDA內(nèi)盤(pán)庫(kù)單信息對(duì)貨物進(jìn)行依次盤(pán)點(diǎn)，盤(pán)點(diǎn)結(jié)束將信息上傳并核對(duì)。

庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)調(diào)配子系統(tǒng)按功能模塊又可分為智能貨架、智能盤(pán)點(diǎn)小車(chē)和手持盤(pán)點(diǎn)機(jī)（PDA）三大功能模塊。智能貨架功能模塊主要負(fù)責(zé)貨物的掃描上架、貨位管理、貨物數(shù)量統(tǒng)計(jì)和下架管理。智能貨架功能模塊以操作事件為起點(diǎn)，以信息感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為媒介，以智能貨架管理系統(tǒng)為信息處理和指令控制中心。智能貨架可利用RFID技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)的自動(dòng)信息傳遞和信息核實(shí)節(jié)省了人力成本也免去了由于人工干預(yù)所造成的人為誤差。智能貨架功能模塊的實(shí)現(xiàn)途徑如下：在貨架上適當(dāng)布置一定數(shù)量的讀寫(xiě)器和天線實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物信息的讀取及實(shí)時(shí)更新，主控人員通過(guò)遠(yuǎn)程控制天線和讀寫(xiě)器的工作狀態(tài)對(duì)貨物數(shù)量的統(tǒng)計(jì)及貨物庫(kù)存狀態(tài)的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)自動(dòng)化。智能盤(pán)點(diǎn)小車(chē)功能模塊通過(guò)固定在盤(pán)點(diǎn)車(chē)上的移動(dòng)天線對(duì)貨物標(biāo)簽進(jìn)行定時(shí)掃描，從而獲取智能貨架上的貨物位置及庫(kù)存狀態(tài)信息，同時(shí)還可依據(jù)系統(tǒng)指示實(shí)現(xiàn)貨物的調(diào)配。盤(pán)點(diǎn)小車(chē)可通過(guò)在貨架之間的鋪設(shè)的軌道進(jìn)行移動(dòng)讀取貨物信息和調(diào)配貨物。手持盤(pán)點(diǎn)機(jī)（PDA）模塊主要便是利用手持終端實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的信息讀取和核實(shí)，主要為人工盤(pán)點(diǎn)調(diào)配服務(wù)。

3.倉(cāng)庫(kù)環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

貨物在倉(cāng)庫(kù)中是否得到良好的保存對(duì)于物流企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的好壞會(huì)直接影響到貨物的存儲(chǔ)質(zhì)量，惡劣的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境會(huì)降低貨物的使用壽命甚至使其報(bào)廢，因此倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的監(jiān)控在倉(cāng)儲(chǔ)管理中需要引起足夠重視?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)下的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)利用ZigBee技術(shù)、串口通信技術(shù)和WSN技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物環(huán)境信息，例如濕度、光照強(qiáng)度和煙霧濃度等信息的實(shí)時(shí)采集并傳送至后臺(tái)進(jìn)行信息處理，實(shí)時(shí)反饋出倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境是否適宜以供管理人員參考。

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、通信節(jié)點(diǎn)以及RS232串口線。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：將ZigBee終端節(jié)點(diǎn)布置于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)每個(gè)貨架上以實(shí)時(shí)獲取該監(jiān)控區(qū)域的溫度、濕度、煙霧濃度等環(huán)境信息，終端信息獲取完成后匯聚節(jié)點(diǎn)利用ZigBee技術(shù)將各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的信息匯聚至其內(nèi)并傳送至通信節(jié)點(diǎn)，之后信息由通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口通信傳送至上位機(jī)，隨后經(jīng)中間件技術(shù)、WebServicc技術(shù)處理封裝并提供給上層業(yè)務(wù)端供其使用。上層業(yè)務(wù)端包括電腦PC端也包括管理人員的手機(jī)用戶終端，管理人員可通過(guò)查看客戶端提供的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，此外上層業(yè)務(wù)端還可對(duì)上位機(jī)進(jìn)行環(huán)境信息限值設(shè)定，在環(huán)境信息到達(dá)上位機(jī)時(shí)被自動(dòng)判斷，一旦溫度、濕度、煙霧濃度等環(huán)境指標(biāo)超出上下閾值，上位機(jī)即可觸發(fā)系統(tǒng)警報(bào)提醒管理人員注意，這樣便利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的智能化管理。

五、結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理模式相比具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，雖然目前由于成本較高并不能做到對(duì)全國(guó)的普及，但隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，相信該系統(tǒng)一定會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景并成為未來(lái)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理的主流系統(tǒng)。

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