基于物聯(lián)網(wǎng)的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱廣涵 許博

摘 要：現(xiàn)代后勤保障的復(fù)雜性、秘密性、精確性、突發(fā)性特點(diǎn)愈加突出，以及倉(cāng)儲(chǔ)物資數(shù)量增加、類型多樣，如何有效提高傳統(tǒng)軍事物流倉(cāng)儲(chǔ)的保障水平和運(yùn)行效率成為一個(gè)值得研究的問(wèn)題。結(jié)合軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理的特點(diǎn)和規(guī)律，針對(duì)現(xiàn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理模式存在的不足和問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)為核心、RFID管理系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)，對(duì)其中的業(yè)務(wù)流程、功能模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)以及信息處理方式進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)和具有多樣系統(tǒng)功能和良好抗風(fēng)險(xiǎn)能力的系統(tǒng)模型，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的原型系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：軍事智能倉(cāng)儲(chǔ);物聯(lián)網(wǎng);設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)框架;功能模塊;RFID

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）12-00-04

0 引 言

軍事倉(cāng)儲(chǔ)是軍事物流的重要環(huán)節(jié)，是鏈接供應(yīng)商、上級(jí)倉(cāng)庫(kù)以及部隊(duì)用戶的紐帶。軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理[1]是專門從事軍事物資存儲(chǔ)活動(dòng)的工作體系，是后勤保障系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，也是物流鏈上的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，主要涉及軍事倉(cāng)儲(chǔ)的庫(kù)區(qū)規(guī)劃與布局、設(shè)備設(shè)施管理、庫(kù)存控制、安全管理、庫(kù)區(qū)溫濕度管理、物流中心規(guī)劃與管理和特種倉(cāng)庫(kù)管理，以及物資存儲(chǔ)計(jì)劃與規(guī)劃、出入庫(kù)管理、裝卸及搬運(yùn)行業(yè)管理、在庫(kù)管理等方面。

軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理有其特殊性、嚴(yán)謹(jǐn)性?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的一個(gè)重要方面是信息技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，這必將在軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域有所體現(xiàn)。加強(qiáng)軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理的信息化、高效化具有重大戰(zhàn)略意義并且符合實(shí)際需要。

傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理主要依托人工操作，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部管理和物資收發(fā)完全由人工和半機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行，庫(kù)存及出入庫(kù)物資的信息和數(shù)量依靠紙張和電子表格記錄，導(dǎo)致庫(kù)房規(guī)模有限、倉(cāng)儲(chǔ)管理效率低下、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的日益頻繁，加之保障任務(wù)的不可預(yù)見(jiàn)性與持續(xù)性，以及大量倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)依托人工錄入導(dǎo)致錯(cuò)誤和延時(shí)，傳統(tǒng)依賴于人工和半機(jī)械化的倉(cāng)儲(chǔ)操作已難以滿足現(xiàn)代化軍事需求。真正要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理的目標(biāo)，就必須實(shí)現(xiàn)管理的信息化和智能化，形成“科學(xué)、簡(jiǎn)潔、高效”的管理體系，達(dá)到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、保障標(biāo)準(zhǔn)化、管理科學(xué)化。高效的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理可以在物流和倉(cāng)儲(chǔ)各個(gè)環(huán)節(jié)起到優(yōu)化作用，能夠有效克服時(shí)間和空間上的差異問(wèn)題。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)和云倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，結(jié)合平時(shí)及戰(zhàn)時(shí)環(huán)境下軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物資出入庫(kù)和信息共享的需求，綜合考慮了性能提升、后期維護(hù)、功能拓展、實(shí)現(xiàn)費(fèi)用等因素，對(duì)傳統(tǒng)軍事倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了智能化改造，提出了軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)的技術(shù)方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

本章節(jié)主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)、云倉(cāng)儲(chǔ)[2]、智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)[3]的基本功能，集成物資需求提報(bào)與計(jì)劃任務(wù)下達(dá)、需求智能測(cè)算、時(shí)間追溯、云分倉(cāng)等實(shí)用功能，打造一個(gè)符合有效性原則、安全保密原則和適用性原則的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

基于物聯(lián)網(wǎng)的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)主要以RFID射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行物資信息的無(wú)線電信號(hào)識(shí)別與讀寫，以無(wú)線傳感技術(shù)[4]綜合處理獲取的聲、光、電等多種信號(hào)作為物資、環(huán)境與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)交互信息的媒介;結(jié)合光載無(wú)線交換技術(shù)[5]的無(wú)線接入和軍事綜合信息網(wǎng)等軍用通信網(wǎng)絡(luò)的有線接入，作為整個(gè)系統(tǒng)的核心通信技術(shù)，通過(guò)WiFi無(wú)線信號(hào)源和有線信號(hào)源的遠(yuǎn)端傳輸、分布、交換與控制[6]，將綜合庫(kù)、隊(duì)屬分庫(kù)及野外分倉(cāng)均連入系統(tǒng);通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)軟件和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理和物資調(diào)撥操作，解決基礎(chǔ)設(shè)施滯后、信息化程度低、物資分區(qū)布局不合理、庫(kù)存周轉(zhuǎn)難、業(yè)務(wù)流程準(zhǔn)確性、連續(xù)性、時(shí)效性差等問(wèn)題，從而方便后勤機(jī)關(guān)把握物資的儲(chǔ)備和消耗情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合庫(kù)和分庫(kù)對(duì)庫(kù)物資的統(tǒng)一管理，有利于緊急稀缺物資的就近調(diào)撥并可有效遏制虛報(bào)冒領(lǐng)等情況的發(fā)生。基于物聯(lián)網(wǎng)的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)層次如圖1所示。

為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行和數(shù)據(jù)的防間保密，防止火災(zāi)、地震等強(qiáng)烈自然災(zāi)害以及戰(zhàn)時(shí)敵特分子的破壞，采用基于全冗余方式的雙機(jī)熱備方案并對(duì)數(shù)據(jù)加密。在后勤機(jī)關(guān)、綜合庫(kù)設(shè)立兩臺(tái)服務(wù)器的熱備份，其優(yōu)勢(shì)在于熱備數(shù)據(jù)的傳輸不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可進(jìn)行直接復(fù)制，實(shí)時(shí)性好;一旦發(fā)生宕機(jī)，備份存儲(chǔ)器和主存儲(chǔ)器間迅速切換，時(shí)間小于500 ms。采用熱備份方法可真正實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)無(wú)縫全冗余備份，滿足軍事領(lǐng)域的高要求。

1.2 系統(tǒng)框架

1.2.1 業(yè)務(wù)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)為核心，由RFID管理系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，框架如圖2所示。倉(cāng)庫(kù)工作人員通過(guò)RFID管理系統(tǒng)編寫RFID標(biāo)識(shí)碼、打印RFID標(biāo)簽、存儲(chǔ)分析RFID標(biāo)簽識(shí)別碼數(shù)據(jù);通過(guò)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)臺(tái)車、堆垛機(jī)等倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備下達(dá)操作指令，完成出入庫(kù)、盤庫(kù)等工作。智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)包括9個(gè)管理模塊，其中查詢統(tǒng)計(jì)、倉(cāng)庫(kù)管理、用戶管理以及系統(tǒng)維護(hù)模塊主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)交互，依據(jù)實(shí)際情況對(duì)倉(cāng)庫(kù)信息、用戶信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行修改查詢，統(tǒng)計(jì)庫(kù)存物資及現(xiàn)有設(shè)備等情況;貨位管理模塊依據(jù)貨位分配策略和空余貨位情況對(duì)RFID管理系統(tǒng)發(fā)出的貨位分配請(qǐng)求予以回應(yīng);環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊接收分析無(wú)線傳感器自動(dòng)上傳的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，依據(jù)需要設(shè)置警戒閾值;入庫(kù)管理、庫(kù)存管理、出庫(kù)管理模塊分別對(duì)應(yīng)物資入庫(kù)、在庫(kù)、出庫(kù)時(shí)的入庫(kù)作業(yè)、庫(kù)存盤點(diǎn)和出庫(kù)作業(yè)過(guò)程，依據(jù)不同的作業(yè)方式由智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)下達(dá)操作指令;庫(kù)存管理模塊還包括需求測(cè)算和補(bǔ)庫(kù)計(jì)劃生成，如依據(jù)總部規(guī)定的食物定量標(biāo)準(zhǔn)、伙食費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和就餐人數(shù)設(shè)置具體品名的出庫(kù)比例，在智能測(cè)算出全單位年度以及各下級(jí)單位月度主副食需求量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步依據(jù)上級(jí)庫(kù)存和本級(jí)具體需求進(jìn)行決策。業(yè)務(wù)框架主要包括基礎(chǔ)信息獲取層、中間數(shù)據(jù)傳輸層和頂層系統(tǒng)管理層。

1.2.2 邏輯框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用B/S模式，根據(jù)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)自下而上劃分為基礎(chǔ)支持平臺(tái)、資源提供層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層和用戶層，邏輯框架如圖3所示。最底層是基礎(chǔ)支持平臺(tái)，主要由基礎(chǔ)硬件設(shè)備、系統(tǒng)軟件支持環(huán)境和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等組成。資源提供層融合了企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、軟件配置管理（SCM）、辦公自動(dòng)化（OA）以優(yōu)化管理組織結(jié)構(gòu)，主要由RFID數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)、物資信息數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。業(yè)務(wù)系統(tǒng)層主要由RFID管理系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)組成，包含RFID標(biāo)簽管理、查詢統(tǒng)計(jì)、出入庫(kù)管理等10個(gè)子系統(tǒng)。最頂層是面向用戶的用戶層，根據(jù)機(jī)關(guān)用戶、基層用戶和倉(cāng)庫(kù)用戶權(quán)限的區(qū)分，不同用戶在各自的權(quán)限范圍內(nèi)完成庫(kù)存查詢、需求預(yù)測(cè)、計(jì)劃生成、登記統(tǒng)計(jì)、接收調(diào)撥、保管等業(yè)務(wù)工作。

1.2.3 技術(shù)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)技術(shù)框架如圖4所示。本系統(tǒng)技術(shù)框架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將軟硬件技術(shù)相結(jié)合。核心硬件包括RFID讀寫器、無(wú)線傳感器、光載無(wú)線交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備以及自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施等;軟件方面利用JavaEE，采用B/S模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的技術(shù)框架主要分為系統(tǒng)技術(shù)支持層、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理層、系統(tǒng)應(yīng)用層：

（1）系統(tǒng)技術(shù)支持層包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備及執(zhí)行操作指令的硬件設(shè)備;

（2）系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理層結(jié)合多個(gè)管理信息系統(tǒng)（MIS）完成工作，主要有企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、軟件配置管理（SCM）等;

（3）系統(tǒng)應(yīng)用層主要利用軟件技術(shù)使用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，用戶使用客戶端瀏覽器對(duì)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)管理模塊下達(dá)指令，通過(guò)超文本傳輸協(xié)議HTTP與服務(wù)器通信，獲取決策信息或執(zhí)行設(shè)備操作。

1.3 功能模塊設(shè)計(jì)

相比于傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，本系統(tǒng)融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和軟件技術(shù)，數(shù)據(jù)的采集與處理乃至操作流程極少依賴人工，均通過(guò)自動(dòng)化程度較高的電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要包括查詢統(tǒng)計(jì)功能、倉(cāng)庫(kù)管理功能、用戶管理功能、入庫(kù)管理功能、貨位管理功能、庫(kù)存管理功能、出庫(kù)管理功能、環(huán)境監(jiān)測(cè)功能和系統(tǒng)維護(hù)功能：

（1）查詢統(tǒng)計(jì)模塊含有收發(fā)物單位查詢、出入庫(kù)和盤點(diǎn)單據(jù)查詢、庫(kù)存物資查詢、用戶查詢以及設(shè)備查詢等功能;

（2）倉(cāng)庫(kù)管理模塊包含倉(cāng)庫(kù)、貨架以及設(shè)備的信息管理功能;

（3）用戶管理模塊包含用戶信息以及用戶權(quán)限管理功能;

（4）入庫(kù)管理模塊包含入庫(kù)計(jì)劃以及入庫(kù)作業(yè)功能;

（5）庫(kù)存管理模塊包含補(bǔ)庫(kù)作業(yè)、移庫(kù)作業(yè)、庫(kù)存分析以及盤點(diǎn)作業(yè)功能;

（6）出庫(kù)管理包含出庫(kù)計(jì)劃和出庫(kù)作業(yè)功能;

（7）環(huán)境監(jiān)測(cè)包含監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理和警戒線閾值管理功能;

（8）系統(tǒng)維護(hù)模塊包含數(shù)據(jù)恢復(fù)以及備份功能。

軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)功能模塊如圖5所示。

貨位管理功能主要用于入庫(kù)以及移庫(kù)物資的貨位分配。采用分類存儲(chǔ)策略，倉(cāng)庫(kù)中的物資根據(jù)分類規(guī)則表進(jìn)行分類保存，每類物資設(shè)置固定存放區(qū)域，同屬一類但規(guī)格不同的物資按一定的分配算法來(lái)計(jì)算其存放的具體貨位。在分配具體貨位時(shí)，主要依據(jù)預(yù)先設(shè)定的存儲(chǔ)策略，同時(shí)考慮貨架受力情況及出入庫(kù)效率。在貨位分配優(yōu)化模型上，設(shè)倉(cāng)庫(kù)貨架排數(shù)為i排（數(shù)量暫定為14排），每排有j列（數(shù)量暫定為50列），每列有k層（數(shù)量暫定為5層），則該庫(kù)房共有3 500個(gè)貨位，將距入口最近的排記為第1排，該排中距入口最近的列記為第1列，該列最底層記為第0層。（i，j，k）（1≤i≤14，1≤j≤50，0≤k≤4，i，j，k∈N+）表示該倉(cāng)庫(kù)中第i排j列k層上的貨位。每個(gè)貨位長(zhǎng)度1.8 m（記為L(zhǎng)），高度0.9 m（記為H）。設(shè)堆垛機(jī)的平均水平運(yùn)行速度為x（一般為60 m/min），平均垂直運(yùn)行速度為y（一般為40 m/min）。根據(jù)上述分析，建立如下貨位分配的數(shù)學(xué)模型：

式中：min S和min T分別代表貨架受力和出入庫(kù)效率優(yōu)化模型;fjk代表第k層第j列貨位上的貨物出入庫(kù)頻率;mjk代表第k層第j列貨位上的貨物重量;tjk代表堆垛機(jī)行進(jìn)到該貨位耗費(fèi)的時(shí)間;Vy和Vx代表自動(dòng)堆垛機(jī)垂直運(yùn)行和水平運(yùn)行的平均速度。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與部署

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)軟件的主界面和倉(cāng)庫(kù)管理界面如圖6、圖7所示，采用導(dǎo)航菜單模式，綜合了系統(tǒng)導(dǎo)航欄和工具欄的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 系統(tǒng)部署

如圖8所示，本系統(tǒng)的總體框架層級(jí)分為綜合庫(kù)級(jí)和分庫(kù)（分倉(cāng)）級(jí)，各級(jí)都包含有用戶終端和手持PDA終端。綜合庫(kù)、隊(duì)屬分庫(kù)以及野外分倉(cāng)可通過(guò)光載無(wú)線交換機(jī)和路由器連接到智能倉(cāng)儲(chǔ)管理中心，訪問(wèn)存儲(chǔ)有各級(jí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的各項(xiàng)管理操作，各級(jí)綜合庫(kù)及分庫(kù)（分倉(cāng)）間的數(shù)據(jù)傳輸、備份和同步等流程也通過(guò)中心數(shù)據(jù)庫(kù)完成。

3 結(jié) 語(yǔ)

在目前倉(cāng)儲(chǔ)種類不斷增加、倉(cāng)儲(chǔ)規(guī)模不斷擴(kuò)大以及出入庫(kù)工作量不斷上升的形勢(shì)下，軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理任務(wù)日益繁重。為準(zhǔn)確高效地完成物資的出入庫(kù)作業(yè)，及時(shí)掌握倉(cāng)儲(chǔ)裝備的工作狀態(tài)，有效提高倉(cāng)庫(kù)操作人員的工作積極性，提高管理水平，加強(qiáng)倉(cāng)儲(chǔ)物資和數(shù)據(jù)管理，提升現(xiàn)代化后勤保障水平，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的軍事智能倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理系統(tǒng)，更加多樣的系統(tǒng)功能和更加完善的抗風(fēng)險(xiǎn)能力將是下一步需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

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