智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計

北京聯(lián)合大學(xué) 王強科 賈世超 張翠霞 薛 鵬

本項目采用邊緣計算架構(gòu)，設(shè)計基于智能網(wǎng)關(guān)的智能倉儲管理系統(tǒng)，包括智能網(wǎng)關(guān)、標簽軟硬件設(shè)計。擬采用一套智能網(wǎng)關(guān)，提供WiFi AP服務(wù)，并設(shè)計基于該網(wǎng)關(guān)的智能倉儲管理軟件系統(tǒng)，允許標簽接入，從而實現(xiàn)對物品標簽進行統(tǒng)一管理、控制；標簽軟硬件設(shè)計，擬采用支持WiFi的SoC模塊，及相關(guān)報警元器件，基于microPython設(shè)計軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)訪問智能網(wǎng)關(guān)并接收管理、控制指令執(zhí)行。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

倉儲管理是一個產(chǎn)品庫存管理、物流快遞分揀、超市商品管理、醫(yī)院醫(yī)藥存儲，甚至是家庭個人生活當中物品管理的一個很常見的問題，但這是一個值得研究的問題，對于提高管理效率起到不可忽視的作用?，F(xiàn)有的產(chǎn)品倉儲管理技術(shù)，從大規(guī)模生產(chǎn)運輸?shù)慕嵌葋碚f，一般采用條形碼掃描入庫、出庫管理，如超市商品、企業(yè)商品訂單交付、物流運輸；從家庭及個人的角度來說，現(xiàn)有的常見的可以稱之為防丟設(shè)計的系統(tǒng)，基于藍牙傳輸協(xié)議設(shè)計，需要相應(yīng)的專用的防丟器、手機軟件，難以適用較多物品的管理與復(fù)雜的干擾環(huán)境，實際的效果與用戶體驗（QoE）差。有源RFID是近年來備受青睞的技術(shù)，但在實際大規(guī)模應(yīng)用還沒有完全實現(xiàn)，存在諸多問題，其中成本，壽命，大規(guī)模接入、管理與控制都是重要因素。由此可見，當前的智能倉儲管理是一個緊迫性的問題：一方面來自生產(chǎn)需求，傳統(tǒng)的方式越來越難以滿足自動化發(fā)展需求，管理過程繁雜、低效，導(dǎo)致浪費時間；另一方面來自智能化技術(shù)的推廣，如機器人自動分揀、運送，這需要一個與之相配套的管理系統(tǒng)，傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)難以適用，無法滿足需求。

通過大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)，倉儲管理是從個人到企業(yè)產(chǎn)品管理都面臨的現(xiàn)實問題。對個人來說，日常生活中個人物品太多，容易混亂，關(guān)鍵時候找不到，浪費大量時間尋找。對企業(yè)來說，產(chǎn)品的管理十分重要，而依靠人掃描入庫成本高，也不符合當下的技術(shù)潮流。

綜上所述，本項目系統(tǒng)的設(shè)計在個人的日常生活當中，以及企業(yè)產(chǎn)品管理過程有著廣泛而剛性的需求，同時也具有很大的市場商業(yè)化潛力。本項目智能倉儲管理系統(tǒng)，向上可以與云實現(xiàn)云邊協(xié)同，與機器人實現(xiàn)全自動分揀，在未來一段時間技術(shù)上架構(gòu)上保持領(lǐng)先，具有巨大的潛力。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

智能網(wǎng)關(guān)。本項目基于邊緣計算架構(gòu)，設(shè)計基于智能網(wǎng)關(guān)的智能倉儲管理系統(tǒng)，該智能網(wǎng)關(guān)的選擇能夠符合當前主流的開源邊緣計算平臺，并提供WiFi AP接入。目前可以作為智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)備很多，多采用高性能的嵌入式設(shè)備，仍然需要進行大量調(diào)研并確定。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在嵌入式人工智能研究通常選擇，如英偉達系列Jetson Nano，Jetson TX1/TX2，Jetson AGX Xavier，樹莓派4等高性能開發(fā)板。邊緣計算的智能網(wǎng)關(guān)同樣可以選擇類似的技術(shù)方案，但仍然需要大量調(diào)研確定標簽設(shè)計。標簽設(shè)計十分關(guān)鍵，不僅要考慮到WiFi接入，同時還需要考慮到可編程性，為后期程序設(shè)計的便捷性做好準備。另外，標簽硬件還要集成警報模塊，用以通過聲音進行定位。本項設(shè)計選擇主流的支持WiFi協(xié)議的SoC，如ESP8266、ESP32；同時，考慮到后期程序設(shè)計的便捷性，以支持Python程序設(shè)計開發(fā)優(yōu)先選用。

2.2 軟件設(shè)計

智能網(wǎng)關(guān)邊緣計算平臺。平臺的選擇至關(guān)重要，平臺的選擇以開源平臺優(yōu)先，需要進一步調(diào)研并確定最終方案。基于邊緣計算平臺，開發(fā)本項目的智能倉儲管理系統(tǒng)，并部署到智能網(wǎng)關(guān)之上。當前邊緣計算平臺很多，主流的包括華為的KubeEdge，百度的OpenEdge，以及威斯康星大學(xué)無線傳感實驗的ParaDrop等。平臺的選擇以開源平臺優(yōu)先，需要進一步調(diào)研并確定最終的方案?；谶吘売嬎闫脚_，開發(fā)本項目的智能倉儲管理系統(tǒng)，主要包括服務(wù)接入、查詢、控制功能，并部署到智能網(wǎng)關(guān)之上，實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計。

標簽設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計。本項設(shè)計程序設(shè)計擬采用microPython，需要對相關(guān)環(huán)境進行配置，對相關(guān)程序設(shè)計進行深入學(xué)習(xí)，掌握程序設(shè)計的語法。

圖1 系統(tǒng)通信

圖2 智能網(wǎng)關(guān)管理和控制標簽

2.3 通信

本項設(shè)計擬采用Socket通信，將智能網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)器、標簽作為客戶端其原理如圖1所示，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)管理和控制標簽如圖2所示。

3 系統(tǒng)創(chuàng)新點

（1）降低延時。本項目設(shè)計基于邊緣計算新的計算范式進行系統(tǒng)設(shè)計，利用智能網(wǎng)關(guān)發(fā)射WiFi AP，實現(xiàn)大規(guī)模接入服務(wù)，標簽通過訪問AP接入智能網(wǎng)關(guān)，從而實現(xiàn)對物品的管理。在靠近數(shù)據(jù)源的地方對數(shù)據(jù)進行處理，節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸時間，有效降低時延。

（2）隱私安全?；谶吘売嬎慵軜?gòu)，數(shù)據(jù)在本地處理，減少了數(shù)據(jù)泄露的可能。

（3）管理高效。對人來說，標簽設(shè)計有聲音裝置，通過智能網(wǎng)關(guān)進行控制，能夠快速定位物品，節(jié)約尋找時間。

（4）高資源利用率。對于家庭來說，智能網(wǎng)關(guān)是很常見的，但其資源并沒有充分利用，有大量資源閑置，因此，本項目基于智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計能夠充分釋放家庭智能網(wǎng)關(guān)的計算力，提高資源利用率。

結(jié)語：隨著信息技術(shù)及其它技術(shù)的發(fā)展，倉儲管理的信息化、智能化程度會越來越高，需要和IT技術(shù)相結(jié)合才能夠提供更加完善的服務(wù)。對于倉儲管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，需要以傳統(tǒng)的倉儲管理模式為基礎(chǔ)，在以邊緣計算等先進技術(shù)能夠用更低的成本能實現(xiàn)基于復(fù)雜計算的倉儲管理系統(tǒng)的升級，進而降低大規(guī)模倉儲物流線上管理的成本，推進倉儲物流的信息化發(fā)展，從而提升倉儲管理的效率和質(zhì)量。