现代智慧仓储技术及其应用

2021-09-16 10:10| 发布者: http://www.daoteng56| 查看:

摘要: 针对企业库存物资大多零散存放,导致应急事故、作业准备时难以准确查询现有物资状况,严重影响生产甚至造成巨大生命财产损失的问题,论述现代智慧仓储技术并设计实现了分布式实物仓储系统。实际运行表明:该系统通过信息化技术手段,实现了仓储实物管理的信息化和移动化;引进的条码技术和物联网技术,确保了所有 ...
现阶段, 仓储技术主要包括仓储物资保管技术、仓库库存控制技术、仓储信息技术及仓库管理信息系统等[1]。智慧仓储管理技术指的是仓储信息技术和仓库管理信息系统, 主要包括条形码技术、EDI技术、无线射频识别技术 (RFID) 及仓库管理信息系统等[2]。条形码技术伴随着计算机应用技术的发展, 目前已广泛应用于工业生产过程控制、邮政、商业及交通等领域, 其优势在于可靠性高、速度快且准确度高, 因此在识别技术中有很高的价值[3]。RFID技术具有不局限于视线、识别距离远、携带大量数据及难以伪造等优势, 目前逐渐被应用于物流中心的各作业站或各搬运设备上所附带的资料收集与指示设备[4]。在智慧仓储方面, 入库、补货、调仓、拣货、出货及盘点等作业均可采用RFID技术。全球卫星定位系统 (GPS) 利用卫星定位地面目标, 具有准确定位和快捷跟踪的优势[5], 目前主要用于飞机和船舶导航、地面目标定时定位、交通管制及灾害监测等。近年来, 便携式数据终端 (PDT) 的应用日趋广泛, PDT可以把采集到的有用数据存储起来或传送至管理信息系统[6], 把它与适当的扫描器相连, 可有效用于许多自动识别应用中。仓储管理信息系统 (WMS) 能够按照运作的业务规则和运算法则, 对信息、资源、行为、存货和分销运作进行更完美的管理, 使它最大化满足有效产出和精确性要求[7], 基本有收货处理、上架管理、拣货作业、月台管理、补货管理、库内作业、越库操作、循环盘点、RF操作、加工管理及矩阵式收费等模块。
在WMS的研究与应用中, 主要方向集中于信息化技术开发。通过信息化技术手段, 改变传统手工仓储实物管理模式, 加强实物的信息管控、追踪和动态预警, 并结合移动应用技术、条码技术和数据采集技术, 实现可移动、动态仓储、多级组织、多仓库、物资和备品备件管理、电子单据及二维码打印等为一体的移动化分布式仓储实物管理平台[8]。为了适应需求, 要求智慧仓储平台实现物资的全生命周期管理, 对物资的周转率、合格率及物资消耗水平等指标进行全面管控, 便于领导决策, 及时调整优化采购方案, 降低物资积压风险[9]

智慧仓储平台总体架构

如图1所示, 智慧仓储平台主要包括服务与基础平台、服务工具和应用软件3个层面。服务与基础平台主要完成基础数据录入、存储与备份, 并提供数据交互所需的各种服务;服务工具提供系统运行中的配置与规则、报表服务和运行管理工具;应用软件主要完成丰富的人机交互接口应用。
在架构的各核心服务中, 松散耦合特性表现得尤为明显, 通过良好的接口可以实现拆分与组合, 可以应对不同场景需求的仓储管理。总体框架中还包含了多项核心服务, 如图2所示。
图1 智慧仓储平台总体架构图1 智慧仓储平台总体架构   下载原图
 
图2 总体框架的核心服务项目图2 总体框架的核心服务项目   下载原图
 
为了使已有的应用系统和数据资源得以复用, 通过适配器将它接入智慧仓储平台。在此过程中, 适配器可以实现已有资源与其他服务的双向通信和互相调用, 同时实现资源的服务化封装, 为服务消费者提供业务和数据服务。数据仓库提供数据采集功能, 提供数据录入、传输等数据接口, 同时提供服务描述信息的存储、分类和查询功能。除了提供服务类型的资源管理外, 它还需要提供对其他各种资源的管理能力。企业服务总线 (ESB) 是典型的连通服务, 它是通信和交互的核心, 如服务间交互、代理间通信等。此外, 保证传输效率和传输质量也尤为重要。流程服务为业务流程提供强大的支撑, 可以按照特定的顺序来调用特定的规则, 常提供流程驱动、服务调用及事务管理等功能。交互服务实现人与服务之间的交互功能, 支持多种交互渠道, 如浏览器、客户端及移动接入等, 也支持多种交互方式。协作服务解决自治域之间和自治域内部的交互通信, 它主要采用WCF相关技术以实现流程协同、服务交互和各种质量属性管理。WCF是应用服务层, 使用服务层能够提供业务集成, 同时提供了一个业务抽象层, 可以完成业务的封装。使用WCF, 3种不同的客户端应用 (Web、Mobile、WPF) 能够使用一个接口, 而不需要直接操作数据库, 还可以把决策支持服务封装到WCF中。松散耦合结构的智慧仓储平台, 安全性被视为一种事关全局的考虑。需要向参考架构模型中的其他服务提供基本的安全服务功能, 包括身份验证、访问控制、数据加密、数据完整性和抗抵赖性、安全信任、身份联邦、安全会话及安全策略等。信息服务以一种统一的方式描述系统中所需要使用的各种信息数据, 对各种结构化数据和非结构化数据进行统一的访问管理。运行管理工具提供界面友好的监控和管理工具, 以实现各种资源和服务的运行管理, 主要包括服务启动、停止、暂停、恢复及版本升级等, 同时需要其管理工具具备分析和统计功能。报表服务用于管理来自关系数据源和多维数据源的数据的表格报表、矩阵报表、图形报表和自由格式报表。

智能客户端 (C/S) 技术架构

如图3所示, 智能客户端 (C/S) 整体架构为基于WPF与WCF服务的四层C/S架构。系统软件框架从层次结构上主要分为展现层、UI代理层、业务逻辑层和基础结构层。
C/S架构中系统的层级开发模式为:展现层实现与用户交互界面开发, 充当UI逻辑的角色, 完成用户输入数据、数据处理和运算完成后输出的展示。UI代理层负责业务逻辑层和UI用户界面之间的数据交互, 并且尽可能地让UI逻辑不依赖UI技术。智慧仓储平台使用MVC模式, 通过视图触发并执行某个操作调用控制器, 通过控制器操作业务层, 最终返回模型。业务逻辑层是UI层和DAL层间的桥梁, 主要功能有验证、计算及业务规则等, 主要部署WCF服务和WCF客户端代理, 系统中的业务逻辑以服务的形式在服务器上计算与流转, 客户端通过向应用服务器的服务接口发起服务请求, 获取数据库数据和业务逻辑返回。基础结构层实现系统数据的存储与数据管理功能, 并将存储在数据库中的数据提交给业务层, 同时将业务层处理的数据保存到数据库。

2.1 WPF架构技术

WPF支持广泛的应用程序开发, 主要包括模型、资源、控件、图形、数据绑定、文档和安全性, 具有更好的视觉效果、独特的用户体验。通过.NET 3.0各种媒体类型的数据组合在一起, 并且统一了C/S与B/S两种网络客户端的界面编程。WPF包括PresentationFramework、PresentationCore和Milcore (milc) , 体系框架如图4所示。
图3 智能客户端 (C/S) 技术架构图3 智能客户端 (C/S) 技术架构   下载原图
 
图4 WPF体系架构图4 WPF体系架构   下载原图
 
Kernel是最底层, 它控制和管理与图形驱动相关的任务。User32负责窗口及其在屏幕中的位置设置等, 它不参与控件的呈现。DirectX (Dire) 负责呈现窗口、内容等。Milcore (Milc) 是WPF的核心, 主要实现WPF与DirectX (Dire) 的通信。最高层是WPF的两个核心PresentationFramework和PresentationCore, 前者包括WPF的窗口、面板及样式等WPF类型。后者包括一些基本类型, 例如UIElement、Visual等。C/S选用WPF+智能客户端, 表示层主要是与用户交互的界面。WPF的优势是, WPF借助XAML来利用标记而不是编程语言来构造精美的界面, 该技术具有很强的界面自适应性, 最大限度地消除界面差异。而在客户端代理上, 选择WCF代理来构建跨平台、安全、可靠和支持事务处理的企业级互联应用解决方案。

2.2 业务逻辑层和基础结构层

作为UI层和DAL层的桥梁, 业务逻辑层包括验证、计算及业务规则等, 业务逻辑常以服务的形式在服务器上计算与流转。客户端一般通过向服务接口发起服务请求来获取业务逻辑返回。在智慧仓储平台中, 业务层封装了业务逻辑, 主要包括数据验证、事物处理及权限处理等。Domain Model是根据业务用面向对象的方法建模, 这样很适合业务复杂的系统。常用自定义数据实体方式表达具有编译检查、表现方式直观等优点。其中Data Transfer Object (DTO) 负责数据交换, 并支持数据绑定、数据验证、历史记录、级联触发、合并集合、序列化及反序列化等。另外, 业务操作负责对业务数据进行相关处理, 例如验证、流向、整合、事物及权限等。业务操作常将业务数据与相关业务操作封装在一起, 为表示层提供服务, 同时也负责作为DTO在各个层次间传输。
基础结构层为数据提供一个访问接口, 在智慧仓储系统中选用一种能够提供数据源无关的抽象数据访问接口并通过在其下挂接各种不同DataProviador访问数据源的数据层组件, 这样做便于移植到不同的数据源上。本系统使用LIN:和ADO.NET Entity Framework从关系数据模型中抽象出概念模型。因此只需着眼概念模型, 而不必去关心关系数据模型, 从而提高开发效率。对于程序与数据库之间交互访问的问题, 智慧仓储平台直接访问Session会话, 然后由Session会话与数据库交互。

移动应用技术架构

移动应用 (APP) 采用混合模式移动应用 (Hybrid App) 的方式与Native+Ionic+angular.js+Bootstrap架构分别开发Android与IOS手机APP, 使需要无线协作、方便移动使用的功能同时在手机APP上实现。移动应用 (APP) 的技术架构如图5所示。
图5 移动应用技术架构图5 移动应用技术架构   下载原图
 
通过采用.NET Framework下的ASP.NET Web API构建高效的RESTful服务端应用支撑平台, 为移动端应用提供高并发的应用服务。在前端设计中, Ionic、angular.js及Bootstrap等前端架构组件自适应良好, 同时将Web模块以Web Kit容器为载体嵌入Native模块。以JS+Native相互调用为主, 从开发层面实现跨平台机制。服务器端RESTful应用支撑技术为移动端提供高并发安全受控的远程应用服务, 其容器为Web服务器IIS及其上的动态Web引擎ASP.NET, 实现实体为ASP.NET Web API, 它能轻松构建可以访问多种客户端的HTTP服务。为保证服务的安全受控, 采用Token签名验证方式进行消息传递和身份验证。整套体系提供了对数据库、WAP资源和非结构化数据的查询与维护。同时, 智慧仓储平台还采用了Hybrid APP开发模式, 该模块由Native模块、Web模块和Web嵌入式组件组成。从开发层面实现“一次开发, 多处运行”的机制, 成为真正适合跨平台的开发。

智慧仓储平台框架

基于以上技术支撑, 完成了智慧仓储平台的安装部署。平台的核心功能如图6所示, 主要包括系统平台管理、基础信息管理、物资出入库、检查与盘点、查询与统计及移动APP等。其中系统平台管理有效实现模块开发、人员、权限管理及角色构建等功能;基础信息模块对仓储管理的基础信息进行维护, 包括物资信息维护、仓库、货架维护和单位转换的管理;物资出入库有效规范了物资的申请、审批、出库和还回的流程;检查与盘点、查询与统计模块实现了仓储物资的定期查询与统计, 为仓储决策做出有力支撑;同时, 友好精美的用户界面增加了数据统计的灵活性与舒适性。
图6 智慧仓储平台的核心功能图6 智慧仓储平台的核心功能   下载原图
 
通过上述技术的运用, 集多级组织、多仓库、物资管理、电子单据及二维码打印等为一体的仓储实物管理平台已经构建。除了常规智慧仓储平台功能, 该平台还具有强大的自定义功能, 主要表现在物资列表、自定义单据打印及出入库类型等。物资调拨和物资出库均可实现严格的工作流程管理, 并且还实现了物品重复使用、物资借用与还回数量不等的特殊情况的流程。系统平台集成条码打印机、数据采集器并支持多种打印机, 可以实现移动打印等现代技术。通过APP进行物资和备品备件的添加、出入库单据填写、扫码出入库、盘点单填写、上传检查图片及物资信息查询等移动应用。统计模块实现物资周转率的查询与统计, 以此指导物资采购计划制定, 实现物资损耗库存警戒, 智能提醒增加库存储量。在库价值统计明确了在库资产, 方便资产管控与金融核算。

网络拓扑架构

智慧仓储平台的网络物理拓扑主要由防火墙、数据库服务器、应用服务器、交换机、路由器和无线接入点组成。数据库服务器和应用服务器各由一台或多台服务器构成服务器集群, 通过内网同局域网交换机连接;交换机与路由器之间架设防火墙, 内外网之间的数据交互必须通过防火墙, 并且必须符合所设定的安全策略;用户可以通过内外网方式访问, 外网通过Internet或3G/4G连接到路由器, 并通过身份验证访问内网;内网通过无线接入点或交换机连接路由器, 也需要身份验证机制访问内网。其中PC端用户访问的是系统C/S版本, 手机端用户访问的是系统APP版本。供电局网络拓扑结构如图7所示。
图7 供电局网络拓扑架构图7 供电局网络拓扑架构   下载原图
 
数据库服务器上部署SQL Server 2014 Management Studio, 用于存储系统的实时数据、历史数据和系统必要的支撑表结构、视图与存储过程。同时, 数据库服务器在减少编程量, 保障数据安全性、数据可靠性、资源充分利用和扩展性的同时, 还能进行数据库管理、数据库维护、并行存储与计算。应用服务器上主要部署WCF服务和WCF客户端代理, 系统中的业务逻辑以服务的形式在服务器上计算与流转, 客户端通过向应用服务器的服务接口发起服务请求, 获取数据库数据和业务逻辑返回。应用服务器为Web应用程序提供访问机制。它也提供TTP协议的实现和数据库链接管理。

结束语

通常情况下, 生产企业库存物资多零散存放, 导致应急事故、作业准备时难以准确查询现有物资状况, 严重影响生产甚至造成巨大生命财产损失, 并且现有台账管理无法及时统计、分析, 效率不高, 众多物资难以追溯生命周期, 无法根据库存做出重大生产决策。针对这些问题, 对现代智慧仓储技术进行论述并实现了分布式实物仓储系统, 通过信息化技术手段, 实现仓储实物管理信息化、移动化;引进条码技术和物联网技术, 确保了所有环节能够高效、准确进行, 提升了企业的仓储管理水平和效率。