基于RFID的智能仓储标准管理系统.doc

物联网系统综合设计报告 题 目 智能仓储系统设计与实现 考生姓名 郭守昊 考 号 单 位常州纺织服装职业技术学院专 业 物联网工程二一六年三月一日目 录1 绪论11.1 WMS国内外研究及发展动态分析21.1.1国外研究动态21.1.2国内发展动态21.2 WMS发展趋势32系统总体设计42.1网络架构42.2 系统流程42.3 系统构成43系统详细设计53.1基于RFID技术库存管理流程设计53.1.1总体流程53.1.2收货入库流程63.1.3库存盘点流程73.1.4 出库流程84系统实现104.1 RFID标签及读写器104.2 RFID中间件及数据过滤104.3传感器、微解决器、通信芯片及合同115 总结与思考11参照文献：121 绪论智能仓储是物流过程中一种环节，保证货品仓库管理各个环节数据输入速度和精确性，也可以保证公司可以及时掌握库存真实数据。通过科学编码，对库存货品批次、保质期等信息进行管理。建立一种智能仓储系统需要物联网鼎力支持，当代仓储系统内部不但物品复杂、形态各异、性能各异，并且作业流程复杂，既有存储，又有移动，既有分拣，也有组合。因而，以仓储为核心智能物流中心。当前仓储业智能终端技术有机器人技术、RF手持终端、语音提示终端、视频监控终端、无人搬运车等技术。借助这些技术，实现了物品自动搬运、机器人自动堆码跺、物品自动辨认、智能辅助人工拣选等作业。在智能仓储管控系统中，物联网技术与WMS技术相结合，实现了仓储也智能化与自动化。可以实现对物流过程智能控制与管理还不多，物联网及物流信息化还仅仅停留在对物品自动辨认、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度等普通应用1.1 WMS国内外研究及发展动态分析仓储管理是指通过仓库对商品进行储存和保管。仓储管理系统是仓储管理信息化详细形式，是一种实时计算机软件系统。它可以按照运作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地管理，使其最大化满足有效产出和精准性规定。仓储管理系统是公司物流系统中不可缺少子系统。物流系统整体目的是以最低成本提供令客户满意服务，而仓储管理系统在其中发挥着重要作用。1.1.1国外研究动态国外WMS软件处在领先地位是美国SAP公司ERP软件，该ERP软件提供分布式仓储及库存控制模块，在制造业公司中得到广泛应用。1此外专家系统在网络化分布式仓储管理及库存控制领域也有广泛应用，如美国空军物流部门研发了针对仓储管理和库存控制问题专家系统“存货管理辅助系统”，用于存货筹划专家系统IVAN，收集和扫描零售数据误差专家系统Infoscan等。此外，IBM推出在SOA基本上WMS也比较典型，其基本构造、原则模块和数据互换接口原则等方面研究正在进一步。20世纪90年代以来，国外开始结合当代制造技术例如FMS、CIMS、RF、ERP、SCM和当代管理技术JIT等进行备件搬运和平面布置研究，对仓储管理系统研究也扩大到产品订货到销售整个过程。至今，已有诸多基于XML、物联网技术、ARM、立体仓库等类型WMS软件问世。1.1.2国内发展动态 国外WMS软件处在领先地位是美国SAP公司ERP软件，该ERP软件提供分布式仓储及库存控制模块，在制造业公司中得到广泛应用。此外专家系统在网络化分布式仓储管理及库存控制领域也有广泛应用，如美国空军物流部门研发了针对仓储管理和库存控制问题专家系统“存货管理辅助系统”，用于存货筹划专家系统IVAN，收集和扫描零售数据误差专家系统Infoscan等。此外，IBM推出在SOA基本上WMS也比较典型，其基本构造、原则模块和数据互换接口原则等方面研究正在进一步。20世纪90年代以来，国外开始结合当代制造技术例如FMS、CIMS、RF、ERP、SCM和当代管理技术JIT等进行备件搬运和平面布置研究，对仓储管理系统研究也扩大到产品订货到销售整个过程。至今，已有诸多基于XML、物联网技术、ARM、立体仓库等类型WMS软件问世。 国内WMS研究在起步上比较晚，技术上相对落后。在应用系统方面，重要有昆船自动化工程公司TIMMS2.0软件，该软件提供从自动化立体仓库(ASRS)到人工仓库多管理模式，具备规范和统一物流控制接口，并已跟Hair公司ERP软件相结合，既有按订单收货、转储、成品B2B发货等功能；重庆奥林电子技术有限公司研制开发WMS2.0软件，支持IC卡条形码读入等各种控制接口，具备配送管理功能；汇驿EVIN WAREHOUSE软件，它面向第三方物流公司当代仓储管理设计，能接受来自仓储管理设备如手持终端(RF)、无线射口与大型ERP系统如SAP进行数据互换。国内市场上WMS应用呈现出二元构造：以跨国公司或国内少数先进公司为代表高品位市场，其应用WMS比例较高，采用系统也集中在国外基本成熟主流品牌；以国内公司为代表中低端市场，重要应用国内开发WMS产品。国内物流需求还不是很成熟，仓储管理相对落后，当前在市场占有主流依然是老式WMS。而老式WMS在过程设计方面，还不能实现统一配备公司内部资源。 从应用角度而言，国内公司WMS应用系统重要分为如下几类：第一类是基于典型配送中心业务应用系统，该类系统多用于制造业或分销业供应链管理中。如北京医药股份有限公司当代物流中心就是这样一种典型。在销售物流和供应物流中也存在典型应用系统，如连锁超市配送中心，生产公司零配件配送中心等。 第二类是以仓储作业技术整合为重要目的系统，解决各种自动化设备信息系统之间整合与优化问题。如武钢第二热轧厂生产物流信息系统即属于此类。此类系统涉及流程相对规范、专业化，多余当前大型ERP系统之中，成为一种重要构成某些。 第三类是以仓储业经营决策为重点应用系统，其鲜明特点是具备非常灵活计费系统、精确及时核算系统和功能完善客户管理系统，为仓储业经营提供决策支持信息。华润物流有限公司润发仓库管理系统就是这样一种案例。此类系统多用于某些提供公共仓仓储服务公司中，其流程管理、仓储作业技术共性多、特性少，因此规定不高，适合对多数客户提供通用服务。1.2 WMS发展趋势随着信息技术不断发展，制造公司对库存规定越来越高，对仓储管理系统规定也十分复杂，不但但愿可以达到对生产过程实时控制，实现计算机分与网络化管理，并且仓储管理系统还需要可以同步解决上千份订单并随时应付紧急订单；同步还要把社会库存设施、各有关供应商、零售商、批发商、制造商甚至客户库存管理设施整合起来实行公司库存管理优化，即在供应链管理体制下实行库存管理。 因而WMS趋向于仓储管理电子化、管理信息化、生产即时化，故与物联网结合物流设备RFID加上商品条形码也许是将来一种时期在WMS中摸索应用推广一条实用之路；与此同步，配送需求专业化市场细分化正在进一步，规定WMS更加支持JIT配送专业化，将生产公司库存转移给其上游（供应商）或下游（零售商），以期实现生产公司“零库存”；而WMS中库存管理模块则将成为一种越来越重要构成某些，它增进了WMS建模理论和办法研究，以及优化办法和算法研究，库存管理与控制是当代公司生产动作中一种核心问题。2系统总体设计对系统总体设计，一方面要有网络框架，系统流程和系统构成。2.1网络架构针对仓储管理中存在物流信息解决效率低以及出入库盘点不精确等问题，提出一种基于物联网仓储管理系统设计方案。方案中仓储管理物联网通过RFID 电子标签实现物品自动辨认和出入库，运用无线传感器网络对仓储车间进行实时监控，从而极大地提高了仓储管理智能化水平。其系统物联网总体构造如图1所示。图1 智能仓储物联网总体构造2.2 系统流程仓储管理系统工作流程涉及入库、出库、移库、盘点、拣选与分发等环节。系统采用国际上最先进无线射频身份辨认技术（RFID），为每件物品提供一种惟一标志码（EPC 代码），并在服务器中存储货品有关属性信息，从而使系统可以自动辨认物品，可以对物品进行跟踪和监控。此外，仓储车间还安装各种摄像头或视频传感器以及温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等构成无线传感器网络，并使其基本覆盖所有盲区，这样工作人员可以在监控中心随时理解仓储车间状况，并及时解决。这样就在高效、精确、快捷基本上，进一步提高了仓储管理安全性。2.3 系统构成结合上述分析，智能仓储物联网重要由仓储物品辨认、信息采集解决、仓储物品监控、后台信息服务器、本地数据库服务器、业务系统六大模块构成。在仓储物品辨认模块，系统采用EPC代码作为物品惟一标志码，为每个物品贴上一种具备EPCRFID标签。标签由存入EPC硅芯片和天线构成，附在被标志物品上，EPC代码内含一串数字代表物品ID、类别、名称、供应商、生产日期、产地、入库时间、货架号等信息，信息存储在后台EPC-IS服务器数据库中。同步，随着物品在仓库内外转移或变化，这些数据可以得到实时地更新。在信息采集解决模块，通过RFID数据采集接口获取物品详细信息从而进行解决。当物品通过仓储车间入口时，由设立在仓库入口物品标签读写器读取物品EPC代码，然后依照物品EPC代码访问后台EPC-IS服务器，获得物品详细信息，并将有关信息保存到本地数据库，最后交由信息解决模块进行解决。仓储车间入口处可以安装多部读写器进行分类解决，还应为不可读标签提供手动编码区。在仓储物品监控模块，通过在仓储车间内外布置一系列传感器，涉及视频传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，使其基本覆盖所有盲区，自组织构成一种无线传感器网络，通过该网络与Internet及业务系统互联，使工作人员可以在监控中心随时理解仓储车间内外各类状况，以便及时解决。后台信息服务器用于存储物品详细信息，如物品ID、类别、名称、入库时间等，并能实时地响应远程应用程序祈求，容许通过物品EPC码对物品信息进行查询。本地数据库服务器用于存储信息采集解决模块所获得物品信息，以便在业务系统中查询和维护。仓储工作人员可以通过无线设备或Web客户端随时随处查询物品当前状态。业务系统功能除了出入库管理外重要就是在库管理，在库管理涉及在库物品保管、在库物品查询、在库物品盘点等作业。在库物品查询、在库物品盘点作业过程中均采用RFID技术。3系统详细设计3.1基于RFID技术库存管理流程设计汽车将物料送至仓库门口，普通状况下，贷架上摆放多件箱体，每个货架和箱体都应当有自己RFID标签(事实上当前诸多低附加值物品并没能完全做到，某些也是由于客广隐私因素)。RFID阅读器则放置在仓库大门、传送带、堆放点和叉车臂上。通过阅读器读取到标签信息，货架和架上箱体(container)在供应链上活动一系列信息都可以被跟踪采集到。3.1.1总体流程当代库存营理重要业务流程是基本资料管理、收货入库管理、库存盘点管理和拣货出库管理，系统流程图如图2所示。图2 仓储管理整体业务流程图供应商接到采购部门发送来订单后安排发货，通过一系列收验货程序，仓储部门安排入库，同步将入库单据发往财务部门。仓储部门需要定期盘点库存，将信息向财务部门报告。在销售过程中，销售部门将审核完毕客户订单传往仓储部门，仓储部门依照订单安排货品出库配送。3.1.2收货入库流程 收货入库流程如图3所示： 1)仓储部门接受并核算供应商发货告知单。 2)依照入库货品类型和数量，仓储管理系统对该批货品存储区域和存储位置进行分派。 3)仓库入口处RFID阅读器通过电子标签采集货品信息，并将信息与货单比对。 4)仓库管理系统发出货位安排及有关指令，检测出空闰叉车供装载使用。 5)叉车搬运货品，入库设备依照货住安排将货品上架。 入库操作核心某些是读取标签信息：一方面判断阅读器与否正常，如果正常则读取标签信息，读取标签信息正常时将阅读器读取代码等有关内容显示出来。简朴实当代码如下。 private void getID() TagInfo t = new TagInfo； String strTagList;int i； booean bParseResult； if(Reader.IsConnected) strTagList=Reader.TagList； bParseResult=Reader.ParseTagList(strTagList，t); if(bParseResult) 、txtField0 = t0.tagID; else JOptionPane.showMessageDialog(null,”No Tags”,”提示信息”，JOptionPane.ERROR_MESSAGE)； else JOptionPane.showMessageDialog(null,”not connected”,”提示信 息”， JOptionPane.ERROR_MESSAGE)； 图3 收货入库业务流程图3.1.3库存盘点流程库存盘点是指对既有库存进行清点，并将实际库存状况与账面记录予以比对，业务流程如图4所示： 图4 库存清点业务流程图1)选取所要盘点仓库及详细库区。 2)生成盘点清单和盘点表。 3)管理系统通过无线网络发送指令，堆垛机定位库区，接受系统指令控制阅读器读取数据。 4)阅读器将盘点数据传送到后台管理系统。 5)系统进行后期数据解决，核对记录仓库实际溢损数量。3.1.4 出库流程出库流程重要依照货品出库单信息，对所需货品进行分拣解决，并进行出库管理，业务流程如图5所示。图5出库业务流程图1)仓储系统接受来自销售部门客户订单及发货告知。 2)库存控制系记录算出出库数据并发出出库指令。3)叉车或者堆垛机接到指令，到制定库位依次取货。 4)手持阅读器或固定阅读器将操作成果传送至库存管理系统。 5)分拣出货品由分拣系统执行出库操作。 6)在货品运动过程中，安装在自动分拣系统上RFID自动辨认装置阅读RFID标签，辨认货品从属于哪个订单。 7)包装、封口、出库过程中，系统依照输入在仓库查找商品，自动查询相应仓库号和库位ID，供工作人员进行出库操作安排。核心查找过程如下。 public void loadPosList() ResultSet rs=statement.executeQuery(sql); while(rs.next)CombolPos.AddItem(rs.getString(“WarehouseName”);rsclose();privatevoidaddCombolPos()Stringsql=”selectwarehousePosIDWarehouseNamefromWarehouseTableWhereStatus=GoodsID”;ResultSetrs=statement.executeQuery(sql);txtFields.Text=rs.getString(“WarehousePosID”);rsclose();4系统实现4.1 RFID标签及读写器在智能仓储物联网中，针对仓储物品辨认和信息采集解决两个模块应用需求，建议采用西门子研发合用于物流、仓储和配送智能无线射频辨认系统SIMATIC RFID 系统。该系统可以将数据直接存储到附在产品上标签中，可以可靠、迅速、经济地读写数据；并且MOBY 系列标签通信速率快、抗干扰性强，具备不同存储容量、不同环境耐受条件移动存储单元，有不同读/写距离和数据传播速率，依照详细应用需求可选取配合不同接口模块使用，可以以不同通信方式和业务控制系统进行通信。详细应用中可以在仓库入口和出口处各定点安装2-4 套SIMATIC RF 系列读写器，用于实现入/出库操作；在仓库内部再配备2-4 套移动读写器，用于仓储盘点和物品拣选。4.2 RFID中间件及数据过滤西门子SIMATIC RF-MANAGER 中间件为SIMATIC RF600 提供了一体化软件解决方案，但并不合用于本系统物联网物流仓储管理应用，因而需要设计一种针对系统实用RFID 中间件。中间件功能模块涉及：RFID 读写器接口模块、逻辑读写器映射模块、RFID 数据过滤模块、设备管理模块、业务系统接口模块，如图6 所示。其中：RFID读写器接口用于中间件与RFID 读写器数据通信，重要有获取RFID 数据以及下达设备管理模块读写器指令；设备管理模块用于调节RFID 读写设备工作状态，配备相应接口参数等；逻辑读写器映射模块用于将各种物理读写器或者读写器多条天线映射成为一种逻辑读写器。一种逻辑读写器代表了一种有详细含义数据采集点，而不论该采集点在物理上由多少个读写器和天线构成。它屏蔽了数据采集点详细实现方式，减少了数据过滤等上层模块与下层数据采集某些软件耦合度。对于上层业务系统来说，可见只有逻辑读写器，因此逻辑读写器映射模块对RFID 数据有初步过滤功能。图6 RFID中间件设计RFID 采集原始数据量非常大，在实际应用中，依照详细配备不同，每台读写器每秒可以上报数个至数十个不等电子标签数据，如重复多次扫描同一种电子标签，但其中只有少某些是对顾客故意义、非重复性数据，这样大量数据如果不通过去冗等解决而直接上传，将会给整个RFID 系统带来很大承担。因而，系统采用数据采集事件编码办法对RFID 采集数据进行过滤解决。一方面对电子标签状态变化进行编码，定义标签浮现状态编码为0，标签状态消失编码为1；然后加入计时器机制，对计时器有效时间内同一标签状态跳变进行忽视，从而在状态定义和时间维度两个方面对数据进行去重化。该办法可以较好地消除冗余数据，减少上层系统负荷。4.3传感器、微解决器、通信芯片及合同在智能仓储物联网中，针对仓储物品监控模块应用需求，采用Zigbee 无线传感器网络和有线网络相结合并与局域网、互联网相连设计思路实现整个仓储车间物品监控。Zigbee 技术具备功耗极低、系统简朴、组网方式灵活、成本低、低等待时间等性质，合用于此类监控系统设计。出于节能考虑，仓储物品监控模块数据采集应规定传感器体积小、低功耗、外围电路简朴，最佳采用不需要信号调理电路数字式传感器。主控单元建议采用Atmel 公司Atmega16L 单片机。无线通信模块建议采用CC1000 芯片与微控器及某些外围无源元件一起构成。5 总结与思考智能仓储物联网解决了老式仓储管理过程中物流信息解决效率低以及出入库盘点不精确等问题，系统在出入库、监控、盘点、拣货等方面具备迅速、便捷、精确、高效及高度自动化等长处。在当代物流领域，物联网已经体现出其积极增进作用。通过该系统分析与实现，形成一种运用物联网进行物流仓储管理新型实用设计办法。可以结合本文某些基本理论知识和详细系统架构办法进行进一步研究和探讨，在切实理解物联网原理和技术特点基本上，进一步增进其在诸多领域更广应用和更大发展。 随着物联网技术不断发展和应用系统推广普及，将来物联网技术在性能等各个方面都会有较大提高。展望将来，物联网技术发展将呈现如下趋势： 1)标签产品多样化。将来顾客个性化需求较强，单一产品不能适应将来发展和市场需求。芯片频率、容量、天线、封装材料等组合形成产品系列化，与其她高科技融合，如与传感器、GPS、生物辨认结合将由单一辨认向多功能辨认发展。 2) 系统网络化。当RFID系统应用普及到一定限度时，每件产品通过电子标签赋予身份标记，与互联网、电子商务结合将是必然趋势，也必将变化人们老式生活、工作和学习方式。 3) 系统兼容性更好。随着原则统一，系统兼容性将会得到更好发挥。产品代替性更强。 4) 与其她产业融合。与其她IT产业同样，当原则和核心技术解决和突破之后，与其她产业如3C、3G网等融合将形成更大产业集群，并得到更加广泛应用，实现跨地区、跨行业应用。 但是物联网RFID当前原则亟待统一，涉及空中接口规范、物理特性、读写器合同、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等。由于产业界对于RFID应用前景大都持乐观期待，最抱负状况是借由原则制定与技术突破，加速减少成本，提高技术成熟度，满足各种应用环境需求。参照文献：1 SONG H SH,WANG G Q.The high performance car license plate recognition system and its core techniquesC.Proceedings of IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety,:42-45. 2 ZHENG D N,ZHAO Y N,WANG J X.An efficient method of license plate locationJ.Pattern Recognition 3International Telecommunication Union，Internet Reports ：The Internet of things. Geneva：ITU，. 4 ITU NGN-GSI Rapporteur Group. Requirements for support of USN applications and services in NGN environment.Geneva:International Telecommunication Union(ITU)，. 5 袁宝明,于万波,魏小鹏.汽车牌照定位综述J.大连大学学报,23(2):6-12. 6 曾丽华,李超,熊璋.基于边沿与颜色信息车牌精准定位算法J.北京航空航天大学学报,33(9):3110-3115. 7 赵兵,鲁敏,匡纲要,于慧颖.基于混合特性车牌定位算法J.计算机工程与设计,28(23):5668-5670. 8 李庆庆,张燕平.基于模糊边沿检测算法车牌定位J.计算机技术与发展,16(12):7-9. 9 刘云浩.从普适计算、GPS 到物联网:下一代互联网视界.中华人民共和国计算机学会通讯,5(12):6669. 10 王保云.物联网技术研究综述.电子测量与仪器学报,23(12):17. 11 孙其博,刘杰,黎羴,范春晓,孙娟娟.物联网:概念、架构与核心技术研究综述.北京邮电大学学报,33(3):19. 12 范苏彬,范曲立,宗平,毛燕琴,黄维.物联网体系构造与有关技术研究.南京邮电大学学报,29(6):111. 13 刘强,崔莉,陈海明.物联网核心技术与应用.计算机科学,37(6):14,10. 14 张峰,张晓鹏,吴高成.基于物联网机场集成行李解决系统及其应用研究.计算机应用研究,21(10):37713774,3778. 15 李向文,唐敏,于震宏等.组建大连电子标签与物联网产学研联盟,打造RFID产业链.大连:大连海事大学. 16 宁焕生,张彦著.RFID与物联网.北京:电子工业出版社.17康东,石喜勤,李勇鹏等著.射频辨认(RFID)核心技术与典型应用开发案例,北京:人民邮电出版社.318 甘勇郑富娥.物联网中RFID中间件技术研究及实现. International RFID Technology Summit Forum 19 余雷.基于RFID标签物联网物流管理系统.微计算机信息,，22(1-2):233-236 20 张云勇,张智江,刘锦德等,中间件技术原理与应用.北京:清华大学出版社,.10 21 董丽华,RFID技术与应用.北京:电子工业出版社,10-29道谢两年艰难跋涉，五个月精心准备，综合设计终于到了划句号时候，心头照例该如释重负，但写作过程中经常浮现辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。写作过程并不轻松，工作压力时时袭扰，知识积累尚欠火候，于是，我只能一次次埋头于图书馆中，一次次在深夜奋笔疾书。第一次耗费如此长时间和如此多精力，完毕一篇具备一定学术价值论文，其中艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下滋味，值得我毕生慢慢品尝。敲完最后一种字符，重新从头细细阅读早已不陌生文字，我感触颇多。虽然其中没有什么值得特别炫耀成果，但对我而言，是宝贵。它是无数教诲、关爱和协助成果。