基于物联网RFID的智能仓储系统设计与分析

智能仓储管理系统解决了传统仓库管理中的搬运效率低下、人工记录数据且数据混乱易出错等问题，通过本系统实现了对整个仓库的智能化管理，采用堆垛机和输送线结合的方式自动运送物料至指定位置，提高了物料入出库的效率并且降低了用工成本。首先通过介绍本项目的意义和背景，结合智能仓储目前国内的发展情况及未来发展愿景，确定了本文主要目标与研究内容
第一章 绪论

1.1 项目背景与意义

随着社会的进步和科技的发展，我国的工业化、自动化水平不断提高。伴随着“智能工厂”时代的到来[1]，作为“工业 4.0”的核心部分[2]，我国逐渐步入从传统生产经营模式向智能化生产的过程中，制造业正在面临向智能制造转型升级的机遇与挑战[3]。传统生产经营模式由于效率低等原因，已经不满足当前社会生产的发展需求，需要将高科技技术运用到传统生产模式中去，以提高社会生产的效率。目前我国的经济已经从原来的一穷二白发展到经济总量全球第一，完整的工业化体系也已具备，作为企业家想要获得更多的利润，除了削减开支外，另外一个最方便而又有效的方法就是提高生产效率。生产效率的提高，产品数量的激增导致传统的仓储存放模式已不适应当前的生产规模，传统的仓储模式主要是依靠人工手动将生产出来的产品进行分类并记录存放，这样的方式不仅在效率上十分低下，并且在人工记录数据的过程中也会出现数据错误等情况。这种模式不仅浪费了物力，又浪费了人力，除此以外仓库管理员的工资长期来说对企业也是一笔不菲的开支，因此必须对传统的仓储模式进行技术上的升级[4]，模式上的转变，从而加强对产品信息的管理以及提高产品的存放效率，增加企业在市场中的核心竞争力[5]。仓库管理系统（Warehouse Management System, WMS），又称为仓储管理系统，是物流仓储中出现的新概念，是实现仓库管理标准化、智能化的仓库管理软件，也是仓储管理信息化的具体表现形式。仓储管理系统是通过入仓业务、出仓业务、盘点业务、仓存调拨等功能，综合运用批次管理、库存盘点、质检管理和即时库存管理等功能的管理系统。

1.2 国内外研究现状及发展前景

自动化立体仓库发展至今经历了四个阶段：人工->机械->自动化->智能化。由于美国和德国等发达公家在仓储管理上起步较早，目前已经具有较完善的智能化仓储系统[6]。目前，美国仓储业发展水平处于世界领先水平[7]。作为美国的电商巨头亚马逊，由于巨大的仓储存储压力，引进了仓库管理系统，使得成本大大降低。亚马逊在仓储系统中大量部署机器人，仓库管理系统根据目前机器的位置，向最近的机器人发送运输任务，实现了“货到人”的运行模式，降低了人力成本，提高了工作效率[8][9]。德国作为和美国同一时期最早使用智能仓储的国家之一，技术上也比较成熟。德国和知名的仓储管理软件 Viastore System 公司，将智能仓储系统与制造执行系统(Manufacturing execution system, MES)相融合，使得物料运输和生产过程同步，实现了车间物料数据共享，极大地提高了生产效率[10]。我国的仓储物流行业虽然起步较晚，对比欧美国家仍处于基础阶段[11]，但是借鉴国外的先进技术，目前发展速度丝毫不逊色于发达国家。2014 年，作为国内最大的智能仓储京东的“亚洲一号”正式投入运营，“亚洲一号”拥有自动化立体库（AR/AS）、分拣机、提升机等自动化设备[12]，实现了高密度存储、自动补货、快速拣货、多层阁楼自动输送等功能，极大地提升了仓储管理效率[13]。从市场发展情况来看，自动化立体仓库主要集中在机械制造、汽车、医药生产及流通、烟草、食品加工、服装生产等行业，整个市场有了很大发展。主要表现在以下几个方面：

第二章 关键技术

本章主要介绍在智能仓储管理系统开发过程中所运用到的技术。本系统主要的框架结构为 MVC 架构，前端使用 EasyUI 框架，在调度系统方面通过以 OPC 的通信方式实现上位机与PLC(Programmable logic controller)的连接，并且配合射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）技术实现物料信息的自动获取。

2.1 OPC 技术介绍

它规定了实体双方要实现通信所必须遵守的规则或约定。现阶段，随着工业自动化的快速进步，在完成 PLC 和上位机的数据交互方面，OPC 协议起着至关重要的作用。因为基于OPC 通信协议的交互系统的交互速度快、性能稳定，所以目前越来越多的交互方式都采取这种协议。根据不同的控制系统，OPC 服务器不仅能够放在 PLC 上成为上位机的远程 OPC 服务器，也能够放在上位机上成为本地 OPC 服务器。除此以外，OPC 为开发人员提供了一个具有开放式的接口，我们可以对这个接口进行引用、改写、扩展，从而实现符合自身需求的接口，达到完成基于 PC 的上位机与下位机的数据交互。因此，OPC 协议为工业自动化实现通过 PLC 连接到现场工控电脑的 OPC 客户端提供了一个可行的方式。图 2.1 为数据源与 WCS的连接结构图。

第三章 系统概要设计 ........................................................................................................................................... 12

3.1 整体架构 .................................................................................................................................................. 12

3.2 WMS 概要设计......................................................................................................................................... 14

3.3 WCS 概要设计.......................................................................................................................................... 15

3.4 数据库概要设计 ...................................................................................................................................... 16

3.5 本章小结 .................................................................................................................................................. 17

第四章 WMS 详细设计与实现............................................................................................................................. 18

4.1 权限管理 ................................................................................................................................................... 18

4.2 仓库管理 .................................................................................................................................................. 23

4.3 出入库管理 .............................................................................................................................................. 28

4.4 设备管理 .................................................................................................................................................. 32

4.5 历史记录管理 .......................................................................................................................................... 36

第五章 WCS 详细设计与实现.............................................................................................................................. 39

5.1 堆垛机模块功能设计 .............................................................................................................................. 39

5.2 输送线模块功能设计 .............................................................................................................................. 43

5.3 View 层和 ViewModel 层实现................................................................................................................. 45

5.4 本章小结 .................................................................................................................................................. 46

第六章 智能仓储系统测试及性能分析 ............................................................................................................... 47

6.1 系统测试环境 .......................................................................................................................................... 47

6.2 功能性测试 .............................................................................................................................................. 47

6.3 非功能性测试 .......................................................................................................................................... 55

6.4 本章小结 .................................................................................................................................................. 56

第六章 智能仓储系统测试及性能分析

通过前面几章的介绍，对 WMS 和 WCS 的业务处理逻辑、各模块功能实现已基本完成。系统测试是使用不同方法尽可能多地去发现软件的缺陷，通过测试可以发现软件开发过程中的错误，从而解决问题，提高软件的质量。为了检验系统各个功能是否已实现，需要对整个系统进行完整测试[29]。

6.1 系统测试环境

一套完整的 WMS 和 WCS 系统需要配备至少一台服务器和一台 PC 机，服务器用于提供数据库和 IIS 网页部署，PC 机用于和 PLC 进行连接和运行 WCS 系统。整套系统的软件和硬件的测试环境如表 6.1 所示。