智能倉儲管理系統設計

北京聯合大學 王強科 賈世超 張翠霞 薛 鵬

本項目采用邊緣計算架構，設計基于智能網關的智能倉儲管理系統，包括智能網關、標簽軟硬件設計。擬采用一套智能網關，提供WiFi AP服務，并設計基于該網關的智能倉儲管理軟件系統，允許標簽接入，從而實現對物品標簽進行統一管理、控制；標簽軟硬件設計，擬采用支持WiFi的SoC模塊，及相關報警元器件，基于microPython設計軟件系統，實現訪問智能網關并接收管理、控制指令執行。

1 發展現狀

倉儲管理是一個產品庫存管理、物流快遞分揀、超市商品管理、醫院醫藥存儲，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。現有的產品倉儲管理技術，從大規模生產運輸的角度來說，一般采用條形碼掃描入庫、出庫管理，如超市商品、企業商品訂單交付、物流運輸；從家庭及個人的角度來說，現有的常見的可以稱之為防丟設計的系統，基于藍牙傳輸協議設計，需要相應的專用的防丟器、手機軟件，難以適用較多物品的管理與復雜的干擾環境，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，但在實際大規模應用還沒有完全實現，存在諸多問題，其中成本，壽命，大規模接入、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：一方面來自生產需求，傳統的方式越來越難以滿足自動化發展需求，管理過程繁雜、低效，導致浪費時間；另一方面來自智能化技術的推廣，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，傳統的管理系統難以適用，無法滿足需求。

通過大量調研發現，倉儲管理是從個人到企業產品管理都面臨的現實問題。對個人來說，日常生活中個人物品太多，容易混亂，關鍵時候找不到，浪費大量時間尋找。對企業來說，產品的管理十分重要，而依靠人掃描入庫成本高，也不符合當下的技術潮流。

綜上所述，本項目系統的設計在個人的日常生活當中，以及企業產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化潛力。本項目智能倉儲管理系統，向上可以與云實現云邊協同，與機器人實現全自動分揀，在未來一段時間技術上架構上保持領先，具有巨大的潛力。

2 系統方案設計

2.1 硬件設計

智能網關。本項目基于邊緣計算架構，設計基于智能網關的智能倉儲管理系統，該智能網關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關的設備很多，多采用高性能的嵌入式設備，仍然需要進行大量調研并確定。通過調研發現，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等高性能開發板。邊緣計算的智能網關同樣可以選擇類似的技術方案，但仍然需要大量調研確定標簽設計。標簽設計十分關鍵，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。本項設計選擇主流的支持WiFi協議的SoC，如ESP8266、ESP32；同時，考慮到后期程序設計的便捷性，以支持Python程序設計開發優先選用。

2.2 軟件設計

智能網關邊緣計算平臺。平臺的選擇至關重要，平臺的選擇以開源平臺優先，需要進一步調研并確定最終方案。基于邊緣計算平臺，開發本項目的智能倉儲管理系統，并部署到智能網關之上。當前邊緣計算平臺很多，主流的包括華為的KubeEdge，百度的OpenEdge，以及威斯康星大學無線傳感實驗的ParaDrop等。平臺的選擇以開源平臺優先，需要進一步調研并確定最終的方案。基于邊緣計算平臺，開發本項目的智能倉儲管理系統，主要包括服務接入、查詢、控制功能，并部署到智能網關之上，實現本系統的設計。

標簽設計系統程序設計。本項設計程序設計擬采用microPython，需要對相關環境進行配置，對相關程序設計進行深入學習，掌握程序設計的語法。

圖1 系統通信

圖2 智能網關管理和控制標簽

2.3 通信

本項設計擬采用Socket通信，將智能網關作為服務器、標簽作為客戶端其原理如圖1所示，從而實現智能網關管理和控制標簽如圖2所示。

3 系統創新點

（1）降低延時。本項目設計基于邊緣計算新的計算范式進行系統設計，利用智能網關發射WiFi AP，實現大規模接入服務，標簽通過訪問AP接入智能網關，從而實現對物品的管理。在靠近數據源的地方對數據進行處理，節約數據傳輸時間，有效降低時延。

（2）隱私安全。基于邊緣計算架構，數據在本地處理，減少了數據泄露的可能。

（3）管理高效。對人來說，標簽設計有聲音裝置，通過智能網關進行控制，能夠快速定位物品，節約尋找時間。

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

結語：隨著信息技術及其它技術的發展，倉儲管理的信息化、智能化程度會越來越高，需要和IT技術相結合才能夠提供更加完善的服務。對于倉儲管理系統的優化設計，需要以傳統的倉儲管理模式為基礎，在以邊緣計算等先進技術能夠用更低的成本能實現基于復雜計算的倉儲管理系統的升級，進而降低大規模倉儲物流線上管理的成本，推進倉儲物流的信息化發展，從而提升倉儲管理的效率和質量。