基于WebGL的三維倉庫管理和監控系統設計

北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

作為現代物流的一個重要組成部分，倉庫管理一直在物流管理中起著非常重要的作用。倉庫管理系統（WMS）是一個實時的計算機軟件系統，它能按照運作的業務規則和運算法則，對信息、資源、行為、存貨和分銷運作進行更完美的管理，使其最大化滿足有效產出和精確性的要求。先進的物流倉儲既可保證供應鏈上下游企業能及時、順利地進行物資流通，也能大幅減少流動資金占有率、降低成本、提高企業收益、縮短作業周期以及提高效率。但是，倉庫管理和操作界面存在不直觀、操作枯燥等問題，需要從可視化和場景模擬方面進行提升。少數企業試圖解決這一現狀，采用偽3D模型顯示設備的運行狀態，但用戶仍只能通過固定方位的三維圖片查看設備的線性運動，且缺乏詳細的貨物信息。本文介紹了一種基于Web的3D可視化實現方案，底層基于HTML5 WebGL技術，將倉庫的場景通過虛擬現實技術仿真構建。相對于傳統圖標顯示，無論是用戶體驗還是質量都得到巨大提升。

1 WebGL技術

WebGL（Web Graphics Library）是一種3D繪圖協議，這種繪圖技術通過JavaScript與OpenGL ES 2.0的技術融合，生成了OpenGL ES 2.0的JavaScript綁定，以瀏覽器調用顯卡硬件的性能，利用HTML5 Canvas的硬件3D渲染加速技術，流暢地展示3D模型和3D場景，并創建復雜的導航和數據視覺化。WebGL是瀏覽器的自帶標準之一，不需要安裝任何插件或組件，區別于Flash和SiverLight，僅使用HTML和JavaSvript腳本即可實現性能強大的Web三維交互應用，并可在任何平臺上運行。WebGL系統各組成部分在既定規則下互相配合，在瀏覽器中的主要結構關系如圖1所示[2]。

圖1 WebGL結構圖

2 倉庫管理和監控系統功能設計

2.1 系統框架設計

圖2為系統框架設計，倉庫管理系統（WMS）作為供應鏈管理的中心環節，是典型的承接上下的角色。上要管理供應商，即與上位系統ERP/MES通過接口進行對接，接收上位系統下發的訂單，根據訂單類型進行入出庫操作；下要管理運輸環節，即與下位監控系統WCS對接，通過監控WCS對自動化設備，如堆垛機、輸送機、箱輸送線等進行調度，實現上位系統訂單物料的入出庫流程。

圖2 系統框架設計圖

2.2 系統數據結構設計

圖3為系統數據結構設計圖，系統采用客戶端、數據模型端、數據層端的設計模式，基于底層WebGL(Web Graphics Library)技術開發，通過面向對象的方式封裝，屏蔽了組件的異構性，采用統一的DataModel數據模型，可驅動所有3D系統的視圖組件。

圖3 系統數據結構設計圖

2.3 系統功能設計

1）管理系統功能設計

如圖4所示，管理系統功能模塊分為貨位管理、入出庫管理、設備管理和借口管理等4大功能模塊。

圖4 管理系統功能設計

①貨位管理 查詢當前在庫所有物料信息，包含目標地址、物料代碼、數量、批號、單據類型以及貨位狀態（在入、在出、在庫）等。

②入出庫管理 查詢倉庫實時入出庫任務和入出庫任務歷史信息，對貨位上的物料下發入出庫指令。

③設備管理 通過監控系統WCS與設備的實時交互，反饋設備的狀態，再通過接口回傳給管理系統WMS顯示到界面上，使用戶可遠程對設備進行管理，包括解除設備故障等。

④接口管理 通過接口系統與監控系統WCS完成信息的交互，實現完整的入出庫流程。

2）監控系統功能設計

如圖5所示，監控系統（WCS）是連接軟件和硬件交互的重要樞紐，將管理系統（WMS）下發的入出庫指令通過接口傳遞給設備，如堆垛機、機械手、輸送線等完成實物入出庫動作。除此之外，監控系統（WCS）也可單機對設備進行調度，即在沒有管理系統的入出庫指令下，可驅動設備將實物進行入出庫操作。

圖5 監控系統功能設計

3 倉庫管理和監控系統功能實現

3.1 視角切換

除圖6所示側視圖視角以外，系統還可通過正視圖、俯視圖、斜視圖等多個視角可對貨位進行瀏覽。多視角瀏覽主要代碼如下：

圖6 側視圖

3.2 設備管理

如圖7所示，設備管理包含設備狀態查詢，如堆垛機、輸送機等設備的狀態。以及設備故障解除功能。故障信息查詢代碼如下：

圖7 故障管理

3.3 入出庫管理

1）入出庫任務查詢

查詢當前堆垛機入庫、查詢當前堆垛機入庫、出庫、直出作業和托盤輸送機入出庫作業等，如圖8所示，包括任務類型、起始貨位地址、終止貨位地址、優先級、狀態、輸送機起始地址、輸送機終止地址、時間等。入出庫任務查詢主要代碼如下：

2）入出庫任務下發

如圖9所示，在聯機和脫機的情況下進行入出庫任務的下發。聯機是與管理系統相連接，通過接收WMS任務指令再驅動設備執行。脫機是監控系統WCS直接對設備進行入出庫指令的下發。入出庫實現部分代碼如下：

圖9 入出庫任務下發

4 結論

本文歸納總結了目前倉儲行業內倉庫管理和監控系統存在的現狀，闡述了倉庫管理系統的主要工作內容和組織結構。在系統涉及的技術方面，對WebGL的概念和在瀏覽器中的結構組成進行了簡要描述。在系統的設計和實現階段，實現了系統的框架設計、數據結構設計以及功能設計。在WebGL基礎上，集成MVC作為系統的軟件架構，結合接口系統，以此實現系統開發。并在實際應用中取得了較好的效果。然而，考慮時間、設備等諸多原因，本系統仍然存在可擴展之處。

本系統對實時性要求較高，隨著倉庫的運作，系統中的數據量必定越來越多，故如何實現算法復雜度實現，盡可能提高系統的執行效率，也是重要的研究方向。