自動化立體倉庫管理系統的設計與實現

□ 賈鐵剛

(晉江職業中專學校，福建 晉江 362251)

1 引言

自動化立體倉庫系統有著眾多的功能，以不同功能作為依據進行劃分，可形成三個層次，依次為管理層、監控層、執行層。系統總體設計中，一般要求倉庫管理層能夠實現系統管理、庫存管理、貨位管理、作業流程管理以及通訊管理等方面的功能。因此，管理層是自動化立體倉庫系統的核心，必須具備相應的能力，包括智能方面，另外還要有較強的數據處理能力等。

對監控層進行分析能夠得知，其負責的工作是對管理層下達的命令進行接收，將任務細化后向執行層逐步下達。監控層在處理和下發指令時，可以根據設備的實際使用情況，進行任務的下達，一定程度上進行作業組織的優化。除此之外，監控層還對自動化立體倉庫的運行現狀進行實時監測，但是這對監控層的實時處理能力要求較高，要求其在設備故障和沖突時可以及時發現并將信息反饋給管理層。執行層作為自動化立體倉庫的設備運行結構層，主要由各類機械設備和監控設備以及控制設備組成。對于執行層的要求，最主要的是有足夠高的可靠性，這對設備質量提出了較高要求，要減少設備運行過程中的故障率。

2 自動化立體倉庫管理系統功能規劃

2.1 管理系統功能分析

無論是出庫貨品操作，還是入庫相關操作，都是自動化立體倉庫管理層的功能，需及時更新與調整庫存信息，方便操作人員隨時查看。同時，操作人員通過上述步驟能夠實現對手動控制操作平臺的操作。以貨品入庫作業為例，對管理層進行分析不難看出，工作流程包括發送入庫單，接收入庫單，將貨品和托盤匹配，管理系統自動生成相應的入庫作業流程(包括入庫表單、命令表單等)，發出的作業指令發出由監控層接收，在執行層完成作業指令后向管理層反饋，管理層及時更新與調整貨品的表單，并輸入到自動化立體倉庫管理信息系統當中，貨品入庫操作隨即完成[1]。

簡而言之，管理系統的功能就是根據出入庫任務向監控層發布任務命令，根據作業執行情況生成作業完成報告，最后更新庫存信息。自動化立體倉庫系統中管理層的功能可以概括為以下幾個方面：

①出/入庫作業：一方面是指貨品的出庫和入庫作業，另一方面是指托盤的出庫和入庫作業。

②庫存和貨位查詢功能：庫存和貨位查詢是工作人員及時了解倉儲信息的有效手段，管理層的查詢工作主要包括庫存查詢、貨位查詢、托盤查詢等。

③其他查詢：其他查詢主要是指正在進行或者尚未完成的工作數據查詢，包括出/入庫作業流水查詢、出/入庫作業查詢以及設備故障查詢等。

④報表統計：庫存信息最終將以存儲明細表的形式提供給倉庫管理人員。管理系統中，庫存明細表按照物料種類進行統計，并列出各貨品和物料的存儲貨位，主要包括出/入庫統計表、庫存明細表以及貨位明細表。

⑤庫存維護：庫存維護主要是指對倉庫貨位和數據進行維護，主要包括盤庫、倒庫以及重置貨位狀態等。

2.2 管理系統體系結構

自動化立體倉庫管理系統主要有兩種常用的系統體系結構，一種是客戶機/服務器結構，即常說的C/S結構，另一種是瀏覽器/服務器結構，即B/S結構，兩者具有各自特點。其中C/S結構中客戶機具有一定的運算處理能力，可以做到快速服務響應，另外數據更新速度較快，具有較強的數據實時性，這一點比較符合自動化立體倉庫對庫存信息及時更新的要求。B/S結構以經濟性著稱，其本身構造也較為簡單，由于客戶端只是瀏覽器，因此操作人員不需要對系統做任何維護，只需要一臺能上網的電腦即可，大大節省了人力成本。結合管理系統的實際應用要求，最終選擇客戶機/服務器結構(C/S)。

要想通過人機交互界面將數據庫操作逐步實現，就需要將倉庫管理系統安裝在客戶端當中。大容量存儲器與數據庫管理系統在對應的服務器當中均有配備。對于自動化立體倉庫管理系統來講，管理的對象主要是數據庫，這是實現其功能的重要基礎。

2.3 管理系統功能模塊

根據管理系統的功能分析，通過劃分得到了眾多的模塊，分別為系統管理模塊、出入庫管理模塊、庫存/庫位管理模塊、查詢模塊和統計模塊等。

2.3.1 系統管理模塊

①系統維護。

系統操作人員可以通過系統維護模塊對系統進行維護。例如，可以通過初始化功能將系統回歸為最初狀態，但是只有系統管理員有權限使用該功能。出于安全性和完整性考慮，需要定時或不定時對庫存數據進行備份處理，以便系統出現異常時可以將數據恢復到之前的某一個時間點，無論是數據備份，還是數據恢復，在管理系統中都向用戶提供。角色管理本質上是對用戶權限的設定，針對某一類用戶角色進行相應的權限設定，可以實現不同用戶對倉庫不同程度的控制。

②基礎信息管理。

基礎信息就是對出入庫貨品的管理，主要包括對貨品進行編碼以及貨品的屬性管理?？梢酝ㄟ^對物料種類的添加、刪除等操作實現倉儲對象和倉儲類型的轉變。

2.3.2 出入庫管理模塊

該模塊的主要任務是下達出入庫作業指令，對出入庫的貨品和托盤進行管理。

①入庫管理：入庫操作之前，需要操作人員先填寫入庫單以明確入庫信息，然后根據入庫單向數據庫發送添加命令，確認后，與監控終端進行通信，在監控系統控制下完成入庫操作。除此之外，管理系統額外提供了手動入庫功能，用戶可以跳過入庫單填寫階段，直接進行入庫操作，這樣更有利于工作的便利開展。其入庫操作和整盤入庫類似。

②出庫管理：與入庫操作類似，出庫操作也遵循同樣的作業流程，不同之處在于，當進行貨品出庫作業時，儲貨站臺的貨品放置完成后，進入到任務確認環節。貨品出貨同樣也有手動出庫功能。系統面對不同用戶的出庫指令時，分揀口的設定要為每個客戶進行制定，當同時出貨時，最多只能完成三個。當進行揀選出貨時，需要在貨物揀選完畢后進行確認，對剩余貨品進行重新入庫。

③托盤管理：作為貨品的裝載工具，托盤管理和貨品出庫入庫管理基本一致，主要是托盤的入庫管理和托盤的出庫管理。

2.3.3 庫存管理模塊

操作人員可以通過控制面板中的裝填管理界面進行貨位狀態、存儲情況等信息進行查詢，從而實現自動化立體倉庫的可視化顯示。在貨位顯示界面，可以通過單機鼠標右鍵進行貨位的倒庫、盤庫和重置貨位的操作。同樣可以通過庫存維護功能對庫存和實際數量不相符的情況進行調整和庫存信息的修改。

2.3.4 查詢模塊

查詢模塊主要是為了方便工作人員對當前貨品出庫入庫情況以及相應的貨位等信息進行查詢。在操作界面中顯示查詢結構，形式通常為統計列表，也可導出Excel文件。

①庫存查詢：可以實現對庫存數據的條件查詢。

②出入庫記錄查詢：按照貨品編號、出入庫時間等查詢某種貨品的出入庫記錄信息，查詢內容包括貨品名稱、類型、出入庫時間、操作員等。

③系統日志查詢：當面對系統的重要操作時，系統日志會進行相應的記錄，如系統初始化，數據庫還原等操作。

④設備故障：設備故障查詢可以對設備運行故障進行查詢。

⑤庫存貨品統計查詢：庫存貨品統計查詢可以對庫存中的貨品進行統計查詢。

⑥出入庫管理任務查詢：出入庫管理任務查詢可以對系統的出入庫任務進行查詢。

2.3.5 貨品查詢

貨品查詢可以對系統的基礎貨品進行查詢。

2.3.6 統計模塊

在對貨品進行統計的過程中，主要是以貨品的出庫、入庫等方面的時間與數量作為依據，并對入庫、出庫、庫存等數量進行統計。

3 數據庫系統規劃

3.1 數據庫的設計

站在本質的層面而言，自動化立體倉庫需要的無非是管理其中的數據信息，但是卻往往面臨著信息量巨大的問題，想要實現信息的存儲與處理，必須要逐步建立并完善數據庫。通過對數據庫的設計進行分析能夠得知，應用的方法相對較多，其中尤為突出的便是新奧爾良方法。設計的流程主要可分為以下四個階段。

3.1.1 需求分析

在設計數據庫的前期，需求分析至關重要，主要是對數據信息進行明確，包括具體的類型，另外還有功能操作的實現等。在處理數據信息的過程中，自動化立體倉庫系統涉及的流程包括出庫、入庫、庫存等數量的記錄，另外還有各項指令等。

3.1.2 概念設計

通過對概念設計進行分析能夠得知其主要包含兩個層面，首先是系統實體類型的進一步明確，其次為實體屬性與相互聯系的進一步明確。本文研究的系統中包含的實體類型有三類，依次為供應商、用戶以及設備。多對多關系的形成，與上述實體之間的聯系息息相關。例如，在“入庫”“出庫”的聯系方面，前者對應的是供應商與貨品，后者對應的是客戶與貨品，無論是出庫還是入庫，都與一些設備的運轉密切相關，包括輸送機、堆垛機、AGV等，多對多的聯系由此形成。

供應商的屬性包括相關的信息，例如電話、地址等；貨品與客戶的屬性方面：前者包括貨品與編號，還有包裝類型等，后者包括單位名稱、聯系電話以及地址等。在入庫與出庫的過程中，這些實體之間存在著一定的聯系。

3.1.3 邏輯設計

在此次管理系統的設計過程中，主要是轉化概念結構圖，關系模型由此形成。由此可見，需求分析是邏輯設計之前的必經流程，可將表格中的內容逐步明確(包括用戶與設備信息表，以及出入庫單表與供應商表等)，擴展表格需要依據實際情況逐步進行，并將數據庫邏輯設計的目標逐步實現。

3.1.4 物理設計

在數據庫的物理設計過程中，涉及的任務包括文件名稱與字段類型的進一步明確，另外還有數據庫文件索引的確定等。

3.2 數據表信息的設計

對于各表字段和數據類型以及數據長度等信息的確定均依賴于新奧爾良法。此外，表格的建立主要是借助于SQL Serve。在以下內容中可以具體了解到表格的編制類型。

3.2.1 基本編碼信息

①貨位編碼信息：貨位種類(大、中、小)長度為2，數據類型為CHAR；貨位編碼(排-層-列)長度為7，數據類型為CHAR；貨位寬度為4，數據類型為INT；貨位高度為4，數據類型為INT；貨位長度為4，數據類型為INT；貨位用途(A、B、C、D)長度為1，數據類型為CHAR。

②貨品編號信息：貨品型號長度為20，數據類型為CHAR；貨品類別(A、B、C、D)長度為1，數據類型為CHAR；貨品編碼長度為20，數據類型為CHAR；貨品名稱長度為20，數據類型為CHAR。

③設備編碼信息：設備型號長度為20，數據類型為CHAR；設備描述長度為40，數據類型為CHAR；設備編碼長度為8，數據類型為CHAR；設備名稱長度為20，數據類型為CHAR。

3.2.2 統計數據信息

①貨品入出庫情況統計信息：報表日期長度為4，數據類型為DATETIME；本期入庫數量長度為4，數據類型為INT；期初結存數量長度為4，數據類型為INT；期末結存數量長度為4，數據類型為INT；貨品類別(A、B、C、D)長度為1，數據類型為CHAR；本期出庫數量長度為4，數據類型為INT。

②貨位占用率分類統計信息：貨位用途(A、B、C、D)長度為1，數據類型為CHAR；占用數量長度為4，數據類型為INT；空閑數量長度為4，數據類型為INT；報表日期長度為4，數據類型為DATETIME；貨位種類(大、中、小)長度為2，數據類型為CHAR；占用率長度為2，數據類型為FLOAT。

3.2.3 明細數據表

①貨位狀態信息：貨位編碼長度為7，數據類型為CHAR；運行狀態(禁用、靜止、進貨、出貨)長度為4，數據類型為CHAR；貨位種狀態(空位、無貨、半滿、滿貨)長度為4，數據類型為CHAR；存儲貨品類別(A、B、C、D)長度為1，數據類型為CHAR。

②貨品入/出庫記錄信息：貨品編號長度為20，數據類型為CHAR；操作員編碼長度為8，數據類型為CHAR；入/出庫(入庫、出庫)長度為4，數據類型為CHAR；入/出庫貨品編碼長度為7，數據類型為CHAR。

③貨品庫存明細信息：貨位編碼長度為7，數據類型為CHAR；貨品編碼長度為20，數據類型為CHAR。

4 監控系統功能規劃

4.1 監控系統功能分析

操作人員在進行決策的過程中，將在很大程度上需要監控系統的幫助，其既能夠行使接受命令并發送命令的功能，同時對于反饋信息的接收以及上傳也需要借助監控系統來完成。監控系統主要針對運行位置和作業狀態以及故障狀態等相關方面進行監控，可以在控制面板中了解其監控結果，其表現形式主要為畫面形式。根據上述內容，監控層的主要功能可總結為以下幾個方面：

①對計算機指令進行接受并做出相應的分解。

②對指令列隊和設備作業組織進行優化。

③完成命令的下達以及執行過程的監控。

④對相關信息進行反饋并上傳。

⑤對庫存信息做到及時反饋與更新。

⑥對設備等相關信息進行展示，主要通過圖形形式實現，為工作人員提供便利。

⑦通過對倉庫的管理和控制來有效應對緊急情況。

4.2 監控系統功能模塊設計

4.2.1 系統主界面

本項目監控系統的主界面涉及到調度設置、顯示任務、系統管理、幫助等四個部分。

4.2.2 系統初始化

監控系統的初始化工作是系統在開始運行前必須要做的一項工作，其目的在于實現系統與上位管理系統和下層控制設備之間的通訊關系。此外，執行層對于設備所處位置以及貨物狀態等相關信息的掌握也在很大程度上依賴于該工作。運行能否順利進行在一定程度上也取決于上述過程是否完成。經過各項準備工作后，監控系統對相關的管理任務進行接收并執行，一旦執行結束，管理系統將得到監控系統的反饋。

4.2.3 顯示設備狀態

通過顏色的劃分來區別設備不同的運行狀態。要想表示設備空閑狀態，可以通過本色實現，而設備是否處于正常運行裝填狀態，可以通過綠色來判斷，設備一旦出現故障，則出現紅色。

4.2.4 顯示設備動畫

對堆垛機的運行情況的了解可以通過顯示設備動畫來實現。對于載物臺的坐標變化可以通過顯示動畫進行了解。

4.2.5 顯示設備命令

要想對設備狀態進行檢查，可以通過設備命令開關得以實現，此外，命令的下達也可以通過該方面完成。不僅如此，指令隊列情況的掌握通過該方面也可以實現，主要是借助于任務指令的逐條顯示進行。

手動控制的方式可以及時應對設備采取聯機自動模式進行作業時發生的問題，通過手動控制，可以實現命令的增加和刪除等操作。

5 管理層與監控層通訊技術

管理系統中，通訊協議采用較為成熟的TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/因特網互聯協議)協議，其在計算機通信協議中占據重要的位置。TCP/IP協議所產生的時間為70年代，該協議的發展離不開廣域網開發協議標準的支持。此外，Internet在當前世界范圍內占據著重要的地位，而其當前所取得的成就在很大程度上離不開TCP/IP協議的支持。隨著Internet大范圍的推廣，TCP/IP協議也成了實際上的標準。作為一種通訊協議，網絡通訊設備的規范化主要是依賴于TCP/IP協議實現的。對于TCP來講，其發揮的主要作用是針對小包而言的，包括收集和排放兩個方面。不僅如此，數據還原也主要是通過TCP實現的。信息能夠進行有效的傳輸，二者的作用缺一不可，也就是說，做好兩者之間的合作，才能在最大程度上發揮作用。

監控層與管理層之間的信息交換活動主要包括信息的提取和修改以及更新等過程。監控系統所提取的信息是在管理系統生成并存儲完成后實現的，而監控層需要對反饋信息和監控信息進行上傳，確保管理計算機的相關操作能夠順利完成。在此過程中，管理層和監控層共同完成了對信息的操作。出入庫操作將涉及到管理系統、監控層以及執行層三個方面的共同合作，管理系統的操作主要是對指令的發送，而執行層主要對具體作業進行操作并反饋相關信息。