物联网智能仓储系统的设计方案毕业论文

引言随着现代物流业的供应链管理理念的不断发展，仓储管理在物流管理中的重要性日益提高，仓储管理已成为物流管理的核心部分和关键环节。目前在我国，仓储管理基本处于人工管理或半自动化管理状态，存在产品识别困难，产品信息难以实施获取，仓储管理自动化程度不高、人工依赖性强等诸多问题。为使仓储有效支持供应链上的其他环节，减少库存支出，进一步降低物流费用，提高仓储效率，设计了基于物联网的智能仓储管理系统。该识别系统将物联网技术和仓储管理结合，通过射频设别技术实现产品的自动识别，利用物联网获取产品信息和仓储信息，集成完善的软件系统，设计出一套集成的智能仓储管理系统框架，实现仓储管理的智能化、网络化和信息化。第1章绪论1.1物联网技术简介物联网(InternetofThings)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（GrandIntegration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的CockpitDashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。1.2仓储业应用的主要物联网技术与未来发展物联网是“物物相连的互联网”，是通过各类传感装置、RFID技术、视频识别技术、红外感应、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，根据需要实现物品互联互通的网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的智能网络系统。物联网主要有三层架构：感知层、网络层和应用层，根据这一物联网架构，物联网主要有三大技术体系，一是感知技术体系；二是通信与网络技术体系；三是智能技术体系。在智能仓储中，为了对仓储货物实现感知、定位、识别、计量、分拣、监控等，主要采用传感器、RFID、条码、激光、红外、蓝牙、语音及视频监控等感知技术。在以仓储为核心的物流中心信息系统中，常采用企业内部局域网直接相连的网络技术，并留有与互联网、无线网扩展的接口；在不方便布线的地方，一般采用无线局域网技术；现代仓储系统内部不仅物品复杂、形态各异和性能各异，而且作业流程复杂：既有存储、又有移动；既有分拣，也有组合。因此以仓储为核心的智能物流中心，常采用的智能技术有：自动控制技术、智能机器人堆码跺技术、智能信息管理技术、移动计算技术、数据挖掘技术等等；物联网将是下一个推动世界高速发展的重要生产力，拥有业界最完整的专业物联产品系列，覆盖从传感器、控制器到云计算的各种应用。产品服务智能家居、交通物流、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、个人健康等各种领域。构建了“质量好、技术优、专业性强，成本低，满足客户需求”的综合优势，持续为客户提供有竞争力的产品和服务。第2章系统总体设计2.1系统总体设计概述基于物联网的智慧仓储管理系统，通过构建在云端的IOT应用，实现了货物、托盘、仓库、WEB终端、RFID设备、LED显示屏等“物和物”的智慧联动，通过技术创新和模式创新有效的提升了仓库的管理能力和服务水平。最终，为仓储物流企业带来的是直接的经济效益和社会效益。系统主要包括入库管理、出库管理、在库管理（过户和盘点）、仓库管理（财务和查询）、系统管理五大部分。系统可安全、高效无故障运行，业务人员可以轻松完成设备和业务的监控、管理工作，报表种类齐全，可以满足业务人员各种帐务需求。图2.1智能仓储物联网系统总体结构2.2网络架构方案中的仓储管理物联网通过RFID电子标签实现物品的自动识别和出入库，利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的智能化水平。其系统物联网的总体结构如图2.2所示。物品物品物品无线射频识别系统上位机业务系统服务器本地数据库服务器Internet后台信息服务器标签标签图2.2智能仓储物联网总体结构2.2.1系统流程与组成仓储管理系统的工作流程包括入库、出库、移库、盘点、拣选与分发等环节。系统采用国际上最先进的无线射频身份识别技术（RFID），为每件物品提供一个惟一标志码（EPC代码），并在服务器中存储货物的相关属性信息，从而使系统能够自动识别物品，可以对物品进行跟踪和监控。另外，仓储车间还安装多个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了解仓储车间的情况，并及时处理。这样就在高效、准确、快捷的基础上，进一步提高了仓储管理的安全性。结合上述分析，智能仓储物联网主要由仓储物品识别、信息采集处理、仓储物品监控、后台信息服务器、本地数据库服务器、业务系统六大模块组成。在仓储物品识别模块，系统采用EPC代码作为物品的惟一标志码，为每个物品贴上一个具有EPC的RFID标签。标签由存入EPC的硅芯片和天线组成，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服务器的数据库中。同时，随着物品在仓库内外的转移或变化，这些数据可以得到实时地更新。在信息采集处理模块，通过RFID数据采集接口获取物品的详细信息从而进行处理。当物品通过仓储车间入口时，由设置在仓库入口的物品标签读写器读取物品的EPC代码，然后根据物品的EPC代码访问后台EPC-IS服务器，获得物品的详细信息，并将相关信息保存到本地数据库，最后交由信息处理模块进行处理。仓储车间入口处可以安装多部读写器进行分类处理，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的传感器，包括视频传感器、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，自组织构成一个无线传感器网络，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了解仓储车间内外的各类情况，以便及时处理。后台信息服务器用于存储物品的详细信息，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的请求，允许通过物品的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处理模块所获得的物品信息，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客户端随时随地查询物品的当前状态。业务系统的功能除了出入库管理外主要就是在库管理，在库管理包括在库物品保管、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。2.3系统总体技术架构根据智能仓储系统的具体业务需求和特点，本系统采用了C/S和B/S相混合的三层体系架构。系统总体技术架构分为：技术支持层、数据层和信息交互层三部分。架构以WindowsXP为前台操作平台，技术支持层主要包括了RFID、JSP、GPS和防火墙、网关等；数据层主要以SQLServer2005数据库和AnalysisService数据仓库为后台服务平台。在整个系统的硬件基础建立在全球定位系统GPS、全球移动通信GSM和无线射频识别技术RFID之上。有效的将这些高科技技术融合，实现智能仓储的管理。其中RFID用于非接触识别货物信息。货物信息就能自动被识别，通过无线网络传递给后台系统，完成货物入库、出库和盘点的管理，大大提高了仓库吞吐量。同时，系统考虑了可扩展性，有效的与ERP、CRM等系统进行集成，如图2.4所示为系统总体技术架构入库管理模块入库管理模块出库管理模块盘点管理模块HTTP/SOAP信息核对服务数据/文件访问引擎基础管理数据仓储管理数据RFIDGPSJSP安全管理数据结构CRMEDI……ERP图2.4系统总体技术架构第3章系统详细设计3.1基于RFID技术的库存管理流程设计汽车将物料送至仓库门口，一般情况下，贷架上摆放多件箱体，每个货架和箱体都应该有自己的RFID标签(实际上现在很多低附加值的物品并没能完全做到，部分也是因为客广隐私的原因)。RFID阅读器则放置在仓库大门、传送带、堆放点和叉车臂上。通过阅读器读取到的标签信息，货架和架上箱体(container)在供应链上活动的一系列信息都可以被跟踪采集到。3.1.1总体业务流程现代库存营理的主要业务流程是基础资料管理、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3.1所示。采购部门采购部门供应商财务部门采购部门采购部门客户仓库部门库存盘点基础数据管理拣货出库收货入库出入库分析需求预测报告采购订单发货入库库存分析客户订单订单图3.1仓储管理整体业务流程图供应商接到采购部门发送来的订单后安排发货，经过一系列收验货程序，仓储部门安排入库，同时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的客户订单传往仓储部门，仓储部门根据订单安排货物出库配送。3.1.2收货入库流程采购部门采购部门供应商采购部门RFID阅读器采购部门带有RFID阅读器的叉车采购部门财务部门RFID中间件信息核对货位安排订单发货发货通知单入库确认入库单收货指令货位安排图3.2收货入库业务流程图收货入库流程如图3.2所示。(1)仓储部门接收并核实供应商的发货通知单。(2)根据入库货物的类型和数量，仓储管理系统对该批货物的存储区域和存储位置进行分配。(3)仓库入口处RFID阅读器通过电子标签采集货物信息，并将信息与货单比对。(4)仓库管理系统发出货位安排及相关指令，检测出空闰叉车供装载使用。(5)叉车搬运货物，入库设备根据货住安排将货物上架。入库操作关键部分是读取标签信息：首先判断阅读器是否正常，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相关内容显示出来。3.1.3库存盘点流程库存盘点是指对现有库存进行清点，并将实际库存状况与账面统计予以比对，业务流程如图3．3所示：财务部门库存管理系统移动式RFID阅读器财务部门库存管理系统移动式RFID阅读器RFID中间件带有RFID阅读器的堆垛机制定盘点计划实地盘点盘点清单盘点数据盘点数据更新数据(1)选择所要盘点的仓库及具体库区。(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)系统进行后期数据处理，核对统计仓库实际溢损数量。3.1.4出库流程出库流程主要根据货物出库单信息，对所需货物进行分拣处理，并进行出库管理，业务流程如图3.7所示。销售部门销售部门客户RFID中间件固定RFID阅读器财务部门库存管理系统出库口包装线自动分组系统客户叉车/堆垛机货位安排数据处理数据读取订单客户订单出库采集拣货取货结果拣货数据采集出库信息采集图3.4出库业务流程图(1)仓储系统接收来自销售部门的客户订单及发货通知。(2)库存控制系统计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结果传送至库存管理系统。(5)分拣出的货物由分拣系统执行出库操作。(6)在货物运动过程中，安装在自动分拣系统上的RFID自动识别装置阅读RFID标签，识别货物隶属于哪个订单。(7)包装、封口、出库过程中，系统根据输入在仓库查找商品，自动查询对应的仓库号和库位ID，供工作人员进行出库操作安排。3.2系统功能结构设计基于RFID自动识别技术结合无线网络技术的现代化智能仓储管理系统有效的提高了企业物流管理的质量和效率，降低企业库存成本，提升企业市场竞争力。系统的系统功能模块具体如图3.5所示。基础信息管理主要包括客户管理、机构管理、人员管理和商品信息管理等；系统管理主要包括权限管理、参数设置等；库存管理主要包括入库通知单台账、送货凭证台账、入库单台账、装卸单台账、入库差异台账等；出库业务管理主要包括出库通知单台账，出库单台账，集货表台账，出库差异台账等；移库管理；库存盘点管理；库存分析管理。主要包括库存周转率分析和滞留商品报警等；接口管理，仓储管理系统与ERP系统的集成。本课题主要设计库存管理，盘点管基于物联网的智慧仓储管理系统系统管理IOT接口RFID中间件无线通信接口短信猫接口系统管理用户登录用户管理权限管理数据维护管理组管理客户管理系统参数管理业务管理入库管理入库办理验货装盘入库结算货物入库入库单查询入库明细查询出库管理出库办理出库确认出库单查询出库明细查询过户管理过户办理过户单管理调仓管理货物移盘托盘调仓库存盘点库存盘点盘点查询业务查询库存查询仓库使用率仓库使用明细资产管理仓库管理仓位管理托盘管理仓储报表仓库库存盈利情况图3.5功能系统模块图3.3出库管理（1）客户出示IC卡或客户唯一标识到开单结算窗口提出货物入库申请。（2）开单结算员使用客户出示的IC卡或客户唯一标识查询客户资料。（3）开单结算员根据货物种类输入库存价，根据实际人力成本输入力资费，其他费用可选。（4）开单结算员可以根据客户的意向进行选择仓库和仓位，但实际仓库和仓位由仓库管理员按照实际情况进行决定。（5）客户办理入库申请之后，系统发送入库短信给客户，并通过物联网发送一条Socket消息给验货员进行验货。（6）开单结算员打印入库工作单，交予客户。图3.6出库管理模块3.4过户管理过户办理（1）卖家和买家同时到开单结算处出示自己的IC卡或客户唯一标识给开单结算员。（2）开单结算员根据卖家和买家出示的IC卡或客户唯一标识在系统中查询客户资料，并查询卖家的货物库存情况。（3）如果卖家在仓库内存在未出库的货物，则供卖家和买家选择。如果卖家在仓库内不存在未出库的货物，则提示卖家没有货物信息。（5）双方确认选择的货物无误之后，卖家缴纳相关费用，开单结算员收取费用后，打印过户工作单，给卖家和买家进行下一步的货物确认（6）过户办理完成之后会分别发送转入和转出货物成功短信给买家卖家。过户单管理（1）本模块可以根据交易时间段、买家、卖家查询过户单信息（2）如查询条件不输入，系统默认查询所有过户单信息（3）过户单信息如下：过户单号、买方、卖方、操作员、过户时间、备注、最后编辑时间、是否作废。（4）每条过户单后面有作废按钮，可以对没有作废的过户单做回滚操作，即将货物归还给原货主。（5）已经作废过的过户单后面的作废按钮不可使用。图3.7过户管理模块3.5库存盘点库存盘点(1)仓库经理可以通过货主和仓库编号进行查询系统中的库存情况。（2）库存信息包括：仓库名称、货主、仓位、托盘、货物名称、货物规格、入库件数、出库件数、最近入库和当前数量。(3)仓库经理将仓库内的货物清单交给仓库管理员后，由仓库管理员进行人工核查。盘点查询(1)该功能可以通过货主或盘点时间段查询仓库的盘点记录。(2)如查询条件不输入，系统默认查询所有盘点信息。(3)查询的盘点信息展示内容包括：盘点记录编号、货主、盘点日期、备注、最后编辑、是否删除。(4)注意查询的结果中货主可能为空，因为盘点时可能同时盘点多个货主的货物。图3.8库存管理模块3.6调仓管理货物移盘（1）由仓库管理人员使用手持设备对需要移盘的货物进行发起。（2）仓库管理人员首先扫描旧托盘，再扫描新托盘，之后将数据通过物联网以Socket的方式发送给服务器。（3）服务器收到移盘消息后在系统中将旧托盘上货物所在的托盘编码改为新托盘编码，再将旧托盘置为可用状态，服务处理成功后发消息给仓库管理人员的手持设备。（4）仓库管理人员收到服务器处理成功的消息后，将托盘进行替换，并完成货物移盘操作。图3.9调仓管理模块3.7业务查询库存查询（1）仓库经理等相关人员可以通过此模块查询库存信息。（2）系统可以按照货主、仓位进行查询。默认情况下查询所有库存信息。（3）查询到的库存信息如下：仓库、仓位、货物名称、货主、货物数量。仓库使用率（1）仓库经理等角色的人员可以通过此模块了解到仓库的使用情况（2）系统进入后以柱状图的形式展示出所有仓库的使用率。仓库明细查询（1）仓库经理等角色的人员可以通过此模块了解到仓库的每个托盘上的存放货物的情况。（2）进入系统后点击相应仓库的按钮，可以查询到相应托盘上存放的货物数量。图3.10业务查询模块3.8系统管理客户管理(1)系统管理员使用该功能为新客户进行开户。(2)系统需要录入包括：货主名称、IC卡编号、固定号码（可选）、手机号码、性别（默认为男）、备注（可选）、状态（默认为活动）(3)录入完成提交，系统提示开户成功信息。(4)系统管理员可以在此模块根据客户ID、客户名称、IC卡号对系统内的客户进行模糊查询，如果不输入任何条件，默认查询所有客户信息。(5)选中查询的客户后，可以对客户的基本信息进行修改，可修改货主名称、IC卡号、固定号码、手机号码、性别、备注、状态。(6)客户状态为删除时，表示该客户不能办理任何业务。用户管理(1)系统管理员使用该功能为仓库的新员工进行登录账号的注册。(2)系统管理员可以在此模块根据用户ID、用户名称对系统内的客户进行模糊查询，如果不输入任何条件，默认查询所有用户信息。(3)选中查询的用户后，可以对用户的基本信息进行修改，可修改用户登录账号、密码、用户类型、所在组、性别、状态、备注。(4)用户状态为删除时，表示该用户不能再使用本系统进行业务操作。(5)用户类型分为系统管理员和普通仓库员工，系统管理员拥有系统的所有权限；仓库员工分为仓库经理、仓库管理员、验货员和结算员四个组，系统中默认每个组的用户权限不同，可以在组管理模块进行权限的添加、删除等操作组管理（1）该模块是对用户所属组的维护。（2）可以通过用户组ID、用户组名称进行组信息的查询。默认查询所有组信息。（3）可以对组进行改名、修改权限、删除和恢复操作权限管理（1）该模块是对系统中用户的权限进行维护。（2）可以通过权限ID、权限名称进行权限信息的模糊查询。如果不输入条件，默认查询所有权限信息。（3）对权限的备注信息可以进行修改，权限的状态可以进行删除操作图3.11系统管理模块总结智能仓储物联网解决了传统仓储管理过程中物流信息处理效率低以及出入库盘点不准确等问题，系统在出入库、监控、盘点、拣货等方面具有快速、便捷、准确、高效及高度自动化等优点。在现代物流领域，物联网已经体现出其积极的促进作用。通过该系统的分析与实现，形成一种利用物联网进行物流仓储管理的新型实用的设计方法。可以结合本文的部分基础理论知识和具体系统架构方法进行深入研究和探讨，在切实理解物联网原理和技术特点的基础上，进一步促进其在诸多领域的更广应用和更大发展。随着物联网技术的不断发展和应用系统的推广普及，未来物联网技术在性能等各个方面都会有较大的提高。展望未来，物联网技术的发展将呈现如下趋势：1)标签产品多样化。未来用户个性化需求较强，单一产品不能适应未来发展和市场需求。芯片频率、容量、天线、封装材料等组合形成产品系列化，与其他高科技融合，如与传感器、GPS、生物识别结合将由单一识别向多功能识别发展。2)系统网络化。当RFID系统应用普及到一定程度时，每件产品通过电子标签赋予身份标识，与互联网、电子商务结合将是必然趋势，也必将改变人们传统的生活、工作和学习方式。3)系统的兼容性更好。随着标准的统一，系统的兼容性将会得到更好的发挥。产品替代性更强。4)与其他产业融合。与其他IT产业一样，当标准和关键技术解决和突破之后，与其他产业如3C、3G网等融合将形成更大的产业集群，并得到更加广泛的应用，实现跨地区、跨行业应用。但是物联网RFID目前标准亟待统一，包括空中接口规范、物理特性、读写器协议、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的应用前景大都持乐观的期待，最理想的情况是借由标准的制定与技术的突破，加速降低成本，提升技术成熟度，满足各种应用环境的需求。参考文献[1]袁宝明,于万波,魏小鹏.汽车牌照定位综述[J].大连大学学报,2002,23(2):6-12.[2]曾丽华,李超,熊璋.基于边缘与颜色信息的车牌精确定位算法[J].北京航空航天大学学报,2007,33(9):3110-3115.[3]赵兵,鲁敏,匡纲要,于慧颖.基于混合特征的车牌定位算法[J].计算机工程与设计,2007,28(23):5668-5670.[4]李庆庆,张燕平.基于模糊边缘检测算法的车牌定位[J].计算机技术与发展,2006,16(12):7-9.[5]刘云浩.从普适计算、GPS到物联网:下一代互联网的视界.中国计算机学会通讯,2009,5(12):66−69.[6王保云.物联网技术研究综述.电子测量与仪器学报,2009,23(12):1−7.[7]孙其博,刘杰,黎羴,范春晓,孙娟娟.物联网:概念、架构与关键技术研究综述.北京邮电大学学报,2010,33(3):1−9.[8]范苏彬,范曲立,宗平,毛燕琴,黄维.物联网的体系结构与相关技术研究.南京邮电大学学报,2009,29(6):1−11.[9]刘强,崔莉,陈海明.物联网关键技术与应用.计算机科学,2010,37(6):1−4