维普资讯 http://www.cqvip.com 第32卷 第24期 VoL32 ・计算机工程 Computer Engineering 2006年12月 December 2006 No.2 开发研究与设计技术・ 文章■号I 1000-- 文It标识码t A 中圈分类号l TP393 物流系统中集成化仓储系统设计 事民权,吴先良 (安徽大学电子科学与技术学院,合肥230039) 攮翼:给出了一种综合采用射频识别技术、非接触IC卡导航定位及无线局域网等技术的智能化、集成化仓库设计方案。采用面向对象 ・ 程序设计语言,设计出一套智能仓库管理系统软件。经实际使用,取得了很好的经济和社会效益。方案对物流管理系统的设计和新建、改 造仓库系统具有 要的参考价值。 关t诩:智能化仓库;导航定位;最佳路径选择算法;非接触Ic卡;无线局域网 Design of Integrated Warehouse in the Logistics System LI Minquan.WU Xianliang (Institute of Electronic Science and Technology.Anhui University,Hefei 230039) [Abstractl Based on the technology of RFID and contactless IC card positioning and wireless local network,a design of an abstemious intelligent warehouse is given.The intelligent warehouse system program is realized using Visual C++language.It is proved that this design is economical nad usefu1.This paper is helpful to design a logistics system and build na intelligent warehouse. [Key wordsl Intelligent warehouse;Navigation and orientation;Best routing algorihtm;Contactless IC card:Wireless local network 随着现代化物流系统的发展,现代化物流配送、仓储的 各部分功能描述如下: 高智能化是国民经济发展的客观要求,它的发展状况对经济 (1)系统维护子系统:对系统进行初始化,设置各种编码 发展、商品流通和大众消费起着重要的促进或制约作用。智 和处理方式,包括设置拼盘方式、出入库方式、批量方式及 能配送和仓储是在不直接进行人工处理情况下自动地存储和 对日期、数据库、货位编码初始化。 提取物料的管理系统,它是以计算机综合管理控制系统为基 (2)需求量管理子系统:根据生产计划、销售状况、库存 础,配以输送带、多层货架、堆垛机及其配套的运行设施、 情况、货物清单、日期等信息调配物料需求数量和时间。 托盘、货箱等。此外还配有路标导航、客错系统及自动安全 (3)订货管理子系统:制作订单、录入合同、管理进货日 消防监控系统,是机电一体化和现代信息技术在物流流通领 程、统计合同并为管理者提供供货单位的信誉、供货能力和 域应用的一个重要分支¨1。传统的物流管理采用条形码,由 生产技术信息等基本档案资料。 于其读取信息距离近,每次读取一件物品,信息存储量小, (4)不合格品管理子系统:各种不合格品,根据从入库验 不易更改,易遮挡及磨损划伤等缺陷,很难适应现代化物流 收、生产和销售中返回的不合格品、生产追讨单和赔付单, 业的发展。本文根据某单位实际情况和需求,采用远距离电 将不合格品从库存中扣除。 子标签 0替代传统的条码,设计了一套集成化仓储管理方案。 (5)存储管理子系统:提供存储管理中的各种功能,包括 该方案对仓库的自动管理、物流技术等具有参考价值。 货位管理、入库管理、出库管理和倒盘库管理子系统。货位 l系统组成 管理对入库件分配合理货位,对全库划分内部作业区,确定 集成化仓储系统的信息系统主要包括计算机监控系统、 每种零件或货物的托盘的件数。倒盘库管理按要求对全库进 数据库系统数据采集系统及网络系统。计算机监控系统涉及 行盘点,根据货位管理提供的信息完成货物或零件的倒库, 管理计算机、监控计算机和控制具体设备执行的PLC控制器 并记录和维护有关的数据资料。 等,数据库系统完成底层数据的存储,数据采集主要完成物 (6)库存管理子系统:负责各种物料的收发存管理 ,实 品基本信息的输入,网络系统则负责信息的传送和交换。 时处理存储管理系统、订货管理系统提供的数据,随时更新 系统的逻辑功能如图l所示。 库存信息以反映库存的动态变化。该子系统包括收发存管理、 集成仓储 库存状况分析、ABC分类管理和呆滞物料管理等子系统。收 发存管理提供某段时问内库存物流的信息状况,随机显示和 打印当前的库存量等信息;库存状况分析提供库存中现有量、 订货Il不合格ll存储I l库存l 计划收到量、已分配量、可用量等库存信息;ABC分类管理 管理Il产品处理lI管理I 王 I管理l 对库存的货物进行分类管理;呆滞物料管理提供库存积压货 物的品种、数量及积压金额,便于采取措施进行处理。 订单、1兰里—合同l I验收处1一J L l理近品ll管理货物ll析滞留物料 I出、入库lI库存状态分 作者倚介:李民权(1968一),男,剐教授,主研方向:电磁散射与射 -竺堡 I竺里箜JI..笪里竺. 频识别技术;吴先良,教授 田1熏缱昀逻辑 憎 收藕日期:2005-12-06 E-mail:limq@ahu.edu.cn ● ● 维普资讯 http://www.cqvip.com 2总体布局设计 物流路线、整体布局和设备的分置对集成化仓储管理至 关重要。一个良好的仓库平面布置和合理的设备配置可以使 企业物流更加合理化,避免内部的运输迂回重复。总平面布 置紧凑,使地面使用率最大化,建设投资费用低。仓库的整 结束,发出充电完成信号,等待控制中心指令,以便继续工 作还是休息。当小车出现故障时,发出故障报警并通知控制 中心以便作出相应反应,使该小车进入维修区进行维修。 3出入库设计 入库流程如下:在仓库入口处,由远距离读卡器读出货 体布局如图2所示。 L ......J 出入] ∞l ∞3∞ 02l 022 ~ 006 0 024 邶A∞ BOOlB002 COOIC002 Do0 D。0 佃 旷 订_[] A00 A00 007 008 B003B004 C003C004 02 02 J)00 I】(10 休 A00 A00 009 ’010 佃BG05B006 c005c0o6 02 口]]_e 佃02 D00 D00 息 区 [A00 】| A00 01I ’01佃 B∞7B册8 C ̄7C008 02 、 03 J)00 D(.[]) I) 佃田r 佃 A00 A0l 013 01 BOOgB010 C( ̄9C010 03 03 Do0 DOI 佃 [『_ 佃 A0ltA0】016 01 BOI1BOI2 COllC012 0湘 03 Dm1DOl 《 , 仰[T]]_ 佃 04 O17 03 一 充 一 一电 o4 064 B00lB00"Z F00l F002 GO0 GO0 H∞H伽 区 闹m 口_[] B003EO04 O47 04 F003FQO4 GO0 GO0 065 06 H00 H∞ [】_[】_ 佃 旷 _亡] F,005E006 048 05 F005R)O6 G00 000 087 06 H∞H∞ 旷 佃 旷 E0(玎E008 051 05 F(X)7F(X)8 GO0 G00 088 07 H∞H∞ 佃口]r _[] 维 E009E010 053 ’05 F0,G9F010 G00(301 071 07 H∞H01 修 佃 、 /舯 叼_[] 区 E0IlE0l2 O55 05 FYIIlF012∞lIGOl 073 07 H0l1H01 叩旷 .057 『05 问 07E’j 07 _[] 、 II 2仓库的整体布局 根据仓库的大小,将仓库进行分区,例如将某仓库按照 图1所示分成从A ̄H 8个货物存储区,自动引导车辆 (Automated Guided Vehicle,AGV)休息区、充电区和维修区 以及出入IZl。货物存储区与区之间留有空间供AGV行走, 在AGV行驶的路线及相应的转弯处的地下埋设非接触Ic 卡,作为导航路径标识,可进行直线、弧线、s曲线和直角 路径导航;多偏差最优导航控制保证稳定可靠导航,识障传 癔器对周围障碍物实时探测,实现减速或者制动,避免碰撞。 AGV读取Ic卡中的信息,确定下一步的运行状态。当没有 物品进出仓库时,AGV均停留在休息区待命,当有物品进入 仓库时候,位于出入口的Ic卡读写系统读取物品上的Ic卡 信息,根据物品上Ic卡信息,确定AGV行走路线和货物存 放位置,AGV接收到启动指令和路径信息后,启动驱动机构 ・并读取埋地Ic卡信息,根据该信息和路径信息,控制AGV 的行走路线。当有物品出库时,控制中心根据所需物品的信 息,找到物品的存放位置,算出出库路径,将路径信息发送 给某小车,并在出口处读取物品上的IC卡,消去仓库数据库 中该物品信息。当AGV能量低到一定范围时,发出充电请 求信号,控制中心检查充电区是否有充电空位,根据AGV 的位置,算出最佳到达充电区位置,并将路径信息发给该小 车,小车根据路径并读取埋地IC卡,达到充电区充电。充电 物上Ic卡片信息,系统响应入库请求,弹出入库对话框,系 统查询订货量,如果订货量大干货物库存数量,则给出报警 提示,否则,系统计算出该批货物的存放位置和AGV的最 佳行走路线,如果该路径已被占用,则重新计算出另一条最 佳行走路径。如果该路径未被占用,则系统发送指令给AGV, AGV根据指令给出的路径,同时检测路径上埋设的Ic卡片 和相应的纠偏处理,准确到达指定位置。当该货物正确放置 好后,入库成功,修改服务器数据。AGV按照最佳返回路径 返回,释放占用入库路径。 出库流程如下:系统根据出货请求,弹出出库对话框, 用户填写出库货物的名称和数量,系统查询库存中是否存在 需求的货物型号和数量,如果出库数量大干货物的库存数量, 则给出报警提示,否则,系统查找出货物的存放位置并计算 出AGV行走最佳路径。如果该路径已被占用,则萤新计算 出另一条最佳行走路径。如果该路径未被占用,则系统发送 指令给AGV,AGV按照指定路径行走并进行纠偏及纠错处 理。到达指定位置后,按指令要求取出货物。在仓库出IZl处 由远距离读卡机读取物品卡片的信息,判断所取物品是否正 确,如果不正确,送回货物,通知管理人员处理。如果正确, 则释放路径,修改数据库信息。 4设备通信jI《统 集成化仓储管理系统的通信网络包括由总控制中心与各 服务器、终端机、读卡系统、企业内部其它部门计算机之间 组成的网络,以及AGV由控制中心、手持式读卡系统与控 制中心组成的无线局域网。网络基于TCP/IP协议。计算机与 非接触Ic卡读写器、底层各个控制器之间的通信,采用的通 信协议大都是各个PLC生产厂家独自开发的,并没有统一的 标准协议。本方案采用通用的PLC设备进行联网通信的方式, 在厂商提供的链路层联网协议的基础上设计了上层协议,该 协议结合了现场总线技术和TCP/IP协议的优点。采用RS485 接IZl线路,具有较高实时性和通用性,基本协议结构如图3 所示。监控机及各库内设备的自动系统采用总线形式连接, 组成工控网络,实现上位监控计算机与仓库各设备间的通信。 读卡器与Ic卡、控制中心与AGV采用应答通信方式,将上 位机作为通信控制器。为防止信息丢失,每个单元还设置了 信息缓冲区。这样设计出的通信程序,具有协议简单、传输 媒介要求低、高可靠性和高稳定性等特点。 -…-…-; I仓库内各设备协议l=i ^== 日}f:;--・… --‘ 应用数据层 臣里匿虽叵工查堡亘至 至 四 传输协议层 厂西雨 丽1 丽 两rr 军丙再 面 T j 甭] 数据链路层 通信头 数据块 通信尾 田3基本协议结相 5货位及II佳路径选择算祛 仓库的高智能化将集中表现在货位选择和AGV行走路 径导航系统的智能化上,货位及最佳路径选择算法的优劣直 接影响仓库的智能化程度。以入库时货位选择及叉车最佳行 走路径算法为例,讨论货位及路径算法。 一267— 维普资讯 http://www.cqvip.com 货物入库时需要遵循的原则是:提高仓库利用效率,尽 量就近出入库,同一批货物需放在一起集中管理;加速货物 分配另一空分区供存储。当入库过程中出现不同类型的货物 时,系统不管该分区是否装满而重新分配另一新的空区。 周转,先入先出,以免长期积压;出入库频率高的货物应放 置在离仓库门121较近的位置;综合考虑生产日期、有效日期、 出厂日期等时间因素;路径分配时要提高可靠性,避免阻塞。 在同一个区内,按照先近后远,先内后外放置。取货除按照 先入先出外,还要遵循先外后内原则。具体算法描述如图4。 空分区的分配方法为:由计算得到的T0值与初始化时 间参数T进行比较,选取两值最接近的空分区用来存放货物, 同时置该分区的状态为非空,并修改时间参数T值为T0。系 统还将定期自动检验修改T值,使得ri(i 1…10)始终能按 升序排列。而当出库时,修改该分区的状态为空即可恢复。 有了确定的货位,相对的展佳路径也就确定了,最佳路 ’ 径以直线行走为原则。将货物放置在仓库的G03位置,则 AGV从入I:1处,经过001点,到040,042,043,044,061,・ 063,067,GG02,G004,G003。 6结束语 本文采用远距离非接触IC标签代替传统的条码,引入非 接触Ic卡作为导航定位硬件系统。采用货位及最佳路径选择 算法,对集成化仓库进行整体布局设计,给出了出入库系统 和设备通信系统设计方案。采用面向对象应用软件和MS SQL数据库H 】,设计出一套智能化、集成式仓库管理系统, 经过在某烟叶复烤厂的运行,取得了很好的经济和社会效益。 该系统的进一步完善和实施,必将提高物流信息的获取、传 输、交换与发布能力,提高物流管理和综合利用水平,提高 业务操作效率,减少获取物流信息的成本,为我国综合物流 中心的信息化、网络化奠定良好的基础环境。 啊4|l‘体算汝播述 图中T1为出厂日期,生产日期为T2,货物在仓库中存 放时间T0为 T0=T1.T2 参考文献 1 Hammergren T.曹增强译.Data Warehousing:Building the Corpora- te Knowledge BaseIM].北京:中国水利水电出版社,1998—02. 2沈广鸿。吴先良.提高无源非接触Ic卡作用范围的有效方法【J】. 安徽大学学报(I与然科学版),2002,26(1):66—70. 3王4李珊.数据仓库技术与联机分析处理【M】.北京:科学出版社, 劲,谢兆阳.SQL Server 2000数据库设计与系统管理【M】. 1998—05. 由于烟叶在出厂之前必须在仓库内发酵至少7天时间, 因此当出厂日期未定时,默认T0=7,该值将作为货位选择的 一个重要参数。而时间参数T主要是用来根据前一次放置货 物的经验值T0来确定下次放置在该分区货物的T0。 量化各个分区离出入121的距离时,在算法实现过程中忽 略了各分区内的路程,即把每个分区看作一个点,降低计算 的复杂度。给出了各分区的初始状态和初始时间参数T的值。 货位选择的一个重要原则是同一批货物需放在一起集中 管理。即当一批货物的第一件物品入库时,系统将分配一个 状态为空的分区给该批货物。当该分区装满后,系统将重新 北京:清华大学出版社,2001. 5李博轩.Visual c十十6.0数据库开发指南【M】.北京:清华大学出版 社。2000. (上接第222页) 时间。(2)横坐标是各种不同的被测试文件,其名称含义为: 编号-位率一采样频率。 测试结果表明,经过优化以后解码所需的时间仅为优化 2.4优化后的鳍果 经过上述方法优化以后,系统性能有大幅度提高,表1, 图3是在主频为50MHz的ARM9处理器上的测试结果。 文件名 (编号一位率一采样频率) 1—56Kbl:,S一22kHz.ap3r 2-128Kbl?s一44kHz.ap3 r3一I92Kb,)s一44kHz.ap3 r4-320Kblgs-44kHz.mD3 前的10%左右,均小于正常播放所需的时间,完全可以满足 实时播放的要求。 正常播放 时问(ms) 5 558 l4 643 l0 o05 9 894 …优化前解码 时间(ms) l8 555 98 862 7l 890 73 723 优化后解码 时间(ms) l 578 8 486 6 420 6 937 3结束语 本文基于ARM9平台设计并实现了一个状态机控制的多 媒体播放器系统,由于系统资源受限,尤其是CPU资源的限 制,因此采取了一系列的性能优化措施,最终使得系统能在 ‘ 40MHz主频下流畅地播放u盘中的音乐文件,满足了嵌入式 系统设计的低成本、低功耗、高性能的要求。 ・ —。■ :一。===: ■ 一 。一:一 . 四正常播放时问_优化前解码时间■优化后解码时间 {.}考文簟 1 Arm Limited.ARM Architecture Reference Manual[Z].http:#www arm.com. 1—56kbps一2一I28kbps一3—192kbps一4—320kbps一・ 22kHz mp3 44kHz.mp3 44kHz.rap3 44kHz.rap3 2 Lagerstrom K.Design and Implementation of all MPEG-1Layer HI Audio Decoder[D].Sweden:Chalmers University of Technology, 2oo1. 文件名(编号位率一采样频率) 圈3性■优化曹后■爵所■时I阿对比 3杜春雷.ARM体系结构与编程【M】.北京:清华大学出版社,2005. 4李驹光.ARM应用系统开发详解一基于¥3C4510B的系统设计 【M】.北京:清华大学出版社,2004. 图注:(1)此处测试的解码时间是指只解码不输出所需的 —_268一