支持精益物流的倉儲實時監控系統設計

王一斌，項 前，李紅琴，呂志軍

(1.東華大學 機械工程學院，上海 201620； 2. 上海精星物流設備有限公司，上海 201611)

支持精益物流的倉儲實時監控系統設計

王一斌1，項 前1，李紅琴2，呂志軍1

(1.東華大學 機械工程學院，上海 201620； 2. 上海精星物流設備有限公司，上海 201611)

為了提高物流服務質量，解決客戶實時跟蹤產品倉儲作業及物流服務信息等問題，構建了基于實時Web的倉儲監控流程模型，設計了一種支持精益物流的倉儲實時監控系統設計架構，在系統架構的基礎上構建了實時通信服務組件.基于ASP.NET MVC、 SignalR及實體框架數據庫訪問等技術，進行了系統搭建，實現了倉儲作業可視化監控以及面向客戶的物流跟蹤等功能，并在企業中得到良好運用.

精益物流；倉儲實時監控；面向客戶；實時Web

精益物流是指利用精益思想管理物流活動，其最終目的是為了保證高質高效的物流服務[1].而客戶作為物流服務中的主體，使得現代物流將提高客戶服務質量放在了極其重要的位置.現代物流配送已經從過去只追求物流效率逐漸過渡到效率與客戶服務并重[2].當今的物流配送服務已經可以做到產品在運輸過程中的信息跟蹤.隨著電商交易的快速增長以及大宗商品B2B交易的普及，倉庫中產品的信息透明度也越發顯得重要.產品的詳細信息，如批次、質量、供應商等都是客戶想要了解的.而針對需要進行進一步加工、包裝的工業產品，目前的完成情況、預計交貨期等信息也是提高客戶服務的關鍵要素.相關研究中，文獻[3]通過挖掘以客戶需求為動力的供應鏈優化模型，對面向客戶的供應鏈優化模型進行了深入研究.文獻[4]建立了基于客戶滿意度的供應鏈管理系統優化模型.以上研究以提高客戶滿意度為目標，通過建立數學模型進行了理論上的研究.實際應用中，隨著客戶可以跟蹤其產品在倉儲內的相關信息后，將會導致網絡流量增大，信息傳輸易堵塞，因此，通信的實時性則成了另一值得研究的問題.文獻[5-6]通過對比研究各種實時Web通信技術，分別在倉儲監控系統以及電站監控系統中取得了令人可喜的實時監控效果.在上述研究基礎上，本文以基于提高物流服務的思想構建了支持精益物流的倉儲監控模型，搭建了系統軟硬件結構，并采用實時Web技術SignalR保證監控及作業跟蹤的實時性.

1 支持精益物流的倉儲監控模型

提升物流服務符合現代物流發展規律，同時也支持了精益物流的主體思想.建立支持精益物流的倉儲監控系統的目標是把握客戶需求，使客戶可以追蹤訂單的實時作業完成情況，進而提高物流服務質量[7].這里的“客戶”是指在整條供應鏈尾端部分，即市場中面向企業的消費個體或群體[8].本文倉儲監控系統主要分為3個部分：供應商模塊、倉儲管理模塊、客戶模塊，信息流的最終導向為倉儲監控.倉儲監控系統模型流程如圖1所示.

圖1 支持精益物流的倉儲監控系統流程圖Fig.1 Flow chart of warehouse monitoring system for supporting lean logistics

倉庫的產品在入庫后會根據入庫信息，將供應商提供的各類信息匯聚起來并寫入倉儲系統的數據庫內，此時，倉庫內的所有商品應該帶有各類產品的信息，以及由于入庫新產生的信息，包括貨位位置、完成情況等.當接到各類商品出庫訂單后，倉儲開始進行出庫作業.在出庫作業完成后，系統會以郵件或短信的方式告知客戶商品已從倉庫發出.針對上述作業流程的每一個環節以及其設備狀態信息，管理人員可以對其進行實時監控以保證設備運轉的順暢，提高作業的可靠性.同時還應當對作業信息進行記錄，并執行相應的策略保證出入庫等作業任務的高效連接.此外，客戶也可針對自身所購產品，追蹤產品信息、作業進度、預計交貨期等詳細信息，以及人工提醒、滿意度評價等功能性服務.管理人員及客戶擁有自身不同的權限，其對應的功能結構如圖2所示.

通過客戶對產品真實信息、作業完成進度以及預計交貨日期等信息的追蹤查詢，提高貨物在倉儲內部的透明度，以此增加客戶的信心，提高服務質量，同時也可通過關鍵客戶為企業創造更大的利潤和價值.

圖2 倉儲監控系統功能結構Fig.2 Function structure of warehouse monitoring system

2 系統整體結構設計

2.1 硬件系統設計

支持精益物流的倉儲實時監控系統的實現，對倉儲硬件及信息技術提出更高的要求.在硬件方面，系統將會集成越來越多的自動化物料搬運設備、傳感器等.本系統是建立在B/S(瀏覽器/服務器)模式下，面向管理人員及客戶雙重身份的倉儲信息系統，其系統整體拓撲結構如圖3所示.

圖3 支持精益物流的系統硬件架構Fig.3 Hardware system architecture for supporting lean logistics

倉儲監控系統主要功能有庫存監控、倉儲硬件監控、出入庫管理、遠程控制、短信郵件通知等功能，該系統綜合利用機械電子技術、軟件技術對倉儲作業的整個過程實現智能化的監控.通過已有自動化立體庫設備(小車、堆垛機等)以及電子標簽揀選設備，將相關倉儲硬件設備，利用串口通信或無線通信技術，將各類設備匯聚于控制器及節點.控制器及PLC(programmable logic controller)的作用為分別控制底層的電子標簽揀選設備以及自動化立體庫設備.控制器等控制設備組成工業以太網，通過無線路由與現場控制中心相連.最后依靠Internet進行數據傳輸.對客戶以及管理人員設計不同的權限，實現系統安全、透明、服務化的特點.

倉儲出入庫作業時，根據訂單由現場控制中心進行審核并生成任務，并可優化其揀選策略.任務下發后，電氣控制設備發出指令控制底層倉儲設備執行作業.而執行的過程、入庫時間、批次、出庫時間等信息數據流可利用網絡通信模塊反饋給客戶端進行倉儲監視，整條系統為一個閉環系統.系統運行過程中的數據信息流如圖4所示.

圖4 系統數據流Fig.4 Flow diagram of system data

客戶在此倉儲監控系統有自身的權限，可遠程跟蹤對應產品信息及作業狀態，在需要時提醒現場控制中心進行倉儲作業,以保證客戶的滿意度.

2.2 軟件系統架構

在Web應用程序中設計系統，并使用廣泛的三層架構模式.三層架構分別為數據層、服務層和表現層.三層架構在基于ASP.NET的Web應用中有著非常好的應用.倉儲實時監控系統的整體架構如圖5所示.

服務層是整個系統的核心，主要功能包括倉儲的出入庫業務、盤點業務、庫存查詢、庫存預警及各種作業故障診斷.各項業務通過各大硬件廠商提供的SDK進行高度封裝成C#類，并調用存儲過程來完成業務的執行.

圖5 支持精益物流的系統軟件架構Fig.5 Software system architecture for supporting lean logistics

圖6 基于SignalR的倉儲實時監控交互圖Fig.6 Interactive figure of warehouse real-time monitoring based on SignalR

表現層位于架構的最外層.在Web開發中，表現層是用戶與系統交互的主要接口，最終展現方式就是網頁.倉儲實時作業監控系統的表現層使用基于jQuery作為Javascript客戶端腳本編寫的基本框架，結合HTML5、CSS等將作業監控頁面展現在客戶端上.表現層和服務層之間的交互利用SignalR以及AJAX[9]，做到數據主動推送，進而完成實時監控.軟件系統數據層利用Entity Framework建立實體數據模型，建立數據到業務邏輯中所需要的實體對象的映射關系，在建立兩者映射關系后，通過數據倉庫將方法封裝以便于業務邏輯層調用.各個數據倉庫利用LINQ(語言集成查詢)處理較復雜的邏輯.

3 倉儲監控系統詳細設計

3.1 倉儲監控系統交互模型

倉儲監控系統的功能主要是基于Web客戶端和基于倉儲作業邏輯，監視及控制底層的各類硬件設備.采用基于ASP.NET SignalR的實時Web通信技術,使客戶端(Web頁面)和服務端可互相通知消息及調用方法.SignalR是ASP.NET下的一個類庫，可使Web項目在ASP.NET下實現實時通信[10].每當倉儲設備有上線、位置更新、數據信息變動等事件的時候，客戶端發送消息，在服務端識別并處理后，向所屬客戶端推送實時消息；客戶端接收消息后，識別了倉儲設備的相應事件，從而完成對應的倉儲設備信息刷新以及其他業務操作.利用SignalR進行倉儲實時監控的交互圖如圖6所示.

3.2 倉儲監控系統實現流程

倉儲作業監控系統是從底層倉儲硬件設備到客戶端(Web端)之間的一體化集成系統.通過設計不同的組件模塊，按照一定的流程做到對倉儲作業的實時監控以及準確、敏捷的控制.監控系統實現流程如圖7所示.

圖7 監控系統流程Fig.7 Flow chart of monitoring system

由圖7可知，整個監控體系通過服務端以及客戶端將用戶與倉儲硬件設備聯系起來.其中服務端是設計的重點，主要有3個模塊組成：基于倉儲硬件SDK的通信組件、基于SignalR的通信組件、倉儲業務組件.基于SDK的通信組件是用于倉儲硬件設備，其可顯示、發送、接受的一些信息，包括實體信息(電子標簽、LED屏等顯示設備)和虛擬信息(貨位、庫存、消息等).通過建立相應的組件封裝成動態連接庫，作為數據流傳輸的起點，供后續模塊調用.基于SignalR的通信組件用于構建客戶端與服務端之間的實時通信.而倉儲作業組件則是根據倉儲作業流程，通過與數據庫的交互，將信息按照業務邏輯展現到客戶端上，完成監控功能.

3.3 通信服務組件設計

基于SignalR的通信服務組件是程序設計中最重要的組件模型.客戶端請求連接服務端的過程中，SignalR在客戶端與服務端間會建立持久連接，并使用WebSockets通信.在連接建立后，Startup.cs類啟動服務端與客戶端之間SignalR Hub路由，客戶端及服務端相互調用方法及其返回通過Hub完成.客戶端在調用服務端方法需要通過調用Hub類的實例，在連接時，由于Hub實例類只是瞬間在服務端中保存，所以處理上述方法需要在倉儲作業業務邏輯類中定義，并且必須是唯一且靜態只讀的，從而使每個Hub實例都可以訪問該實例，以便調用服務端方法.基于SignalR的通信服務組件圖如圖8所示.

圖8 基于SignalR的通信服務組件Fig.8 Communication service component based on SignalR

倉儲作業邏輯靜態實例通過調用已封裝好的基于硬件SDK的組件，并以異步訪問的方式訪問數據庫，通過出入庫等業務組件，完成整個實時Web倉儲作業監控系統的設計.

4 倉儲實時監控系統實現

本文系統是在Windows操作系統中，利用.NET平臺進行開發的，數據庫采用微軟的SqlServer 2012, 代碼編寫及系統測試都在Visual Studio 2013中進行.

為保證安全性以及避免操作員誤操作的可能，本系統采用單件(單例模式)，并將實時通信組件融入MVC(model-controller-view)模型中，從而保證軟件的分布式重用.業務組件進行商業邏輯的處理，運用面向對象以及面向服務技術，將業務組件封裝為網絡服務，完成系統各個模塊以及整體功能的設計[11].利用HTML5以及JavaScript來展現頁面，針對管理員的庫位情況監控和配送以及倉儲作業信息客戶跟蹤實現效果分別如圖9和10所示.

圖9 庫位監控Fig.9 Location monitoring

圖10 配送以及倉儲作業信息客戶跟蹤Fig.10 Delivery and warehouse operation information of customer tracking

在系統開發完成后，只需在PC或者任何可以上網的設備如手機端的瀏覽器中輸入網址，客戶或管理人員輸入其用戶名及密碼，就可以依據自身的權限，進行監控或其他相應的操作.

5 結 語

本文提出了一種支持精益物流的可視化倉儲實時監控系統，通過研究全新的實時Web通信框架，并將該技術運用于倉儲作業監控系統中.該系統可以直觀地觀察到倉儲作業的實時情況，有利于管理者做出更好的決策，在安全性及提高倉儲作業穩定性方面發揮了作用；同時客戶也可在產品出庫前的各項信息及作業情況進行了解，確認產品在倉儲內的詳細信息以及作業完成情況，使客戶對產品擁有更強的信心，提升物流服務質量.

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Design of Real-Time Warehouse Monitoring System for Supporting Lean Logistics

WANGYi-bin1,XIANGQian1,LIHong-qin2,LüZhi-jun1

(1. College of Mechanical Engineering, Donghua University, Shanghai 201620,China;2. Shanghai Jingxing Logistics Equipment Co. Ltd., Shanghai 201611, China)

In order to improve the quality of logistics service and solve the problem that customers can track their product’s storage operation and logistics service information.A novel real-time Web-based warehouse monitoring model was proposed,and a warehouse real-time monitoring system architecture was designed to support lean logistics. Using the main technologies of ASP.NET MVC, SignalR and Entity Framework database access, the system functions of visual monitoring of warehouse operation and customer oriented logistics tracking are achieved. Finally, it is successfully used in a company.

lean logistics; real-time warehouse monitoring; customer-oriented; real-time Web

1671-0444 (2016)04-0566-06

2015-12-31

2015年松江區產學研創新計劃資助項目；上海倉儲物流設備工程技術研究中心資助項目(10dz2250800)

王一斌(1991—)，男，上海人，碩士研究生，研究方向為智能制造.E-mail：372643557@qq.com 項 前(聯系人)，男，副教授，E-mail:xqsir@dhu.edu.cn

F 253.9； TP 227

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