基于物聯網的軍事智能倉儲綜合管理系統設計與實現

朱廣涵 許博

摘 要：現代后勤保障的復雜性、秘密性、精確性、突發性特點愈加突出，以及倉儲物資數量增加、類型多樣，如何有效提高傳統軍事物流倉儲的保障水平和運行效率成為一個值得研究的問題。結合軍事倉儲管理的特點和規律，針對現行倉儲管理模式存在的不足和問題，設計并實現了以智能倉儲管理系統為核心、RFID管理系統和自動化倉儲系統協調配合的軍事智能倉儲綜合管理系統，對其中的業務流程、功能模塊、數據庫以及信息處理方式進行了分析設計，提出了基于物聯網的系統架構和具有多樣系統功能和良好抗風險能力的系統模型，并實現了相應的原型系統。

關鍵詞：軍事智能倉儲;物聯網;設計實現;系統框架;功能模塊;RFID

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）12-00-04

0 引 言

軍事倉儲是軍事物流的重要環節，是鏈接供應商、上級倉庫以及部隊用戶的紐帶。軍事倉儲管理[1]是專門從事軍事物資存儲活動的工作體系，是后勤保障系統中的重要環節，也是物流鏈上的關鍵性節點，主要涉及軍事倉儲的庫區規劃與布局、設備設施管理、庫存控制、安全管理、庫區溫濕度管理、物流中心規劃與管理和特種倉庫管理，以及物資存儲計劃與規劃、出入庫管理、裝卸及搬運行業管理、在庫管理等方面。

軍事倉儲管理有其特殊性、嚴謹性。現代戰爭的一個重要方面是信息技術的競爭，這必將在軍事倉儲管理領域有所體現。加強軍事倉儲管理的信息化、高效化具有重大戰略意義并且符合實際需要。

傳統的倉儲管理主要依托人工操作，倉庫內部管理和物資收發完全由人工和半機械化設備進行，庫存及出入庫物資的信息和數量依靠紙張和電子表格記錄，導致庫房規模有限、倉儲管理效率低下、人員勞動強度大。隨著倉儲作業的日益頻繁，加之保障任務的不可預見性與持續性，以及大量倉儲數據依托人工錄入導致錯誤和延時，傳統依賴于人工和半機械化的倉儲操作已難以滿足現代化軍事需求。真正要實現現代化軍事倉儲管理的目標，就必須實現管理的信息化和智能化，形成“科學、簡潔、高效”的管理體系，達到監控網絡化、保障標準化、管理科學化。高效的智能倉儲管理可以在物流和倉儲各個環節起到優化作用，能夠有效克服時間和空間上的差異問題。

本文基于物聯網和云倉儲技術，結合平時及戰時環境下軍事智能倉儲系統實現物資出入庫和信息共享的需求，綜合考慮了性能提升、后期維護、功能拓展、實現費用等因素，對傳統軍事倉儲系統進行了智能化改造，提出了軍事智能倉儲綜合管理系統的技術方案。

1 系統設計架構

本章節主要介紹基于物聯網、云倉儲[2]、智能倉儲技術[3]的基本功能，集成物資需求提報與計劃任務下達、需求智能測算、時間追溯、云分倉等實用功能，打造一個符合有效性原則、安全保密原則和適用性原則的軍事智能倉儲綜合管理系統。

1.1 系統設計思路

基于物聯網的軍事智能倉儲綜合管理系統主要以RFID射頻識別技術進行物資信息的無線電信號識別與讀寫，以無線傳感技術[4]綜合處理獲取的聲、光、電等多種信號作為物資、環境與倉儲管理系統、自動化倉儲系統交互信息的媒介;結合光載無線交換技術[5]的無線接入和軍事綜合信息網等軍用通信網絡的有線接入，作為整個系統的核心通信技術，通過WiFi無線信號源和有線信號源的遠端傳輸、分布、交換與控制[6]，將綜合庫、隊屬分庫及野外分倉均連入系統;通過倉儲管理系統軟件和自動化倉儲系統實現倉儲管理和物資調撥操作，解決基礎設施滯后、信息化程度低、物資分區布局不合理、庫存周轉難、業務流程準確性、連續性、時效性差等問題，從而方便后勤機關把握物資的儲備和消耗情況，實現對綜合庫和分庫對庫物資的統一管理，有利于緊急稀缺物資的就近調撥并可有效遏制虛報冒領等情況的發生。基于物聯網的軍事智能倉儲綜合管理系統層次如圖1所示。

為保證系統可靠運行和數據的防間保密，防止火災、地震等強烈自然災害以及戰時敵特分子的破壞，采用基于全冗余方式的雙機熱備方案并對數據加密。在后勤機關、綜合庫設立兩臺服務器的熱備份，其優勢在于熱備數據的傳輸不經過網絡，可進行直接復制，實時性好;一旦發生宕機，備份存儲器和主存儲器間迅速切換，時間小于500 ms。采用熱備份方法可真正實現7×24小時無縫全冗余備份，滿足軍事領域的高要求。

1.2 系統框架

1.2.1 業務框架設計

系統以智能倉儲管理系統為核心，由RFID管理系統和自動化倉儲系統協調配合，框架如圖2所示。倉庫工作人員通過RFID管理系統編寫RFID標識碼、打印RFID標簽、存儲分析RFID標簽識別碼數據;通過自動化倉儲系統對臺車、堆垛機等倉儲設備下達操作指令，完成出入庫、盤庫等工作。智能倉儲管理系統包括9個管理模塊，其中查詢統計、倉庫管理、用戶管理以及系統維護模塊主要負責與數據庫交互，依據實際情況對倉庫信息、用戶信息等數據進行修改查詢，統計庫存物資及現有設備等情況;貨位管理模塊依據貨位分配策略和空余貨位情況對RFID管理系統發出的貨位分配請求予以回應;環境監測模塊接收分析無線傳感器自動上傳的環境監測信息，依據需要設置警戒閾值;入庫管理、庫存管理、出庫管理模塊分別對應物資入庫、在庫、出庫時的入庫作業、庫存盤點和出庫作業過程，依據不同的作業方式由智能倉儲管理系統對自動化倉儲系統下達操作指令;庫存管理模塊還包括需求測算和補庫計劃生成，如依據總部規定的食物定量標準、伙食費標準和就餐人數設置具體品名的出庫比例，在智能測算出全單位年度以及各下級單位月度主副食需求量的基礎上，進一步依據上級庫存和本級具體需求進行決策。業務框架主要包括基礎信息獲取層、中間數據傳輸層和頂層系統管理層。

1.2.2 邏輯框架設計

系統設計主要采用B/S模式，根據系統邏輯結構自下而上劃分為基礎支持平臺、資源提供層、業務系統層和用戶層，邏輯框架如圖3所示。最底層是基礎支持平臺，主要由基礎硬件設備、系統軟件支持環境和計算機網絡技術等組成。資源提供層融合了企業資源計劃（ERP）、軟件配置管理（SCM）、辦公自動化（OA）以優化管理組織結構，主要由RFID數據庫、自動化倉儲數據庫、倉庫信息數據庫、用戶信息數據庫、物資信息數據庫和環境監測數據庫等組成。業務系統層主要由RFID管理系統、智能倉儲管理系統和自動化倉儲系統組成，包含RFID標簽管理、查詢統計、出入庫管理等10個子系統。最頂層是面向用戶的用戶層，根據機關用戶、基層用戶和倉庫用戶權限的區分，不同用戶在各自的權限范圍內完成庫存查詢、需求預測、計劃生成、登記統計、接收調撥、保管等業務工作。

1.2.3 技術框架設計

系統技術框架如圖4所示。本系統技術框架的設計過程中，將軟硬件技術相結合。核心硬件包括RFID讀寫器、無線傳感器、光載無線交換機、網絡硬件設備以及自動化倉儲設施等;軟件方面利用JavaEE，采用B/S模式進行開發。系統的技術框架主要分為系統技術支持層、系統數據處理層、系統應用層：

（1）系統技術支持層包括物聯網數據采集設備及執行操作指令的硬件設備;

（2）系統數據處理層結合多個管理信息系統（MIS）完成工作，主要有企業資源計劃（ERP）、軟件配置管理（SCM）等;

（3）系統應用層主要利用軟件技術使用系統數據，用戶使用客戶端瀏覽器對對應的業務管理模塊下達指令，通過超文本傳輸協議HTTP與服務器通信，獲取決策信息或執行設備操作。

1.3 功能模塊設計

相比于傳統的倉儲系統，本系統融合了物聯網技術和軟件技術，數據的采集與處理乃至操作流程極少依賴人工，均通過自動化程度較高的電子設備實現。系統主要包括查詢統計功能、倉庫管理功能、用戶管理功能、入庫管理功能、貨位管理功能、庫存管理功能、出庫管理功能、環境監測功能和系統維護功能：

（1）查詢統計模塊含有收發物單位查詢、出入庫和盤點單據查詢、庫存物資查詢、用戶查詢以及設備查詢等功能;

（2）倉庫管理模塊包含倉庫、貨架以及設備的信息管理功能;

（3）用戶管理模塊包含用戶信息以及用戶權限管理功能;

（4）入庫管理模塊包含入庫計劃以及入庫作業功能;

（5）庫存管理模塊包含補庫作業、移庫作業、庫存分析以及盤點作業功能;

（6）出庫管理包含出庫計劃和出庫作業功能;

（7）環境監測包含監測數據管理和警戒線閾值管理功能;

（8）系統維護模塊包含數據恢復以及備份功能。

軍事智能倉儲綜合管理系統功能模塊如圖5所示。

貨位管理功能主要用于入庫以及移庫物資的貨位分配。采用分類存儲策略，倉庫中的物資根據分類規則表進行分類保存，每類物資設置固定存放區域，同屬一類但規格不同的物資按一定的分配算法來計算其存放的具體貨位。在分配具體貨位時，主要依據預先設定的存儲策略，同時考慮貨架受力情況及出入庫效率。在貨位分配優化模型上，設倉庫貨架排數為i排（數量暫定為14排），每排有j列（數量暫定為50列），每列有k層（數量暫定為5層），則該庫房共有3 500個貨位，將距入口最近的排記為第1排，該排中距入口最近的列記為第1列，該列最底層記為第0層。（i，j，k）（1≤i≤14，1≤j≤50，0≤k≤4，i，j，k∈N+）表示該倉庫中第i排j列k層上的貨位。每個貨位長度1.8 m（記為L），高度0.9 m（記為H）。設堆垛機的平均水平運行速度為x（一般為60 m/min），平均垂直運行速度為y（一般為40 m/min）。根據上述分析，建立如下貨位分配的數學模型：

式中：min S和min T分別代表貨架受力和出入庫效率優化模型;fjk代表第k層第j列貨位上的貨物出入庫頻率;mjk代表第k層第j列貨位上的貨物重量;tjk代表堆垛機行進到該貨位耗費的時間;Vy和Vx代表自動堆垛機垂直運行和水平運行的平均速度。

2 系統實現與部署

2.1 系統實現

軍事智能倉儲綜合管理系統軟件的主界面和倉庫管理界面如圖6、圖7所示，采用導航菜單模式，綜合了系統導航欄和工具欄的優點。

2.2 系統部署

如圖8所示，本系統的總體框架層級分為綜合庫級和分庫（分倉）級，各級都包含有用戶終端和手持PDA終端。綜合庫、隊屬分庫以及野外分倉可通過光載無線交換機和路由器連接到智能倉儲管理中心，訪問存儲有各級數據的數據庫服務器進行權限范圍內的各項管理操作，各級綜合庫及分庫（分倉）間的數據傳輸、備份和同步等流程也通過中心數據庫完成。

3 結 語

在目前倉儲種類不斷增加、倉儲規模不斷擴大以及出入庫工作量不斷上升的形勢下，軍事倉儲管理任務日益繁重。為準確高效地完成物資的出入庫作業，及時掌握倉儲裝備的工作狀態，有效提高倉庫操作人員的工作積極性，提高管理水平，加強倉儲物資和數據管理，提升現代化后勤保障水平，本文設計實現了基于物聯網的軍事智能倉儲綜合管理系統，更加多樣的系統功能和更加完善的抗風險能力將是下一步需要重點研究的內容。

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