基于物联网的仓储管控一体化系统的功能、设计和运作

物联网技术具有全面感知、可靠传送和智能处理的基本特性，运用物联网技术将原本各自独立的管理信息系统与仓储设备自动控制系统整合为一体，使仓储作业管理的各个环节及仓储环境监测和设备监控等多方面能够快捷、准确、高效地运行。

（一）基于物联网的仓储管控一体化系统的基本功能

基于物联网的仓储管控一体化系统是以RFID和WSN等为基础，充分利用物联网技术，集成先进的硬件设备和完善的软件系统建立的仓储管控一体化系统，具有以下基本功能：

（1）自动精确地获得产品信息和仓储设备信息；

（2）对产品库存数量、库存位置、出入库时间和货位信息的实时查询；

（3）对仓储环境状况的参数进行实时测量、记录、计算、报警等；

（4）对仓库关键作业设备进行实时监测和安全处理，达到设备自动控制。

（二）基于物联网的仓储管控一体化系统设计

依据物联网应用的原则设计仓储管控一体化系统，要以系统工程的整体性思维考虑系统的架构，各组成要素的功能设置，各要素之间的联系与协作，以及信息处理在不同层次要素间的合理分配。

（1）系统结构。物联网应用系统是由众多异构元素构成的复杂系统，对于不同行业的特定应用，通常需要构建特定的系统结构。但是从技术实现的角度分析，一般可以将其分为感知控制层、网络传输层、应用服务层。这样的结构仅仅反映了实现技术的层次关系，实践中要包含的组成元素可能千差万别，层间的联系与信息传递关系也可能相当复杂。

（2）多功能节点。仓储系统运行过程需要完成一系列作业，包括搬运、传送、堆垛、拣选、包装等，这些作业过程始终离不开信息的采集、预处理、传输、存储、显示，甚至信息深加工，传统的仓储作业管理信息系统能够完成这些基本的信息处理任务。在进行这些作业操作时，经常会用到条码设备、RFID设备、辅助拣选设备（如拣选车、数字指示牌）等。

在仓储管控一体化系统中，设备自动控制系统、运行安全监控系统要纳入管理信息系统，所以，各类信息的采集、融合和处理较传统的管理信息系统复杂，各种类型的信息设备集成自然就成为一体化系统实现的技术关键。

为了实现系统结构，应该仔细分析系统要实现的功能。设备自动控制系统与运行安全监控系统的信息处理有严格的时间要求，大多数情况下是实时的。管理信息系统中的信息处理对时间要求没有那么严格，可以有一定的时间延迟。所以在仓储管控一体化系统中要求存在实时性高的信息采集与处理设备，同时为了保证整个系统的实时性能，对信息传输的效率和整个网络的实时性也提出了更高的要求。

在系统中使用具有自治性能的信息设备，是解决减小网络信息传输延迟与数据信息传输量大之间矛盾的有效方法。所以，研制开发具有感知和传送多参数能力的多功能节点设备，并令其承担尽量多的信息处理任务，可以减少整个网络的信息传输量，提高信息传输效率。

多功能节点可以是有源的，也可以是无源的，但一定是多种技术组合应用。如何组合，功能如何设计，性能有何要求，是由实际需求决定的。不同领域的特定应用有其自身特定的需求，所以多功能节点的分类设计，尤其是分大类的设计是必然的。例如，一种多功能节点是RFID与WSN有机结合形成的信息设备，它具有感知多参数能力，并且自身具备一定的计算、存储、越限报警等信息处理能力，具有网络信息传送能力。此类节点可以完成仓储作业中的管理信息采集，也可以完成环境监测和设备监控的大部分功能，值得花大力气去精心设计并不断改进完善。

（3）信息分层处理。信息分层分散处理，集中管理使用，可以提高一体化管控系统信息处理的整体效率。由于减少了信息在各层之间的传输量，使得网络信息传输的延迟大为减小。在设计应用系统结构和研制开发具有感知和传送多参数能力的多功能节点设备时，应该综合考虑节点与上层应用软件的信息处理分工、信息使用等问题。多功能节点的计算能力、存储容量是有限的，可以考虑把物理定位、标识信息、动态信息采集、数据预处理和超限报警判断等初级信息处理交给多功能节点完成，而将与仓储作业和安全监控相关的信息处理、信息融合，以及监控处理等功能安排在上位应用计算机监控和信息处理中心完成。(www.xing528.com)

（三）基于物联网仓储管控一体化系统的运作

仓储管控一体化的运作主要是指仓储作业管理系统、仓储设备控制系统和安全监控系统的协同一体化运作。RFID射频技术可以识别和跟踪所有物理对象，提供准确真实的实时数据，实现物流信息的实时采集、交换、处理等；WSN技术则完成对设备和仓库所处环境参数的分布式智能监管和控制，将两者融合于仓储管控一体化系统中，可以实现仓储的可视化作业管理、设备的自动化控制及环境信息的实时监测。

基于物联网的仓储管控一体化系统中，RFID技术用于货物标识，非接触式获取货物信息并对货物的各作业环节进行追踪处理，根据货物信息计算机控制设备自动控制系统对货物的入库、拣选、盘点、出库等环节进行操作，实时更新仓库货物信息，达到仓储作业环节的可视化；同时，WSN节点结合RFID标签信息，可监控环境参数变化和设备运行状况，根据设备信息改善设备的定位及异常事件节点的本地判断功能，实现环境设备的伞程监控。

1.仓储作业管理

在仓储作业管理系统中，作业管理信息系统是现代物流企业在仓储作业环节进行货物管理的系统，主要实现仓储的精细化管理。运用RFID技术对货物进行全面跟踪和管理，RFID标签被粘贴在货物上，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，使其最大化满足有效产出和精确性的要求，完成货物入库、出库和盘点的管理，大大提高了仓库吞吐量。在作业管理系统中的货物入库、出库、分拣和盘点作业等环节应用RFID技术，可以避免传统仓储处理速度慢、出错率高的弊端。

（1）出入库作业。货物入库前，供应商将商品出入库信息提前发送到仓储中心的仓储数据中心，产生入库信息；当货物入库时，采用RFID技术读取货物信息与系统的预入库信息是否相符。相符则视为合格，准许货物入库，并将入库信息转换成库存信息。此外，库内各货架中间和出库通道同样设置一定数量的RFID阅读器，以追踪货物在库的信息和出库的信息。同样，在货物出库时，通过出库口的阅读器将出库信息上传至仓储数据中心，与订单核对无误后才可出库。

（2）分拣作业。在仓储配送过程中，运用RFID技术和无线网络技术实现播种式拣选，即将多张订单集成一批，按照每种货物，先取出该批订单所需的该种货物的总数量，再依次根据数量放入每一订单中，以集中化、单元化，放在货箱中进行运输。每一个RFID标签代表一个订货厂商或一个配送对象，即一个电子标签代表订货单。在分拣作业过程中，工作人员汇集多家订货单位的订货单，按货品进行分类，以货品为处理单位。载有读写器、扫描仪的拣选设备通过RFID技术和无线网络经仓储管理信息系统与后台服务器和数据库相连，系统下达的拣选指令中包含货位信息和最佳路径，根据货位布局和确定的拣选顺序，系统自动在射频终端的界面等相关设备中根据任务所涉及的货位给出指导性路径，拣选设备上的RFID阅读器终端与计算机实时互联，避免了无效穿梭和商品寻找，提高了单位时间内的拣选量。

（3）盘点作业。在对存货种类、数量繁多的仓库进行盘点时，使用RFID电子标签，可以在平时的仓储作业中实时记录每次出入库作业的信息，这样在盘点时只要在系统中将数据进行一下归类，若盘点准确，系统可直接将盘点结果自动反馈给管理者。若出现盘盈或盘亏状况，操作人员只需手持RFID阅读器核对入库、出库单据，确认后在系统中完成数据更改、记录和统计。应用RFID技术准确地了解库存状态，为仓储空间的合理配置、库存结构的优化提供极大的方便，大大降低了仓储管理的成本。

2.仓储设备控制。当仓库收到来自供应商和采购商的货物信息时，仓储作业管理系统传来的入库、出库、盘点、分拣等作业需求时，主控计算机会给作业设备控制系统发出命令，各设备会根据命令做出应有的操作。

货物入库时，根据托盘RFID标签存储的货物信息经智能基站读取并上传至服务器，计算机中心以最佳的储存方式给输送设备自动控制系统发出命令，并根据计算机指令送至不同的货区，随后堆垛机设备接受命令将货物放入相应货位。当货物进行分拣时，载有射频终端的叉车与设备控制系统相连，仓储作业管理系统根据业务要求生成拣选指令下达拣选任务单，叉车射频终端接收后显示货物所在货位和代码，并将采集到的信息传输给设备控制系统，设备控制系统分析采集到的数据，并控制分拣设备将货物从库区货位搬出。同时，分拣操作结果通过无线网络传输给数据中心，数据中心更新系统中的相关数据。

基于物联网感知技术的设备自动化控制可通过快速自动识别来提高工作效率，通过提供实时和准确的库存信息，实现快速供货并大幅度地降低库存成本。这样，企业就可以根据及时、准确的库存数据进行资源调配，降低因信息不全预测模型预测不准确而给企业带来巨大缺货成本的风险，提高仓库管理效率。

3.仓储安全监控

仓库的安全包括货物的安全及仓库自身环境和设备的安全，运用物联网技术可对仓储作业环境和设备进行监控。通过实时的安全监控，可以保证仓储正常运行所需要的环境条件和设备状态。

无线传感器网络由部署在监测区域内的大量廉价、能量和处理能力等有限的微型传感器节点组成，以无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，从而能够相互协作地感知、采集、处理网络覆盖区域中监测对象的信息并报送给观察者。利用无线传感器网络的低功耗、低成本、分布式监测、自组织及不需要固定基础设施支持等优点，可对仓储环境的各项参数进行监控，为储存物品的质量安全提供保障。在仓库内，设备上贴有普通RFID标签，WSN节点与RFID阅读器组成一个智能基站，智能基站按照一定的密度摆放在仓库内。该智能基站带有温度传感器、湿度传感器和压力传感器等，可以监测仓库内的温度与湿度等环境参数。同时，该智能基站能够读取货物上RFID标签的信息。智能基站之间形成无线传感器网络，各智能基站通过单跳或者多跳的方式，将监测到的温度等环境参数和读取到的RFID标签信息传递给仓库内的网关节点，网关节点能够对接收到的数据进行简单处理，通过无线的传输方式将采集到的监测数据传送到数据中心，使管理人员及时掌握仓库环境参数、设备参数、产品的保质期等信息，一旦仓库环境偏离正常值、设备运行环境发生异常或者需要保养维护，通过中心数据平台给系统用户发出警报信息，管理人员能够及时地采取相关措施进行处理。另外，仓库管理中心还可以通过网络将数据传递给远程的数据中心。通过实时的安全监控，可以保证仓储正常运行所需要的环境条件和设备状态。

以计算机技术、网络技术和控制技术为基础的仓储管控一体化系统，运用物联网技术将原本各自独立的管理信息系统与仓储设备自动控制系统紧密地集成在一起，一方面，系统根据节点采集的仓储环境信息和仓储设备信息对仓储作业进行有效管理，实现对整个仓储系统的可视化作业和安全监控；另一方面，系统通过实现各环节的相互协同，提升整个系统的服务水平。这不仅能解决仓储业目前存在的一些问题，适应仓储管理发展的趋势，也为物联网技术在供应链中其他环节的广泛应用奠定了基础。