智能化立體倉庫軟件系統開發

第1章 智能化立體倉庫概述
1.1 智能化立體倉庫概述
1.1.1 智慧化立體倉庫的結構
1.1.2 智慧化立體倉庫的特點
1.2 國內外發展概述
1.2.1 立體倉庫發展概述
1.2.2 倉庫管理系統發展現狀
1.2.3 智慧化立體倉庫調度監控系統的發展現狀
1.3 本書的主要內容安排
1.4 本章小結

第2章 智慧化立體倉庫系統組成及工作原理
2.1 ITDW系統整體組成
2.2 系統硬體工作原理
2.2.1 堆垛機
2.2.2 RGV/AGV小車
2.2.3 輸送機
2.2.4 碼垛/拆垛機器人
2.2.5 託盤輸送線
2.3 系統軟體工作原理
2.4 本章小結

第3章 智慧化倉庫管理系統設計
3.1 WMS的系統結構模式
3.1.1 C/S模式
3.1.2 B/S模式
3.1.3 富用戶端模式的誕生
3.2 WMS的模組邊界分析
3.2.1 系統任務分配設計
3.2.2 子系統間介面設計
3.2.3 軟體系統的組成
3.3 WMS的需求分析
3.3 .概述
3.3.2 WMS總體功能需求分析
3.3.3 “單倉庫多用戶”的相關問題
3.4 WMS各功能模組業務流程分析
3.4.1 總體業務流程分析
3.4.2 入庫業務流程
3.4.3 出庫業務流程
3.4.4 物料移動業務流程
3.4.5 庫存維護業務流程
3.4.6 退貨業務流程
3.4.7 退庫業務流程
3.4.8 數據查詢
3.4.9 報表管理功能
3.4.10 系統數據維護
3.4.11 WMS與ERP的介面
3.4.12 WMS與WCS的介面通信協定
3.5 本章小結

第4章 數據庫設計
4.1 實體關係建模
4.2 數據庫開發平臺
4.2.1 數據庫管理系統的選擇
4.2.2 編程工具

第5章 B/S模式的多層架構設計及實現技術
第6章 入庫貨位分配的多目標優化演算法
第7章 出庫託盤選擇與揀選路徑優化演算法
第8章 基於無線手持終端的數據採集系統
第9章 RFS的實現
第10章 智慧調度系統的研究與實現
第11章 兩輛往復式RGV/AGV的聯合調度演算法
第12章 箱式輸送線的緩存區調度演算法
第13章 基於組態軟體的監控系統設計
第14章 通信子系統的設計與實現

參考文獻

智慧化立體倉庫系統是現代物流業的重要組成部分，在生產型企業、商務型企業的生產過程中起著非常重要的作用，在全世界都存在著巨大的市場潛力和廣闊的發展前景。在生產型企業，生產車間從倉庫中領取生產所需的原料和包輔材料，倉庫系統執行出庫作業，通過運輸設備將生產原料和包輔材料輸送到生產車間；當產品生產完成以後，將包裝好的產品通過輸送線送入倉庫。當需要銷售產品時，銷售部門通過ERP系統向倉儲部門下發銷售計畫，倉庫系統根據銷售計畫生成出庫作業，並通過計算機系統執行這些出庫作業，實現產品銷售，並將出庫結果回傳ERP系統。在商務型企業，企業採購的商品進入倉庫，商品在銷售時需要出庫。整個物流系統中，倉庫系統佔有非常重要的地位。為了節約用地，提高物流運轉速度，自動化或智慧化立體倉庫受到越來越多的生產型企業和商務型企業的重視。進入21世紀後，自動化或智慧化立體倉庫如雨後春筍在全國各地興起，許多企業紛紛建立自己的立體倉庫。

立體倉庫的發展經歷了人工叉車立體倉庫、自動化立體倉庫和智慧化立體倉庫的階段。早期設計的立體倉庫，其出發點是利用多層貨架存儲的優勢，提高空間的利用率，進而減少倉庫的占地面積，節約土地資源和企業成本。貨物的存取主要通過人工叉車完成，倉庫管理的記帳也通過人工完成。後來，隨著計算機及自動化控制技術被引入倉儲領域，一定程度上達到了立體倉庫自動化管理的效果，大大降低了工人的勞動強度。隨著現代物流思想的推廣和應用，人工智慧技術被應用於立體倉庫系統之中，業界和學界對立體倉庫的性能優化、設備的智慧調度、企業管理的輔助決策、機械製造工藝的革新等方面進行了研究和嘗試，並將成果投入實用，大大提高了立體倉庫的智慧化程度，使企業生產管理更高效、更智慧，提高了企業的核心競爭力。

智慧化立體倉庫系統通常由立體倉庫設備與相應的計算機資訊管理及設備調度系統組成。立體倉庫設備主要包括輸送機、貨架、碼垛機、穿梭運輸車、機器人等；計算機資訊管理及設備調度系統由倉庫管理系統（Warehouse Management System，WMS）和倉庫控制系統（Warehouse Control System，WCS）組成，是整個智慧化立體倉庫的核心與靈魂。如何設計WMS和WCS其實是智慧化立體倉庫系統設計的核心所在。WCS中包括設備調度系統，它關係到倉庫中多種機器人設備的調度問題。只有把WMS和WCS等軟件設計好，才能解決好智慧化立庫系統設計的主要問題，即存儲安全、存儲效率、運行效率和能耗效率。

目前市場上有關倉儲與配送、自動化立體倉庫工程與建設方面的著作大多是由管理科學或機械工程及設計方面的學者撰寫的，主要從概念、理論方面進行論述，或者從立體倉庫的貨架規劃、設計、佈局、組織施工、過程監理、專案驗收、使用維護等環節進行論述。這些著作採用的是立體倉庫建設的理論性的生命週期模型，實戰性不是很強，有的著作通過模擬系統來驗證其系統設計的有效性。到目前為止，本書作者還沒有看到一本關於智慧化立體倉庫軟件系統開發方面的專著。軟件系統本來是立體倉庫的核心和靈魂，但由於其安裝在計算機中，在立體倉庫現場幾乎看不到計算機，看到的都是各種機器人設備和立體貨架，因此，許多人關注的是貨架的設計和堆垛機、AGV等機器人的選型，而把指揮這些設備有序、高效運行的計算機軟件忽視了。

在未來幾年裡，現代物流業將更快速地發展，企業對立體倉庫的需求也將更大，對其智能化水準的要求也將更高。2014年10月，國務院在《物流業發展中長期規劃（2014—2020年）》中指出，物流業已成為國民經濟的重要組成部分，並步入轉型升級的新階段，要按照建設生態文明的要求，推動節能減排，加快關鍵技術裝備的研發應用，提升物流業資訊化和智慧化水準，實現物流作業各環節、各種物流設施、設備以及物流資訊的銜接配套，促進物流服務體系高效運轉。可以預見，未來智慧化立體倉庫建設的需求更加旺盛，相關的計算機軟件開發必將越來越受到重視。

本書是作者在參加國家重點研發計畫專案“快件物流資源分享服務應用示範”的過程中，根據研究工作需要，結合多年來主持開發多個智慧化立體倉庫軟件系統的經驗編寫的，是到目前為止第一部有關智慧化立體倉庫軟件系統開發方面的專著。作者在多年的立體倉庫軟件系統開發過程中取得了很多專案經驗，獲得了數十項科研成果。本書的許多關鍵技術及科研成果都應用在“快件物流資源分享服務應用示範”專案中。

本書由14章構成，主要從倉庫管理系統及其資料庫設計、手持無線射頻系統、設備調度系統、監控子系統4個方面進行介紹，並包括軟件架構或模式的選擇與實現方法。由於作者主持開發的多個系統實現的業務功能有所差異，採用的開發編程環境也有所區別，因此，在書中可能會看到不同系統開發實現的痕跡，希望讀者能夠理解。

作者主持開發的智慧化立體倉庫軟件系統目前在國內多個企業運行，為企業的智慧化管理做出了貢獻。在一系列智慧化立體倉庫軟件系統的開發過程中，作者的多名研究生參與其中，並對系統的實現做出了貢獻，本書的很多內容也有他們的貢獻，他們是張桂琴、李媛麗、劉安宇、張宇、劉武雷、張濤、柴菁等。

本書得到國家重點研發計畫專案“快件物流資源分享服務應用示範”的課題“物流資源整合優化及非標產品服務共用技術研究”的支援，作者在此表示感謝。

在本書的寫作過程中，儘管作者力求完美，但限於水準，疏漏和錯誤在所難免，敬請各位專家和廣大讀者批評指正。

“路漫漫其修遠兮”，在立體倉庫的智慧化進程中，我們只邁出了很小的一步。計算機技術的發展日新月異，未來，人工智慧技術必將得到深層次應用，也必將實現更深層次的資訊集成。作者願和廣大讀者一起攜手，共同譜寫智慧化立體倉庫軟件系統研發的新篇章。
 
張仰森2021年6月於北京