器材仓库可视化管理信息系统设计

0 引 言

器材仓库可视化管理信息系统是通过多种技术手段，实现器材仓库货物管理过程中的信息采集、信息传输、信息处理和信息可视化显示的人机系统。相对于非器材仓库可视化管理信息系统，该系统在兼容原有系统功能的基础上加入了RFID、3D等可视化技术，将信息转换成二维和三维图形、图像、动画，即实现一维数据、二维图表和三维场景的可视化。

通过多层次、多角度的可视化显示，实现对仓库物流系统的有效控制和管理。可视化主要体现在： （1）实现库存资源可视，即有效掌握和控制库存货物种类、数量、特点、出入库时间、仓库货位空缺情况等信息； （2）实现仓库作业任务可视化，如出入库任务、盘库任务、作业调度任务等； （3）实现仓库历史数据可视，根据历史任务记录，总结货物存储规律，优化库存模式和库位分配方案，提高仓库物流管理效率。

器材仓库可视化管理信息系统的实现将提供更友好的人机交互界面，提高仓库作业效率，提高信息共享程度，同时也便于仓库业务流程的优化改进。

本文的第一部分将采用UML建模方法对系统的需求进行分析，第二、三部分分别阐述了器材仓库可视化管理信息系统的具体设计过程和所采用的关键技术。

1 器材仓库可视化管理信息系统建模分析

器材仓库管理信息系统的可视化改造，目的在于实现对仓库货物具体物流活动的管理和信息监控，提高仓库物流效率。系统改造包括： （1）利用RFID技术代替二维条码在托盘、包装箱上的应用，减少仓库保管员在货物出入库作业中补打条码的工作。 （2）可视化信息需求：拥有友好的操作界面，建立库区仓库和库内货位模型。结合实际货物库存情况进行信息可视化显示；实施货物流动的三维模拟；实现实时任务调度可视和历史任务记录的可视等。 （3）系统接口设计任务，该任务分为两部分：对外接口设计，为方便客户对所属货物查询和对货位信息查询并且承担系统与外部供应链的接口设计；对内接口设计，为便于管理人员登陆系统，同时利于系统对RFID模块和3D模块的信息调用和显示。

针对以上需求，系统的设计方法是在原有系统功能的基础上进行系统的合理改造。首先应对系统需求进行建模分析。

Rose Rational用例图描述了用户及其所期望得到的服务，以及用户应当提供的操作或服务。用例图将显示并确定系统的参与者及其相互关系，系统的功能及其实现方式，系统的外部因素等，进而从各个角度对用户的需求进行分析和完善。

图1中，仓库的不同管理层通过器材仓库可视化管理信息系统中的信息交流平台子系统进行交流，例如业务主管的物流作业任务信息下达，业务主管信息维护，仓库保管员任务受领和执行情况反馈，车间工人任务接收和执行情况 （由手持PDA接收任务）上传等。同时，客户通过器材仓库可视化管理信息系统的对外接口，进入系统内部子系统，实现仓库对外信息的查询，其信息包括客户所属货物的储存信息以及仓库货位空缺信息等。器材仓库可视化管理信息系统将各个子系统信息汇总、处理和可视化显示，其具体用例图如图2。

图中方框内的系统为信息可视化模块，是器材仓库可视化管理信息系统的关键，是实现可视化显示的主要部分。其总体思路是，将可视化模块如三维显示、任务可视化、信息检索可视化等模块加入到系统中，实现信息可视化功能，同时将各个功能模块细化为各个子系统。相对于旧系统而言，新增自动化信息采集传输子系统、三维可视显示子系统、任务可视子系统、信息可视检索子系统、历史任务子系统、信息交流平台子系统等。实现全方位信息服务，辅助可视化作用的实现。

2 器材仓库可视化管理信息系统设计

2.1 系统整体构思

通过建模明确系统的需求后，进一步对系统进行可视化改造设计。

系统的整体思路是： （1）合理利用RFID技术，如在对包装箱进行拣选和信息采集后，要对包装箱RFID标签信息进行改写。 （2）利用3D建模技术对仓库和货位建模，实现仓库货物分布信息、货位存储信息、实时货物流动信息的三维可视化，优化操作流程和库存控制模式。 （3）在原有系统的基础上，合理设计对内、对外接口。新增加的模块应与原有信息系统实现无缝连接。

在器材仓库可视化管理信息系统改造设计中，增加5个主要模块，框架结构如图3所示。各模块具体功能将在系统功能设计中详细介绍。

图3 器材仓库可视化管理信息系统总体架构

2.2 系统功能设计

2.2.1 RFID信息管理模块

该模块主要完成对仓库活动信息的自动采集和改写。所采用的RFID技术，旨在减少采用条码标签时的一些弊端，如条码识读距离近，不能多标签同时识读，需要重打标签，容易损坏，辅助仓库物流自动化程度低等缺点。模块由信息采集子系统、信息传输子系统、固定式射频标签阅读器、手持式PDA、射频标签等组成。

2.2.2 信息可视化模块

信息可视化模块是器材仓库可视化管理信息系统中最为关键的模块，该模块承担着信息可视化显示的重要作用。主要分为两个方面：

（1）静态可视化。系统作为一个仓库资源数字化、网络化的集成环境，可以为用户提供多种信息查询显示。如实现静态信息查询，即当鼠标点选到货物模型时，会显示模型对应的货物的信息及该货位的历史出入库简要信息；实现色标查询，即根据货位存储的状态不同，对模型设置不同颜色，便于查询；其他基本信息的可视化显示和查询，包括基础数据管理、客户管理、报表打印、财务管理、仓库货位管理、库存管理、出入库管理等信息。

（2）动态可视化。针对仓库的各种作业活动，结合三维模型实现动态监控、动态信息的可视化显示。三维动态信息可视化显示内容包括：①对库区的所有仓库及货位进行建模。②采取模型与实际货物动态链接，即当货物发生位置移动或数量增减时，模拟场景中的货物模型也应当随之变化。并且将正在执行物流活动的货位在模型中进行区别显示。

该模块包括三维可视化显示子系统、任务可视子系统、信息可视检索子系统、历史任务子系统。

2.2.3 任务执行调度模块

该模块的任务：业务主管与客户签订合同后下达出入库任务，系统根据仓库货物的储存情况、货物分布特点以及货位存储情况，自动生成出入库单据。仓库保管员收到业务主管下达的任务后，依据单据安排相关操作，如出入库操作、盘库、货位重新分配等。在操作过程中，任务执行调度模块的作用是按照要求合理调配资源和设备，并在运行过程中借助于信息可视化模块，对任务执行情况进行纠正，待任务完成后进行信息反馈。该模块重点在于对仓库相关物流操作任务的执行调度上。该模块包括出库管理子系统、入库管理子系统、库位分配子系统、作业计划子系统、客户管理子系统。

2.2.4 接口设置模块

该模块针对不同级别和不同需求的用户，设定不同的数据接口和权限。如业务主管能够检索到所有有用信息，包括一些敏感的商业机密类信息；仓库保管员可得到仓库作业的必要信息，但是一些关键货物的订购合同等信息则无法获取；车间操作人员则只能获取到仓库保管员下达的任务信息。同时，接口设计还为仓库设计对外接口，以保证仓库物流与整个供应链的接轨。

该模块的作用同样体现在简化数据的存储和调用方面。对于一个器材仓库可视化管理信息系统来说，分类信息的存储、管理和调用非常重要，将这些数据合理的存储在数据库的不同表中，使管理信息系统的海量数据变得有意义。而数据接口的设计是其中至关重要的一个方面。只有合理的设计数据接口，才能实现数据、信息的流畅管理。

该模块包括接口设置子系统、客户管理子系统、信息交流平台子系统。

2.2.5 客户管理模块

模块的主要作用是客户管理。业务主管根据与客户的合作信息，综合分析仓库的主要运作情况，财务状况，业务往来频繁程度等信息，以及顾客亲密程度合理制定与客户的合作计划，并实时对客户信息进行管理和维护。该模块包括客户管理子系统、财务管理子系统。

3 器材仓库可视化管理信息系统关键技术

3.1 射频识别技术应用

本文采取RFID自动识别技术。其优点有：非接触、可改写、无须人工干预、识别距离远，适于实现自动化信息采集和监控且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便。

RFID技术的采用需确定如下方面：选择工作频率、标签封装规格、标签粘贴规范、标签的阅读距离、数据编码格式、阅读器与标签之间的通信协议等。标签内主要信息包括货物的编码、数量、入库时间和基本特点等。射频标签的采用能大大简化仓库管理的复杂程度，也对自动化管理的实现有很大帮助。

3.2 三维建模技术应用

三维建模技术是本器材仓库可视化管理信息系统设计中的关键技术之一。三维建模技术以直观可视的三维模型，实现三维场景可视化。如上文所述，采用3D建模技术，主要在于实现两个目标：静态信息查询；动态业务活动监控和模拟。其具体应用为：首先，利用三维建模软件建立模型；其次，对模型数据进行存储；第三，根据需要对模型信息进行调用和可视化显示。

本文中建模对象为库区所有仓库和货位。通过对所建立的模型的数据存储、信息调用方式、系统显示、实时调度模式等相关功能的设计，实现仓库管理信息的三维可视化。

3.3 信息系统建模技术

信息系统模型是用建模语言描述的，建模语言是建模必不可少的重要工具。适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域。元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。UML表示法定义了UML符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法提供了标准，也为开发者对系统进行建模提供了统一的标准。

本文采用UML建模软件建立模型，为器材仓库可视化管理信息系统设计提供需求分析模型、功能设计模型，清晰地阐明了改造后的系统需求，简化了系统改造的复杂程度，节省系统改造设计时间，提高系统改造效率。

4 结 论

本文利用多种先进技术手段实现器材仓库可视化管理信息系统的设计，是为了填补现阶段器材仓库管理信息系统在可视化领域的空白，为提升仓库信息管理的水平做好技术和理论支撑，为实现仓库物流与整个物流网络的链接打下基础。本文为实现器材仓库可视化管理信息系统的设计，采用了基于UML的信息系统建模技术、RFID自动识别技术、PDA技术、3D建模技术，以及系统的集成和信息的处理、显示等技术，实现了对仓库管理信息的多角度、多层次的可视化显示，为仓库管理理念的创新进行了有益的探索，也为可视化管理信息系统的设计做了一次可行的尝试。

[1] 王铁宁，王兵，王玉泉.装备物流[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2] 周宁，张玉峰，张李义.信息可视化与知识检索[M].北京：科学出版社，2005.

[3] 张维明.信息系统建模[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4] 游战清，刘克胜,等.无线射频识别 （RFID）与条码技术[M].北京：机械工业出版社，2006.