基于物联网的军事智能仓储综合管理系统设计与实现

朱广涵 许博

摘 要：现代后勤保障的复杂性、秘密性、精确性、突发性特点愈加突出，以及仓储物资数量增加、类型多样，如何有效提高传统军事物流仓储的保障水平和运行效率成为一个值得研究的问题。结合军事仓储管理的特点和规律，针对现行仓储管理模式存在的不足和问题，设计并实现了以智能仓储管理系统为核心、RFID管理系统和自动化仓储系统协调配合的军事智能仓储综合管理系统，对其中的业务流程、功能模块、数据库以及信息处理方式进行了分析设计，提出了基于物联网的系统架构和具有多样系统功能和良好抗风险能力的系统模型，并实现了相应的原型系统。

关键词：军事智能仓储;物联网;设计实现;系统框架;功能模块;RFID

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）12-00-04

0 引 言

军事仓储是军事物流的重要环节，是链接供应商、上级仓库以及部队用户的纽带。军事仓储管理[1]是专门从事军事物资存储活动的工作体系，是后勤保障系统中的重要环节，也是物流链上的关键性节点，主要涉及军事仓储的库区规划与布局、设备设施管理、库存控制、安全管理、库区温湿度管理、物流中心规划与管理和特种仓库管理，以及物资存储计划与规划、出入库管理、装卸及搬运行业管理、在库管理等方面。

军事仓储管理有其特殊性、严谨性。现代战争的一个重要方面是信息技术的竞争，这必将在军事仓储管理领域有所体现。加强军事仓储管理的信息化、高效化具有重大战略意义并且符合实际需要。

传统的仓储管理主要依托人工操作，仓库内部管理和物资收发完全由人工和半机械化设备进行，库存及出入库物资的信息和数量依靠纸张和电子表格记录，导致库房规模有限、仓储管理效率低下、人员劳动强度大。随着仓储作业的日益频繁，加之保障任务的不可预见性与持续性，以及大量仓储数据依托人工录入导致错误和延时，传统依赖于人工和半机械化的仓储操作已难以满足现代化军事需求。真正要实现现代化军事仓储管理的目标，就必须实现管理的信息化和智能化，形成“科学、简洁、高效”的管理体系，达到监控网络化、保障标准化、管理科学化。高效的智能仓储管理可以在物流和仓储各个环节起到优化作用，能够有效克服时间和空间上的差异问题。

本文基于物联网和云仓储技术，结合平时及战时环境下军事智能仓储系统实现物资出入库和信息共享的需求，综合考虑了性能提升、后期维护、功能拓展、实现费用等因素，对传统军事仓储系统进行了智能化改造，提出了军事智能仓储综合管理系统的技术方案。

1 系统设计架构

本章节主要介绍基于物联网、云仓储[2]、智能仓储技术[3]的基本功能，集成物资需求提报与计划任务下达、需求智能测算、时间追溯、云分仓等实用功能，打造一个符合有效性原则、安全保密原则和适用性原则的军事智能仓储综合管理系统。

1.1 系统设计思路

基于物联网的军事智能仓储综合管理系统主要以RFID射频识别技术进行物资信息的无线电信号识别与读写，以无线传感技术[4]综合处理获取的声、光、电等多种信号作为物资、环境与仓储管理系统、自动化仓储系统交互信息的媒介;结合光载无线交换技术[5]的无线接入和军事综合信息网等军用通信网络的有线接入，作为整个系统的核心通信技术，通过WiFi无线信号源和有线信号源的远端传输、分布、交换与控制[6]，将综合库、队属分库及野外分仓均连入系统;通过仓储管理系统软件和自动化仓储系统实现仓储管理和物资调拨操作，解决基础设施滞后、信息化程度低、物资分区布局不合理、库存周转难、业务流程准确性、连续性、时效性差等问题，从而方便后勤机关把握物资的储备和消耗情况，实现对综合库和分库对库物资的统一管理，有利于紧急稀缺物资的就近调拨并可有效遏制虚报冒领等情况的发生。基于物联网的军事智能仓储综合管理系统层次如图1所示。

为保证系统可靠运行和数据的防间保密，防止火灾、地震等强烈自然灾害以及战时敌特分子的破坏，采用基于全冗余方式的双机热备方案并对数据加密。在后勤机关、综合库设立两台服务器的热备份，其优势在于热备数据的传输不经过网络，可进行直接复制，实时性好;一旦发生宕机，备份存储器和主存储器间迅速切换，时间小于500 ms。采用热备份方法可真正实现7×24小时无缝全冗余备份，满足军事领域的高要求。

1.2 系统框架

1.2.1 业务框架设计

系统以智能仓储管理系统为核心，由RFID管理系统和自动化仓储系统协调配合，框架如图2所示。仓库工作人员通过RFID管理系统编写RFID标识码、打印RFID标签、存储分析RFID标签识别码数据;通过自动化仓储系统对台车、堆垛机等仓储设备下达操作指令，完成出入库、盘库等工作。智能仓储管理系统包括9个管理模块，其中查询统计、仓库管理、用户管理以及系统维护模块主要负责与数据库交互，依据实际情况对仓库信息、用户信息等数据进行修改查询，统计库存物资及现有设备等情况;货位管理模块依据货位分配策略和空余货位情况对RFID管理系统发出的货位分配请求予以回应;环境监测模块接收分析无线传感器自动上传的环境监测信息，依據需要设置警戒阈值;入库管理、库存管理、出库管理模块分别对应物资入库、在库、出库时的入库作业、库存盘点和出库作业过程，依据不同的作业方式由智能仓储管理系统对自动化仓储系统下达操作指令;库存管理模块还包括需求测算和补库计划生成，如依据总部规定的食物定量标准、伙食费标准和就餐人数设置具体品名的出库比例，在智能测算出全单位年度以及各下级单位月度主副食需求量的基础上，进一步依据上级库存和本级具体需求进行决策。业务框架主要包括基础信息获取层、中间数据传输层和顶层系统管理层。

1.2.2 逻辑框架设计

系统设计主要采用B/S模式，根据系统逻辑结构自下而上划分为基础支持平台、资源提供层、业务系统层和用户层，逻辑框架如图3所示。最底层是基础支持平台，主要由基础硬件设备、系统软件支持环境和计算机网络技术等组成。资源提供层融合了企业资源计划（ERP）、软件配置管理（SCM）、办公自动化（OA）以优化管理组织结构，主要由RFID数据库、自动化仓储数据库、仓库信息数据库、用户信息数据库、物资信息数据库和环境监测数据库等组成。业务系统层主要由RFID管理系统、智能仓储管理系统和自动化仓储系统组成，包含RFID标签管理、查询统计、出入库管理等10个子系统。最顶层是面向用户的用户层，根据机关用户、基层用户和仓库用户权限的区分，不同用户在各自的权限范围内完成库存查询、需求预测、计划生成、登记统计、接收调拨、保管等业务工作。

1.2.3 技术框架设计

系统技术框架如图4所示。本系统技术框架的设计过程中，将软硬件技术相结合。核心硬件包括RFID读写器、无线传感器、光载无线交换机、网络硬件设备以及自动化仓储设施等;软件方面利用JavaEE，采用B/S模式进行开发。系统的技术框架主要分为系统技术支持层、系统数据处理层、系统应用层：

（1）系统技术支持层包括物联网数据采集设备及执行操作指令的硬件设备;

（2）系统数据处理层结合多个管理信息系统（MIS）完成工作，主要有企业资源计划（ERP）、软件配置管理（SCM）等;

（3）系统应用层主要利用软件技术使用系统数据，用户使用客户端浏览器对对应的业务管理模块下达指令，通过超文本传输协议HTTP与服务器通信，获取决策信息或执行设备操作。

1.3 功能模块设计

相比于传统的仓储系统，本系统融合了物联网技术和软件技术，数据的采集与处理乃至操作流程极少依赖人工，均通过自动化程度较高的电子设备实现。系统主要包括查询统计功能、仓库管理功能、用户管理功能、入库管理功能、货位管理功能、库存管理功能、出库管理功能、环境监测功能和系统维护功能：

（1）查询统计模块含有收发物单位查询、出入库和盘点单据查询、库存物资查询、用户查询以及设备查询等功能;

（2）仓库管理模块包含仓库、货架以及设备的信息管理功能;

（3）用户管理模块包含用户信息以及用户权限管理功能;

（4）入库管理模块包含入库计划以及入库作业功能;

（5）库存管理模块包含补库作业、移库作业、库存分析以及盘点作业功能;

（6）出库管理包含出库计划和出库作业功能;

（7）环境监测包含监测数据管理和警戒线阈值管理功能;

（8）系统维护模块包含数据恢复以及备份功能。

军事智能仓储综合管理系统功能模块如图5所示。

货位管理功能主要用于入库以及移库物资的货位分配。采用分类存储策略，仓库中的物资根据分类规则表进行分类保存，每类物资设置固定存放区域，同属一类但规格不同的物资按一定的分配算法来计算其存放的具体货位。在分配具体货位时，主要依据预先设定的存储策略，同时考虑货架受力情况及出入库效率。在货位分配优化模型上，设仓库货架排数为i排（数量暂定为14排），每排有j列（数量暂定为50列），每列有k层（数量暂定为5层），则该库房共有3 500个货位，将距入口最近的排记为第1排，该排中距入口最近的列记为第1列，该列最底层记为第0层。（i，j，k）（1≤i≤14，1≤j≤50，0≤k≤4，i，j，k∈N+）表示该仓库中第i排j列k层上的货位。每个货位长度1.8 m（记为L），高度0.9 m（记为H）。设堆垛机的平均水平运行速度为x（一般为60 m/min），平均垂直运行速度为y（一般为40 m/min）。根据上述分析，建立如下货位分配的数学模型：

式中：min S和min T分别代表货架受力和出入库效率优化模型;fjk代表第k层第j列货位上的货物出入库频率;mjk代表第k层第j列货位上的货物重量;tjk代表堆垛机行进到该货位耗费的时间;Vy和Vx代表自动堆垛机垂直运行和水平运行的平均速度。

2 系统实现与部署

2.1 系统实现

军事智能仓储综合管理系统软件的主界面和仓库管理界面如图6、图7所示，采用导航菜单模式，综合了系统导航栏和工具栏的优点。

2.2 系统部署

如图8所示，本系统的总体框架层级分为综合库级和分库（分仓）级，各级都包含有用户终端和手持PDA终端。综合库、队属分库以及野外分仓可通过光载无线交换机和路由器连接到智能仓储管理中心，访问存储有各级数据的数据库服务器进行权限范围内的各项管理操作，各级综合库及分库（分仓）间的数据传输、备份和同步等流程也通过中心数据库完成。

3 结 语

在目前仓储种类不断增加、仓储规模不断扩大以及出入库工作量不断上升的形势下，军事仓储管理任务日益繁重。为准确高效地完成物资的出入库作业，及时掌握仓储装备的工作状态，有效提高仓库操作人员的工作积极性，提高管理水平，加强仓储物资和数据管理，提升现代化后勤保障水平，本文设计实现了基于物联网的军事智能仓储综合管理系统，更加多样的系统功能和更加完善的抗风险能力将是下一步需要重点研究的内容。

参 考 文 献

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