智能仓储管理系统设计

北京联合大学 王强科 贾世超 张翠霞 薛 鹏

本项目采用边缘计算架构，设计基于智能网关的智能仓储管理系统，包括智能网关、标签软硬件设计。拟采用一套智能网关，提供WiFi AP服务，并设计基于该网关的智能仓储管理软件系统，允许标签接入，从而实现对物品标签进行统一管理、控制；标签软硬件设计，拟采用支持WiFi的SoC模块，及相关报警元器件，基于microPython设计软件系统，实现访问智能网关并接收管理、控制指令执行。

1 发展现状

仓储管理是一个产品库存管理、物流快递分拣、超市商品管理、医院医药存储，甚至是家庭个人生活当中物品管理的一个很常见的问题，但这是一个值得研究的问题，对于提高管理效率起到不可忽视的作用。现有的产品仓储管理技术，从大规模生产运输的角度来说，一般采用条形码扫描入库、出库管理，如超市商品、企业商品订单交付、物流运输；从家庭及个人的角度来说，现有的常见的可以称之为防丢设计的系统，基于蓝牙传输协议设计，需要相应的专用的防丢器、手机软件，难以适用较多物品的管理与复杂的干扰环境，实际的效果与用户体验（QoE）差。有源RFID是近年来备受青睐的技术，但在实际大规模应用还没有完全实现，存在诸多问题，其中成本，寿命，大规模接入、管理与控制都是重要因素。由此可见，当前的智能仓储管理是一个紧迫性的问题：一方面来自生产需求，传统的方式越来越难以满足自动化发展需求，管理过程繁杂、低效，导致浪费时间；另一方面来自智能化技术的推广，如机器人自动分拣、运送，这需要一个与之相配套的管理系统，传统的管理系统难以适用，无法满足需求。

通过大量调研发现，仓储管理是从个人到企业产品管理都面临的现实问题。对个人来说，日常生活中个人物品太多，容易混乱，关键时候找不到，浪费大量时间寻找。对企业来说，产品的管理十分重要，而依靠人扫描入库成本高，也不符合当下的技术潮流。

综上所述，本项目系统的设计在个人的日常生活当中，以及企业产品管理过程有着广泛而刚性的需求，同时也具有很大的市场商业化潜力。本项目智能仓储管理系统，向上可以与云实现云边协同，与机器人实现全自动分拣，在未来一段时间技术上架构上保持领先，具有巨大的潜力。

2 系统方案设计

2.1 硬件设计

智能网关。本项目基于边缘计算架构，设计基于智能网关的智能仓储管理系统，该智能网关的选择能够符合当前主流的开源边缘计算平台，并提供WiFi AP接入。目前可以作为智能网关的设备很多，多采用高性能的嵌入式设备，仍然需要进行大量调研并确定。通过调研发现，在嵌入式人工智能研究通常选择，如英伟达系列Jetson Nano，Jetson TX1/TX2，Jetson AGX Xavier，树莓派4等高性能开发板。边缘计算的智能网关同样可以选择类似的技术方案，但仍然需要大量调研确定标签设计。标签设计十分关键，不仅要考虑到WiFi接入，同时还需要考虑到可编程性，为后期程序设计的便捷性做好准备。另外，标签硬件还要集成警报模块，用以通过声音进行定位。本项设计选择主流的支持WiFi协议的SoC，如ESP8266、ESP32；同时，考虑到后期程序设计的便捷性，以支持Python程序设计开发优先选用。

2.2 软件设计

智能网关边缘计算平台。平台的选择至关重要，平台的选择以开源平台优先，需要进一步调研并确定最终方案。基于边缘计算平台，开发本项目的智能仓储管理系统，并部署到智能网关之上。当前边缘计算平台很多，主流的包括华为的KubeEdge，百度的OpenEdge，以及威斯康星大学无线传感实验的ParaDrop等。平台的选择以开源平台优先，需要进一步调研并确定最终的方案。基于边缘计算平台，开发本项目的智能仓储管理系统，主要包括服务接入、查询、控制功能，并部署到智能网关之上，实现本系统的设计。

标签设计系统程序设计。本项设计程序设计拟采用microPython，需要对相关环境进行配置，对相关程序设计进行深入学习，掌握程序设计的语法。

图1 系统通信

图2 智能网关管理和控制标签

2.3 通信

本项设计拟采用Socket通信，将智能网关作为服务器、标签作为客户端其原理如图1所示，从而实现智能网关管理和控制标签如图2所示。

3 系统创新点

（1）降低延时。本项目设计基于边缘计算新的计算范式进行系统设计，利用智能网关发射WiFi AP，实现大规模接入服务，标签通过访问AP接入智能网关，从而实现对物品的管理。在靠近数据源的地方对数据进行处理，节约数据传输时间，有效降低时延。

（2）隐私安全。基于边缘计算架构，数据在本地处理，减少了数据泄露的可能。

（3）管理高效。对人来说，标签设计有声音装置，通过智能网关进行控制，能够快速定位物品，节约寻找时间。

（4）高资源利用率。对于家庭来说，智能网关是很常见的，但其资源并没有充分利用，有大量资源闲置，因此，本项目基于智能网关的设计能够充分释放家庭智能网关的计算力，提高资源利用率。

结语：随着信息技术及其它技术的发展，仓储管理的信息化、智能化程度会越来越高，需要和IT技术相结合才能够提供更加完善的服务。对于仓储管理系统的优化设计，需要以传统的仓储管理模式为基础，在以边缘计算等先进技术能够用更低的成本能实现基于复杂计算的仓储管理系统的升级，进而降低大规模仓储物流线上管理的成本，推进仓储物流的信息化发展，从而提升仓储管理的效率和质量。