支持精益物流的仓储实时监控系统设计

王一斌，项 前，李红琴，吕志军

(1.东华大学 机械工程学院，上海 201620； 2. 上海精星物流设备有限公司，上海 201611)

支持精益物流的仓储实时监控系统设计

王一斌1，项 前1，李红琴2，吕志军1

(1.东华大学 机械工程学院，上海 201620； 2. 上海精星物流设备有限公司，上海 201611)

为了提高物流服务质量，解决客户实时跟踪产品仓储作业及物流服务信息等问题，构建了基于实时Web的仓储监控流程模型，设计了一种支持精益物流的仓储实时监控系统设计架构，在系统架构的基础上构建了实时通信服务组件.基于ASP.NET MVC、 SignalR及实体框架数据库访问等技术，进行了系统搭建，实现了仓储作业可视化监控以及面向客户的物流跟踪等功能，并在企业中得到良好运用.

精益物流；仓储实时监控；面向客户；实时Web

精益物流是指利用精益思想管理物流活动，其最终目的是为了保证高质高效的物流服务[1].而客户作为物流服务中的主体，使得现代物流将提高客户服务质量放在了极其重要的位置.现代物流配送已经从过去只追求物流效率逐渐过渡到效率与客户服务并重[2].当今的物流配送服务已经可以做到产品在运输过程中的信息跟踪.随着电商交易的快速增长以及大宗商品B2B交易的普及，仓库中产品的信息透明度也越发显得重要.产品的详细信息，如批次、质量、供应商等都是客户想要了解的.而针对需要进行进一步加工、包装的工业产品，目前的完成情况、预计交货期等信息也是提高客户服务的关键要素.相关研究中，文献[3]通过挖掘以客户需求为动力的供应链优化模型，对面向客户的供应链优化模型进行了深入研究.文献[4]建立了基于客户满意度的供应链管理系统优化模型.以上研究以提高客户满意度为目标，通过建立数学模型进行了理论上的研究.实际应用中，随着客户可以跟踪其产品在仓储内的相关信息后，将会导致网络流量增大，信息传输易堵塞，因此，通信的实时性则成了另一值得研究的问题.文献[5-6]通过对比研究各种实时Web通信技术，分别在仓储监控系统以及电站监控系统中取得了令人可喜的实时监控效果.在上述研究基础上，本文以基于提高物流服务的思想构建了支持精益物流的仓储监控模型，搭建了系统软硬件结构，并采用实时Web技术SignalR保证监控及作业跟踪的实时性.

1 支持精益物流的仓储监控模型

提升物流服务符合现代物流发展规律，同时也支持了精益物流的主体思想.建立支持精益物流的仓储监控系统的目标是把握客户需求，使客户可以追踪订单的实时作业完成情况，进而提高物流服务质量[7].这里的“客户”是指在整条供应链尾端部分，即市场中面向企业的消费个体或群体[8].本文仓储监控系统主要分为3个部分：供应商模块、仓储管理模块、客户模块，信息流的最终导向为仓储监控.仓储监控系统模型流程如图1所示.

图1 支持精益物流的仓储监控系统流程图Fig.1 Flow chart of warehouse monitoring system for supporting lean logistics

仓库的产品在入库后会根据入库信息，将供应商提供的各类信息汇聚起来并写入仓储系统的数据库内，此时，仓库内的所有商品应该带有各类产品的信息，以及由于入库新产生的信息，包括货位位置、完成情况等.当接到各类商品出库订单后，仓储开始进行出库作业.在出库作业完成后，系统会以邮件或短信的方式告知客户商品已从仓库发出.针对上述作业流程的每一个环节以及其设备状态信息，管理人员可以对其进行实时监控以保证设备运转的顺畅，提高作业的可靠性.同时还应当对作业信息进行记录，并执行相应的策略保证出入库等作业任务的高效连接.此外，客户也可针对自身所购产品，追踪产品信息、作业进度、预计交货期等详细信息，以及人工提醒、满意度评价等功能性服务.管理人员及客户拥有自身不同的权限，其对应的功能结构如图2所示.

通过客户对产品真实信息、作业完成进度以及预计交货日期等信息的追踪查询，提高货物在仓储内部的透明度，以此增加客户的信心，提高服务质量，同时也可通过关键客户为企业创造更大的利润和价值.

图2 仓储监控系统功能结构Fig.2 Function structure of warehouse monitoring system

2 系统整体结构设计

2.1 硬件系统设计

支持精益物流的仓储实时监控系统的实现，对仓储硬件及信息技术提出更高的要求.在硬件方面，系统将会集成越来越多的自动化物料搬运设备、传感器等.本系统是建立在B/S(浏览器/服务器)模式下，面向管理人员及客户双重身份的仓储信息系统，其系统整体拓扑结构如图3所示.

图3 支持精益物流的系统硬件架构Fig.3 Hardware system architecture for supporting lean logistics

仓储监控系统主要功能有库存监控、仓储硬件监控、出入库管理、远程控制、短信邮件通知等功能，该系统综合利用机械电子技术、软件技术对仓储作业的整个过程实现智能化的监控.通过已有自动化立体库设备(小车、堆垛机等)以及电子标签拣选设备，将相关仓储硬件设备，利用串口通信或无线通信技术，将各类设备汇聚于控制器及节点.控制器及PLC(programmable logic controller)的作用为分别控制底层的电子标签拣选设备以及自动化立体库设备.控制器等控制设备组成工业以太网，通过无线路由与现场控制中心相连.最后依靠Internet进行数据传输.对客户以及管理人员设计不同的权限，实现系统安全、透明、服务化的特点.

仓储出入库作业时，根据订单由现场控制中心进行审核并生成任务，并可优化其拣选策略.任务下发后，电气控制设备发出指令控制底层仓储设备执行作业.而执行的过程、入库时间、批次、出库时间等信息数据流可利用网络通信模块反馈给客户端进行仓储监视，整条系统为一个闭环系统.系统运行过程中的数据信息流如图4所示.

图4 系统数据流Fig.4 Flow diagram of system data

客户在此仓储监控系统有自身的权限，可远程跟踪对应产品信息及作业状态，在需要时提醒现场控制中心进行仓储作业,以保证客户的满意度.

2.2 软件系统架构

在Web应用程序中设计系统，并使用广泛的三层架构模式.三层架构分别为数据层、服务层和表现层.三层架构在基于ASP.NET的Web应用中有着非常好的应用.仓储实时监控系统的整体架构如图5所示.

服务层是整个系统的核心，主要功能包括仓储的出入库业务、盘点业务、库存查询、库存预警及各种作业故障诊断.各项业务通过各大硬件厂商提供的SDK进行高度封装成C#类，并调用存储过程来完成业务的执行.

图5 支持精益物流的系统软件架构Fig.5 Software system architecture for supporting lean logistics

图6 基于SignalR的仓储实时监控交互图Fig.6 Interactive figure of warehouse real-time monitoring based on SignalR

表现层位于架构的最外层.在Web开发中，表现层是用户与系统交互的主要接口，最终展现方式就是网页.仓储实时作业监控系统的表现层使用基于jQuery作为Javascript客户端脚本编写的基本框架，结合HTML5、CSS等将作业监控页面展现在客户端上.表现层和服务层之间的交互利用SignalR以及AJAX[9]，做到数据主动推送，进而完成实时监控.软件系统数据层利用Entity Framework建立实体数据模型，建立数据到业务逻辑中所需要的实体对象的映射关系，在建立两者映射关系后，通过数据仓库将方法封装以便于业务逻辑层调用.各个数据仓库利用LINQ(语言集成查询)处理较复杂的逻辑.

3 仓储监控系统详细设计

3.1 仓储监控系统交互模型

仓储监控系统的功能主要是基于Web客户端和基于仓储作业逻辑，监视及控制底层的各类硬件设备.采用基于ASP.NET SignalR的实时Web通信技术,使客户端(Web页面)和服务端可互相通知消息及调用方法.SignalR是ASP.NET下的一个类库，可使Web项目在ASP.NET下实现实时通信[10].每当仓储设备有上线、位置更新、数据信息变动等事件的时候，客户端发送消息，在服务端识别并处理后，向所属客户端推送实时消息；客户端接收消息后，识别了仓储设备的相应事件，从而完成对应的仓储设备信息刷新以及其他业务操作.利用SignalR进行仓储实时监控的交互图如图6所示.

3.2 仓储监控系统实现流程

仓储作业监控系统是从底层仓储硬件设备到客户端(Web端)之间的一体化集成系统.通过设计不同的组件模块，按照一定的流程做到对仓储作业的实时监控以及准确、敏捷的控制.监控系统实现流程如图7所示.

图7 监控系统流程Fig.7 Flow chart of monitoring system

由图7可知，整个监控体系通过服务端以及客户端将用户与仓储硬件设备联系起来.其中服务端是设计的重点，主要有3个模块组成：基于仓储硬件SDK的通信组件、基于SignalR的通信组件、仓储业务组件.基于SDK的通信组件是用于仓储硬件设备，其可显示、发送、接受的一些信息，包括实体信息(电子标签、LED屏等显示设备)和虚拟信息(货位、库存、消息等).通过建立相应的组件封装成动态连接库，作为数据流传输的起点，供后续模块调用.基于SignalR的通信组件用于构建客户端与服务端之间的实时通信.而仓储作业组件则是根据仓储作业流程，通过与数据库的交互，将信息按照业务逻辑展现到客户端上，完成监控功能.

3.3 通信服务组件设计

基于SignalR的通信服务组件是程序设计中最重要的组件模型.客户端请求连接服务端的过程中，SignalR在客户端与服务端间会建立持久连接，并使用WebSockets通信.在连接建立后，Startup.cs类启动服务端与客户端之间SignalR Hub路由，客户端及服务端相互调用方法及其返回通过Hub完成.客户端在调用服务端方法需要通过调用Hub类的实例，在连接时，由于Hub实例类只是瞬间在服务端中保存，所以处理上述方法需要在仓储作业业务逻辑类中定义，并且必须是唯一且静态只读的，从而使每个Hub实例都可以访问该实例，以便调用服务端方法.基于SignalR的通信服务组件图如图8所示.

图8 基于SignalR的通信服务组件Fig.8 Communication service component based on SignalR

仓储作业逻辑静态实例通过调用已封装好的基于硬件SDK的组件，并以异步访问的方式访问数据库，通过出入库等业务组件，完成整个实时Web仓储作业监控系统的设计.

4 仓储实时监控系统实现

本文系统是在Windows操作系统中，利用.NET平台进行开发的，数据库采用微软的SqlServer 2012, 代码编写及系统测试都在Visual Studio 2013中进行.

为保证安全性以及避免操作员误操作的可能，本系统采用单件(单例模式)，并将实时通信组件融入MVC(model-controller-view)模型中，从而保证软件的分布式重用.业务组件进行商业逻辑的处理，运用面向对象以及面向服务技术，将业务组件封装为网络服务，完成系统各个模块以及整体功能的设计[11].利用HTML5以及JavaScript来展现页面，针对管理员的库位情况监控和配送以及仓储作业信息客户跟踪实现效果分别如图9和10所示.

图9 库位监控Fig.9 Location monitoring

图10 配送以及仓储作业信息客户跟踪Fig.10 Delivery and warehouse operation information of customer tracking

在系统开发完成后，只需在PC或者任何可以上网的设备如手机端的浏览器中输入网址，客户或管理人员输入其用户名及密码，就可以依据自身的权限，进行监控或其他相应的操作.

5 结 语

本文提出了一种支持精益物流的可视化仓储实时监控系统，通过研究全新的实时Web通信框架，并将该技术运用于仓储作业监控系统中.该系统可以直观地观察到仓储作业的实时情况，有利于管理者做出更好的决策，在安全性及提高仓储作业稳定性方面发挥了作用；同时客户也可在产品出库前的各项信息及作业情况进行了解，确认产品在仓储内的详细信息以及作业完成情况，使客户对产品拥有更强的信心，提升物流服务质量.

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Design of Real-Time Warehouse Monitoring System for Supporting Lean Logistics

WANGYi-bin1,XIANGQian1,LIHong-qin2,LÜZhi-jun1

(1. College of Mechanical Engineering, Donghua University, Shanghai 201620,China;2. Shanghai Jingxing Logistics Equipment Co. Ltd., Shanghai 201611, China)

In order to improve the quality of logistics service and solve the problem that customers can track their product’s storage operation and logistics service information.A novel real-time Web-based warehouse monitoring model was proposed,and a warehouse real-time monitoring system architecture was designed to support lean logistics. Using the main technologies of ASP.NET MVC, SignalR and Entity Framework database access, the system functions of visual monitoring of warehouse operation and customer oriented logistics tracking are achieved. Finally, it is successfully used in a company.

lean logistics; real-time warehouse monitoring; customer-oriented; real-time Web

1671-0444 (2016)04-0566-06

2015-12-31

2015年松江区产学研创新计划资助项目；上海仓储物流设备工程技术研究中心资助项目(10dz2250800)

王一斌(1991—)，男，上海人，硕士研究生，研究方向为智能制造.E-mail：372643557@qq.com 项 前(联系人)，男，副教授，E-mail:xqsir@dhu.edu.cn

F 253.9； TP 227

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