基于模糊控制算法的仓储库存管理远程自动控制系统设计

彭秋琼

（湖北理工学院经济与管理学院，武汉 435000）

0 引言

仓储库存管理系统是实现货物远程控制的基础。该系统能够直接面对待运输货物进行出、入库登记，并可以在相关传感器元件的作用下，完成对已存储货物数据的分析与查询。所谓库存管理也叫待运输货物的实际存储量管理，能够借助主控器、RFID模块等硬件应用设备，完成对货物数据的实时录入，并可以根据下级调度主机中的货物资源消耗量，完成对已录入信息的替换与标注[1]。近年来，随着自动化技术的不断发展，远程操作系统逐渐成为了仓储库存管理机制的核心发展方向，在已知货物配送需求的前提下，这种新型系统可根据录入信息所属类型，对待运输货物进行按需分配，并可以将资源信息表单反馈至各级数据库主机中，以供底层仓储客户端元件的调取与利用。然而随着货物存储量的增大，建立库存表单所需的消耗时间也在不断延长，此时如何在保证货物运输时效的基础上，促进库存管理体系的快速运行就显得极为必要。为解决上述问题，设计基于模糊控制算法的仓储库存管理远程自动控制系统。

1 仓储库存管理远程自动控制系统的硬件设计

1.1 控制传感器

在仓储库存管理远程自动控制系统中，控制传感器负责将入库管理模块与出库管理模块连接起来，并可以按照模糊控制算法，对货物库存表单信息进行按需调试。整个传感器结构由入库模块接线、出库模块接线、Eclipse主控设备、Zigbee控制芯片四部分共同组成，具体实物连接图如下。

图1 控制传感器的实物连接图

1）接线组织（入库模块接线、出库模块接线）：控制传感器设备的接线组织负责建立该模块与下级应用模块直接的物理连接关系，作为货物库存表单信息的传输通路，整个接线组织对于数据参量的容纳能力极强。

2）Eclipse主控设备：Eclipse主控设备负责协调入库管理模块与出库管理模块的实时连接关系，能够在记录货物库存表单信息传输量的同时，增大主机端执行指令的输出数量，从而促进仓储货物的快速运输。

3）Zigbee控制芯片：Zigbee控制芯片作为Eclipse主控设备的下级连接结构，负责记录货物库存表单信息的实时消耗量。

1.2 入库管理模块

入库管理模块能够根据仓储商品的进货预定情况，制作必要的进货单据，并可以借助传入设备，将这些数据信息参量反馈给核心控制主机，以便其对进货指令进行受理，从而实现对现有库存货物量的实时统计[2]。对于核心控制主机而言，当进货量达到一定数值水平后，传感器会在模糊控制算法原则的作用下，接收各项待执行的进货执行指令，此时待运输货物会快速进入仓储体系之中，并最终促使库存货物量的不断增加。完整的入库管理模块连接原理如图2所示。

图2 入库管理模块连接原理

在实际应用过程中，库存货物量的统计实值越大，管理模块对于进货指令的响应速率也就越快；反之，若库存货物量的统计实值较小，管理模块对于进货指令的响应速率也就相对较慢。

1.3 出库管理模块

作为控制传感器元件的下级附属结构，出库管理模块可在模糊控制算法原则的基础上，调节仓储体系内的货物存储量，且在此过程中，随着仓储库存量的不断减少，核心主机内出库指令执行强度会出现不断增大的变化趋势[3]。对于接单设备而言，当整个管理模块感受到明显的出货委托后，已存储库存商品会进入待配货状态，此时核心控制主机会分别执行拣货与分货指令，并可将完成包装处理后的库存货物直接运输至出货端口之中。具体的出库管理模块连接框架如图3所示。

图3 出库管理模块的连接框架示意图

接单设备在感受到出货委托指令后，会生成完整的出货单据文件，当库存体系内的实时拣货量达到既定数值标准时，配货设备会验证单据内记录信息的有效性，并可将这些文件数据直接反馈回核心管控主机之中。

2 基于模糊控制算法的应用软件设计

在各级硬件执行结构的支持下，按照模糊逻辑控制指令设定、库存表单定义、库存量管控数据库完善的处理流程，完成控制系统的软件执行环境搭建，两相结合，实现基于模糊控制算法的仓储库存管理远程自动控制系统的顺利应用。

2.1 模糊逻辑控制指令

在仓储库存管理远程自动控制系统中，模糊逻辑控制流程描述了入库货物与出库货物之间的映射关系，从理论层面来看，模糊控制算法的模糊指令参量可以无条件逼近任何连续函数。设a1、a2、…、an表示与仓储库存货物相关的n个不同的模糊映射系数，n表示最大的库存货物管控指标，ΔE表示单位时间内的仓储货物运输量，β表示既定的模糊管控系数定标值，对于仓储库存管理远程自动控制系统而言，β＞0的不等式条件恒成立。联立上述物理量，可将模糊逻辑控制指令设定条件表示为：

上式中，dmax表示仓储货物管控系数的最大定标值，dmin表示管控系数的最小定标值。对于仓储库存管理远程自动控制系统而言，模糊逻辑控制指令设定条件将直接影响模糊控制算法的实时作用能力。

2.2 库存表单定义

库存表单决定了自动化应用主机对于仓储库存货物的实时管控能力，在已知模糊逻辑控制指令设定条件的情况下，库存表单定义项的取值结果越大，就表示仓储库存体系在单位时间内对于运输货物的转存能力越强；反之，若库存表单定义项的取值结果越小，就表示仓储库存体系在单位时间内对于运输货物的转存能力越弱[4]。设w表示单位时间内的仓储库存货物录入指标，gw表示w指标条件下的货物库存定标量，表示货物库存定标均值，lw表示w指标条件下的库存货物管理指征系数，f表示既定的仓储货物查询系数。在上述物理量的支持下，联立式(1)，可将基于模糊控制算法的仓储库存表单定义条件表示为：

在模糊控制算法的作用下，系统远程控制指令的制定必须参考库存表单定义条件的实时计算结果。

2.3 库存量管控数据库

库存量管控数据库设置是仓储库存管理远程自动控制系统设计的关键执行环节，可在模糊控制算法的作用下，更改货物入库指令与货物出库指令之间的配比关系，从而使得整个控制系统内的数据信息传输行为始终保持相对稳定的存在状态[5]。在实际应用过程中，库存量管控数据库必须包含如下几个软件执行结构。

1）仓储货物的库存量统计：在已知库存表单定义条件的前提下，管控数据库主机必须根据模糊控制算法，对仓储货物进行按需统计，一方面维护了入库货物与出库货物之间的稳定映射关系，另一方面也满足了核心控制主机对于仓储货物的实时调度需求；

2）库存货物的出单量统计：库存量管控数据库能够按照模糊控制算法，对库存表单定义条件进行核准处理，一般来说，随着库存货物出单量数值的增大，数据库主机的实时存储能力也会不断增强。

3 实例分析

选取图4所示的仓储库存体系作为实验对象，在确保其他干扰条件不发生变化的情况下，设计对比实验，用以验证仓储货物库存表单建立时长的数值变化情况。本次实验的具体实施流程如下：

图4 仓储库存体系的货物调度环境

步骤一：采用模糊控制算法对仓储库存体系的核心调度主机进行控制，将所得实验数据记为实验组变量；

步骤二：采用遗传优化算法对仓储库存体系的核心调度主机进行控制，将所得实验数据记为对照组变量；

步骤三：将实验组、对照组变量进行对比，分析仓储货物库存表单建立时长指标的具体数值变化情况；

在仓储库存管理远程自动控制系统中，仓储货物库存表单的建立时长反映了整个库存管理体系的运行速率，一般情况下，仓储货物库存表单的建立时间越短，则表示库存管理体系的运行速率越快，此时系统主机对于仓储任务的实时控制能力也就越强；反之，若仓储货物库存表单的建立时间较长，则表示库存管理体系的运行速率相对减慢，此时系统主机对于仓储任务的实时控制能力也就较弱。

图5记录了仓储货物库存表单建立时长的理想数值变化情况。

图5 仓储货物库存表单建立时长的理想数值

分析图5可知，在整个实验过程中，理想仓储货物库存表单建立时间主要呈现出如下几个数值变化阶段——第一阶段：当货物仓储量小于4000件时，理想仓储货物库存表单建立时间始终保持小幅稳定上升的数值变化状态，阶段性极大值与阶段性极小值相比，上升了1.51ms；第二阶段：当货物仓储量由4000件增大至5000件时，理想仓储货物库存表单建立时间呈现出明显增大的数值变化趋势，单位数值增大量达到了7.47ms；第三阶段：当货物仓储量处于5000件至7000件之间时，理想仓储货物库存表单建立时间保持相对稳定的数值状态，其稳定数值为20.22ms；第四阶段：当货物仓储量由7000件增大至8000件时，理想仓储货物库存表单建立时间也呈现出明显增大的数值变化趋势，单位数值增大量达到了3.78ms；第五阶段：当货物仓储量处于8000件至9000件之间时，理想仓储货物库存表单建立时间继续保持不断增大的数值变化状态，单位数值增大量为0.89ms。

表1记录了实验组、对照组仓储货物库存表单建立时长的实验数值变化情况。

表1 仓储货物库存表单建立时长的实验数值

实验组：当货物仓储量小于2000件时，实验组库存表单建立时长数值始终大于理想数值，但二者之间的差值水平相对较低；当货物仓储量处于3000件至6000件之间时，实验组库存表单建立时长始终保持小幅稳定上升的数值变化趋势，且其阶段性均值水平始终小于理想数值；当货物仓储量由6000件增大至7000件时，实验组库存表单建立时长呈现出明显增大的数值变化趋势，单位数值增大量达到了5.78ms，但其数值水平依然低于理想数值水平；当货物仓储量处于7000件至9000件之间时，实验组库存表单建立时长继续保持小幅稳定上升的数值变化状态，且其均值水平依然低于理想数值。

对照组：在整个实验过程中，对照组库存表单建立时长始终保持不断增大的数值变化状态，其全局最大值25.55ms与全局最小值11.39ms相比，上升了14.16ms。对照组均值达到了17.70ms与理想均值17.49ms相比，上升了0.21ms，更明显高于实验组均值水平。

综上可知，在模糊控制算法的作用下，随着货物仓储量的增大，货物库存表单建立时长的增大变化趋势得到了较好控制，与基于遗传优化算法的控制系统相比，这种新型的远程自动控制系统能够辅助库存管理体系的快速运行，即基于模糊控制算法的仓储库存管理远程自动控制系统确实具有较强的实际应用能力。

4 结语

新型仓储库存管理远程自动控制系统在模糊控制算法的基础上，重新规划了入库管理模块、出库管理模块的实际连接能力，又根据模糊逻辑控制指令的设定标准，对库存表单进行按需定义，从而充分激发了库存量管控数据库的连接与运行能力。从实用性角度来看，在这种新型控制系统的作用下，仓储货物库存表单建立耗时过长的问题得到了较好解决，符合促进库存管理体系快速运行的实际应用需求。