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通用仓储管理平台设计与应用

时间:2024-06-05   访问量:258

摘要针对制造型企业仓储管理系统定制化程度高、业务场景多变、开发周期长的问题,本文设计一套基于模块化开发的通用化程度高的仓储管理平台。该平台通过将业务功能进行切分,实现模块自定义添加和配置;同时将仓储业务抽象化,形成业务底层模块,把业务流程逻辑设计与业务底层实现区分开,提升平台的通用化能力。研究成果在贵州某电公司仓库智能化改造项目中进行应用,实现了仓库的自动化管理,同时缩短了智能立体仓库管理系统开发周期,降低了软件开发成本,减少了项目人力资源投入。

关键词:仓储管理系统、通用平台、WMS、智能立库


引言

当前,随着“中国制造2025”战略不断推进,企业规模和业务不断壮大,传统仓库管理方式因其效率低下已难以满足现代制造业仓储需求。因此,采用智能仓储系统(Warehouse Management System,WMS)已经成为电商、物流和制造企业实现高效、精准的仓储管理的关键举措。目前,虽然智能仓储系统在电商和物流行业已经得到了充足发展,但在航空、航天、机电等大型制造业中,许多工厂仍依赖人工进行仓储管理,存在信息分散、数据统计标准不一、更新不及时等问题。这种传统的仓储管理模式无法适应企业日益增长的业务需求,相关企业亟需一套信息化、智能化的系统进行仓储管理。

相比于电商、物流等行业,制造型企业的仓储管理具有自动化设备技术要求高、多品种小批量频繁、客户定制化程度高的特点,如何应对复杂多变的业务场景,缩短仓储系统定制化开发周期,减少开发成本,是当前众多厂家在竞争激烈的WMS市场所迫切需要解决的问题。

为解决上述问题,本文基于制造型企业的业务场景及生产特性,结合仓储行业项目实施经验,设计了一套基于模块化开发的通用仓储管理平台。该平台具备物料管理、出库、入库、盘点等仓储管理基本功能,同时对仓储管理底层业务逻辑进行封装,对于特殊业务流程的定制化开发友好便捷,可缩短新业务系统开发周期。

平台总体方案

1.业务架构

仓储管理是运作仓储资源,实现仓储组织目标的过程。本文设计的通用仓储管理平台既能实现对仓库以及仓库中的物资进行有效管理,又能自适应多变的业务场景。该平台分为基础数据、系统管理、策略中心、入库业务、库内业务、出库业务、系统交互、PDA操作、统计分析、大数据应用十大功能模块(如图1所示)。

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图1 平台业务架构图

基础数据功能是用以维护仓库运行所需的基本数据,主要包含物料档案、仓库档案、库区货架货位基本信息。

系统管理功能用于组织架构、用户、角色的管理,同时利用RBAC角色访问策略,管理用户权限,保证数据安全。

策略中心功能是一个规则集合体,其中包含了编码规则、批次规则、序列号规则等基础策略规则,也包含上架拣货、锁库解库、波次补货等智能策略算法。策略中心功能支持自定义配置,支持自定义拓展,以满足不同业务的策略需求。

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图2入库业务流程示意图

入库业务是指物资进入仓库的过程(如图2所示)。平台接收上层系统推送的入库通知单,仓库在接收到物资后可按照入库明细选择质检复验,当质检成功后,建立入库单据,并生成上架任务。在上架任务中,系统根据上架策略产生上架建议,库管员可以在PDA终端按照上架建议或实际情况对货物、货架的二维码进行扫描,完成上架操作,也可发送上架指令至输运系统,驱动搬运设备完成自动上架任务。

出库业务是指物资从仓库出库的过程。平台接收上层系统推送的出库通知单,并根据出库明细建立出库单,平台会按照出库策略自动匹配库存,并自动生成拣货任务,再由人工或自动化设备完成拣货操作。出库业务流程示意图,如图3所示。

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图3 出库业务流程示意图

库内业务是指物资在仓库进行流转的过程,包括调拨、盘点、借用及移位。物资在仓库内的库位变化称为移位,在不同仓库之间流转称为调拨。库管员根据盘点清单进行物资盘点,盘点清单可以是业务系统下发,也可以自建。物资的借用绑定借用单,物资的归还与借用出库单绑定,以实现数据可追溯。

系统交互是指平台与外部系统之间的接口交互,如图4所示。平台可与MES、ERP、BOM等上层业务系统的集成,又能与WCS、RCS等下层控制系统的集成,从而实现物料出入库、运输等功能。系统间接口交互所有内容会记录保存,并支持在线查询,实现数据的透明化。

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图4 系统交互接口示意图

PDA终端上的操作包括入库上架、出库拣货、库内移位盘点、库存查询等业务,PDA终端只需完成任务接收、扫码、数据录入操作,所有业务逻辑及数据校验均在服务端进行。统计分析模块包含了仓库管理常用的统计报表,实现对仓库整体情况的统计分析,该模块支持自定义配置。平台设计了大数据应用模块,该模块除了具有常用的电子看板及库存可视化功能,还拓展了数字孪生及智慧决策模块,以满足未来WMS智能化发展需要。

2.技术架构

针对平台业务架构,构建了通用仓储管理平台技术架构图(如图5所示),将整个系统平台分为七个体系层次,分别为运行环境、数据层、基础技术栈、基础中间件、业务应用系统、API接口层以及展示层。其中,业务应用系统层基于模块驱动,分为基础模块、业务底层模块、业务模块三个部分;基础模块涵盖管理系统所必须具备的功能模块,如登录、数据同步、用户管理等;业务底层模块是仓储管理系统核心模块,用于建立基础单据及扣减库存;业务模块可根据业务场景的不同来自定义设计业务代码,业务代码只需关注业务逻辑实现,调用业务底层模块来实现单据建立及库存更改。API接口层作为数据交互通道,使用鉴权机制,在实现数据交互性的同时,保证了数据访问的安全性。

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图5 平台技术架构图

 

平台通用化设计

实现仓库智能化管理是平台最基本的功能,功能模块化、业务通用化是平台核心技术。下文从数据库和业务两方面对平台通用化设计思想进行阐述。

1.数据库通用化设计

根据平台业务功能架构,以及对制造业场景下仓库管理业务的分析,获取完成业务所必需的核心字段,同时通过父子表结构建立拓展表,以解决业务变化导致字段更改的问题。如图6所示,展示了入库业务底层数据表设计方案。每个入库单对应多个入库单明细,每个入库单明细对应多个库位表、编号表和扩展表。其中扩展表中属性字段和编号表的编号字段均为可变字段,通过映射关系表维护具体字段的信息,以适应不同业务的字段需求。

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图6 入库业务底层数据表设计

2.业务通用化设计

平台在业务设计层面充分采用模块化的思想,将系统划分为若干个子系统,每个子系统完成不同的信息管理功能,既是一个个独立的功能模块,又相互协作,共同完成整个仓库管理功能。下文从几个内部接口、外部接口、策略算法方面描述平台业务通用化的设计。

(1)内部接口

为解决不同业务场景下平台的适用性,将核心通用业务功能进行封装形成公共底层模块,开发人员在业务层进行业务逻辑设计,通过调用公共底层接口完成物资的出入库管理。如图7所示,展示了入库业务下业务层与公共底层之间接口交互。其中,在上架任务中,通过配置文件可实现任务的手动/自动执行。

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图7 业务层与公共底层模块接口交互示意图

(2)外部接口

制造业场景下,自动化搬运设备对效率提升有着重要作用,因此平台制定了标准接口协议,标准协议中包含了完成任务所必备的字段数据,下层搬运设备控制系统可调用标准接口实现信息交互;当下层系统不支持平台标准协议时,可在平台业务层进行业务处理和协议转换,实现不同协议间的适配。如图8所示,展示了下层控制系统与平台标准接口的交互关系图。

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图8 下层控制系统与平台接口交互示意图

(3)策略算法

仓库类型、产品属性、原材料种类、业务流程等是影响货位推荐策略的关键因素。因此,平台将策略算法进行模块化封装(如图9所示)。模块包含ABC原则、空货位原则、先进先出原则、粒子群优化算法、遗传优化算法等策略,业务层通过接口入参调用所需策略算法;算法模块返回参数保持一致,便于相同业务不同策略算法间的切换。

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图9 库位策略算法接口调用示意图

 

应用案例

 

通用仓储管理平台已应用于贵州某电机制造企业仓库智能化改造项目中。该项目对传统人工管理的库房进行信息化改造(如图10所示),WMS与ERP、MES、驾驶舱等上层系统进行对接,接收上层系统下发的出入库任务,并反馈任务执行结果及库存情况;同时,WMS与WCS仓储控制系统进行交互,实现原材料智能立体库的自动化搬运与管理;此外,通过统一编码、标签管理等方式,实现检验库、半成品库、成品库等库房信息化管理,实现仓库管理无纸化、高效化、准确化。

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图10 某企业库房信息化改造总体架构图

通过业务域分析,该企业WMS仓储管理系统需要实现的功能如表1所示。功能主要分为8大类,分别为基础仓库管理、系统管理、入库管理、出库管理、库存账目、报表管理、上游单据管理、看板管理,其中,上游单据是指上层系统下发的任务单据,WMS根据此单据进行出入库操作。

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表1 WMS系统功能清单

以通用仓储管理平台为基础,开展该企业WMS仓储管理系统设计,如表2所示,展示了系统开发工作量评估表。从表中可以看出,采用通用仓储管理平台进行软件设计,可省去开发平台、底层业务逻辑等相关内容的开发时间;并且基础仓库管理、其他出入库、借用出入库、调拨出入库、库存账目及报表管理模块亦可直接移植;同时,由于通用平台提供标准接口协议,在与下层系统对接时,下层系统直接进行协议适配,WMS只需进行相关测试即可实现对接功能。

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图11 半成品库房生产入库业务界面

统计结果显示,在采用通用仓储管理平台为开发框架情况下,WMS系统开发总共需要108人天工作量,相比较于传统开发方式所需要203人天,缩短近100人天工作量;按行业工作量单价1500元/人天进行计算,可降低系统开发成本约15万元;同时,以通用仓储管理平台为基础的WMS软件已在多个项目中进行实践,架构的稳定性及安全性得以保证。目前WMS系统已在该企业上线,半成品库房生产入库业务界面如图11所示。

结论

本文详细介绍了通用仓储管理平台的设计与关键技术实现。通过对仓储业务的分析,提出通用仓储管理平台设计方案,并讨论了平台通用化设计技术的实现方法。实际案例的验证表明,该平台在缩短仓储管理系统定制开发周期、确保系统稳定性安全性等方面具有显著的效果。

 


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