| 书名： | 智能化立体仓库软件系统开发 |
| 出版社： | 清华大学出版社 |
| 出版日期 | 2021 |
| ISBN号： | 9787302576822 |
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| 本书主要介绍依据作者实际的项目开发经验，经过总结、提炼和创新形成的智能化立体仓库软件系统开发方法。全书共14章，内容包括智能化立体仓库概述、智能化立体仓库系统组成及工作原理、智能化仓库管理子系统WMS设计、数据库设计、B/S系统的多层架构设计及实现技术、入库货位分配的多目标优化算法、出库托盘选择与拣选路径优化算法、基于RFS终端的数据采集子系统、RFS的实现、ITDW智能调度系统的研究与实现、两辆往复式RGV/AGV的联合调度算法、箱式输送线的缓存区调度算法、基于组态软件的ITDW监控系统设计、通信子系统的设计与实现。 本书可作为高等学校计算机应用和物流相关专业高年级本科生和研究生相关课程的教材或参考书，也可供从事智能化立体仓库或立体停车库、智能物流系统等领域的专业人员或科技工作者参考。 |
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| 张仰森，男，博士后，二级教授，博士生导师，“智能化立体仓库系统关键技术及应用”2017年获北京市科学技术二等奖，2018年获钱伟长中文信息处理科学技术一等奖和北京市高等教育教学成果二等奖，均排名第1。 |
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| （1）系统介绍智能化立体仓库计算机软件系统的设计开发方法及其应用实现。 （2）语言通俗易懂，内容简明实用，逻辑性强，可读性好。 （3）不仅介绍软件开发的模型，而且给出了代码实现，对计算机软件开发人员有更大借鉴作用。 （4）将人工智能思想融入立体仓库软件系统的多种算法，提高了整个立体仓库系统的安全性、高效性。 |
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| 第1章智能化立体仓库概述1 1.1智能化立体仓库概述3 1.1.1智能化立体仓库的结构3 1.1.2智能化立体仓库的特点7 1.2国内外发展概述9 1.2.1立体仓库发展概述9 1.2.2仓库管理系统发展现状10 1.2.3智能化立体仓库调度监控系统的发展现状12 1.3本书的主要内容安排14 1.4本章小结 16第2章智能化立体仓库系统组成及工作原理17 2.1ITDW系统整体组成17 2.2系统硬件工作原理19 2.2.1堆垛机19 2.2.2RGV/AGV小车20 2.2.3输送机21 2.2.4码垛/拆垛机器人22 2.2.5托盘输送线23 2.3系统软件工作原理24 2.4本章小结25 第3章智能化仓库管理系统设计26 3.1WMS的系统结构模式26 3.1.1C/S模式26 3.1.2B/S模式27 3.1.3富客户端模式的诞生27 3.2WMS的模块边界分析28 3.2.1系统任务分配设计28 3.2.2子系统间接口设计30 3.2.3软件系统的组成32 3.3WMS的需求分析33 3.3.1概述33 3.3.2WMS总体功能需求分析33 3.3.3“单仓库多用户”的相关问题36 3.4WMS各功能模块业务流程分析38 3.4.1总体业务流程分析38 3.4.2入库业务流程40 3.4.3出库业务流程45 3.4.4物料移动业务流程49 3.4.5库存维护业务流程52 3.4.6退货业务流程55 3.4.7退库业务流程55 3.4.8数据查询56 3.4.9报表管理功能57 3.4.10系统数据维护58 3.4.11WMS与ERP的接口59 3.4.12WMS与WCS的接口通信协议61 3.5本章小结62 第4章数据库设计63 4.1实体关系建模63 4.2数据库开发平台64 4.2.1数据库管理系统的选择64 4.2.2编程工具65 4.3数据完整性65 4.4数据库性能调整66 4.5数据库的命名规则和使用原则67 4.6数据库结构定义67 4.6.1基础数据表67 4.6.2单据管理表68 4.6.3系统管理表69 4.6.4ERP接口表70 4.7数据库服务设计71 4.8数据库备份策略72 4.9本章小结73 第5章B/S模式的多层架构设计及实现技术74 5.1WMS业务建模74 5.1.1用例模型74 5.1.2顺序图74 5.2B/S架构介绍76 5.2.1B/S架构的概念76 5.2.2B/S架构的优点77 5.2.3B/S架构的选择78 5.2.4B/S开发平台78 5.3WMS的总体逻辑结构设计79 5.4WMS的三层逻辑结构设计80 5.5WMS的功能结构设计81 5.5.1WMS整体功能结构81 5.5.2用户与3层逻辑结构的关系82 5.5.3表示层用户设计82 5.6表示层设计83 5.6.1MVC模式83 5.6.2Page Controller的应用83 5.6.3表示层控件的设计及其布局85 5.7业务逻辑层设计92 5.7.1 外观模式整合业务逻辑设计92 5.7.2公共服务层93 5.7.3业务规则层96 5.7.4业务实体层设计98 5.8数据访问层98 5.8.1概述98 5.8.2在数据访问层采用工厂模式99 5.8.3数据访问层的实现100 5.9本章小结102 第6章入库货位分配的多目标优化算法103 6.1入库组盘组箱策略103 6.1.1不规则物料的当量化处理104 6.1.2组盘策略106 6.1.3组箱策略108 6.2货位分配策略110 6.3相关业务逻辑的定义110 6.4多目标货位分配优化算法及实现111 6.5实际运行效果114 6.6本章小结115 第7章出库托盘选择与拣选路径优化算法116 7.1转弯式巷道立体仓库拣选作业工作原理116 7.2有关参数定义说明117 7.2.1堆垛机状态参数117 7.2.2堆垛机命令参数117 7.3转弯式巷道立体仓库的调度要求118 7.4出库货位选择算法研究119 7.5拣选作业路径优化算法120 7.5.1转弯式巷道拣选作业过程分析120 7.5.2拣选作业路径模型的设计120 7.5.3拣选作业路径优化算法的实现122 7.5.4拣选作业路径优化算法的实验效果123 7.6拣选作业调度控制算法和错误处理124 7.6.1拣选作业调度控制算法124 7.6.2拣选作业错误处理125 7.7本章小结126 第8章基于无线手持终端的数据采集系统127 8.1便携灵活的数据采集与操作需求127 8.2面向数据快速采集的条码标识需求128 8.2.1一维条码的局限128 8.2.2二维条码的特点128 8.2.3二维条码与其他自动识别技术的比较129 8.3数据采集的条码与设备选型130 8.3.1条码的选择130 8.3.2无线手持终端的种类130 8.3.3手持终端的选型131 8.3.4无线基站的选择、安装及设置132 8.4面向用户需求的C/S与B/S相结合的体系结构135 8.4.1C/S结构的特点与手持终端的局限性135 8.4.2C/S与B/S相结合的体系结构137 8.5基于B/S结构的RFS详细构架设计138 8.5.1RFS的物理架构138 8.5.2RFS数据流分析139 8.5.3RFS功能模块设计141 8.6本章小结151 第9章RFS的实现152 9.1系统开发环境和运行环境152 9.1.1开发环境152 9.1.2RFS的运行环境152 9.2相关技术153 9.2.1Microsoft .NET 开发框架153 9.2.2ADO.NET数据库连接池154 9.3数据访问层的设计与实现158 9.3.1数据访问类158 9.3.2实体类160 9.4业务逻辑层的设计与实现163 9.5表示层的设计与实现166 9.6二维条码生成与打印子系统的实现167 9.6.1PDF417的计算机编码生成原理167 9.6.2PDF格式编码器的使用167 9.6.3PDF417生成与打印子系统的实现168 9.7本章小结170 第10章智能调度系统的研究与实现171 10.1系统总体设计171 10.1.1系统业务需求171 10.1.2系统框架171 10.1.3系统用例设计173 10.1.4系统类设计174 10.2系统主要业务描述176 10.2.1堆垛机作业方式176 10.2.2单元作业流程177 10.2.3拣选作业流程180 10.3相关物理数据模型183 10.3.1设备状态183 10.3.2堆垛机任务模型184 10.3.3RGV任务模型186 10.3.4货位状态187 10.4系统详细设计188 10.4.1系统总流程设计188 10.4.2堆垛机作业调度模块设计190 10.4.3RGV作业调度模块设计200 10.5系统实现201 10.5.1多线程技术201 10.5.2Delphi对多线程的支持202 10.5.3Delphi多线程在智能调度系统中的应用203 10.6本章小结208 第11章两辆往复式RGV/AGV的联合调度算法209 11.1RGV/AGV系统概述209 11.1.1RGV概述209 11.1.2AGV概述210 11.2RGV/AGV的调度要求211 11.2.1RGV的工作原理211 11.2.2AGV的工作原理213 11.2.3RGV/AGV调度要求213 11.3RGV/AGV有关参数定义214 11.3.1RGV的状态参数215 11.3.2RGV的命令参数215 11.3.3AGV的状态参数216 11.3.4AGV的命令参数217 11.4两辆直线往复式RGV/AGV的联合调度算法218 11.4.1避碰算法218 11.4.2调度算法221 11.5本章小结222 第12章箱式输送线的缓存区调度算法223 12.1箱式输送线缓存区描述223 12.2箱式输送线缓存区调度要求227 12.3箱式缓存区调度算法227 12.4本章小结228 第13章基于组态软件的监控系统设计229 13.1组态软件及其结构特点229 13.1.1组态软件概述229 13.1.2本系统采用的组态软件230 13.1.3组态软件结构特点231 13.2ITDWSCADA系统功能分析232 13.3ITDWSCADA系统编制步骤233 13.4ITDWSCADA系统具体实现234 13.4.1ITDWSCADA项目的配置234 13.4.2标记数据库的创建234 13.4.3图形画面的建立235 13.4.4图形画面的组态237 13.5本章小结238 第14章通信子系统的设计与实现239 14.1智能化立体仓库系统网络拓扑结构239 14.2调度监控系统的开发环境与运行环境240 14.3管理层与监控层的通信及其实现方法240 14.4监控层与控制层的通信及其实现方法241 14.4.1OPC体系结构242 14.4.2OPC数据访问规范242 14.4.3OPC技术在智能化立体仓库系统中的应用244 14.5本章小结245 参考文献246 |
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| 智能化立体仓库系统是现代物流业的重要组成部分，在生产型企业、商务型企业的生产过程中起着非常重要的作用，在全世界都存在着巨大的市场潜力和广阔的发展前景。在生产型企业，生产车间从仓库中领取生产所需的原料和包辅材料，仓库系统执行出库作业，通过运输设备将生产原料和包辅材料输送到生产车间；当产品生产完成以后，将包装好的产品通过输送线送入仓库。当需要销售产品时，销售部门通过ERP系统向仓储部门下发销售计划，仓库系统根据销售计划生成出库作业，并通过计算机系统执行这些出库作业，实现产品销售，并将出库结果回传ERP系统。在商务型企业，企业采购的商品进入仓库，商品在销售时需要出库。整个物流系统中，仓库系统占有非常重要的地位。为了节约用地，提高物流运转速度，自动化或智能化立体仓库受到越来越多的生产型企业和商务型企业的重视。进入21世纪后，自动化或智能化立体仓库如雨后春笋在全国各地兴起，许多企业纷纷建立自己的立体仓库。 立体仓库的发展经历了人工叉车立体仓库、自动化立体仓库和智能化立体仓库的阶段。早期设计的立体仓库，其出发点是利用多层货架存储的优势，提高空间的利用率，进而减少仓库的占地面积，节约土地资源和企业成本。货物的存取主要通过人工叉车完成，仓库管理的记账也通过人工完成。后来，随着计算机及自动化控制技术被引入仓储领域，一定程度上达到了立体仓库自动化管理的效果，大大降低了工人的劳动强度。随着现代物流思想的推广和应用，人工智能技术被应用于立体仓库系统之中，业界和学界对立体仓库的性能优化、设备的智能调度、企业管理的辅助决策、机械制造工艺的革新等方面进行了研究和尝试，并将成果投入实用，大大提高了立体仓库的智能化程度，使企业生产管理更高效、更智慧，提高了企业的核心竞争力。 智能化立体仓库系统通常由立体仓库设备与相应的计算机信息管理及设备调度系统组成。立体仓库设备主要包括输送机、货架、码垛机、穿梭运输车、机器人等；计算机信息管理及设备调度系统由仓库管理系统（Warehouse Management System，WMS）和仓库控制系统（Warehouse Control System，WCS）组成，是整个智能化立体仓库的核心与灵魂。如何设计WMS和WCS其实是智能化立体仓库系统设计的核心所在。WCS中包括设备调度系统，它关系到仓库中多种机器人设备的调度问题。只有把WMS和WCS等软件设计好，才能解决好智能化立库系统设计的主要问题，即存储安全、存储效率、运行效率和能耗效率。 目前市场上有关仓储与配送、自动化立体仓库工程与建设方面的著作大多是由管理科学或机械工程及设计方面的学者撰写的，主要从概念、理论方面进行论述，或者从立体仓库的货架规划、设计、布局、组织施工、过程监理、项目验收、使用维护等环节进行论述。这些著作采用的是立体仓库建设的理论性的生命周期模型，实战性不是很强，有的著作通过仿真系统来验证其系统设计的有效性。到目前为止，本书作者还没有看到一本关于智能化立体仓库软件系统开发方面的专著。软件系统本来是立体仓库的核心和灵魂，但由于其安装在计算机中，在立体仓库现场几乎看不到计算机，看到的都是各种机器人设备和立体货架，因此，许多人关注的是货架的设计和堆垛机、AGV等机器人的选型，而把指挥这些设备有序、高效运行的计算机软件忽视了。 在未来几年里，现代物流业将更快速地发展，企业对立体仓库的需求也将更大，对其智能化水平的要求也将更高。2014年10月，国务院在《物流业发展中长期规划（2014—2020年）》中指出，物流业已成为国民经济的重要组成部分，并步入转型升级的新阶段，要按照建设生态文明的要求，推动节能减排，加快关键技术装备的研发应用，提升物流业信息化和智能化水平，实现物流作业各环节、各种物流设施、设备以及物流信息的衔接配套，促进物流服务体系高效运转。可以预见，未来智能化立体仓库建设的需求更加旺盛，相关的计算机软件开发必将越来越受到重视。 本书是作者在参加国家重点研发计划项目“快件物流资源共享服务应用示范”的过程中，根据研究工作需要，结合多年来主持开发多个智能化立体仓库软件系统的经验编写的，是到目前为止第一部有关智能化立体仓库软件系统开发方面的专著。作者在多年的立体仓库软件系统开发过程中取得了很多项目经验，获得了数十项科研成果。本书的许多关键技术及科研成果都应用在“快件物流资源共享服务应用示范”项目中。 本书由14章构成，主要从仓库管理系统及其数据库设计、手持无线射频系统、设备调度系统、监控子系统4个方面进行介绍，并包括软件架构或模式的选择与实现方法。由于作者主持开发的多个系统实现的业务功能有所差异，采用的开发编程环境也有所区别，因此，在书中可能会看到不同系统开发实现的痕迹，希望读者能够理解。 作者主持开发的智能化立体仓库软件系统目前在国内多个企业运行，为企业的智能化管理做出了贡献。在一系列智能化立体仓库软件系统的开发过程中，作者的多名研究生参与其中，并对系统的实现做出了贡献，本书的很多内容也有他们的贡献，他们是张桂琴、李媛丽、刘安宇、张宇、刘武雷、张涛、柴菁等。 本书得到国家重点研发计划项目“快件物流资源共享服务应用示范”的课题“物流资源整合优化及非标产品服务共享技术研究”的支持，作者在此表示感谢。 在本书的写作过程中，尽管作者力求完美，但限于水平，疏漏和错误在所难免，敬请各位专家和广大读者批评指正。 “路漫漫其修远兮”，在立体仓库的智能化进程中，我们只迈出了很小的一步。计算机技术的发展日新月异，未来，人工智能技术必将得到深层次应用，也必将实现更深层次的信息集成。作者愿和广大读者一起携手，共同谱写智能化立体仓库软件系统研发的新篇章。 张仰森2021年6月于北京 |
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