（计算机应用技术专业论文）基于无线手持终端的入出库组盘与拣选策略研究.pdf

摘要 摘要 随着无线网络技术的普及和工业生产的飞速发展，无线设备信息化管理与“自动 化立体仓库 的结合，已成为提高仓储效率展示企业实力的有效手段。在现实应用中， 由于立体仓库面积很大，物品存放分散，如何实现灵活的分散式数据采集就显得非常 重要。随着无线网络技术的普及和支持无线网络通讯的多功能手持终端的出现，无线 手持终端在智能化立体仓库管理信息系统中越来越重要，系统中的入出库操作的数据 采集与作业下发9 0 以上都可通过无线手持终端完成，无线手持终端系统的开发已成 为智能化立体仓库管理信息系统的重要组成部分。 本文以某军区装甲器材智能化立体仓库手持管理系统为背景，应用b s 三层架构 进行系统开发。在对各层进行了详细分析的基础上，对无线手持终端系统的业务流程 进行了深入分析，并对系统的功能模块进行设计和实现。该立体仓库面向非规则的装 甲器材，如何在入库和出库过程中实现非规则器材的组盘和拣选，直接影响着仓库的 容积率以及入出库的工作效率。本文重点对基于无线手持终端的入库组盘策略和出库 拣选策略进行研究，经过实际系统运行的检验，证明所提出的入库组盘策略和出库拣 选策略是合理有效的。 本文主要完成了以下内容： 一、根据实际业务操作进行需求分析、逻辑结构设计、物理架构设计和功能设计。 在软件设计过程中采用面向对象的编程思想，使用统一建模语言对系统进行了建模。 二、对基于无线手持终端的入库组盘策略进行深入的研究，提出容量当量的概念， 对托盘的容量进行量化，并设计出组盘、组箱策略，提高入库效率。 三、对基于无线手持终端的出库拣选策略进行深入的研究，以数量最近、合并重 合拣选点、最短路径、先进先出、就近等原则为基础，得到基于组盘存储方式的拣选 策略，并以二维条码和无线手持为基础，对拣选流程进行了优化。 四、介绍与系统实现相关的应用技术，并结合b s 的三层逻辑结构对各层实现过 程中应用的技术，并以入库模块和出库模块为重点，详细描述了入出库操作模块、物 理模型的实现过程，还将介绍二维条码生成与打印子系统的实现。 基于无线手持终端的仓库管理系统是在n e t 2 0 0 5 平台下，使用n e t 框架开发实 现。系统已投入运行，目前运行状态良好，达到了提高工作人员的效率和准确性，降 低了仓库使用单位的使用成本，创造了可观的经济效益。 关键字：无线手持终端；b s 体系结构；组盘策略：拣选策略；智能化立体仓库 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n ta tf u l ls p e e dw i t hw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g yp o p u l a r i z i n ga n d i n d u s t r yp r o d u c t i o n u t i l i z a t i o no fw i r e l e s sd e v i c e sf o ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta s s o c i a t e d w i t h ”a u t o m a t i o ns t e r e o s c o p i cw a r e h o u s e ”a l r e a d yh a sb e c o m em u c hi m p o r t a n tw a yt o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fs t o r a g ea n dt os h o we n t e r p r i s es t r e n g t h i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n p r o c e s s ，s i n c et h ea r e ao fs t e r e o s c o p i cw a r e h o u s e i sv e r yb i g ，a n dg o o d sp o s i t i o nd i s p e r s e s ， h o wt or e a l i z en i m b l ed e c e n t r a l i z a t i o no ft h ed a t ac o l l e c ts h o w si t sh i g h l ys i g n i f i c a n c e c o u p l e dw i t ht h ep o p u l a r i z a t i o n o fw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g ya n da p p e a r a n c eo f c o r r e s p o n d i n gm u l t i f u n c t i o n a lr a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l ，w i r e l e s sr a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l g r a d u a l l yp l a y si m p o r t a n tr o l e i ni n t e l l e c t u a l i z e ds t e r e o s c o p i cw a r e h o u s ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m t h e9 0p e r c e n td a t ac o l l e c ta n do p e r a t i o n a lp a r to f t a s ka s s i g n m e n ti n s t o r a g e r e t r i e v a lc a nb ef i n i s h e db yr a d i o 仔e q u e n c yt e r m i n a l t h e r e f o r e ，a p p l i c a t i o no f r a d i of r e q u e n c yt e r m i n a lh a sb e c o m eo n eo fp r i n c i p a lo p e r a t i o np a r t si ni n t e l l e c t u a l i z e d s t e r e o s c o p i cw a r e h o u s ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h em a i nb o d yo ft h es y s t e mt a k e ss o m ei n t e l l e c t u a l i z e dm i l i t a r yr e g i o na r m o r e q u i p m e n ta n dm a t e r i a ls t e r e o s c o p i cw a r e h o u s e sa sb a c k g r o u n d ，a n db sa r c h i t e c t u r ew i t h t h r e e1 a y e r si sc a r d e do u td u r i n gt h ep e r i o do fs y s t e ms o f t w a r ed e v e l o p m e n t i nad e t a i l e d a n a l y s i so fe a c hl a y e r , o nt h eb a s i so f t h er a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l ，b u s i n e s sp r o c e s s e sa r e f u r t h e ra n a l i z e da n dd e s i g na n dr e a l i z a t i o no fm o d u l e sa r eb r o u g h tf o r w a r d t h e s t e r e o s c o p i cs t o r a g ea i m sa tn o n s t a n d a r de q u i p m e n t si ns t o r a g ea n dh o wt or e a l i z et h e s e l e c t i o na n dm i x e d t r a ys t r a t e g yh a sd i r e c ti m p a c tt ot h ew a r e h o u s ea v a i l a b i l i t ya n d s t o r a g e r e t r i e v a le f f i c i e n c y i naw o r d ，t h i sp a p e re x a c t l yf o c u s e so nt h es t o r a g em i x e d t r a y a n dr e t r i e v a lo r d e r - p i c k i n gs t r a t e g i e sb a s e do nr a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l s t h r o u g ha c t u a l o p e r a t i o n t h es y s t e mi st e s t e da n dp r o v e dt h a ts t r a t e g i e sa r er e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e i nt h i sp a p e r , c o m p l e t e dt h ef o l l o w i n g ： 1 a c c o r d i n gt oa c t u a lo p e r a t i o n a ln e e d sa n a l y s i sa n dt h ed e s i g no fl o g i cs t r u c t u r ea n d f u n c t i o n o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gi d e a sa n du m lm o d e lt o o l sa r eu t i l i z e d i nt h e s o f t w a r ed e s i g np r o c e s s 2 b a s e do ns t o r a g em i x e d - t r a ys t r a t e g yw i t hi n - d e p t hs t u d yo ft h er a d i of r e q u e n c y t e r m i n a l s ，c o n c e p to fc a p a c i t ye q u i v a l e n ti sp u tf o r w a r d t h es t r a t e g yo fc a p a c i t yo ft h et r a y a n db o xi sq u a n t i f i e di no r d e rt oi m p r o v et h ee m c i e n c yo fs t o r a g e 3 r e t r i e v a lo r d e r - p i c k i n gs t r a t e g yo ft h er a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l si si n d e p t hs t u d y i na c c o r d a n c ew i t ht h ep r i n c i p l eo fn e a r e s tq u a n t i t y , m e r g e rs e l e c t e dp o i n t so fc o i n c i d e n c e ， t h es h o r t e s tp a t h ，t h en e a r e s tp o s i t i o na n df i f o t h eo r d e r - p i c k i n gs t r a t e g yo ft h e t w o d i m e n s i o n a lb a rc o d ea n dr a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l si so p t i m i z e db yl ka r i t h m e t i c 4 c o m b i n e dw i t hb st h r e e 1 a y e ra r c h i t e c t u r ea n da 1 1p a r to ft h er e a l i z a t i o n ，t h e a p p l i c a t i o n si ns y s t e ma n dr e l e v a n tt e c h n o l o g i e sa r ei n t r o d u c e d a st ot h eo p e r a t i o no f s t o r a g ea n dr e t r i e v a lm o d u l e ，f o rt h ef o c u so fad e t a i l e dd e s c r i p t i o n ，t h ep h y s i c a lp r o c e s s e s o ft h er e a l i z a t i o na r ei n t r o d u c e d t w o d i m e n s i o n a lb a rc o d eg e n e r a t i o na n dt h er e a l i z a t i o n s o ft h ep r i n ts u b s y s t e ma r ei n t r o d u c e d t h er a d i o f r e q u e n c ys y s t e m i s d e v e l o p e da n da c h i e v e db yt h em s n e t i i a b s t r a c t f r a m e w o r k 2 0o nt h e n e t2 0 0 5p l a t f o r m t h i ss y s t e mh a sb e e np u ti n t oa c t u a lo p e r a t i o n c u r r e n tr u n n i n gi ng o o dc o n d i t i o n ，t h a th a si m p r o v e dh i g h l ys t a f fe f f i c i e n c ya n da c c u r a c y , r e d u c e dc o r p o r a t ew a r e h o u s i n gc o s t sa n dc r e a t e ds i g n i f i c a n te c o n o m i cv a l u e k e y w o r d s ：w i r e l e s sr a d i of r e q u e n c yt e r m i n a l s ，b sa r c h i t e c t u r e ，m i x e d t r a ys t r a t e g y , o r d e r - p i c k i n gs t r a t e g y , i n t e l l e c t u a l i z e ds t e r e o s c o p i cw a r e h o u s e i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的 规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子 版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 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课题的来源是某军区立体仓库，该仓库主要面临着库房场地紧张、器材库存数量 和种类不断增多、器材尺寸和大小不规范、器材存放分散、缺乏信息化管理手段等一 系列问题，迫切需要整合现有器材库存，以提高生产效率、提高仓储利用率、提高器 材库存信息的规范性和可靠性。针对这一迫切需求，该仓库决定建立智能化立体仓库。 智能化立体仓库不单单指高层货架、堆垛机、输送机等硬件，其高能的效率主要 依靠于智能化立体仓库信息管理系统。立体仓库信息管理系统是智能化立体仓库的重 要组成部分和关键所在，它采用的信息化的管理方式，大大增加了仓储效率，而立体 仓库信息管理系统中应用最频繁也最基础的操作就是入库操作和出库操作，因此要开 发高效率的仓库信息管理系统，必须要具有高效率的入库操作和出库操作模块。 在上述叙述中，由于该仓库中存储的器材的尺寸、大小、重量等都不统一，继续 沿用以前的入库组盘策略和出库拣选策略已经不能满足本项目的需求。因此对于该立 体仓库信息管理系统中的入库组盘策略和出库拣选策略进行研究是非常必要的。只有 采用了高效的入库组盘策略和出库拣选策略，整个立体仓库信息管理系统的效率才会 提高。 同时，在原来的仓库中，库存管理大多是通过手工填写入库单和出库单、手工记 第1 章绪论 录库存等手段来实现，这种方法一是效率慢，二是容易造成人为错误。为了提高器材 库存信息的规范性和可靠性，我们引入条码作为信息管理的主要载体，通过先进的条 码管理方式，为库存器材设置唯一的器材编码，并根据此编码在计算机中建立器材信 息数据库，对产品的出库、入库、盘点、移位等进行管理。 再者，对于器材存放比较分散且仓库面积比较大等原因，无线接入技术成为了系 统实现的前提条件，再结合刚提到的条码技术，我们需要开发的仓库信息管理系统就 需要在无线手持终端上来实现。 基于无线手持终端的智能化立体仓库就是满足上述需求的，可以提高生产效率、 提高仓储利用率、提高器材库存信息的规范性和可靠性的仓库信息化管理系统。本文 的研究目的即以提高整个仓库信息管理系统的整体效率为目的，来实现入库组盘策略 和出库拣选策略的优化，以及其在基于无线手持终端的立体仓库信息管理系统中的应 用。 综上所述，本文的研究对象就是存储场地大，地形复杂，存储的器材从形状、大 小以及重量等相异，入库组盘策略和出库拣选策略都比较复杂的智能化立体仓库的管 理信息系统。在这样的系统中，器材入库、出库、移库、移位、盘库等操作都基本上 通过无线手持终端机完成。因此，开展基于无线手持终端的入库、出库以及其他相关 操作策略的研究具有十分重要的实用价值和理论意义。 i 2国内外相关研究简述 随着科学技术的发展，自动化和计算机信息管理技术在企业仓库管理方面越来越 受到人们的重视，近年来，随着计算机技术的快速发展与普及，更是呈现着蓬勃发展 的燎原之势。 上世纪5 0 年代初，美国就出现了采用桥式堆垛起重机的仓库，5 0 年代末6 0 年代初 出现了司机操作的巷道式堆垛起重机n 1 。上世纪的7 0 年代，我国也开始研究采用巷道 式堆垛机的立体仓库。1 9 7 4 年在郑州纺织机械厂建成了第一个立体仓库，1 9 8 0 年， 由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成的自动化立体仓库在北京汽车制造厂 投产n 。这些仓库只是一种形式上的立体仓库，计算机信息管理技术和自动化技术尚 未在其中使用，仓库中的一切操作和信息管理皆由人工操作完成，存储与管理效率还 比较低。 2 0 世纪9 0 年代，随着微计算机技术的大发展，以及w i n d o w s 等软件技术的不断进 步，以计算机和自动化技术相结合的智能化立体仓库技术开始出现，在乳品行业、制 药行业、机械行业等企业中，为了提高生产效率，减少存储空间占用，立体仓库作为 一种良好的存储形式正在不断推广。但这时的仓库管理系统多以基于w i n d o w s 系统的 2 第1 章绪论 c s 结构出现，开发环境也多是基于w i n d o w s 操作系统的面向过程语言或面向对象语 言，数据库技术也多采用单机版的a c c e s s 等，这种技术较之以前虽然有所进步，但在 系统开发效率、更新部署、远程访问等方面存在着明显的限制n 吲。 进入2 1 世纪，随着i n t e r n e t 的快速发展，w e b 技术出现了快速的进步，基于w e b 平台的管理信息系统开发技术取得明显发展，智能化立体仓库的发展也进入了一个快 速发展时期，截至2 0 0 8 年，我国已建成的自动化立体仓库近4 0 0 座。目前，b s 结构开 始在网络信息管理系统中占据了主要地位，但由于技术开发的难度和技术应用方面的 惯性，在智能化立体仓库建设中，许多技术开发公司仍沿用着以前的c s 结构模式， 这节省了开发企业的成本，加快它们完成项目的进度。例如，机械工业第四设计研究 院建造的整体式立体仓库，采用的就是c s 结构，所采用的数据采集器为在线式条码 扫描器曙1 。对于那些存储环境大，器材堆放分散的企业，一般为了进行入库数据的采 集，多要采用无线手持终端来完成，因此，在自动化立体仓库中，就会出现既有台式 机工作站，又有无线手持工作站。由于无线手持的小巧便携等特点，虽然方便了数据 采集，但却对程序的开发与调试带来了困难盯j 】。 综上所述，在我们看到的文献及所见过的系统中，所存储的物品大多是规则形物 品，管理系统的体系结构多采用c s 结构，物品条码多采用一维条码，系统的实现难 度比较低。在本项目涉及的某军区自动化立体仓库建设中，由于存放的军用维修器材， 在形状、尺寸、重量等方面都不统一，这就为器材入库时的组盘和组箱带来很大的困 难，只有充分研究面向不规则器材的入库组盘和组箱策略，才能解决组盘时如何判断 托盘是否已满等难题。同样，在进行器材出库时，也涉及到从某些托盘进行拣选的策 略问题。另外，该项目还涉及与已有m i s 系统的接口、拣选巷道与自动巷道并存、器 材堆放环境分散、二维条码标识与条码生成打印等难点，这就使得本项目中的入库组 盘策略和出库拣选策略较之文献中所介绍的系统要复杂得多。 1 3 论文的主要研究内容 本文主要研究内容是基于无线手持终端的入库组盘、出库拣选策略，以及在基于 无线手持终端的智能化立体仓库管理系统中的应用。具体有如下几个方面： 1 ) 无线网络的设计、安装与调试。 2 ) 基于无线手持终端的立体仓库管理系统的总体构架和详细设计，其中重点介 绍入库模块和出库模块。 3 ) 入库组盘与组箱策略的解决。根据实际工程中的甲方需要，一个托盘上可以 直接码放各种器材，对于比较小或零碎的器材需要先放入周转箱，再将周转 箱码放到托盘上。因此，在什么情况下使用周转箱，一个托盘上需要码放多 第1 章绪论 个周转箱，如何选择最合适的托盘和周转箱，才能使得仓储效率和空间利用 率最好，都成为了入库组盘时要认真研究的内容。 4 ) 出库拣选策略的解决。根据实际工程中的甲方需要，一个托盘上可能存放着 多种器材，这些器材可能直接码放在托盘上，也可能是利用周转箱码放在托 盘上，一个托盘上可能码放着多个周转箱，当进行器材拣选出库时，如何选 择最合适的托盘和周转箱，使得仓储效率和空间利用率最好。 5 ) 二维条码的生成与打印技术。在仓库托盘上码放着一些器材箱子，这些箱子 是直接从军工厂发送来并存入仓库的。箱子上贴着二维条码标识单，说明箱 子中所存储的器材信息，包括数量、品种、规格等信息。当进行拣选出库或 组箱入库后，箱子中的器材信息发生了变化，这时箱子上的二维条码标签就 要发生改变，因此，系统应能够自动生成二维条码，以反映箱子中的器材变 化。 6 ) 无线手持终端立体仓库管理系统的实现，包括开发平台、部署以及实现时使 用的具体技术。 1 4论文的组织结构 本论文的组织结构如下： 第一章，介绍了选题的背景及意义、国内外相关领域的简述和论文的主要研究内 容； 第二章，介绍了智能化立体仓库系统体系结构的总体设计； 第三章，结合用户需求，对基于无线手持终端的智能化立体仓库管理系统的详细 设计和功能模块划分； 第四章，对现存的入库组盘策略进行分析，并提出优化方案，以提高组盘效率、 降低仓储成本； 第五章，对传统的拣选策略进行了分析，针对发现的弊端，提出基于组盘存储方 式的拣选方案； 第六章，介绍基于无线手持终端的智能化立体仓库管理系统实现的开发平台以及 相关的系统实现技术等； 第七章，简单总结的本论文的研究成果、创新点以及存在的问题，并提出改进方 向。 4 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总 体设计 本文的用户需求来源于某军区智能化立体仓库，本章对该用户需求进行分析，介 绍了系统构建环境的特点、操作需求和条码标识需求，并提出了解决的方案，对智能 化立体仓库系统的体系结构进行了总体设计。 2 1用户需求概述 2 1 1 系统构建环境的特点 某军区原有的各个仓库都面临着以下问题：第一，现有库房场地紧张、器材储存 能力处于临界点。由于未采用合理的物流仓储设施设备，大量器材存放于地铺上，没 有进行具体库位管理，仓储资源利用率极低，已经严重影响了日常作业能效。第二， 作业方式落后。人工配合行吊、叉车作业是主导方式，需要配备多名有经验的作业人 员。在传统的作业方式下，物流作业质量完全依靠人员素质和敬业精神，不能满足现 代物流作业管理的机械化、自动化要求，物流作业效率很低。第三，是缺乏信息化管 理手段。目前没有统一的仓储作业信息管理系统，无法实现所有器材的多种信息实时 化管理与控制。 该军区仓库已经采用了信息管理系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 m i s ) ，缓解了一些问题，但由于对信息安全的考虑，各个仓库间并没有连通网络，致 使上述问题不能根本性的解决。 基于以上情况，该军区决定建立智能化立体仓库，并采用智能化立体仓库信息 管理系统，以规范的信息化手段完成入库、出库、盘点等操作，提高仓储资源利用率、 提高作业效率、实现库存信息的可靠性。 经过认真分析，该智能化立体仓库信息管理系统实际可看作由三个子系统组成： 仓库管理系统( w a r e h o u s em a n a g e m e n ts y s t e m ，简称w m s ) 、手持终端仓库管理系统 ( r a d i of r e q u e n c yt e r m i n a ls y s t e m ，简称r f s ) 和调度监控系统( w a r e h o u s ec o n t r o l s y s t e m ，简称w c s ) ，1 】| m s 和r f s 两个子系统所访问的数据库是相同的，只是访问的媒 介不同，所采用的体系架构也不同，w m s 子系统通过有线网络采用c s 体系架构实现， 而r f s 子系统通过无线局域网络采用b s 架构实现。w c s 子系统通过数据库中的作业 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 表( w o r k ) 与w m s 子系统及r f s 子系统进行连接通讯。军区现有的m i s 系统可看作是 本文智能化立体仓库信息管理系统的上位系统，所有的入库计划和出库计划都由m i s 系统下发。m i s 系统和智能化立体仓库信息管理系统之间的数据交换方式采用有线网 络进行。w m s 系统和r f s 系统又相当于w c s 的上位系统，它们之间的作业数据传输， 通过本地数据库的接口表即作业表来实现。它们之间的关系如下图2 1 所示。 在立体仓库韵日常运作中，由于数据采集的需要r f s 系统是应用最频繁的，几 乎所有的入出库操作和作业下发都是由r f s 系统完成的，所匕lr f s 系统的设计关系着 整个仓库的作业效率。 腩一一 划 r f s - 下持无线终目r 一 ?- 条码标签 口自# f a p 图2im s 、删s 、r f s 、w c s 之间的关系 2 1 2 便携灵活的数据采集与操作需求 本次建设立体仓库占地面积约为3 0 0 0 平米，由于面积比较大，在库区操作时， 很多操作需要人工的参与，操作员不可能只坐在电脑前通过哪操作完成数据采集、 入库、出库等功能。同时该立体仓库业务操作的频率很高，尤其是入库和出库操作频 繁( 平均3 0 次小时4 0 次小时) ，因此需要操作员能够快速方便的进行操作，并 且实时的传输数据完成对库存信息和堆垛机作业的更新。 无线手持终端可以满足上述的用户需求，它具有以下特点： 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 1 不需要网络连接线，移动灵活、方便； 2 能在任何时间，任何地点操作和检索资料； 3 实时资料收集和传输，从而提高工作效率； 4 友好、简单的中文交互式介面，易懂、易学。 因此根据人员操作的流动性及采集数据及处理的非延时性( 实时性) 的要求( 采 集上来的数据，需要实时提供给其他业务部门) ，要求系统采用无线网络技术和无线 手持终端相结合的方式。这样在整个立体仓库中，利用无线传输技术，操作员在权限 许可的条件下，无论何时何地，只要在无线网络覆盖范围内，都能够使用轻巧便携的 手持终端对库存信息进行记录、更新和存储，不仅可以完成数据的采集，还可以进行 入库、出库、移货位、移库、条码打印等操作。总之，就是做到随时、随地、无纸化 和实时的无线传输。 2 1 3 面向数据快速采集的条码标识需求 按照用户需求，建成的立体仓库需要存储上万种器材，其中每种器材包括名称、 编号、种类、出产日期、供货商等十多种信息，因此在器材标识的选择上需要选择容 量大、密度高的标识。同时该立体仓库内部空气潮湿，且立体仓库内放置的一些器材 表面会有较多油污。器材标识的材质要充分考虑库内实际情况，具有良好的防污、防 刮、防潮、耐高温和低温等性能。在业务操作方面，还要充分考虑减少对网络和数据 库的依赖，要在网络通讯不畅的情况下，尽量满足业务操作的需要。 通过上述分析，该仓库的器材标识决定采用条码技术。条码标识属于图形标示技 术，通过可识别条码的手持终端可快速输入器材的相关信息。目前，仓储上普遍采用 两种类型的条码，即一维条码和二维条码，究竟采用哪种类型的条码，又进行详细的 对比。 1 一维条码的局限 由于受信息容量的限制，一维条码仅仅是对“器材”的标识，而不是对“器材 的描述。故一维条码的使用，不得不依赖数据库的存在。在没有数据库和不便联网的 地方，一维条码的使用受到了较大的限制，甚至变得毫无意义。另外，要用一维条码 表示汉字十分不方便。随着计算机技术的快速发展，管理所需的信息越来越多，迫切 的要求用条码在有限的空间内表示更多的信息，从而满足信息千变万化的表示需要。 二维条码正是为了一维条码无法解决的问题而产生的。 2 二维条码的特点 二维条码和一维条码相比具有以下的特性： ( 1 ) 高密度 7 第2 苹智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 二维条码通过利用垂直方向的尺寸来提高条码的信息密度，通常情况下其密度是 一维条码的几十到几百倍，这样我们就可以把器材信息全部存储在一个二维条码中， 要查看器材信息，只要用识读设备扫描二维条码即可，因此不需要事先建立数据库， 真正实现了用条码对“器材”的描述。 ( 2 ) 具有纠错功能 一维条码的应用建立在这样一个基础上，那就是读不出要比读错好。因此一维条 码通常同其表示的信息一同印刷出来，当条码受到损坏( 如污染，脱墨等) 时，可以通 过键盘录入代替扫描条码。一维条码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管引入了校 验字符的概念，但仅限于防止读错。 而二维条码可以表示数以千计字节的数据，其表示的信息不可能与二维条码符号 一同印刷出来，如果二维条码的某部分损坏时，那该条码就变得毫无意义，因此二维 条码引入了错误纠正机制。这种纠错机制使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏 时，照样可以正确得到识读。二维条码的纠错算法与人造卫星和v c d 等所用的纠错算 法相同。这种纠错机制使得二维条码成为一种安全可靠的信息存储和识别的方法，这 是一维条码无法相比的。 ( 3 ) 可以表示多种语言文字 多数一维条码所能表示的字符集不过是l o 个数字，2 6 个英文字母及一些特殊字 符，因此要用一维条码表示其它语言文字( 如汉字、日文等) 是不可能的。而多数二维 条码都具有字节表示结构，可以将各种语言文字信息表示出来，从而为多种语言文字 的条码表示提供了一条前所未有的途径。 ( 4 ) 可表示图像数据 既然二维条码可以表示字节数据，而图像多以字节形式存储，因此使图像( 如照 片、指纹等) 的条码表示成为可能。 ( 5 ) 可引入加密机制 加密机制的引入是二维条码的又一优点。我们可以先用一定的加密算法将信息加 密，然后用二维条码表示。在识别二维条码时，再加以一定的解密算法，就可以恢复 所表示的信息。这样便可以大大增强信息的安全性。 3 二维条码与其他识别技术的比较 除了一维条码，还有一些其它的自动识别技术，但是和它们相比，二维条码同样 有着明显的优势。下面是二维条码同其它几种自动识别技术的比较，二维条码与磁卡、 i c 卡、光卡的特性比较可见表2 1 。 表2 1 ：二维条码同磁卡、i c 卡、光卡的比较 l比较点 二维条码磁卡i c 卡 光卡 抗磁力 强 弱 中等 强 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 续上表2 1 比较点二维条码磁卡 i c 卡 光卡 抗静电强中等中等强 强弱弱弱 可折叠 不可折叠不可折叠不可折叠 抗损性 可穿孔 不可穿孔不可穿孔不可穿孔 可切割不可切割不可切割不可切割 影印性可不可不可不可 传真性可不可不可 不可 容量 1 ，l o o b y t e7 6 b y t e3 k b y t e2 m b y t e 成本 1 元 1 0 元3 0 0 元5 0 0 元 总之，由于其它的自动识别技术如i c 卡、磁卡、光卡等，在抗磁性、抗损性、 性价比等方面存在一些缺点，因此不在考虑范围内。一维条码的信息容量很小，最多 只能表示一些数字，要更多的描述器材的信息只能依赖数据库的支持。而二维条码是 一种高密度、高信息含量的便携式数据文件，信息容量大、保密防伪性强、可靠性高、 成本低、寿命长。因此本系统的器材条码标签、周转箱条码标签选择二维条码标识， 而托盘条码标签、货位条码标签只需要存储十几位数字来标示位置就够了，所以采用 一维条码标识。 2 2数据采集的需求与设备选型 2 2 1 条码的选择 根据上节的分析，本系统的托盘条码和货位条码采用一维条码标识，而器材条码 和周转箱条码采用二维条码标识。目前比较常用的一维条码包括e a n l 3 、e a n 8 、 c o d e 3 9 、c o d e 2 5 等二十多种格式，二维条码包括p d f 4 1 7 码、c o d e 4 9 码、c o d e1 6 k 码、d a t am a t r i x 码、m a x ic o d e 码等多种格式。我们经过认真的分析，选定的一维 条码格式为e a n l 3 ，二维条码格式采用p d f 4 1 7 。 e a n l 3 码是国际物品编码协会( i n t e r n a t l 0 n a la r t i c l en u m b e r i n ga s s o c i a t i o n ) 在全球推广应用的商品条码，它由1 3 位数字按照“模块组合法”进行编码的，包含 一位校验码用以校验代码的正误，其中校验码根据条码字符的数值按一定的数学算法 计算得出。e a n l 3 码具有简单、灵活、可靠性强等优点，非常适用于快速简洁的读取 托盘条码和货位条码的需求。 p d f 4 1 7 格式的二维条码是由s y m b o l 公司推出的公开的系统标准技术，是目前国 际上比较流行、开发编程实现相对容易的一种格式。它具有很高的密度，可以容纳 9 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 1 8 4 8 个字母字符或2 7 2 9 个数字字符，约5 0 0 个汉字信息，还具有多重的防伪性、极 强的保密性、不超过千万分之一的误码率等优点，很适合作为本项目的器材条码和周 转箱条码标识。 2 2 2 无线手持终端的种类 根据条码扫描器的用途不同，大体上可分为两类：在线式条码扫描器和便携式条 码扫描器( 手持终端机) 。在线式数据采集器又可分为台式和连线式，它们大部分直 接由交流电源供电，一般是非独立使用的，在采集器与计算机之间由电缆联接传输数 据，不能脱机使用。这种扫描器向计算机传输数据的方式一般有两种：一种是键盘仿 真；另一种是通过通讯口向计算机传输数据。对于前者无需单独供电，其动力由计算 机内部引出：后者则需单独供电。因此，在线式数据采集器必须安装在固定的位置， 并且需把条码符号拿到扫描器前阅读。目前，一些物流企业在出入库管理中已开始使 用，各种大型超市也都采用。由于在线式数据采集器在使用范围和用途上造成了一些 限制，使其不能应用在需要脱机使用的场合，如库存盘点、大件物品的扫描等。为了 弥补在线式数据采集器的不足之处，便携式数据采集器应运而生。 便携式数据采集器又称无线手持终端，是为适应一些现场数据采集和扫描笨重物 体的条码符号而设计的，适合于脱机使用的场合。它由电池供电，与计算机之间的通 讯并不和扫描同时进行，它有自己的内部储存器，可以存一定量的数据，并可在适当 的时候将这些数据传输给计算机。几乎所有的手持终端都有自己独立的操作系统，再 配上应用程序便可成为功能很强的专用设备，从而可以满足不同场合的应用需要。越 来越多的物流企业将目光投向便携式数据采集器，国内已经有一些物流企业将便携式 数据采集器用于仓库管理、运输管理以及物品的实施跟踪。 便携式数据采集器根据扫描方式分为三种主要类型：接触式光笔、c c d 阅读器( 影 像式条码扫描器) 、激光扫描器。三种条码扫描器的类型是由它们的扫描引擎来决定 的，扫描引擎用来产生光线并扫描条码，光笔的扫描引擎采用的是发光二极管( l e d ) ， c c d 条码扫描器采用的是电子耦合器件( c c d ) ，激光条码扫描器的扫描引擎则是可见 激光二极管( v l d ) 。扫描引擎是影响手持条码扫描器性能价格比的一个主要因素，并 决定了它对各种用途的适用性。 l o 第2 章智能化立体仓库系统体系结构的总体设计 2 2 3 手持终端的选型 手持终端的选择是整个项目研发中极其重要的部分，因为它关系到数据采集的便 利性和录入信息的快捷性。在进行手持终端选择时主要考虑以下因素：工作距离、标 签尺寸和条码密度。 ( 1 ) 工作距离 工作距离是指应用手持终端进行数据采集时扫描器与条码标签之间的距离。扫描 距离可以从零( 接触式) 到若干英尺。对于上面提到的三种类型的条码扫描器，接触 式光笔需要与标签表面相接触，c c d 条码扫描器的工作距离限制在o 6 0 c m ，激光条 码扫描器的最大工作距离为2 0 l o o c m ，一些专门用来扫描大型条码的特制激光枪， 工作距离可以达到几英尺。 ( 2 ) 标签尺寸条码密度 标签尺寸指被扫描的条码的整个宽度，条码密度指能满足阅读的最小条或空模块 的宽度，以千分之一英寸度量，称为“密尔”。对于线性与一维条码，标签的尺寸即 认为是标签的宽度。高密度条码( 7 密尔以下) 需要在较近距离扫描，低密度条码( 1 5 密尔以上) 则可以在较远的距离扫描。 基于以上考虑，在本项目的实际设备选型过程中，根据甲方提出的无线手持操作 的需求，工作距离大约在l o 5 0 c m 范围内，二维条码标签的尺寸固定且密度很高。 为