仓库智能管理系统研究.pdf

山东大学 硕士学位论文 仓库智能管理系统研究 姓名 郭春花 申请学位级别 硕士 专业 系统工程 指导教师 胡咏梅 20080510 山东大学硕士学位论文 摘要 随着现代物流业的发展 计算机集成制造系统 C o m p u t e rI n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n gS y s t e m 环境下的供应链管理 S u p p l yC h a i nM a n a g e m e n t 工厂自 动化 F a c t o r yA u t o m a t i o n 和管理信息系统 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 等 对仓库管理提出了更高的要求 企业已不仅仅满足于库存信息的准确性 如何 通过优化调度实现快速拣选 加快物资出入库的速度 利用条形码等科技手段 提高作业效率 减少误差等已成为企业管理不可缺少的关键技术 越来越受到 企业的重视 作者在硕士期间参加了某船材仓库的项目开发工作 在深入研究固定货架 拣选路径优化问题和货物出入库路径优化问题的基础上 完成了仓库智能管理 子系统的实际应用开发设计工作 首先利用统一建模语言建立了仓库智能管理 系统的需求模型和对象模型 创建了数据库 然后针对固定货架拣选路径优化 问题提出了一种新型的混合遗传算法 建立了固定货架拣选路径优化问题和货 物出入库路径优化问题的数学模型 并利用新的混合遗传算法求解 仿真实验 表明了算法的有效性 最后开发了相应的仓库智能管理系统软件 并投入使用 本文的主要工作和创新点如下 1 首先详细分析了仓库智能管理系统的业务需求 并采用面向对象的方 法和统一建模语言U M L 对仓库智能管理系统进行了系统建模 在建模过程中 利用用例图和活动图建立了系统的需求模型 使用包图 类图和顺序图建立了 系统的对象模型 然后 在系统建模的基础上 对数据库进行了详细地设计 确定了关系表和值域表 2 针对固定货架拣选路径优化问题对遗传算法进行了改进 构造初始种 群时加入了一种补充算法 遗传操作采用受贪婪算法启发的交叉算子和倒位变 异算子 构造了一种新的混合遗传算法 然后综合考虑货架的结构 以叉车经 过所有待拣选货位点后所花费的总时间代价最少为目标 建立了固定货架拣选 路径优化问题的数学模型 并利用该混合遗传算法解决了固定货架的拣选问题 仿真结果表明该遗传算法在执行时间和优化效果两方面均能很好地满足作业要 山东大学硕士学位论文 求 算法操作简便 有效 3 研究了混合遗传算法在货物出入库路径优化问题中的应用 以仓库货 架基本布局为基础 以叉车出入库时间最短为目标 建立了货物出入库路径优 化问题的数学模型 并将提出的混合遗传算法应用到此问题的解决中 然后进 一步将路径优化融入到仓库智能管理系统的开发中 仿真试验结果表明 该算 法大大减少了货物出入库的时间 提高了出入库效率 4 在系统建模 数据库设计以及出入库路径优化的基础上 进行了仓库 智能管理系统的软件开发 调试 并投入实际运行 实践证明 该系统满足了 仓库管理的要求 提高了货物出入库的整体效率 并大大降低了差错率 最后 希望本论文的研究能够提高仓库的智能化与自动化程度 推动我国 仓储业的发展 关键词 统一建模语言 U M L 混合遗传算法 固定货架拣选 出入 库路径优化 山东大学硕士学位论文 A B S T R A C T W i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e r nl o g i s t i c s S u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t f a c t o r y a u t o m a t i o na n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m u n d e rt h ee n v i r o n m e n to f C o m p u t e rI n f o r m a t i o nM a n u f a c t u r i n gp r o v i d em o r ea n dm o r er e q u i r e m e n t so n W a r e h o u s eM a n a g e m e n tS y s t e m C o r p o r a t i o n sn o to n l yb es a t i s f i e dw i t ht h ee x a c t s t o c ki n f o r m a t i o n b u ta l s ob em o r ei n t e r e s t e di nh o wt oq u i c k e nt h eg o o d s s p e e d o fo r d e r p i c k i n ga n di no ro u ts t o r a g et h r o u g ho p t i m i z es c h e d u l e r i m p r o v et h e e f f i c i e n c ya n dr e d u c et h ee r r o rb yb a r c o d ea n dS Oo n T h e s es c i e n c ea n dt e c h n o l o g y a r er e g a r d e dm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t T h ea u t h o r e n g a g e di n t h ep r o j e c to fo n es h i pm a t e r i a l sw a r e h o u s ea sa g r a d u a t es t u d e n t A f t e rt h er e s e a r c l lO nt h eo r d e r p i c k i n gp r o b l e mo ft h ef i x e d s h e l v ea n dt h eo p t i m i z ep r o b l e mo fi no ro u ts t o r a g ep a t h a u t h o rd e s i g n e dt h e i n t e l l i g e n tw a r e h o u s em a n a g e m e n ts y s t e m F i r s t l y t h er e q u i r e m e n tm o d e la n d o b j e c tm o d e lo ft h ei n t e l l i g e n tw a r e h o u s em a n a g e m e n ts y s t e ma r ee s t a b l i s h e d b a s e do nU n i f i e dM o d e l i n gL a n g u a g ea n dd a t a b a s ei sf o u n d e d T h e n ak i n do f r a p i dh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m i s a n a l y z e da n dd e s i g n e da c c o r d i n gt o t h e r e q u i r e m e n t so ft h eo r d e r p i c k i n gp r o b l e mo ft h ef i x e ds h e l v ea n dt h eo p t i m i z e p r o b l e mo fi no ro u ts t o r a g ep a t h i t se f f i c i e n c yi sv a l i d a t e db yt h es i m u l a t i o n F i n a l l y t h es o f t w a r ei se x p l o r e da n dt h e nu s e d T h em a i ns t u d yw o r k so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s 1 F i r s t l y w ea n a l y s e t h e r e q u i r e m e n t so f t h e i n t e l l i g e n t w a r e h o u s e m a n a g e m e n ts y s t e md e t a i l e d l y T h em o d e lo ft h es y s t e mi s e s t a b l i s h e du s i n g U n i f i e dM o d e l i n gL a n g u a g ea n do b je c t o r i e n t e dm e t h o d I nt h ep r o c e s s w eb u i l d t h er e q u i r e m e n tm o d e lb yu s ec a s ed i a g r a ma n da c t i v i t yd i a g r a m b u i l dt h eo b je c t m o d e lb yc l a s sd i a g r a ma n ds e q u e n c ed i a g r a m O nt h ef o u n d a t i o no fm o d e l i n g w e d e s i g nt h ed a t a b a s ei nd e t a i l a n dc o n n e c t i o nt a b l ea n df i e l dt a b l e 2 S e c o n d l y A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft h eo r d e r p i c k i n gp r o b l e mo f t h ef i x e ds h e l v e ak i n do fr a p i da n de f f i c i e n th y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h mi sa n a l y z e d I I I 山东大学硕士学位论文 a n dd e s i g n e d Ac o m p e n s a t o r ya l g o r i t h mi sp r e s e n t e df o rt h ec o n s t r u c t i o no ft h e i n i t i a l p o p u l a t i o n a n dac r o s sa r i t h m e t i c o p e r a t o r s a n dc o n v e r s em u t a t i o n a r i t h m e t i co p e r a t o r se n l i g h t e n e db yg r e e d ya l g o r i t h ma r ef o rt h eo p e r a t i o n T h e n c o n s i d e r i n gt h es t r u c t u r eo fs h e l f w i t ht h ev i e wo fo r d e r p i c k i n gb e s tt i m e s w e s u mu pt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h eo r d e r p i c k i n gp r o b l e mo ff i x e ds h e l v ea n d s o l v ei tb yt h eh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m T h es i m u l a t i o ni n d i c a t e st h a tt h i sm e t h o d c a na c q u i r eg o o dr e s u l t s s a t i s f y i n gt h ed e m a n d so ft h ew o r ka st oe f f i c i e n c ya n d o p t i m i z a t i o nr e s u l t s T h ea l g o r i t h mi ss i m p l ya n de f f e c t i v e 3 T h i r d l y w es t u d yt h ea p p l i c a t i o no ft h eh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h mi nt h ei n o ro u ts t o r a g ep a t ho p t i m i z ep r o b l e m W i t ht h ev i e wo ft h es h o r t e s tt i m e t h em o d e l o ft h ei no ro u ts t o r a g ep a t ho p t i m i z ep r o b l e mi sb u i l dt h r o u g ht h ea n a l y s i so f w a r e h o u s es h e l v ef r a m e T h e n t h eh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h mi su s e dt os o l v et h e p r o b l e m a n dt oh e l pt h ed e s i g no ft h ew a r e h o u s em a n a g e m e n ts y s t e m S o t h i s e n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo ft h ei no ro u ta n dd e c r e a s et h ee r r o r 4 F o u t h l y o nt h eb a s i so ft h ea b o v ew o r k w ed e s i g na n dd e b u gt h es o f t w a r e T h es o f t w a r ei sb e i n gu s e dn o w I np r a c t i c e t h es y s t e me n h a n c e st h ew h o l e e f f i c i e n c yo fi na n do u ta n dl o w e r e dt h ee r r o r sc o n s u m e d l y F i n a l l y w eh o p et h a tt h ew o r ka n ds t u d yi nt h i sd i s s e r t a t i o nc a ni m p r o v et h e i n t e l l i g e n t a n da u t o m a t i o nd e g r e eo ft h ew a r e h o u s ea n di m p u l s et h es t o r a g e d e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y K e yw o r d s U n i f i e dM o d e l i n gL a n g u a g e U M L h y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m o r d e r p i c k i n go ft h ef i x e ds h e l v e i no ro u ts t o r a g ep a t ho p t i m i z e I V 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果 对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标 明 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 叠盎盏 E t 期 2 型应 篁 乜 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许 论文被查阅和借阅 本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复 制手段保存论文和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 毫p 羞五持师签名 叼幺蛐 期 么越龇 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 本章对论文涉及的研究领域进行了较为详细的综述 首先介绍了本课题的 研究背景以及课题的目的和意义 然后对仓储以及仓库管理系统的概念 国内 外发展现状和应用情况进行了简要的综述 在此基础上 给出了论文的主要研 究内容 1 1 研究背景 随着经济全球化竞争的加剧 物流和信息流的高度融合 企业的要求也越 来越高 无论是传统的M R P M a t e r i a lR e q u i r e m e n tP l a n n i n g M R P I I M a n u f a c t u r i n gR e s o u r c eP l a n n i n g 还是目前流行的E R P E n t e r p r i s eR e s o u r c e P l a n n i n g 库存管理都是非常重要的基础部分 因为对于企业的决策层来说 如果库存居高不下 管理混乱令他们头疼的话 那么由此引起的企业资源浪费 产品成本过高 企业运作不顺畅从而导致企业竞争力和可持续发展能力的降低 则是他们更为担忧的事情 因此如何合理的管理仓库一直是企业关注的热点 l 在长期的计划经济体制下 我国仓储业形成了以部门管理为主的管理体制 这种分散的各自为政的管理模式 造成资金分散 设备陈旧 仓库利用率低 管理水平低下 服务质量差等许多缺陷 2 加上现在仓储市场不规范 竞争不 平等 绝大多数国有仓库经济效益不好 生存成问题 同时 大部分仓库设备 陈旧落后 不少仍处于人工作业为主的原始状态 工作效率低 商品在库滞留 时间长 或是保管不善 损失严重 加大物流成本 由上可见 改变我国仓储业落后的局面刻不容缓 仓储是物流诸多环节中 的关键环节 仓储现代化直接影响着我国的物流水平 仓储智能化实施的关键 是实现仓储信息化 应大胆引进互联网 数据库等信息手段 大量配备条码识 别系统 提高仓储效率 加快资金周转 压缩库存量 使我国的仓储业插上腾 飞的翅膀 实现全行业的智能化 自动化p l 在船材仓库的项目开发中 作者主要负责仓库智能管理子系统的开发工作 山东大学硕士学位论文 由于原有的仓库管理系统采用的是结构式的开发方法 而且功能上不能完全满 足仓库的各项业务要求 系统界面也不利于很好的人机交互 已经给仓库的管 理带来很大的困难 在此背景下 对系统进行了重新建模 在企业资源计划中 对仓库管理系统的信息获取要求越来越高 从而对该 系统提出了很高的要求 而该仓库原有的仓库管理系统基本上没有采用什么控 制技术和数学算法 因而在货物的出入库效率 加快周转速度方面存在很大的 研究需求 尤其是其中的固定货架拣选路径优化技术和出入库路径优化技术 所以 根据需要 本文采用相应的算法和技术对该领域进行了深入的研究 1 2 课题研究的目的和意义 随着存储物资的多样化 复杂化和仓库结构的合理化等要求的提高 企业 不仅需要知道在库物资的准确信息 而且对于如何合理 迅速的组织物资入库 安排货位及组织出库 提高仓库的利用率及对库存其它一些项目的控制等提出 了更高的要求 为了使企业决策层能够快速准确的掌握各种信息 使仓库管理 员高效安全地完成仓库的各项业务 并使生产管理人员及时了解库存信息以便 合理安排生产 提高生产效率 本文对仓库智能管理系统进行了研究 本文借鉴原有系统的利弊和仓库的实际情况 采用面向对象的开发方法和 统一建模语言U M L 技术 对系统进行了重新的建模和实现 建立了一个以加 快响应速度 降低库存成本 提高经济效益和应变能力为主要目的 以信息技 术 计算机技术和先进的管理思想为基础 以客户要求为驱动 以计划与合同 管理 入库管理 出库管理 变更管理 退货管理 出入库路径优化等为主要 内容的具有开放系统结构的易于维护的器材仓库智能管理系统 系统保证了库 存信息的准确性 及时性和一致性 帮助企业的领导做出正确的决策 合理的 安排生产调度 保证生产的如期完成 真正提高物资的利用率 降低库存的资 金占用 论文第四章将要研究的固定货架拣选路径优化问题和货物出入库路径优化 问题也是在原有库存管理系统的基础上进行的 根据仓库货架与固定货架拣选 路径优化问题的特征 提出了一种新的混合遗传算法 运用特定的控制策略 对货架上货物的拣选和仓库内货物的出入库路径进行了研究 并进行了相应的 2 山东大学硕士学位论文 仿真 取得了令人满意的效果 这样 在出入库时系统根据器材的分布进行灵 活的拣选 并以相对最短的路径将器材运出或运进仓库 既提高了效率 又减 少了误差 具有重要的现实意义 1 3 仓储及仓库管理系统概述 仓储是指通过仓库对物资进行储存和保管 4 1 它随着物资储存的产生而产 生 又随着生产力的发展而发展 仓储是商品流通的重要环节之一 也是物流 活动的重要支柱 从某种意义上讲 仓储管理在物流管理中占据着核心的地位 1 3 1 仓储管理的主要内容及作用 所谓仓储管理 是指对仓库和仓库中储存的物资进行管理 4 而仓库管理 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 是用来管理仓库的人员 库存 工作时间和设备的应用软件系统 W M S 按照常规和用户自行确定的优先原则 来优化仓库的空间利用和全部仓储作业 对上 它通过电子数据交换 E D I 等电 子媒介 与企业的计算机主机联网 由主机下达收货和订单的原始数据 对下 它通过无线网络 手提终端 条码系统和射频数据通信 R F D C 等信息技术与仓 库的员工联系 上下相互作用 传达指令 反馈信息 更新数据库并生成所需 的条码和单据文件 5 1 一个W M S 的基本软件包支持仓储作业中的全部功能 仓储管理的内容包括三个部分 仓储系统的布局设计 库存最优控制 仓 储作业操作 6 7 这是三个层面的问题 彼此又有联系 仓储系统布局是顶层设 计 也是供应链设计的核心 在相应的信息系统设计中 表现为 联库管理 的 模式 分为集中式 分布式和混合式三类 库存的最优控制部分是确定仓库商 业模式的 即确定本仓库的管理目标和管理模式 仓储作业操作是最基础的部 分 这部分内容不仅要根据上一层确定的控制目标和管理模式落实为操作流程 还要与众多的专用仓储设备自动控制系统相衔接 所以是技术上最复杂的部分 仓储管理具有如下作用M 1 便于形成先进的物流系统 提高企业生产管理水平 传统仓库只是货物储存的场所 保存货物是其唯一的功能 是一种 静态 储存 现代仓库不仅能使货物在仓库内按需要自动存取 而且可以与仓库以外 山东大学硕士学位论文 的生产环节进行有机地连接 并通过计算机管理系统使仓库成为企业生产物流 中的一个重要环节 因此只有建立仓储管理系统与企业大系统间的实时连接 才能为企业领导者制定相应的战略 指挥 监督和调整企业的行动提供依据 2 加快货物的存取节奏 减轻劳动强度 提高生产效率 建立以仓储管理为中心的物流系统 通过对物资货位的合理布局 使其具 有快速的出入库能力 即能快速妥善的将货物入库和出库 3 减少库存资金积压 仓库管理系统是解决库存积压问题的有效手段之一 通过对仓库资金占用 的分析评价 使得企业的决策层能够做出合理的判断 解决生产各环节的流通 问题和供求矛盾 使原材料的供给和零部件的生产数量可以达到一个最佳值 4 现代化企业的标志 现代化企业采用的是集约化大规模生产模式 这就要求生产过程中各环节 紧密相连 成为一个有机整体 要求生产管理科学实用 而建立库存管理是有 力的措施之一 这也正是一个现代化企业所要求和追求的 1 3 2 仓储业国内外发展现状 1 3 2 1 我国仓储业的发展现状及原因 2 0 0 7 年 我国仓储业与物流行业其他领域一样 经历了许多考验 也取得 了较快的发展 中国物资储运协会对全国2 7 个省 自治区 直辖市的6 3 个大 型仓储企业的经营情况进行了调查 调查表明 样本企业保持了良好的发展态 势 主营业务收入实现l6 6 亿元 比上年增长6 4 其中经销业务收入1 4 9 5 亿元 比上年增长8 6 8 物流业务收入1 6 5 亿元 比上年增长1 7 5 实现 利润总额2 7 8 亿元 9 但与物流其它主体企业比较还存在很多问题 分析如下 1 仓储企业平均规模偏小 所有物流主体企业中 平均每个法人单位拥 有10 4 5 人 仓储业每单位有3 9 2 人 所有物流主体企业中 每单位占有资产 4 9 1 5 7 万元 仓储企业每单位平均占有资产为2 5 3 3 万元 2 仓储业经济效益偏低 物流主体企业中平均收入利润率为8 7 7 仓 储业为2 6 远低于道路运输业的l2 4 5 从资产利润率看 物流主体企业 平均为2 8 6 仓储企业仅为O 9 2 低于道路运输的3 3 7 4 山东大学硕士学位论文 3 仓储业资产负债率高 物流主体企业平均资产负债率为4 7 7 而仓 储业高达6 9 5 高于道路运输企业 5 6 5 1 3 个百分点 高于水运企业 5 1 8 1 7 7 个百分点 4 1 0 以上情况表明 仓储业在物流市场中的竞争力较弱 一是无垄断性资源 企业数目较多 任何一个企业都无法产生价格影响力 二是负债较多 债务及 利息压力较大 无力进行积累 扩大再生产的能力较弱 三是仓储企业规模偏 小 不能适应现代物流的需求 不能产生规模效益 缺少为大客户 跨国客户 服务的能力 四是创利能力差 仓储企业人均业务收入为2 2 5 万元 处于中等 地位 但人均利润为O 5 9 万元 处于倒数第三位 中国的仓储业发展到今天 是由我国的国情决定的 4 是有历史现实原因 的 1 部门仓储业 自从我国确立了生产资料社会主义公有制为主体的经济 制度 建立起集中统一的经济管理体制 在中央集中统一领导下 形成了以部 门管理为主的管理模式 由于各部门都是从自身利益出发 很少顾及其他部门 或国家的利益 再加上相互间缺乏沟通 因此 出现了目前存在的重复设库 物资流通中转环节多 流通渠道不畅 库存居高不下 物资损失浪费大等问题 2 在引进自动化仓库技术方面缺乏必要的经济技术论证和可行性研究 特别是在2 0 世纪8 0 年代初刮起了一股自动化仓库热 许多企业纷纷建立自动 化仓库 投入了大量资金和人力 但真正能充分发挥自动化仓库作用的不多 3 仓储技术发展不平衡 有的现代化仓库拥有非常先进的仓储设备 有 的仓库却还处在以人工作业为主的原始管理状态 仓库作业大部分靠肩扛人抬 只有少量的机械设备 还有一种情况是介于上述两者之间 具有一定的机械设 备 但利用率不高 有些设备已经老化陈旧 但由于资金不足 无力更新 只 得带病作业 隐藏着许多不安全因素 4 仓储管理方面的法规法制还不够健全 我国在仓储管理法制方面的起 步较晚 同时 我国仓储管理人员的法制观念不强 不会运用法律手段来维护 企业的利益 1 3 2 2 国外仓储业发展现状 美国是世界上最先发展物流的国家 目前美国物流业在全球处于领导地位 5 山东大学硕士学位论文 其仓储业同样处于世界领先水平 美国物流业的发展起源于二战中的战时后勤 管理需要 为促进美国物流的发展 政府除了制定战略以指导建设整体的仓储 硬件设施外 还以奖励优惠的方法鼓励民间投资 扶植其国内仓储及运输企业 成为国际级企业以提高其国际竞争力 1 1 1 3 日本物流业虽然没有美国起步早 但其发展速度和水平在世界上一直名列 前茅 日本物流的发展 是与仓储管理的变革紧密相联的 丰田汽车制造公司 在创业初期 为提高管理效率 降低生产成本 就着手对仓储管理进行改革 丰田在日本有许多联合生产厂家 原来每个厂家生产的零部件都存放在各自管 理的仓库中 按一定时间运送到丰田汽车的总成品安装车间所属的仓库 后来 公司把仓库从单个生产厂家中分离出来 成立专门的仓储中心 集中存放和管 理零部件 直接供应总成品安装车间 1 3 1 4 1 这一变革意义十分重大 它促使日 本出现了专门从事仓储管理的社会化物流中心 大大推进了物流的发展 德国是欧洲物流业发展最好的国家 物流在德国推行已有2 0 多年 几乎渗 透各行各业 据纽伦堡大学统计 2 0 0 0 年 在德国 包括运输 中转和仓储在 内的物流服务的年市场容量大约为1 8 4 0 亿马克 其中有5 1 的市场份额被物 流服务供应商占有 2 0 0 5 年 这一数字增长到6 0 f 1 5 棚 德国的物流特征表现 为在高度的规范化 有序化前提下的社会化 网络化 标准化 多功能化与绿 色 化 1 3 2 3 国内外仓储业发展比较分析 我国仓储业的发展从整体上与世界发达国家相比 其发展规模 发展程度 仍有不小差距 同时我国物流发展在各个环节上又很不平衡 特别是仓储业发 展明显滞后 存在的问题也比较多 一是在行业 体系上 发达国家的储运业已经与现代物流业融为一体 仓 储在业务流程上成为物流系统的重要组成部分 而国内的储运业基本上是相对 独立的 虽然有一些企业正在试图向物流企业转变 或者与大型物流企业合作 配套 但就全国整体而言还没有发生根本性变化 二是在经营模式上 发达国家的仓库基本上已经发展成各类配送中心 具 备订单处理 库存管理 流通加工 商品配送等多种功能 国内的仓库多数仍 然是单一功能 静态管理 能够提供增值服务的只有极少数 6 山东大学硕士学位论文 三是在地理位置上 发达国家的仓库已经由城里转移至城郊临近高速公路 之处 国内的仓库半数左右仍在城里 四是在结构及设备方面 发达国家的仓库基本上是立体仓库 并且配套使 用货架 叉车 条码技术等 国内仓库基本上是普通平房与楼房仓库 多数是 人工操作 近年来虽然新建了一些立体仓库 改造了部分旧仓库 但就整体而 言 我国仓库的设备及技术水平还很落后 五是在管理方面 发达国家的仓库基本上已经电子化 无纸化 国内仓库 基本上仍然是台账管理 绝大多数仓库没有信息系统 一些仓库实现了电脑单 机管理 有信息系统的也由于功能不全而不能实现联网 由此可见 国内仓储业无论从行业体系 经营模式 还是结构设备及管理 水平 都与国外存在较大的差距 了解这些差距及形成的原因 有助于我们大 力发展我国的仓储业 缩短与发达国家的差距 在将来赶上并超过发达国家 1 3 3 仓库管理系统国内外应用现状 1 3 3 1 仓库管理系统在我国的应用 仓库管理系统 W M S 是仓储管理信息化的具体形式 它在我国的应用还处 于起步阶段 目前在我国市场上呈现出二元结构 以跨国公司或国内少数先进 企业为代表的高端市场应用W M S 的比例较高 系统也比较集中在国外基本成 熟的主流品牌 以国内企业为代表的中低端市场 主要应用国内开发的W M S 产品 20 1 下面主要从应用角度对国内的W M S 概况做一个分析 第一类是基于典型的配送中心业务的应用系统 此类系统比较标准 多用 于制造业或分销业的供应链管理中 是W M S 中最常见的一类 第二类是以仓 储作业技术的整合为主要目标的系统 解决各种自动化设备信息系统之间整合 与优化的问题 此类系统涉及的流程相对规范 专业化 是企业内部物流发展 进程中经常会用到的 多出现在大型E R P 系统中 第三类是以仓储业的经营决 策为重点的应用系统 其鲜明的特点是具有非常灵活的计费系统 准确及时的 核算系统和功能完善的客户管理系统 为仓储业经营提供决策支持信息 是传 统仓储企业向现代物流业过度进程中的常见情况 此类系统多用于一些提供公 共仓储服务的企业中 其流程管理 仓储作业的技术共性多 特性少 所以要 7 山东大学硕士学位论文 求不高 适合对多数客户提供通用的服务 上述三类W M S 只是从应用角度做 的一个简单分类 这些分类反映了我国物流需求还不成熟的现状 所以各自有 其用武之地 根据对客户的调查显示 其中已经实施了专业W M S 的企业占18 准备 实施W M S 的企业占到6 4 左右 同时 与其他软件相比较 准备实施专业W M S 的企业所占比重最多 这也进一步说明了W M S 良好的市场前景1 2 表1 1 国内企业实施物流软件状况一览表 软件系统名称状态百分比 已经采用l8 专业W M S 准备采用6 4 E R P 的A S P 计划 已经采用9 模块 准备采用 18 专用的供应链计划系已经采用9 统 准备采用5 5 1 3 3 2 仓库管理系统在国外的应用 1 用户日益增多 大中小企业各占一定比例 通过比较近几年一套包括软硬件和安装W M S 的价格可以知道 W M S 价格 已经有了大幅下降 基于W M S 价格下跌及其带来的经济效益 W M S 的用户日 益增多 同时W M S 价格的下跌也使其用户从大企业向中小企业发展 据美国 A R C 集团的资料 近年来W M S 的销售额增长迅速 购买对象中大型企业 年 收入 10 亿美元 占4 1 中型企业 2 5 10 亿美元 占4 2 2 小型企业 2 5 亿美元 占16 8 2 2 1 有关人士预测 小型企业客户将大幅度增加 2 未来市场需求前景良好 有关统计资料表明 全球仓库管理系统 W M S 软件的销售年均增长率达 1 4 6 2 3 1 根据美国自动仓储分销协会物流和技术委员会 t h eA u t o m o t i v e W a r e h o u s eD i s t r i b u t o r sA s s o c i a t i o nL o g i s t i c s T e c h n o l o g yC o m m i t t e e 对其下属 各成员的调查显示 制造企业中已经实施W M S 的接近5 0 而仓储分销商中 实施W M S 超过了6 0 在未来1 年中准备实施W M S 的制造企业较少 仓储 分销企业相对较多 接近10 左右 暂时没有计划实施W M S 的制造企业超过 1 9 仓储分销商约1 7 左右f 2 4 1 8 山东大学硕士学位论文 图l l 美国W M S 实施状况 3 实施满意度仅为4 0 根据A r t h u rA n d e r s o n 咨询公司最近的一份调查显示 只有4 0 的仓储管 理系统购买商对W M S 的运作表示满意 2 3 2 5 4 第三方物流实施比重小 无论是国内还是国外 第三方物流还是一个比较新的概念 也是一个新兴 行业 仅有十到十五年的历史 在现有物流业中所占比重还相当小 W M S 在 第三方物流企业中实施的例子还非常少 仓储业作为物流业的重要物质基础 一定要走一条可持续发展的道路 不 但要有先进的硬件设备 还要求提供完善的软件管理 使物流与信息流充分结 合 只有这样 才能使中国的仓储业得到进一步的发展 使我国仓储业向着仓 储社会化 仓储产业化 仓储标准化 仓储信息化发展 最终达到仓储现代化 的目标 1 4 论文研究的主要内容 从以上的讨论可以看出 我国的仓储管理与国外发达国家相比还存在一定 的差距 为了使我国的仓储业尽快走上智能化 自动化的道路 必须加快仓储 各方面的研究并付诸实践 本文在仓库已有管理系统的基础上 研究了仓库智 能管理系统 首先采用面向对象的开发方法 使用统一建模语言U M L 重新构 建了仓库智能管理系统的模型 通过用例图和活动图建立了系统的需求模型 通过包图 类图和顺序图建立了系统的对象模型 并建立了数据库 然后根据 固定货架拣选路径优化问题的特点提出了一种新型的混合遗传算法 接着建立 9 山东大学硕士学位论文 了固定货架拣选路径优化问题的数学模型并以改进后的遗传算法为求解手段解 决了这个问题 仿真结果验证了混合遗传算法的有效性和优越性 建立了货物 出入库路径优化问题的数学模型 将混合遗传算法应用到出入库路径的优化中 获得了满意的结果 最后 在系统建模和货物出入库路径优化的基础上进行了 仓库智能管理系统的开发工作 投入使用后 提高了货物出入库的效率 减少 了差错的发生率 本文的主要内容和结构安排如下 第一章绪论 首先阐述了本课题的背景 研究目的和意义 然后介绍了仓 储以及仓库管理系统的概念 国内外发展现状及应用情况 分析了国内与国外 发达国家存在的差距 在此基础上 介绍了本文的主要研究内容和结构安排 第二章仓库智能管理系统开发及建模方法 介绍并确定了面向对象的开发 方法 讨论了统一建模语言U M L 的概念和建模过程 为第三章建模打下基础 第三章基于U M L 的仓库智能管理系统建模 由于原有的仓库管理系统在 设计方法上采用了结构式的建模方法 在系统使用过程中出现了很多问题 因 此作者采用了面向对象的设计方法和统一建模语言U M L 对仓库智能管理系统 重新进行了建模 在此基础上创建了数据库 设计了关系表和值域表 第四章针对固定货架拣选问题的混合遗传算法研究 首先在简单介绍遗传 算法的相关概念和流程 以及遗传算法的改进的基础上 详细阐述了针对固定 货架拣选路径优化问题提出的一类新型的混合遗传算法 然后建立了固定货架 拣选路径优化问题和货物出入库路径优化问题的数学模型 并利用新的混合遗 传算法分别解决了这两个问题 仿真结果表明 该算法大大提高了货物拣选及 出入库的效率 并减少了差错 是有效的 第五章仓库智能管理系统的设计与开发 首先介绍了系统的配置结构和系 统运行的软硬件要求 然后介绍了几个比较典型的界面 最后介绍了系统运行 情况 第六章总结与展望 总结了本文的主要工作 包括得出的主要结论以及作 者的贡献 最后指出了进一步研究的方向 1 0 山东大学硕士学位论文 第二章仓库智能管理系统开发及建模方法 2 1 开发方法的选择 目前常用的系统开发方法有 生命周期法 原型法 面向对象方法 C A S E 方法等 26 1 下面主要介绍面向对象方法 面向对象 o b j e c t o r i e n t e d o o 方法的基本思想是 着眼于研究的现实问题 对问题空间进行自然分割 识别其中的实体 或对象 及其相互关系 建立问 题空间的信息模型 系统分析 设计 实现人员在统一的信息模型指导下协调 一致的工作 避免了各阶段间的语义断层 系统开发的整个生命周期中的各个 阶段没有明显的界面 融为一体 从而能够在稳定的数据框架上建立起快速生 成和灵活反映的系统结构 具体说来面向对象方法的优点分为以下几个方面 1 问题空间与求解空间在结构上基本一致 面向对象方法的基本原理是按照人们习惯的思维方式建立问题域的模型 开发出尽可能直观 自然的表现求解方法的软件系统 在设计过程中 计算机 的观点是不重要的 现实世界的模型才是最重要的 而在开发过程中 始终都 围绕着建立问题领域的对象模型来进行 面向对象设计方法中 对象 o b j e c t 和传递消息 m e s s a g ep a s s i n g 分别表示 事物及事物间相互联系的概念 类 c l a s s 和继承 i n h e r i t a n c e 是适应人们一般思 维方式的描述范式 方法 m e t h o d 是允许作用于对象上的各种操作 这种 对 象 类 消息 和 方法 的基本点在于对象的封装性 e n c a p s u l a t i o n 和继 承性 通过 封装 能将对象的定义和实现分开 通过 继承 能体现类与类 的关系 在此基础上进行系统分析 建立问题模型 便可方便地以软件模块的 形式构造系统所能达到求解的转换 实现上述原则 2 7 1 2 稳定性好 面向对象方法基于构造问题领域的对象模型 是以对象为中心来构造软件 系统 对象是一个独立的模块 是类运行时的实例 而软件系统中的类是软件 开发者经过多次严格测试后的产品 具有很高的稳定性 而对象作为这些类运 行的实例亦具有很好的稳定性 l l 山东大学硕士学位论文 3 可重用性好 面向对象方法把数据和处理数据的方法封装在对象里 对象的封装性和数 据隐藏性使得它具有较强的独立性 如果把软件设计比作产品设计 那么对象 就相当于该产品的零件 这些零件独立于产品 但人们可以用它们生产出不同 的产品 同样 程序员也可以将多个独立的对象组合在一起设计出多种不同的 软件产品 4 可维护性好 面向对象方法设计的软件系统主要由对象组成 因此 对软件进行维护也 主要通过修改对象类来实现 例如 把一个汽车看作一个软件系统 那么这个 软件系统将由发动机 轮胎等对象构成 若要对汽车进行修理 只需修理其出 故障的对象即可 由于这些对象独立于其它对象 因此在维护上容易实现 基于以上因素考虑 作者将运用面向对象的方法开发仓库智能管理系统 2 2U M L 建模语言的选择 目前存在很多建模语言 用户很难区别这些语言之间的差别 况且众多的 建模语言也各有特色 因此在客观上 极有必要在精心比较不同的建模语言优 缺点及总结面向对象技术应用实践的基础上 根据需求选择合理的建模语言 2 2 1U M L 概述 U M L U n i f i e dM o d e l i n gL a n g u a g e 统一建模语言 就是一种定义良好 易于 表达 功能强大且普遍适用的建模语言 B o o c h 对U M L 的定义是 U M L 是对 软件密集型系统中的制品进行可视化 详述 构造和文档化的语言 2 引 定义中 所说的制品是指软件开发过程中产生的各种各样的产物 如模型 源代码等 它融入了软件工程领域的新思想 新方法和新技术 代表了面向对象方法的软 件开发的发展方向 具有巨大的市场前景和重大的科研价值和经济价值 2 9 1 面向对象的分析与设计 O O A D 方法的发展在8 0 年代末至9 0 年代中出现 了一个高潮 U M L 是这个高潮的产物 B o o c h 是面向对象方法最早的倡导者之 一 他提出了面向对象软件工程的概念且他设计的B o o c h l9 9 3 比较适合于系统 的设计和构造 R u