基于物联网的自动入库管理系统及其应用研究

    1 引言

    在产品入库管理过程中，最重要、最核心的问题是产品的识别和入库单信息的获取，传统的人工或条码识别技术虽然得到一定的应用，但都存在一些固有的缺陷。目前的入库管理系统在自动化和智能化方面的发展水平较低，主要面临以下几个问题：

    (1)产品识别困难。条码识别技术虽有一定的应用，但条码扫描仪必须“看到”条码才能读取，条码容易撕裂或污损，给商品识别带来一定困难，而且条码的识别距离很短，也不能对多个产品进行同时识别，这些缺陷使条码识别技术在入库管理方面的应用受到一定限制；
    (2)产品信息难以实时获取。当产品入库时，必需对入库产品的名称、分类、规格、生产厂家、数量、入库时间等信息进行记录，并生成入库清单，以便以后核对、查实。但这些信息的获取往往比较困难，有时需要产品供应商的协助，协调难度大，信息实时性也较差；
    (3)入库操作自动化程度不高，人工依赖性强。当进入仓库的物品种类繁多且集中包装时，更是需要人工清点、登记，远远不能满足快速、准确入库的需要。人工清点入库不但工作量大，而且十分复杂，非常容易出错。

    电子标签和物联网的出现使入库管理的局面焕然一新。电子标签是用来标识各种物品的一种新的识别技术，这种标签根据无线射频标识原理(RFID，Radio Frequency IdentificationSystem)而生产，它与读写器通过无线射频信号交换信息，是未来标识技术的首选产品。电子标签最大的优点就在于：①可以实现非接触、无视觉识别，因此完成产品识别工作时无须人工干预，便于实现自动化；②阅读距离远，识别速度快，可实现远距离监测货物快速进入仓库；③可进行多目标同时读取，便于监测大量货物同时进入仓库；④电子标签相对于条码来说是进行单个产品的标识，因此便于通过物联网来实时获取产品的信息。

    电子标签的上述特点直接导致了物联网的产生。随着全球经济一体化和信息网络化进程的加快，为满足对单个产品的标识和高效识别，美国麻省理工大学Auto—ID研究中心于1999年提出了产品电子代码EPC(Electronic Product Code)的概念，确立了EPC在全球统一标识体系中的战略地位，使EPC成为一项具有革命眭意义的新技术，受到了世界众多发达国家的高度重视，被誉为全球物品编码工作的未来。物联网就是在计算机互联网的基础上，利用电子标签为每一物品赋予唯_的标识码一EPC码，从而构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网(Internet ofThings)，简称“物联网”，当“物联网”的构想成为现实的时候，世界上的万事万物无论何时、无论何地都能够彼此相关，互相“交流”。物联网的提出给产品入库时获取产品原始信息并自动生成入库清单提供了一种有效手段，而电子标签可以方便地实现自动化的产品识别和产品信息采集，这两者的有机结合使自动化的产品入库成为可能，从而将大大降低入库管理中人工干预的程度，提高产品入库的自动化和智能化水平。

    本文以电子标签和物联网为基础，提出了基于物联网的自动入库管理系统的基本原理，对其结构和功能进行了分析，并根据物联网利用电子标签实现了一个典型的自动化入库管理系统，大大提高产品入库的快速性和准确性，不但提高了工作效率，而且还减少人为的差错。

    2物联网的基本工作原理

    物联网是以电子标签和EPC码为基础，建立在计算机互联网基础上的实物互联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。物联网的系统结构如图1所示，它由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统四部分组成。它们的功能分别如下：

    (1)信息采集系统。信息采集系统包括产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件的上位机组成，主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时。产品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。
    (2)PML信息服务器。PML(Physical Markup Language，实体描述语言)信息服务器由产品生产商建立并维护，他们根据事先规定的原则对产品进行编码，并利用标准的XML对产品的详细信息进行描述。PML服务器在物联网中的作用在于以通用的格式提供对产品原始信息的描述，便于其它节点的访问。
    (3)产品命名服务器(ONS)。产品命名服务器ONS(ObjectName Service)在各信息采集节点与PML信息服务器之间建立联系，实现从产品EPC码到产品PML描述信息之间的映射。
    (4)应用管理系统。应用管理系统通过和信息采集软件(如Savant)之间的接口获取产品EPC信息，并通过ONS找到产品的PML信息服务器，从而获取产品详细信息以实现诸如入库管理、产品路径跟踪等应用功能。

    物联网通过Internet信息世界的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品，使产品成为附有动态信息的“智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，从而为产品信息共享提供了一个高效、快捷的网络平台。这也为产品入库时获取产品原始信息并自动生成入库清单提供了一种有效的手段。

    3基于物联网的自动入库管理系统

    入库管理就是对进入仓库的产品进行识别，并对产品进行分类、核对和登记，生成入库产品清单，记录产品的名称、分类、规格、入库时间、生产厂家、生产日期、数量等信息，并将这些信息更新到库存记录。这些工作准确性要求高、工作量大，人工作业强度和难度都十分巨大。因此，迫切需要能自动识别产品的技术和方法，以减轻管理人员的工作量，提高工作效率。入库管理的关键在于对产品的识别和产品信息的采集，电子标签以其独特的优点成为产品自动识别的关键技术，而物联网则为产品信息共享和互通提供了一个高效、快捷的网络平台。基于物联网的自动入库管理系统的基本原理就是以电子标签作为产品识别和信息采集的技术纽带，通过在仓库出入口设置读写器对产品进行自动识别，同时通过物联网获取产品的详细信息从而自动生成入库清单，以达到自动化入库管理的目的。基于物联网的自动入库管理系统的结构如图2所示。它由产品识别、入库管理、PML服务器和本地数据中心四大功能模块组成。它们的作用分别如下：

    (1)产品识别。产品识别系统的核心是产品的编码和识别。在基于电子标签的入库管理系统采用EPC码作为产品的唯一标识码，EPC码是Auto—ID研究中心提出的应用于电子标签的编码规范，它使全球所有的商品都具有唯一的标识，其最大特色就是可以进行单品识别。产品识别系统包括电子标签和读写器。每个产品都附有一个电子标签，电子标签内写有EPC码作为产品的唯一编码。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时，EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化的产品识别和EPC信息采集。入库读写器设置在仓库人口，对进入仓库的产品进行自动识别，并将捕获的产品EPC码通过数据采集接口传送到入库管理模块作相应处理。

    (2)入库管理。入库管理模块是系统的核心功能模块，它通过数据采集接口、远程数据接口和本地数据接口三个接口同其它几个功能模块进行交互，从而实现产品自动入库管理的功能。入库管理的作业流程图3所示：产品入库时，由设置在仓库人口的入库读写器读取产品的EPC码并通过数据采集接口交由入库管理模块，入库管理模块通过远程数据接口访问PML服务器以获取产品的详细信息，并自动生成产品入库清单，然后通过本地数据接口将入库产品信息更新到本地数据中心。一般来说，入库单具有如下的信息结构：入库单(产品EPC码、产品名称、生产厂商、产品分类名、单位、生产日期、有效期、入库时间、产品说明)，在这一信息结构中，产品EPC码由入库读写器自动识别，同时记录产品的入库时间，其它的产品信息则可以根据产品的EPC码通过访问PML服务器获取，整个入库清单的生成都是自动进行的，这不但提高了产品入库的自动化水平和智能化水平，而且也确保了入库产品信息的准确性，为科学的库存管理与决策奠定了良好的基础。

    当然，上述入库作业流程的正常进行离不开各种接口模块的支持，接口模块包括数据采集接口、远程数据接口和本地数据接口，它们的功能分别如下：
    ①数据采集接口：将产品识别模块捕获的产品EPC码传送绘入库管理模块进行相应处理。
    ②远程数据接口：由入库管理模块调用，它根据产品EPC码通过Intemet访问远程的PML服务器，以获取产品的详细信息，自动生成产品入库清单，从而避免入库时手工录入数据的低效和繁杂。
    ③本地数据接口：提供入库管理模块访问本地数据中心的接口，通过该接口将入库产品信息更新到本地数据中心。

    (3)ML服务器。PML服务器是由产品生产商建立并维护的产品信息服务器，它以标准的XML为基础，提供产品的详细信息，如产品名称、产品分类、生产厂家、生产日期、产品说明等。PML服务器的作用在于提供自动生成产品入库清单所需的产品详细信息，并允许通过产品EPC码对产品信息进行查询。PML服务器的工作原理如图4所示，它架构在一个Web服务器之上，服务处理程序将数据存储单元中的产品数据转换成标准的XML格式，并通过SOAP(简单对象访问协议)引擎向客户端提供服务，PML服务器的优势在于它屏蔽了产品数据存储的异构性，以统一的格式和接口向客户端提供透明的产品信息服务。

    (4)本地数据中心。本地数据中心是入库管理系统存储和维护本地库存的本地数据库，产品入库信息最终都通过本地数据接口存储在本地数据中心中，以便查询和核对。基于物联网的自动入库管理系统围绕电子标签和物联网这两个核心，通过电子标签实现产品的自动识别，利用物联网获取产品原始信息并自动生成入库清单，从而为自动化的入库管理提供了一种行之有效手段，不仅大大提高产品入库管理的自动化和智能化水平，而且使入库管理的准确性更高，为科学的库存管理与决策奠定了良好的基础。

    4基于物联网的自动入库管理系统功能实现

    依据上述的基本原理，本文用Jbuilder9．0在Windows平台下设计并实现了一个基于物联网的自动人库管理原型系统。该原型系统实现了自动化入库管理，并能依据产品分类灵活设定报警值，以便库存水平超限时发出报警指示。基于电子标签的自动化库存管理原型系统的入库管理界面如图5所示。在图5中，入库管理模块接收从入库读写器传来的一系列产品EPC码，通过SOAP接口从远程PML服务器取回产品的详细信息，自动生成产品入库清单(图5下部分)，通过执行“入库”命令，入库清单的信息会更新到入库主表(即本地数据中心)中，若某类产品库存超过库存上限值，系统会自动发出报警指示。用户还可以依据生产厂商和分类名对所有入库产品信息进行分类查询。

    从前文的原理分析和实验原型系统的运行情况看，使用基于物联网的自动入库管理系统会带来诸多便利和效益，主要的优势体现在：
    (1)通过电子标签和EPC码，实现了入库产品的自动化识别，减轻了管理人员的工作负担，为入库自动化奠定了基础；
    (2)物联网的应用给产品入库时获取产品原始信息并自动生成入库单提供了一种有效手段，避免了产品信息录入的纷繁与复杂；
    (3)基于物联网的自动入库管理系统大大提高了产品入库的快速性和准确性，不仅提高了入库效率，而且使入库产品信息更加准确，为科学的库存管理和决策奠定了良好的基础。总之，电子标签和物联网以各自独特的优点相结合，为自动化的入库管理提供了一种行之有效的解决方案，基于物联网的自动人库管理系统也正在引起越来越多的关注，相信在不久的将来，它必将在库存管理中发挥越来越大的作用。

    5 结束语

    在入库管理中最关键的问题是产品的识别和产品信息的获取，本文针对传统入库管理中存在的两大瓶颈问题，将电子标签与物联网相结合，利用电子标签作为产品识别的手段，利用物联网来获取入库产品的详细信息并自动生成入库单，从而提出了基于物联网的自动入库管理系统，对其结构和功能进行了详细分析，并通过应用实例阐明了该系统的可行性和优势。当然，电子标签的成本问题、电子标签与物联网应用的相关标准和规范的制定、物联网的信息安全等都是影响该系统应用普及的关键因素，因此，有必要对这些基础性问题作进一步深入的研究。

    作者简介：谢勇(1974-)，男，湖北黄陂人，副教授，研究方向为RFID与供应链管理、智能决策支持系统、电子商务与电子市场。