在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究 75页

上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究姓名：刘金平申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：奚立峰;周炳海20050201 在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究摘要为实现自动化立体仓库系统与制造系统协调工作使自动化立体仓库能快速及时响应制造系统的出入库要求减少制造系统中的在制品过多和停工待料现象本文进行了在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究首先论文在查阅大量与研究课题相关的文献以及调研的基础上结合生产系统的需求规划出在线自动化立体仓库管理系统的功能从需求分析入手画出系统的数据流图研究系统所涉及的实体以及实体之间的关系建立概念数据模型和逻辑数据模型采用SQLServer2000开发了自动化仓库管理系统的数据库其次根据实际要求对在线自动化立体仓库的库位分配进行了研究本文分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求并应用工艺BOM建立物料和库位的存储特征码提出了一种应用存储特征码的库位分配方法以提高出入库作业尤其是生产出库作业的效率和准时性并且满足实际生产中物料的工艺变化和制造系统的设备变化并结合某在线自动化立体仓库实例编制模拟程序进行仿真作业验证本文提出的库位分配方法的有效性和先进性再次实现了在线自动化立体仓库管理系统的部分功能最后对论文的研究进行了总结并对以后的研究作了展望本文结合立体仓库和制造系统的特点提出将工艺BOM应用到库位分配从而使得立体仓库的库位分配能适应产品工艺的变化以及制造系统的重新配置仿真表明该方法能减少出库作业时间更好地响应生产出库作业关键词在线自动化立体仓库存储特征码库位分配工艺BOM─I─ FunctionAnalysisoftheManagementSystemofBuilt-inAutomatedStorage/RetrievalSystemandResearchonBayAssignmentABSTRACTInordertoimplementsthecooperationbetweenbuilt-inautomatedstorage/retrivalsystemandmanufacturingsystem,meetsthein-warehouseandex-warehouserequirementsofmanufacturingsystem,reducesthequantityofWIPandwaitingformaterials,thispapergivesafunctionanalysisofthewarehousemanagenmentsystem(WMS)andresearchesonbayassignment.Firstly,thefunctionofWMSwasdesignedinIDEF0afteragreatdealofpaperswasreadrelatedwiththisresearchtopicandarealas/rswasconveyed.Beginningwiththeanalysisoftheneedforthesystem,thethesisdrawsadataflowdiagram,studiestheentitiesandtheirrelationinvolvedinthesystemandsetsuptheconceptdatamodelandthelogicdatamodel.Afterallthiswork,aDBMSissetsupusingSQLSERVER2000.Secondly,aresearchonbayassignmentisdone.Thispaperproposesabayassignmentmethodbasedonstorage-attributecodeforanbuilt-inautomatedstorageandretrievalsystemafteritsmainoperationrequirementisanalyzedandstorage-attributecodesareestablishedusingPBOMforbothmaterialsandbays.Toillustratethefeasibilityandeffectivenessoftheproposedmethod,asimulatedprogramisdeveloped.Besidetheproposedmethodarandomstorageassignmentmethodisalsoemployedtoobtainthesolutionfortheillustrativeexample.Fromtheresultsofcomparativestudiesthataremadeonthedataobtainedbybothofthemethods,theproposedbayassignmentmethoddoesreducetheoperationtimeespeciallytheproductionex-warehouseoperationtimeoftheAS/RS.Thirdly,somefunctionofWMSisrealized.Finally,The-I- conclusionsweredrawnandfutureresearcheswerepredictedattheendofthepaper.ThemaininnovationofthepaperistodesignthefunctionofWMSandresearchonbayassignment.Thebayassignmentmethodusedinthispaperpossessesnotonlythefeasibilitytoadapttothechangesofproductprocessandmanufacturingsystem,butalsotheadvantagesofreductionofex-warehouseoperationtimeandreal-timeservicetoproductionex-warehouseoperation.Keywords:Built-inAutomatedStorage/RetrievalSystem,Storageattributecode,BayAssignment,BillofMaterialsforProcess-II- 上海交通大学学位论文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工作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已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名刘金平日期2005年2月21日─I─ 上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并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上海交通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扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名刘金平指导教师签名奚立峰日期2005年2月21日日期2005年2月21日─II─ 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究第一章绪论2000.课题背景与意义机械制造业是我国工业企业的重要组成部分是社会财富的直接创造者 是国民经济的支柱产业在经历了一系列的技术变革之后伴随着信息化电子化手段的发展逐步走向了智能化和信息化管理从局部子系统到整合的局域和大系统以至于到行业联盟战略联盟信息化管理已经全面的在机械制造业的各方面展开企业竞争环境的变化导致企业管理模式的转变新的竞争环境体现了企业 竞争要素的改变进入20世纪90年代以来随着世界经济的全球化发展市 场竞争的日趋激烈消费者的价值观更呈现出多样化个性化的特点市场需求表现出更大的不确定性由于科学技术不断进步和经济的不断发展全球化 信息网络和全球化市场形成及技术变革的加速围绕新产品的市场竞争也日趋 激烈技术进步和需求多样化使得产品寿命周期不断缩短在20世纪的70年 代以前成本是主要的竞争领域而80年代则是质量90年代是交货时间 即所谓基于时间的竞争到21世纪这种竞争优势就转移到所谓的敏捷性上来 [1]机械制造企业面临着缩短交货期提高产品质量降低成本和改进服务等新的竞争压力所有这些都要求企业能对不断变化的市场做出快速反应在这种环境下机械制造企业的竞争就表现在如何以最快速度响应市场要 求满足不断变化的多样化需求即企业必须能在实时的需求信息下快速组织生产资源把产品送到用户手中并提高产品的用户满意度无论是企业战略利益团体还是单个企业面对着新的机遇对市场的快速响应中物流的协调高效运行是获取竞争优势的实质性基础物流服务的高效低成本无疑将会给企业的竞争带来成本及信誉度等多方面的有利之处因而 机械制造企业急需有高质量高效率的物流服务作为其参与竞争的有力支持在新的管理环境下伴随着企业的生产与运作出现的许多新变化机械制造企业物流的环境同样发生了相应变化使新的物流管理和传统的物流管理相比出现了许多不同的特点以往纵向一体化管理与这些特点不再协调而是要求发展横向一体化管理和制定企业竞争的新方法以适应新的市场环境和合作 要求物流的管理日趋复杂化在物流的管理运作中信息化管理在各种企业里都得到了广泛的运用在 机械制造企业的现代物流管理中也起着越来越重要的作用取得了飞速发展 作为一种有效的工具管理信息系统的运用也改变了机械制造企业的物流管 理在信息化手段与管理学理论结合越来越紧密的今天信息化管理带来的高 效低成本等显著效益使得企业信息化管理的重要性越发的突出而信息化 的管理也逐渐走向更加集成化[2]自动化立体仓库作为现代物流系统中的主要组成部分是企业现代化的重要 手段之一柔性制造系统敏捷制造系统精益制造系统以及可重配制造系统等 先进制造系统以其完善的物流系统和信息集成实现柔性自动化加工成为工业产 品更新换代加速开发和生产的强有力工具物流系统是先进制造系统中重要的-1- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究子系统是保证制造系统正常运行的基础而自动化立体仓库是物流系统的调节中心,在制造自动化中占有非常重要的地位,以它为中心组成了一个毛坯半成品成品夹具等的自动存储和自动检索系统,是制造系统物流部分的核心自动化立体仓库的计算机管理与控制系统通过计算机网络与其它系统实现联网通讯,可以提高库存管理的准确性快捷性,使整个系统的生产库存销售等信息能及时地传递和处理,从而可以准确地检索立体仓库的管理控制信息,能及时迅速地掌握立体仓库的库存情况和运行情况,从而可以准确地掌握库存量,及时调度生产,调节工序间单元间的生产节拍,保证生产的均衡,提高生产中诸多变化的灵活性准确迅速地确定接受订货的交货期以及对延误的交货及时进行督促等具备了生产调动中心的功能可以对生产过程进行实时监控使传统的仓库管理和生产管理成为一个整体上升到了科学智能化的管理可以提高库存管理的准确性和迅速性从而相对减少库存量缩短零部件成品的存储周 期减少库存积压对企业的生产经营活动起到良好的促进作用2000.课题项目的来源本文对自动化立体仓库在制造系统中的集成应用进行了探讨本文的研究 得到了以下项目的资助1863计划/CIMS主题项目基于Agent的制造单元混合式控制系统和车间 层可重构装配系统的设计与开发技术编号2001AA412250 2863计划/CIMS主题项目支持网络化制造以及系统集成的协议标准 规范技术编号2003AA4141203无锡职业技术学院柔性制造系统FMS二期工程项目其中无锡职业技术学院FMS柔性制造系统是交通大学生产系统与控制技 术研究所将敏捷制造先进思想用于生产实践的一次富有成效的科研活动无锡 职业技术学院FMS项目的一期工程组建了一个由2台数控机床1台HASS车 床1台FANUC铣床AGV装卸站机器人构成的有一定加工能力的柔性制造系统但是一期工程的设计目标不仅仅停留在建立一个具有一定柔性的制造系统同时强调了该制造系统的可配置性可扩展性敏捷性二期工程将在系统中建立一个自动化立体仓库并对该立体仓库与制造系统集成应用进行管理与控制系统的开发-2- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究2000.相关领域的国内外研究概况1.3.1自动化立体仓库的研究使用自动化立体仓库能够改善库存管理提高空间利用率减少劳动力成本以及降低盗窃损失因此自动化立体仓库能极大地提高物料搬运和库存控制的效率国内外学者针对自动化立体仓库的管理和调度问题进行了大量的研 究Hausman[3]等认为应用自动化立体仓库所能得到的最大效益取决于仓库的 优化设计托盘分配的优化调度库位的合理分配以及交叉作业Linn和Wysk[4]在研究自动化立体仓库的过程中提出将专家系统的思想应用到立体仓库的控制中引起了人们的极大关注并且经过十多年的发展专家系统在自动化立体 仓库的控制方面有很成功的应用Egbelu[5]通过研究堆垛机待命点的选择来减 少作业响应时间Sarker和Babu[6]特别关注运行时间模型对立体仓库的若干 设计问题进行了回顾和比较研究Randhawa和Shroff[7]通过仿真研究了立体仓库的系统配置和方法对出入库作业的影响在国内山东大学的田国会等提出了 影响仓库运行效益的若干优化调度问题分别采用Petri网时态逻辑模拟退 火遗传算法神经网络等方法并结合计算机仿真技术进行了研究[8]山东工业大学的常发亮等研究了一类物资配送中心的库存管理与布局优化问题讨论了库存量的确定方法提出了库位的布局方法及其优化算法并对库位的再 调整进行了阐述[9]上海铁道大学的周奇才提出立体仓库运行控制的优化准则 [10]分析确定仓库系统控制的优化控制数学模型并运用有关原理提出仓库巷道堆垛机及出入库系统托盘运行的优化控制程序等在柔性制造系统计算机集成制造系统精益制造系统等先进制造模式和 系统中越来越多地将立体仓库与制造系统集成应用取得了显著效果空间利用大大提高可以对库存进行实时追踪有利于对生产进行控制增加了很大的柔性来适应生产变更许多学者对在制造和装配系统中集成自动化立体仓库 这一问题进行了研究Kusiak[11]在研究中揭示了将自动化立体仓库与制造系统 集成应用所带来的好处Tompkins和White[12]研究了在制造系统中应用立体仓 库存储在制品Kusiak[13]研究了在柔性制造系统中集成应用立体仓库来提供足 够的在制品存储空间Chow[14]研究了直接存取物料搬运系统DirectAccess materialHandlingsystem,DAH.的柔性设计Chow[15]对应用DAH的制造装配 线的性能进行了分析McGinnis[16]提出了一种方法将自动化在制品搬运系统的控制和生产过程控制结合起来并且对接口设计和协同机制进行了应用研究1.3.2立体仓库库位分配的研究尽管不同立体仓库的结构形式和硬件配置可能有很大不同库位分配是影 响系统绩效和作业效率的最重要的因素Heskett[17]提出以cube-per-order索引 方法为基础来进行库位分配一个产品的COI定义为该产品存储总量所需的库 存容量与其出库频率的比值该算法要求产品的COI越小就分配到越靠近出入 库台的库位区域COI的倒数称为产品的周转率(TurnoverRate)因而COI策 略也常常被称为基于周转的策略Hausman等[3]对随机分配库位完全基于周-3- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究转率分配库位以及基于分类和周转率分配库位等三种不同的库位分配方法进行了有效性对比研究Graves等[18]指出应用交叉存取系统以及采用基于分类和周转率的分配规则来分配存储区能在增强堆垛机的作业效率和最佳应用存储 空间之间达到平衡Rosenblatt和Eynan[20]开发了一个基于分类的库位分配搜索 程序来得到最佳的存储区域Eynan和Rosenblatt[20]提出了一个1D搜索程序将 仓库进行划分Muralidharan等在研究自动化立体仓库的库位分配问题时将随机库位分配和基于分类的库位分配结合应用提出了一种新的基于启发式的 算法Thonemann和Brandeau[21]在一个随机环境中应用基于周转率以及基于分 类的库位分配方法在国内山东工业大学的常发亮等提出了库位的布局方法 及其优化算法并对库位的再调整进行了阐述[9]针对在线自动化立体仓库的库位分配方法的研究尚不多见台湾大学的 Hsieh和Tsai[22]在研究CIM系统中的立体仓库库位分配问题时提出了一种 BOM导向基于分类的库位分配方法减少了自动化立体仓库响应CIM制造单 元发出的出库请求的时间提高了整个CIM系统的性能但是这种方法应用存在一定的局限性它采用的工艺分类标准是以车铣刨磨等来划分的 划分不够细致缺乏柔性无法很好适应工序变化和加工设备的重构所带来的 变化为了提高在线自动化立体仓库的库位分配的柔性使其能适应制造系统 和单元重构作者在学习和借鉴Hsieh和Tsai的库位分配方法的基础上提出 了一种应用工艺BOM基于分类的库位分配方法并结合某公司的在线自动化立体仓库的实际情况建立模型并编制计算机仿真程序进行仿真运行结果表明采用该库位分配方法提高了在线自动化立体仓库的生产出库作业的响应性并具备足够的柔性能适应制造系统和制造单元的重构2000.论文主要研究工作及内容安排本课题的目标是研究制造系统中的在线自动化立体仓库管理系统使之能 够与制造系统实现无缝的集成应用实时响应制造系统提出的出入库作业实 现JIT生产并增加整个系统的柔性适应生产任务的动态变化本论文的研 究内容涉及以下几个方面1.3.1仓库管理系统的需求分析和模型建立2.库位分配方法研究3.实现仓库管理系统的部分功能论文的篇章结构如下第一章为绪论首先讨论了课题的选题背景和意义并介绍了课题项目的 来源然后对自动化立体仓库及其库位分配的国内外研究概况作了介绍最后 给出了论文的主要研究工作和内容安排第二章为仓库管理系统分析与设计首先阐明了管理系统的主要功能然 后用IDEF0方法结合数据流图对系统进行需求分析和功能设计并建立系统 的ERD信息模型设计系统的数据库第三章为库位分配方法研究本章为论文研究中的最大创新所在本文分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求并应用工艺BOM建立物料和库位的存储特征码提出了一种应用存储特征码的库位分配方法以提高出入库作业尤其是出库作业的效率和准时性并且满足实际生产中物料的工艺变化和制造单-4- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究元的设备变化并结合某在线自动化立体仓库实例编制模拟程序进行仿真作业验证本文提出的库位分配方法的有效性和先进性第四章为系统开发与实现首先给出了系统的开发要求然后阐述了本系 统的设计平台选择和软件结构最后给出了系统的部分功能实现第五章为总结和展望对全文的研究工作进行归纳总结给出本文研究的主要结论提出本课题需要进一步完善的内容对今后的研究方向给出建议-5- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究第二章仓库管理系统分析与设计2000.管理系统的主要功能1.3.1出入库作业功能响应各终端的出入库申请根据出入库原则和现有库存情况决定存取物料的最佳库位获取并检测各出入库物料的相关信息1.3.2库存管理功能查询现存物料的所有信息特定时间段内出入库物料信息查询仓库现有空库位查询盘点管理和库存调整管理编制打印各种报表和单据出入库作业完成后更新相应的数据库记录维护整个仓库的数据库系统1.3.3库存分析功能库存分析功能主要由存储库位限制市场状况和用户具体要求等因素决定对于仓库系统而言管理软件主要有下述几项功能根据生产计划和某种产品所需分析判断现有各种物料和半成品的库存是否满足需求若有不足则做出报警提示并编制相应的紧缺物质报表 对库存各类物料的余缺即超过上限或小于下限者做出相应的报警提示通过对在库物料记录信息的分析对仓库的物料周转和资金占用等情况做出定量报告2001.系统功能模型在开发系统时首先必须进行系统的需求分析通常需求分析的结果是用 一套功能模块来表示各功能模块的具体活动和模块之间信息的交换通过功能 模型来描述下面采用IDEF0图形描述的方法建立系统的功能模型本节的 功能设计是在参考了大量的相关文献资料[见参考文献23~34]以及本文作者在 某汽车集团的自动化立体仓库的实地调研的基础上根据本课题的具体要求进行综合取舍分析和借鉴提高得到的本文作者自己提出的是将采购入库作业生产领料作业生产入库作业以及销售出库作业综合考虑加入了本文提出的-6- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究库位分配算法模块2000.系统的功能需求本系统的功能是通过对仓库库区库位出入库类型等基础数据的定义对各类出入库单据盘点单据的维护对出入库作业尤其是生产出库和生产入库作业进行实时响应在线地反映每种物料的库存情况并通过对这些情况的 分析及时地为管理和决策人员提供库存物料的积压信息短缺超储信息ABC 分类信息等等还可以通过对物料批号的记录实现专批专管通过清仓盘库随时保证帐面和实物的一致实时地为计划决策及其他管理人员提供各种存货信息以便及时调整生产保证企业运营畅通仓库管理系统在总体功能上可 抽象和简化成图2-1所示的由系统管理基础信息管理作业管理库位分配 及作业调度管理存货控制管理以及查询统计管理等模块构成的结构功能模型2001.系统的功能模型建立一仓库管理系统整体功能模型A2图图2-1是仓库管理系统的整体功能模型图仓库管理系统的功能细分为 A21系统管理A22基础信息管理A23作业管理A24库位分配及作业调度 管理A25存货控制管理以及A26查询统计管理等六个功能模块 A21系统管理系统管理的功能是对系统参数用户权限信息业务操作的基本业务信息和操作规则进行设置和管理该模块的输入信息是系统运行的初始信息它的输出信息有系统参数用户权限信息单据类型及编码规则和出入库类型代码等A22基础信息管理基础信息管理的功能是对系统运行环境核算期仓库物料存储参数和批次批号等系统基础信息进行输入与维护该模块的输入信息是系统运行的初始信息它的输出信息主要有运行环境信息核算期信息仓库划分信息物料存储参数单据类型及编码规则和出入库类型代码等 A23作业管理作业管理的功能是对出入库作业移库作业盘点作业以及库存结转作业进行信息输入和管理该模块的输入信息有入库清单出库清单作业执行信息库位分配信息它的输出信息主要有库存库位变动信息单据记帐信息和作业任务信息作业管理的功能运行受核算期信息仓库管理指令出入库 通知单和相关订单的制约A24库位分配及作业调度管理库位分配及作业调度管理的功能是对出入库作业进行库位分配和作业调度该模块的输入信息为作业管理模块输出的作业任务接收作业任务后根据当前的库位存储状态信息进行库位分配并输出分配的库位号根据已有的作 业队列信息和仓库设备主要是堆垛机的运行状态对出入库作业进行调度并输出排序后的作业任务该模块的功能运行受系统运行目标的制约由系统运行目标确定库位分配和作业调度采用的原则-7- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究A25存货控制管理存货控制管理的功能是将物料当前库存状态数据与系统管理模块输出的系统参数基础信息管理模块输出的物料库存参数进行比较分析后提示告警信 息并编制输出分析表A26查询统计管理查询统计管理的功能是根据参数对库存帐出入库流水帐和库位存储帐进行查询统计管理并输出相关报表C1C2系统参数初始信息用户权限信息 系统管理单据类型编码规则A21出入库类型代码管理员运行环境信息基础信息管理核算期信息仓库划分信息物料存储参数A22管理员仓库管理指令出入库通知单相关订单入库清单出库清单作业执行信息作业管理库存库位变动信息单据记帐信息A23管理员库位存储帐作业队列数据库作业任务系统运行目标库位分配及作业调度管理作业任务库位分配信息 设备运行状态A24库位分配信息 库存帐预警提示信息存货控制管理 报表库位存储帐A25管理员查询参数库存帐出入库流水帐查询统计管理A26管理员图号:A2标题:仓库管理系统设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-1仓库管理系统功能模型Fig.2-1Thefunctionmodelofwarehousemanagementsystem二系统管理的功能模型A21图图2-2是系统管理的功能模型图系统管理的功能细分为A211系统参数 设置A212用户管理A213单据类型及编码规则设置A214出入库类型及代 码设置等四个功能模块A211系统参数设置系统参数设置的功能是对下述选项进行设置登录系统时是否按保质期对到期物料进行预警和预警提前天数更新库存数量出现负库存时是否给予预警库存总数量高于或等于最高库存量时是否给予预警库存总数量低于或等于最低库存量时是否给予预警库存总数量低于或等于安全库存量时是否给予预警 等其中保质期预警提前天数设定之后库管员登录库存管理系统时系统将自动检测仓库中进行保质期管理的物料并将其提前预警日期与当前系统日期进行比较如果有需要预警的物料则逐条给出报告提供预警日期的计算方法是预警日期=该批次采购/生产日期+保质期保质期预警提前期 A212用户管理-8- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究用户管理的功能是对使用仓库管理系统的用户进行定义和分配权限以及对管理本系统的仓库管理员进行定义和分配权限它由用户定义用户授权库存管理人员定义和库存管理人员授权四个子功能模块组成整个用户管理分为 两个层次第一层是整个系统级的负责定义用户并授予用户针对库存的每个大模块的管理权限第二层是应用级的负责定义仓库管理员并授予仓库管理员相关权限A213单据类型及编码规则设置单据类型及编码规则设置的功能是定义仓库管理系统运行所用到的单据 类型并设置单据的编码规则A214出入库类型及代码设置出入库类型定义及代码设置的功能是将出入库划分为不同的类型对每 种类型的出入库作业设置代码三基础信息管理的功能模型A22图图2-3是基础信息管理的功能模型图基础信息管理的功能细分为A221 运行环境定义A222核算期管理A223库房定义A224物料存储参数管理 A225批次批号管理等五个功能模块A221运行环境定义运行环境定义的功能是维护系统的运行环境如盘点时是否封帐核算期的起始日期等A222核算期管理核算期管理的功能是根据运行环境定义中设定的核算期起始信息生成指定年度的核算期用户指明当前核算期以后执行库存月结转功能后系统自动进入下一个核算期A223库房定义库房定义的功能是对存储物料的仓库库区和库位的基本信息进行定义和维护并设置它们的存储参数信息A224物料存储参数管理物料存储参数管理的功能是对物料的基本信息进行定义和维护并设置物料的存储参数信息如最低库存量最高库存量安全库存量和合理库存天数等A225批次批号管理批次批号管理的功能是定义批次批号并设置批次批号编码规则对相关 物料进行批次管理利于物料库存的处理和分析四作业管理的功能模型A23图图2-4是作业管理的功能模型图作业管理的功能细分为A231入库作业 管理A232出库作业管理A233库内移动作业管理A234盘点作业管理 A235库存结转管理等五个功能模块A231入库作业管理入库作业管理的功能是在相关订单和入库通知单的制约下负责日常入库 信息的输入和维护接受库位分配与作业调度管理模块输出的库位分配信息或 者人工指定库位生成入库作业任务输出入库单根据作业任务的完成情况 更新库存帐流水帐库位存储帐等信息A232出库作业管理出库作业管理的功能是在相关订单和出库通知单的制约下负责日常出库-9- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究信息的输入和维护接受库位分配与作业调度管理模块输出的库位分配信息或 者人工指定的库位生成出库作业任务输出出库单根据作业任务的完成情 况更新库存帐流水帐库位存储帐等信息A233库内移动作业管理库内移动作业管理的功能是根据移库指令对物料占用的库位进行重新安 排达到优化储位占用的目的该模块接受库位分配与作业调度管理模块输出的 库位分配信息或者人工指定的库位生成移库作业任务根据作业执行信息输 出库位状态变动信息A234盘点作业管理盘点作业管理的功能是对仓库中的各种物料进行盘点查出并纠正帐面 错误保证库存记录的准确性得到正确的库存报告该模块的输入信息为相 关的台帐信息库位信息以及物料信息它的输出信息为盘点信息调整通知 单以及产生的盘点出入库作业任务A235库存结转管理库存结转管理的功能是负责一个核算期的信息结算即在每一个核算 期末将当前库存帐和流水帐转入历史状态同时库房帐的月初值等于当前现 有量月入库量月出库量清零如果是年末则要清库存帐的年初值为下 一个核算期做准备并自动转入下一个核算期五库位分配及作业调度管理的功能模型A24图图2-5是库位分配及作业调度管理的功能模型图库位分配及作业调度管 理的的功能细分为A241库位分配方法设定A242库位分配A243作业调度 设置A244作业调度等四个功能模块A241库位分配方法设定库位分配方法设定的功能是根据仓库系统运行的目标对库位分配方法进行规则选用和参数设定A242库位分配库位分配的功能是根据库位分配方法设定模块输出的库位分配方法结合库位当前的占用状况运行库位分配算法对出入库作业任务分配库位并输出分 配的库位号A243作业调度设置作业调度的功能是根据仓库系统运行的目标对作业调度进行规则选用和参数设定A244作业调度作业调度的功能是根据作业调度设置模块输出的作业调度方法结合作业 队伍信息以及设备运行状态信息对出入库作业任务进行调度并输出排序后 的作业任务六存货控制管理的功能模型A25图图2-6是存货控制管理的功能模型图存货控制管理的功能细分为A251 安全库存预警分析A252超储/短缺库存分析A253库存帐龄分析A254库 存配套分析A255保质期预警分析A256ABC分析等六个功能模块 A251安全库存预警分析安全库存预警分析的功能是将库存的所有物料的库存数量与基础信息管 理模块输出的相应物料的安全库存的数量进行比较分析将库存数量低于安 全库存数量的物料进行预警提示-10- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究A252超储/短缺库存分析超储/短缺库存分析的功能是将库存的所有物料的库存数量与基础信息管 理模块输出的相应物料的最低库存量最高库存量进行比较分析将库存数 量低于最低库存数或高于最高库存数的物料列出来进行预警提示以便对短缺物料及早组织采购或对超储物料的存货及时处理保证生产的连续进行A253库存帐龄分析库存帐龄分析的功能是对库存的所有物料的存储时间进行分析并向上级管理人员汇报物料积压信息A254库存配套分析库存配套分析的功能是对存在BOM单的自制物料进行最大配套数量分析以利于各种物料间的均衡库存A255保质期预警分析保质期预警分析的功能是对进行保质期管理的物料按照物料的保质期进行比较分析对即将超过保质期的物料进行预警提示A256ABC分析ABC分析的功能是对各类库存物料的资金占用状况进行统计并计算占用 资金的百分比根据给定的分类标准对仓库现有仓储物料进行ABC分类并输 出物料的的ABC分类信息七查询统计管理的功能模型A26图图2-7是查询统计管理的功能模型图查询统计管理的功能细分为A261 库存查询统计管理A262出入库查询统计管理A263库位存货查询统计管理 等三个功能模块A261库存查询统计管理库存查询统计管理的功能是用户根据需要设置组合查询参数对库存台帐进行查询统计可以得到并输出各种关于物料存储的报表如仓库库存日报表仓库库存月报表A262出入库查询统计管理出入库查询统计管理的功能是按任意组合条件查询各物料的出入库情况并输出各种报表如物料进出日报表物料进出月报表物料流动统计报表 物料收发汇总表/明细表按产品归集领料情况的生产领料汇总表按生产任务 单归集领料情况的生产任务执行明细表按入库类型统计其它入库单收发情况的其它入库单分类表按出库类型统计其它出库单收发情况的其它出库单分类表等A263库位存货查询统计管理库位存货查询统计管理的功能是对库位存储帐进行查询统计并得到相关报表八用户管理的功能模型A212图图2-8是对用户管理模块进行进一步分解的功能模型图用户管理的功能 细分为A2121用户定义A2122用户授权A2123仓库管理人员定义A2124 仓库管理人员授权等四个功能模块A2121用户定义用户定义的功能是输入初始信息得到系统层的用户信息 A2122用户授权用户授权的功能是输入系统模块信息和用户定义输出的用户信息进行-11- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究权限授予然后输出用户的权限信息A2123仓库管理人员定义仓库管理人员定义的功能是将系统层定义的具有库存日常管理和库存盘 点权限的用户信息和具体的库存管理人员信息连接起来输入系统层的用户权 限信息和库存管理人员信息输出具有库存日常管理和库存盘点权限的用户对 应的实际管理人员信息A2124仓库管理人员授权仓库管理人员授权的功能是将系统层具有出入库管理或库存盘点管理的 用户进行细分授予具体管理仓库的权限输入仓库信息和仓库管理人员定义 功能模块产生的仓库管理员信息输出库存管理人员管理仓库的权限信息 九盘点管理的功能模型A234图图2-9是对盘点管理进行进一步分解的功能模型图盘点管理的功能细分 为A2341盘点设置A2342盘点作业执行A2343盘点数据分析A2344帐 存数据调整等四个功能模块A2341盘点设置盘点设置的功能是输入需要盘点的仓库库区库位和物料信息系统自动生成并打印盘点数量是空白的盘点单 A2342盘点作业执行盘点作业执行的功能是根据系统生成的盘点单产生盘点所需的作业任务并记录实际盘点得到的数据A2343盘点数据分析盘点数据分析的功能是将用户实际输入的盘点数据和库存记录的信息进行比较输出出错的帐目信息和出错帐目的盈亏报表用户确认要调帐的项目 系统自动生成调整通知单A2344帐存数据调整帐存数据调整的功能是在盘点数据分析模块产生的调整通知单的控制下用实际盘点的数据替换相应的库存数据以使帐面数据和实际数据相符-12- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究C1C2初始信息系统参数设置系统参数A211管理员C1C2系统模块信息用户管理用户权限信息仓库信息A212管理员C1C2单据类型及编码规则设置单据编码规则A213管理员C1C2出入库类型及代码设置出入库类型代码A214管理员图号:A21标题:系统管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-2系统管理功能模型Fig.2-2ThefunctionmodelofsystemmanagementC1C2盘点封账信息初始信息运行环境定义 核算期起始信息A221管理员C1C2年度核算期信息核算期管理当前核算期信息A222管理员C1C2库房定义仓库库区库位信息A223管理员C1C2物料存储参数管理物料库存参数A224管理员C1C2批次批号管理批次批号信息A225管理员图号:A22标题:基础信息管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-3基础信息管理功能模型Fig.2-3Thefunctionmodelofbasisinformationmanagement-13- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究入库通知单相关订单入库清单入库单入库记帐信息任务执行信息入库作业管理 作业任务库位分配信息库位状态变动信息A231管理员出库通知单出库清单出库作业管理 出库单出库记帐信息A232管理员移库指令库内移动作业管理 移库信息A233管理员盘点指令物料和库位信息盘点作业管理盘点信息台账信息调整通知单A234管理员核算期信息库存帐历史信息库存结转管理出入库流水帐历史信息新核算期库存台账A235管理员图号:A23标题:作业管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-4作业管理功能模型Fig.2-4Thefunctionmodelofoperationmanagement系统 运行 目标初始信息库位分配方法设定库位分配策略A241管理员作业任务库位分配 库位存储帐库位分配信息A242库位分配 算法程序作业调度设置作业调度策略A243管理员作业任务(带库位信息)作业调度排序后的作业任务作业队列数据库设备运行状态A244作业调度 算法程序图号:A24标题:库位分配及作业调度管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-5库位分配及作业调度管理功能模型Fig.2-5Thefunctionmodelofbayassignmentandoperationscheduling-14- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究安全 库存参数库存帐安全库存预警分析预警信息A251最大库存最小库存库存帐超储/短缺库存分析库存过多信息库存不足信息A252时间 参数库位存储帐库存帐龄分析物料积压信息A253产品BOM库存帐库存配套分析产品配套数量A254保质期信息预警提前期库位存储帐保质期预警分析物料过期预警信息A255时间段ABC分类信息库存帐ABC分析A266图号:A25标题:存货控制管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-6存货控制管理功能模型Fig.2-6Thefunctionmodelofinventorycontrol查询 参数库存日报表库存帐库存查询统计管理库存月报表其它库存报表A261查询 参数物料进出日报表出入库流水帐出入库查询统计管理物料进出月报表物料周转统计报表A262查询 参数库位存储帐库位存货查询统计管理库位存货状态库位占用统计报表A263图号:A26标题:查询统计管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-7查询统计管理功能模型Fig.2-7Thefunctionmodelofqueryandstatistics-15- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究C1C2初始信息用户信息 用户信息用户定义A2121管理员C1C2用户授权用户权限信息系统模块信息A2122管理员C1C2仓库管理人员定义仓库管理员信息仓库管理人员信息A2123管理员C1C2仓库管理人员授权仓库管理员权限仓库信息A2124管理员图号:A212标题:用户管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-8用户管理功能模型Fig.2-8ThefunctionmodelforUsersManagement盘点 作业指令物料信息盘点设置盘点单库位信息A2341作业任务盘点作业执行 盘点信息A2342盘 点 员库存盈亏报表盘点项目台账信息盘点数据分析调整通知单A2343盘 点员帐存数据调整台账调整信息A2344管 理 员图号:A234标题:盘点管理设计:刘金平制图:刘金平审核:父图号:图2-9盘点管理功能模型Fig.2-9Thefunctionmodelofinventorycheckingmanagement-16- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究2000.系统信息模型需求分析为建立系统提供了一套独立的功能模块同时也要求它能清晰地描述什么信息参与功能模块的活动什么数据将在各功能模块的活动中被传递为此需求分析阶段除了对系统进行功能分析还必须进行信息分析数据流图DataFlowDiagram是结构化系统信息分析的主要工具是从数据和处理两方面来表达数据处理过程的一种图形化的表示方法它从数据传输 和加工的角度以图形化的方式刻画系统内部信息的流向并表示了系统的逻 辑处理功能本文在前面IDEF0功能建模分析的基础上对系统进行信息分析 用数据流图DFD描述应用领域的数据和对数据的处理操作但使用DFD 在分析与描述数据要求方面是有局限性的它缺乏对数据存储细节以及数 据与数据之间关系的表达在数据库设计中广泛应用的ERD模型弥补了这方面 的不足[35]由于ERD模型非常直观而且简单易学无论是技术人员还是非技术人员都可以很快掌握所以它可以作为分析人员与用户交流的工具同时 ERD也是团队开发人员沟通复杂数据定义问题的优秀工具作者结合使用DFD 与ERD模型建立系统的信息模型完整地对各功能模块活动中的信息和数据进行信息描述1.3.1系统数据流图分析a.顶层数据流图在线自动化立体仓库管理系统的顶层数据流图如图2-10所示入库单采购部门入库信息P入库单/出库单生产部门出入库信息在线AS/RS管理系统出库单销售部门出库信息图2-10顶层数据流图Fig.2-10ThetopDFDb.第一层数据流图根据前面对整个系统进行的功能模型分析在线自动化立体仓库管理系统的顶层处理可分解成系统管理基础信息管理作业管理库位分配及作业调度管理存货控制管理和查询统计管理等六个处理如图2-11所示-17- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究系统设置变化基础数据变化仓库信息 管理员P1基础数据更改P2系统设置信息系统管理基础信息数 基础信息据库 管理系统管理数据库核算期信息采购部门库位信息生产部门销售部门入库单库位分配信息入库信息P3作业任务入库单/出单据记录信息库库单位状出入库流水帐数据信息库库位存储变动D1库位存储1帐态P6流水帐查询统计数据管理作业管理出库单出库信息P4库位分配及作业调度管理D20作业任务数据库查询统计数据调度后的作业任务 库存信息变动库位存储数据库存数据报表数据库D13库存帐P5库位存储数据库存数据存货控制分析结果物料基础数据管理基础信息数 据库图2-11第一层数据流图Fig.2-11ThefirstlayerofDFDc.第二层数据流图在线自动化立体仓库管理系统的第二层数据流图如图2-12图2-13图2-14图2-15图2-16图2-17所示-18- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究管理员系统参数P1.1设置信息系统参数信息系统参数设置D1系统参数表用户设置信息P1.2用户信息系统模块信息D2用户表仓库信息用户权限信息用户管理D3用户权限表P1.3单据设置信息往来单据信息单据类型及编码规则设置D4单据类型表出入库类型信息P1.4出入库类型及代码设置出入库类型代码D5出入库类型表图2-12第二层数据流图1Fig.2-12ThesecondlayorofDFD(1)管理员P2.1运行环境信息盘点封帐信息运行环境定义去P3核算期起始信息P2.2年度核算期信息核算期管去P3当前核算期理仓库信息P2.3D6仓库表仓库设置 库区信息D7仓库分区表库房定义库位信息D8库位表物料信息P2.4物料库存参数管理物料存储参数设置信息D9物料基本信息表批次批号P2.5编码规则批次批号信息批次批号D10批次批号表管理图2-13第二层数据流图2Fig.2-13ThesecondlayorofDFD(2) -19- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究P4采购部门库位分配信息作业任务生产部门入库单入库信息入库单领料单领料信息出库单P3.1入库作业管理P3.2出库作业管理去P4库位存储变动D11库位存储帐入库记录信息D12入库流水帐出库记录信息D14出库流水帐出库信息销售部门P3.3移库记录信息D15移库流水帐库内移动 库内移动单作业管理管理员D13库存帐P3.4D11库位存储帐库位存储数据盘点作业管理库存信息变动盈亏信息D16盈亏表库存数据D13库存帐流水帐数据P3.5历史库存数据库存结转管理历史流水帐数据D17库存历史帐D18流水帐历史帐各流水帐核算期信息结转数据D19新核算期库存帐图2-14第二层数据流图3Fig.2-14ThesecondlayorofDFD(3)P4.1管理员库位分配目标P3库位分配方法设定作业任务库位分配规则库位分配库位分配信息P4.2去P3库位状态D11库位存储帐D20作业任务数据库作业任务带库位信息P3P4.3作业调 P4.5作业调度目标调度后的作业调度度规则作业任务 设置作业调度图2-15第二层数据流图4Fig.2-15ThesecondlayorofDFD(4)-20- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究库存数据D13库存帐P5.1P5.2存量不足信息安全库存预警分析安全库存最大库存最小库存超储/短缺库存分析库存数据存量异常信息D21物料订货表D9物料基本信息表D22物料存量异常表库存数据BOMP5.3时间P5.4库位存参数数据储数据库存帐龄分析存储时间信息库存配套分析配套信息D11库位存储帐D23库存帐龄表D24产品配套表保质期库存数据P5.5P5.6库位存预警提ABC分类信息储数据保质期预警分析前期ABC分析保质期预警信息D26ABC分类表D25保质期预警表图2-16第二层数据流图5Fig.2-16ThesecondlayorofDFD(5)每日库存库存数据P6.1数据每月库存D27库存日报表D13库存帐库存查询参数用户库存查询统计管理数据其它库存数据D28库存月报表D29其它库存报表D12入库流水帐每日进出数据P6.2入库流水帐数据每月进出D30物料进出日报表出入库查询参数出入库查询统计管数据物料周转D31物料进出月报表出库流水帐数据数据 理D32物料周转率表D14出库流水帐D11库位存储帐库位存储数据库位存货查询参数用户P6.3库位存货查询统计管理库位占用 状态数据D33库位占用报表图2-17第二层数据流图6Fig.2-17ThesecondlayorofDFD(6) d.第三层数据流图P3.1入库作业管理又可分解成采购入库作业管理和生产入库作业管理 等两个处理如图3-18所示P3.2出库作业管理又可分解成生产出库作业-21- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究管理和销售出库作业管理等两个处理如图2-19所示P3.4盘点作业管理又可分解成制作盘点表格进行盘点盘点数据分析盘点调帐等四个处理如图2-20所示采购部门P4入库单入库信息库位分配信息P3.1.1采购入库作业管理入库记录信息作业任务去P4库位存储变动D11库位存储帐D12入库流水帐P3.1.2库存信息变动 入库单D13库存帐生产入库生产部门入库信息作业管理图2-18第三层数据流图1Fig.2-18ThethirdlayorofDFD(1)生产部门P4领料单领料信息库位分配信息P3.2.1生产出库作业管理作业任务库位存储变动去P4D11库位存储帐出库记录信息D14出库流水帐P3.2.2库存信息变动出库单D13库存帐销售出库销售部门出库信息作业管理图2-19第三层数据流图2Fig.2-19ThethirdlayorofDFD(2)库位存储数据P3.4.1制作盘点盘点单盘点员P3.4.2表格盘点数据进行盘点D11库位存储帐库位存储数据库存数据P3.4.3盘点数据分析调整通知单盈亏信息P3.4.4盘点调帐库位存储调整信息库存调整信息D11库位存储帐D13库存帐 D13库存帐D16盈亏表图2-20第三层数据流图3Fig.2-20ThethirdlayorofDFD(3)-22- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究通过需求分析得到6个外部实体83条数据流32个处理和33个数据 存储并弄清楚了上述外部实体数据流处理数据存储之间的关系这些 是概念数据模型和逻辑数据模型设计的重要参考依据a.6个外部实体采购部门生产部门销售部门管理员盘点员用户b.83条数据流系统参数设置信息系统参数信息用户设置信息系统模块信息仓库 信息用户信息用户权限信息往来单据信息单据设置信息出入库类型 信息出入库类型代码运行环境信息盘点封帐信息核算期起始信息当 前核算期年度核算期信息仓库设置仓库信息库区信息库位信息物 料信息物料存储参数信息批次批号编码规则批次批号信息采购入库单 入库信息库位分配信息生产入库单生产入库信息作业任务库位存储 变动入库记录信息库存信息变动生产领料单领料信息销售出库单 销售出库信息出库记录信息库内移动单移库记录信息库位存储数据 盘点单盘点数据库存数据调整通知单盈亏信息库位存储调整信息 库存调整信息流水帐数据历史库存数据历史流水帐数据结转数据库 位分配目标库位分配规则库位状态作业调度目标作业调度规则调度 后的作业任务安全库存最大库存最小库存存量异常信息存量不足信 息时间参数存储时间信息BOM数据保质期预警提前期保质期预 警信息配套信息ABC分类信息每日库存数据每月库存数据其它库存数据库存查询参数入库流水帐数据出入库查询参数出库流水帐数据每日进出数据每月进出数据物料周转数据库位存货查询参数库位占用状态数据c.32个处理系统参数设置用户管理单据类型及编码规则设置出入库类型及代码 设置运行环境定义核算期管理库房定义物料库存参数管理批次批号 管理采购入库作业管理生产入库作业管理生产出库作业管理销售出库 作业管理库内移动作业管理制作盘点表格进行盘点盘点数据分析盘 点调帐库存结转管理库位分配方法设定库位分配作业调度管理作业 调度安全库存预警分析超储/短缺库存分析库存帐龄分析库存配套分析 保质期预警分析ABC分析库存查询统计出入库查询统计库位存货查询 统计d.33个数据存储系统参数表用户表用户权限表单据类型表出入库类型表仓库表 仓库分区表库位表物料基本信息表批次批号表库位存储帐入库流水 帐库存帐出库流水帐移库流水帐盈亏表库存历史帐流水帐历史帐 新核算期库存帐作业任务数据库物料订货表物料存量异常表库存帐龄 表产品配套表保质期预警表ABC分类表库存日报表库存月报表其 它库存报表物料进出日报表物料进出月报表物料周转率表库位占用报 表2000.系统ERD信息模型ERD信息模型表达的是概念数据库模式概念数据库模式设计的任务是构-23- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究建应用领域的E-R模型E-R模型可以描述应用领域内的数据数据间的联系 和业务规则在E-R模型中实体代表应用领域内的事物(或数据)实体间的 联系反映事物间的关系各种约束反映应用领域中的业务规则[36]每个实体都有一组特征称为属性属性中能唯一确定一个实体的一组属性称为实体的主键一个具有相同属性的实体的集合称为实体型数据库概念设计方法有两种集中式设计方法和视图综合设计方法本系统的概念设计基本上是按照视图综合设计方法进行的视图综合设计方法分两个阶段一个是视图设计阶段一个是视图合并阶段在第一个阶段要根据每 个应用的需求独立地为每个用户和应用设计一个概念数据库模式每个应用的概念模式便称为视图在视图合并阶段把所有视图有机地合并成为一个统一的概念数据库模式这个统一的概念数据库模式支持所有的应用在需求分 析阶段整个系统被划分成不同的功能模块(主要是按业务划分)在数据库概 念设计阶段每个设计人员分别负责不同的模块或业务以生成局部的概念模式然后把这些局部概念模式合并成一个完整的全局概念模式即最终的概念数据库模式2000.生产入库作业所涉及的实体型及其E-R模型生产入库作业涉及到的实体型有生产部门生产入库单生产入库搬运 物料库存指标生产工单物料库存库位储存明细生产入库作业的E-R 模型如图221所示对应1库存指标开1生产部门1 n物料1包含n生产入库单1引发n生产入库搬运1m1 1生产工单n完工修改1物料库存1 n库位分配图221生产入库作业的E-R模型Fig.2-21TheERDofproductioninstorage2001.生产出库作业所涉及的实体型及其E-R模型生产出库作业涉及到的实体型有生产部门生产领料单领料明细生产出库搬运物料库存指标生产工单物料库存库位储存明细生产出库作业的E-R模型如图222所示-24- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究对应1库存指标持有1生产部门1 n物料mn生产领料单1引发n生产出库搬运1m1 1生产工单n参照修改n物料库存1 n储存明细库位分配图222生产出库作业的E-R模型Fig.2-22TheERDofproductionoutstorage2000.采购入库作业所涉及的实体型及其E-R模型采购入库作业涉及到的实体型有供应商采购入库单采购入库明细 采购入库搬运物料库存指标采购订单物料库存库位储存明细生 产入库作业的E-R模型如图223所示对应1库存指标1持有供应商1 n物料m采购入库明细n采购入库单1引发n采购入库搬运1m1 1采购订单n参照修改n物料库存1 n储存明细库位分配图223采购入库作业的E-R模型Fig.2-23TheERDofpurchaseinstorage2001.销售出库作业所涉及的实体型及其E-R模型销售出库作业涉及到的实体型有客户销售出库单销售出库明细销 售出库搬运物料库存指标销售订单物料库存库位储存明细销售-25- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究出库作业的E-R模型如图224所示对应1库存指标1持有客户1 n物料mn销售出库单1引发n销售出库搬运1m1 1销售订单n参照修改n物料库存1 n储存明细库位分配图224销售出库作业的E-R模型Fig.2-24TheERDofsalesoutstorage2000.盘点作业所涉及的实体型及其E-R模型盘点作业涉及到的实体型有物料储存明细库位盈亏数据物料库存盘点作业的E-R模型如图225所示物料mn11库位盘点盈亏数据1n11库位调帐1n 物料库存 包含库存调帐图225盘点作业的E-R模型Fig.2-25TheERDofinventorycheckingoperation2001.整个仓库管理系统的实体型及其E-R模型对上述几项业务涉及的实体型及其E-R模型进行归纳消除冗余得到整 个在线自动化立体仓库管理系统的E-R模型如图226所示-26- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究修改11物料库存11有生产部门1n供应商客户对应1库存指标1开持有11修改2修改3修改41持有21持有3n1物料m n1mm m包 含领料明细库明细nnnn nn生产入库单1生产领料单采购入库单n销售出库单库存调帐1完工1111111参参参照1照2照3库位调帐1引发1n引发2n引发3n引发4n盈亏数据1nn生产工单nn采购订单n销售订单1生产入生产出采购入销售出库搬运库搬运库搬运库搬运 盘1111点分分分分配1配2配3配41n库位图2-26在线自动化立体仓库管理系统的E-R模型Fig.2-26TheERDofonlineAS/RS2000.数据库设计 1.3.1主要数据表表是用户数据的主要载体是最基本的数据库对象本系统中涉及到几十-27- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究张表主要的数据表设计如下表2.1库位存储特征值表字段phIDlhIDchIDareamarkdist1dist2说明排号列号层号分区号距库台1距库台2字段dist3dist4dist5weightmarkfreqmarkBinstatus说明距库台3距库台4距库台5承重标志频率标志库位状态表2.2库位基础信息表字段BinNOWarehouseIDAreaMarkMaxLWBinLBinW说明库位序号仓库编号分区标志最大承重库位长度库位宽度字段BinHBinCphIDlhIDchID说明库位高度库位容积排号列号层号表2.3库位存储现状表字段phIDlhIDchIDMaterialID说明排号列号层号物料号字段currprocIDnexprocIDtimequantity说明当前工序号下一工序号入库时间数量表2.4客户信息表字段CustomerIDCustomerSNameCustomerNameInvoiceNoCustomerType说明客户编号客户简称客户名称发票号码客户类型字段CustomerOwnerCustomerCMan1CustomerCMan2CustomerCMP1CustomerCMP2说明负责人联系人1联系人2联系电话1联系电话2字段CustomerFaxSalesManIDCustomerAddressCustomerDAddCustomerLDD说明传真业务员客户地址送货地址最后交易日表2.5部门信息表字段DeptIDDeptName说明部门编号部门名称表2.6库台位置表字段ktIDPhIDlhIDchID说明库台编号排号列号层号表2.7物料信息表字段MaterialIDMaterialNameMaterialTypeMaterialSpecMaterialUnit说明物料编号物料名称物料类型物料规格物料单位字MaterialPackTypeMaterialSpUnitMaterialSpNumMaterialWeightMaterialL-28- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究段说明包装类型细数单位细数数量重量长度字段MaterialWMaterialHMaterialCapacityMateriaBinNOPPMaterialMaxSt说明宽度高度体积最高库存字段MaterialMinStMaterialSafStMaterialStTimeMaterialABCMaterialLPD说明最低库存安全库存存储天数ABC标志最后采购日期字段MaterialLDDMaterialQuan说明最后销售日期库存数量表2.8生产工单表字段MONoMaterialIDMOQuan说明生产工单号物料编号数量表2.9物料库台对应表字段MaterialIDProcIDAreaIDktIDphIDlhIDchID说明物料编号工序号分区库台编号排号列号层号表2.10模块表字段ProgramIDProgramName说明模块编号模块名称表2.11业务员表字段SalesManIDChineseNameEnglishNameContactPhoneMobilePhoneContactAddressEmail说明业务员编号中文姓名英文名称联系电话移动电话地址邮件表2.12供应商表字段SupplierIDSupplierSNameSupplierNameSupplierInvoiceNoSupplierType说明供应商编号供应商简称供应商名称统一编号供应商类型字段SupplierOwnerSupplierCMan1SupplierCMan2SupplierCMPhone1SupplierCMPhone2说明负责人联系人1联系人2联系电话1联系电话2字段SupplierFaxSalesManIDSupplierAddressSupplierFAddressSupplierLPD说明传真业务员编号供应商地址工厂地址最后采购日-29- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究表2.13用户模块表字段UserIDProgramIDRunning说明用户编号模块编号运行标志表2.14用户表字段UserIDuser_pwduser_nameuser_pepdomuser_nod1说明用户编号用户密码用户名称用户类型模块1标志字段user_nod2user_nod3user_nod4user_nod5user_nod6说明模块2标志模块3标志模块4标志模块5标志模块6标志表2.15仓库表字段WarehouseIDWarehouseNameWarehouseTypeRackTypeWarehouseL说明仓库编号仓库名称仓库类型货架类型仓库长度字段WarehouseWWarehouseHWarehouseAddLineNumerColomunNumer说明仓库宽度仓库高度仓库地址排数列数字段RowNumberRackLRackWRackH说明层数货架长度货架宽度货架高度表2.16采购入库主表字段PorvNoSupplyNoteSupplierIDRecDatePlanDate说明入库单号供应商单号供应商编号入库日期计划日期字段BuyerOperatorAssessorCheckDateRemark说明采购员操作员审核员审核日期备注表2.17采购入库子表字段PorvNoLinePONoRevMaterialID说明入库单号行号采购订单号版次物料编号字段LotNoStoreBayPriceRecQty说明批次仓库库位单价数量字段StatusCpoRemarks说明状态是否消耗PO备注表2.18生产入库主表字段MorvNoRelaNoDeptIDRecDatePlanDate说明入库单号相关单号生产部门入库日期计划日期字段OperatorAssessorCheckDateRemark说明操作员审核员审核日期备注-30- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究表2.19生产入库子表字段MorvNoLineMONoRevMaterialID说明入库单号行号生产订单号版次物料编号字段StatusLotNoStoreBayPrice说明状态批次仓库库位单价字段RecQtyCmoRemarks说明数量是否消耗MO备注表2.20生产出库主表字段PkNoDeptIDPkDatePlanDateOperator说明出库单号生产部门出库日期计划日期操作员字段AssessorCheckDateRemark说明审核员审核日期备注表2.21生产出库子表字段PkNoLineMONoMaterialIDLotNo说明出库单号行号生产订单号物料编号批次字段StoreBayPricePkQtyStatus说明仓库库位单价数量状态字段Remarks说明备注表2.22销售出库主表字段DelNoCustomerIDDelDateOperatorAssessor说明出库单号客户编号出库日期操作员审核员字段CheckDateRemark说明审核日期备注表2.23销售出库子表字段DelNoLineCONoMaterialIDLotNo说明出库单号行号销售订单号物料编号批次字段StoreBayPriceDelQtyCco说明仓库库位单价数量是否消耗CO字段RemarksRev说明备注版次表2.24日志表字段TimeUserIDOperObjectsContent说明日期用户编号操作项目操作内容2000.建立视图视图有两种含义一种是抽象的泛指的视图它是指不同用户对数据库的不同看法它反映了数据库的不同侧面在讲数据库的三级模式时便使用这个-31- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究概念另一种是一个具体的数据库对象它代表一次数据库查询操作我们这 里使用后一种概念视图的数据来自于一张或多张数据库表但在具体实现时 它只是一个内存对象(虚表)实际上是执行一条SQL查询语句它所占用的磁 盘空间只是用来存储创建视图的SQL语句视图有以下作用数据总结通过汇总统计和计算生成用户所需数据; 过滤数据过滤数据库表中用户不需要的数据;数据库安全为不同权限的用户提供不同的视图防止没有相应权限的用 户访问一些敏感数据;数据转换把数据以用户习惯的形式表达出来例如在视图中为不同用户提供不同的字段名称创建视图语法是createviewvas<查询表达式>[37]2000.编写触发器许多表之间都有外键约束有两种方式来维护这些外键约束一种是交由数据库管理系统自动进行管理这种方式可以减轻编程人员的工作量但实践证明这种方式不容易发现和排除错误当数据库中表的数量非常多的时候这 种情况就更加明显;另一种方式是用程序来实现这些外键约束例如编写触发 器这种方式虽然要额外编写一些程序但控制灵活容易发现错误本系统中主要采用了后一种方式触发器是一种在数据库中存储程序代码的对象它是由数据库管理系统根 据给定事件自动执行这些事件包括三种数据库操作命令INSERTUPDATE 和DELETE触发器用于维护引用完整性即实现外键约束 建立触发器的语法如下[38]CREATETRIGGER[触发器名称]ON[归属的数据表格名称]FOR[INSERT/UPDATE/DELETE]AS[程序]本系统数据库的一个触发器如下-32- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究CREATETRIGGERPOInMaster_InsertONPOInMasterFORINSERTAS/*如果变动记录是0就不执行*/IF@@ROWCOUNT=0RETURN/*定义变量@PurchaseID采购入库单号@PurchaseDate采购入库日期@SupplierID供应商编号*/DECLARE@PurchaseIDChar(10)DECLARE@PurchaseDateDatetimeDECLARE@SupplierIDChar(10)DECLARE@AmountDecimal(12,0)DECLARE@PaydaysInt/*找出采购入库单号采购入库日期供应商编号*/SELECT@PurchaseID=PurchaseID,@PurchaseDate=PurchaseDate,@SupplierID=SupplierIDFROMinserted/*更新供应商最近进货日*/UPDATESupplierSETLastPurchaseDate=@PurchaseDateWHERESupplierID=SupplierID2000.编写存储过程存储过程(Stored-Procedure)是由一些SQL语句和控制语句组成的被封装起来的过程它驻留在数据库中可以被客户应用程序调用也可以从另一个过程或触发器调用它的参数可以被传递和返回存储过程能够改善应用程序的 性能能够用存储过程建立非常复杂的查询以非常复杂的方式更新数据库在通常的数据库开发中都要编写大量的存储过程本系统也不例外需要编写许多存储过程为用户提供各种数据库操作服务使用存储过程有以下优点v快速执行v减少网络通信量 v提供安全机制1.3.1本章小结本章首先阐明了管理系统的主要功能然后用IDEF0方法结合数据流图 对系统进行需求分析和功能设计并建立了系统的ERD信息模型设计了系统 的数据库-33- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究第三章库位分配方法研究立体仓库的库位分配方法是影响系统的性能和作业效率的一个重要因素对于在线自动化立体仓库来说采用合适的库位分配方法不但能提高立体仓库 的性能表现而且还能改善与之密切相关的生产系统的绩效增强生产系统的物流柔性实现JIT供料减少生产系统中的在制品存量使之能更好地适应生产变化帮助企业应对迅速变化的客户需求因此库位分配方法是在线自动化立体仓库管理系统的关键技术和核心内容之一也是在线自动化立体仓库 管理系统与其它立体仓库管理系统的一个重要的区别很多学者对立体仓库的库位分配问题做了研究Hsieh和Tsai提出了面向BOM基于分类的库位分配方法[22]Thonemann和Brandeau提出了在随机环[21]严云中分析了影响堆垛机运作效率的境中应用周转率和分类进行库位分配各种因素,提出了库位号优化的思想[40]但是对于与制造单元紧密集成的在线自动化立体仓库而言以往研究中的方法不能满足出库作业的实时性要求也无 法应对实际生产中物料的工艺变化和制造单元的设备变化本文作者分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求并应用工艺BOM建立物料和库位的存储特征码提出了一种应用存储特征码的库位分配方法以提高出入库作业尤其是出库作业的效率和准时性并且满足实际生产中物料的工艺变化和制造单元的设 备变化2000.仓库作业的分析在线自动化立体仓库主要作业分析如下生产出库任务为了满足生产加工的实时需要将所需的毛坯原材料外购件和在制品送至指定的缓冲站其出库申请来自制造单元缓冲站出库申请提出对物料品种型号数量工序状态以及供料时限的要求并且提供生产工单号接到申请后立体仓库结合当前库存状况查询到所需物料的库位 根据库位分配方法确定出库的库位并立即形成包含生产工单号物料代码工序库位号供料时限出库台号等信息的生产出库任务此类出库任务实时性要求最高生产入库任务当在制品或者加工好的成品回到立体库的入库台前时条形码阅读器将物料的生产工单号物料代码工序数量等信息读入并提 出入库申请立体仓库结合当前库存状况根据库位分配方法确定合适的空库位同时形成包含生产工单号物料代码工序库位号入库时间入库台台号等信息的生产入库任务此类出库任务实时性要求较高-34- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究毛坯入库任务当采购的毛坯原材料外购件到达立体仓库的入库台前时条形码阅读器将采购单号物料代码数量等信息读入并提出入库申请立体仓库结合当前库存状况根据库位分配方法确定合适的空库位同时 形成包含采购单号物料代码物料状态毛坯库位号入库时间入库台台号等信息的毛坯入库任务此类出库任务实时性要求一般成品出库任务根据上级管理系统制订的提货计划确定成品出库的时间数量种类等立体仓库按照计划要求确定每一个待出库成品的库位号并形成出库任务此类出库任务实时性要求较低2000.库位分配方法应用存储特征码的库位分配方法的思想是以出入库台为中心将在线自动 化立体仓库的库位进行分区分别确定各分区内库位的存储特征码结合工艺BOM确定物料的存储特征码按照靠近该物料出库台的原则分配库位应用存储特征码的在线自动化立体仓库的库位分配有如下三个连续的步骤1)确定物料的存储特征码2)确定库位的存储特征码3)进行库位分配应用存储特征码的库位分配方法的具体过程如图3-1所示下面对各个过输入物料代码和工序信息查询物料存储特征码物料存储特征码数据库确定物料存储特征码查询库位存储特征码库位存储特征码数据库确定库位存储特征码最匹配的库位选择最优的库位输出分配的库位图3-1基于存储特征码的库位分配方法Fig.3-1Storageattribute-basedbayassignment程进行详细叙述-35- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究2000.确定物料的存储特征码1)确定物料的库位分区码为了确定物料的库位分区码需要制定三张表工艺BOM表设备布置表和制造单元与出入库台对应表工艺BOM是工艺工程师根据工厂的加工水平和能力对设计BOM进行扩充得到的使用它可以明确地了解零件与零件之间的制造关系跟踪零件是如何制造出来的在哪里制造由谁制造用什么制造等信息在工艺BOM表中主要有物料BOM码工序号和设备代码等几个字段在设备布置表里主要有设备代码和制造单元代码等字段在制造单元与出入库台对应表里有制造单元代码和出入库台号码两个字段由工艺BOM可以知道物料的每一道工序所对应的设备由设备布置表可以知道该设备对应的制造单元再由制造单元与出入库台对应表知道该制造 单元所对应的出入库台这样不同工序状态下的物料所对应的库位分区码即可确定在数据库里将这三张表做成一个视图既能方便数据库操作又能很好地适应工序设备制造单元和出入库台之间对应关系的变动2)确定物料的出入库频率码不同的物料其出入库频率也不一样根据物料的出入库统计数据可以将物料的出入库频率分为高中低三种分别用HML表示在这里我们根据具体需求对于物料只确定了库位分区码和出入库频率码对于重量码是由物料基本属性里的重量与数量的乘积累加得到的如有需要 也可以根据具体条件确定物料的其它存储特征码2001.确定库位的存储特征码1库位序号每一个库位被赋予一个唯一的标志号码库位序号是与库位的排列层相对应的库位号如果以先层后列再排的顺序进行库位的序号设 定的话那么从排列层号转换到库位序号的计算公式为[39]BinNO=(R1)MCML+(C1)ML+L(3.1)从库位序号转换到排列层号的计算公式为R=(BinNO1)DIV(MCML)+1(3.2)C=((BinNO1)DIV(ML))MOD(MC)+1(3.3)L=(BinNO1)MOD(ML)+1(3.4)式中DIV代表整除MOD代表取余数-36- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究BinNO代表库位序号MC代表货架库位列数ML代表货架库位层数R代表指定库位的排号C代表指定库位的列号L代表指定库位的层号例如当MC40ML=10时如果一个库位位置的排列层号分别是 1l1时那么它所对应的库位序号就是1亦即对应库位数据信息表中的第 一条记录如果排列层号分别是2109时那么它的库位序号就是499 号亦即与库位数据信息表中的序号为499的记录相对应此时数据库中记录 的总条数N即表示立体仓库货架中库位的总个数2库位位置库位位置信息表示了库位在仓库中所处的具体位置以排列层表示如第一排货架中第3列第6层的库位表示为0103063确定库位的分区码将整个立体仓库的库位以各个出入库台为中心分成相应数目的分区库位的分区码等于其被分配给的出入库台号假设一个库位被分配给第3个出入库台则它的分区码等于34确定库位的距离特征码确定库位相对各个出入库库台的距离特征码是为了在分配库位时能够方便快捷地得到距离出入库库台最近的库位a.确定出入库库台的库位化位置表示为了计算库位与各个出入库库台的距离将出入库库台的位置按照库位位置的方法表示b.计算库位与各个出入库库台的距离确定了各个出入库库台的库位化位dist(i)Max(a´|库位列代码i库台列代码||库位层代码i库台层代码|)(3.5)置表示后用公式3.5计算各个库位相对于各个出入库库台的距离特征码计算距离特征码的目的在于当有多个库位符合存储特征码的时候能方便快捷 地从中选择距离最近的库位式中i1-5dist(i)表示库位与第i个出入库库台之间的距离特征码系数a表示堆垛机在水平方向走过一个库位的所需的时间与堆垛机在垂直方向走过一个库位所需的时间之比由公式3.6确定a=(VVL)/(VHH)(3.6)式中VV代表堆垛机的垂直运行速度-37- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究VH代表堆垛机的水平运行速度L代表库位的长度H代表库位的高度举例说明设堆垛机水平运行速度为180m/min垂直运行速度为60m/min库位长度为1200mm高度为800mm则a=0.5第1排第6列第10层的库位与第1个库台之间的距离特征码计算如下dist(1)Max(0.5´|60||101|)95确定库位的出入库频率码在每个出入库库台的库区中将库位按照与对应出入库库台距离的远近设置频率码分为高中低三种分别用HML表示6确定库位的承重特征码为了使货架受力良好一般将重物放在下面将较轻的物料放在上面将库位的承重特征码分为重轻两种以W代表重以L代表轻确定了库位的分区码出入库频率码和承重特征码之后将它们组合即得到如图3-2所示的库位存储特征码库位号分区码频率码承重特征码图3-2库位存储特征码的结构Fig.3-2Thestructureofstoragebayattribute以库位010101为例它靠近第1个出入库库台分区代码为1出入库频率码为H承重特征码为W所以它的存储特征码为1HW库位的存储特征码是和物料的存储特征码相对应的如物料还确定了其它 的存储特征码则需要给库位添加相应的存储特征属性并赋予具体的存储特征码2000.库位分配分别将物料和库位的存储特征码确定好了以后就可以对出入库作业进行-38- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究库位分配入库时库位分配的规则如下规则1库位的dist(j)越小,分配的优先权越高即DFNO=MIN(dist(j))j为物料下次出库的库台号目的是将物料就近放置在出库台附近以保证快速响应出库请求规则2库位的dist(i)越小,分配的优先权越高即DIST=MIN(dist(i)),i为物料入库的库台号目的是使堆垛机的行程尽量短当物料入库到达出入库台输入物料的BOM码工序信息和数量系统根据物料BOM码和工序信息确定物料的存储分区码根据物料单重与数量的乘积的累加值确定物料的重量特征码得到入库物料的分区码频率码和重量特征码之后将它们按照与库位特征码一致的顺序组合即可得到该次入库物料开始物料到达出入库台i输入物料的BOM码工序信息和数量生成入库物料的存储特征码假设物料的存储分区为j选择分区j中存储特征码与物料的储存出特征码相同的库位N人工分配有符合的库位吗库位Y将符合的库位先按dist(j)的升序排序再按dist(i)的升序排序输出排序后的第一个库位结束图3-3入库时的库位分配流程Fig.3-3Thebayassignmentprocessofinstorage的存储特征码物料入库的库位分配流程如图3-3所示出库时库位分配的规则如下-39- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究规则1越早入库的物料出库的优先权越高即ST=MAX(TIMETIME),保证加快周转先入先出为了既防止物料存储NOWIN时间过长又保证出库作业的效率在执行这条规则时并不是严格按照先入先出而是给物料确定一个存储期限只有达到或者超过存储期限的物料才按照先入先出进行库位分配规则2库位的dist(i)越小,分配的优先权越高即DFNO=MIN(dist(i)),i为物料出库的库台号目的是选择离出库台最近的物料保证快速响应出库请求出库时的库位分配流程如图3-4所示开始出库申请到达出入库台i输入物料BOM码工序信息和数量有申请出库的物料吗N缺货提示Y选择最早 入库物料待出库物料超Y过存储期限所在的库位N将存储有待出库物料的库位按dist(i)的升序排序输出排序后的第一个库位结束图3-4出库时的库位分配流程Fig.3-4Thebayassignmentprocessofoutstorage2000.实例验证为了验证该方法的有效性我们以一个具有9个零件的产品进行模拟仿真作业到达间隔时间用参数范围为25-85时间单位的负指数随机数发生器产生对于每一个特定的参数用平均分布随机数产生200个出入库作业分别用我们提出的库位分配方法和随机分配库位方法进行出入库作业的模拟仿真运行-40- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究共进行61200次模拟作业前提假设为1)每一个库位尺寸都是一样的2)堆垛机在水平和垂直方向经过一个库位的时间已知我们假定皆为一个时间单位3)堆垛机装载和卸载物料的时间忽略不计4)堆垛机加速和减速的时间忽略不计5)作业调度方法为先到先服务6)模拟开始时堆垛机的位置在巷道左下角完成一个作业后堆垛机停留在当前位置等待下一个作业指令的到来7)堆垛机作业为单元出入库用MicrosoftVisualBasic.NET2003编制模拟仿真程序进行模拟作业并对结果进行对比分析下面进行详细介绍2000.在线自动化立体仓库实例某公司的在线自动化立体仓库如图3-5所示单巷道两排货架12层40列共有5个出入库台除了在巷道两端各设一个出入库台外还在靠近制造单元的那排货架的底层开了三个出入库台用于对应制造单元中原材料和外购件的出库在制品的出入库以及制成品的入库这种布置形式避免了传统仓库系统中物料只能从货区外绕行所带来的传输路径长传送设备投资大传送堆垛机出入库台1出入库台2出入库台3出入库台4出入库台5制造单元制造单元制造单元制造单元制造单元图3-5在线自动化立体仓库的布置形式Fig.3-5ThelayoutofanonlineAS/RS-41- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究路线相互干扰等一系列弊端,明显缩短了物料行程,提高了传送效率,降低了搬运成本出入库台可相互独立地并行作业,从而避免了传送瓶颈的问题[41]2000.基础数据进行模拟仿真之前建立的基础数据如下1.库台位置数据如表3-1所示表3-1库台位置ktIDphIDlhIDchID1001201113021140311504111.3.1库位存储特征码数据库位存储特征码数据用辅助程序产生程序界面如图所示库位存储特征码数据如表3-2所示图3-6库位存储特征码生成Fig.3-6Thestorageattributesofbingeneratedbyprogram-42- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究表3-2库位存储特征码phIDlhIDchIDareamarkdist1dist2dist3dist4dist5weightmarkfreqmarkbinstatus1111110203040WH空121129192939WH空131138182838WH有货141147172737WH有货151156162636WM有货161165152535WM有货171174142434WM有货181283132333WL空2381253827171111LL有货2391253928181111LL空2401254029191111LL有货3.物料存储特征码数据如表3-3所示表3-3物料存储特征码PartIDProcIDktIDweightmarkfreqmark113WH122WH135WM974LL985LH993LL1.3.1相关概念堆垛机的行程和作业时间之间的关系说明一下入库作业时堆垛机当前位置¾¾®到出入库台取货l1¾¾l2®到目标库位放货出库作业时堆垛机当前位置¾¾®到目标库位取货l1¾¾l2®到出入库台放货堆垛机行程d=l+l(3.7)12其中l为空载行程1-43- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究l为承载行程2就每段行程l而言有l22yyzz=D2y+D=+3.8()()22z2121上式中y2表示该段行程的目标地址列坐标z2为层坐标y1表示该段行程的起始地址列坐标z1为层坐标当堆垛机运行的起始地址确定后D与D以及l都可以确定从而d也可yz以确定由于库位坐标位置是固定的用公式(3.7)计算距离就十分方便但在由行程确定时间时须考虑二个因素堆垛机的水平运行速度v和垂直运行速度v不一样yz堆垛机在巷道内水平和垂直运行是协同进行但不完全一致所以对行程ltlìDDüìüïïïyyzzï=íý=í2121ýmaxy,zmax,vvvvïïïïyzyz(3.9)2000.仿真结果数据对仿真得到的数据进行统计并作对比分析结果如表3-4表3-5表3-6 表3-7所示在以平均等待时间为指标做对比分析时结果表明采用随机方式 分配库位时当作业到达间隔时间参数小于30时作业平均等待时间太长所 以认为采用随机方式分配库位无法满足作业到达间隔时间参数小于30的高密度出入库作业将其数据忽略表3-4平均等待时间参数25262728293031838485作业类型随机出库/////316.82261.539.649.469.28随机入库/////325.38269.4312.2812.0011.72特征值出库90.6667.9348.9542.2738.0734.5031.225.895.765.64特征值入库91.2370.4052.2245.7341.3837.7634.608.107.967.83 -44- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究表3-5平均承载时间参数25262728293031838485作业类型随机出库/////16.5816.1915.2414.8414.67随机入库/////16.7813.5919.5719.1015.50特征值出库2.622.422.342.461.782.041.662.241.802.52特征值入库12.6213.5112.6710.8813.5414.7914.8311.5011.7113.52表3-6平均空载时间参数25262728293031838485作业类型随机出库/////15.7115.6214.7114.2314.46随机入库/////14.7915.4220.7116.6716.82特征值出库13.3913.9614.1714.0013.8213.5413.9913.4014.1013.67特征值入库19.7618.9018.4818.5919.6918.3815.8618.0519.4317.82表3-7平均作业时间参数25262728293031838485作业类型随机出库/////30.3229.9330.2330.7829.60随机入库/////35.6133.5233.0534.1737.53特征值出库15.4115.5616.2316.2716.1515.9815.4916.0515.9816.34特征值入库32.7531.0031.5231.5430.2731.2231.0529.0030.1431.73用MicrosoftExcel2003做出仿真数据的折线图进行对比分析如下a.应用存储特征码的库位分配方法能满足更高密度的出入库作业如图3-7和图3-8所示的入库和出库作业的平均等待时间对比从图中可以看出应用存储特征码的库位分配方法在参数为25个时间单位时即可稳定作业而随机分配方法在参数为30个时间单位才可以稳定作业b.应用存储特征码的库位分配方法显著减少了出库作业的作业时间而对入库作业的作业时间减少不显著如图3-9和图3-10所示的入库和出库作业的平均作业时间对比这是因为在线立体仓库的出库作业实时性要求最高本文提出的库位分配方法致力于减少出库作业的响应时间将物料分配到靠近出 库台的库位-45- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究c.应用存储特征码的库位分配方法对空载时间的减少不多如图3-11和图3-12所示的入库和出库作业的平均空载时间对比应用存储特征码的库位分配方法对空载时间的减少不是很显著这是因为空载时间定义为堆垛机响应作业从当前位置空运行到物料所在位置装载物料的时间这个时间的大小除了受库位分配方法的影响之外更多地受出入库作业调度方法的影响d.应用存储特征码的库位分配方法减少了出库作业的承载时间如图3-13和图3-14所示的入库和出库作业的平均承载时间对比350300250随机分配20015010050应用特征码分配025303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-7两种方式下入库作业平均等待时间Fig.3-7Theaveragewaitingtimeofin-warehouseoperationundertwomethods350300250随机分配20015010050应用特征码分配025303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-8两种方式下出库作业平均等待时间Fig.3-8Theaveragewaitingtimeofex-warehouseoperationundertwomethods-46- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究403530随机方式252015105025303540455055606570758085应用特征码分配作业到达平均间隔图3-9两种方式下入库作业的平均作业时间Fig.3-9Theaverageoperationtimeofin-warehouseoperationundertwomethods353025随机方式20151050应用特征码分配25303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-10两种方式下出库作业平均作业时间Fig.3-10Theaverageoperationtimeofex-houseoperationundertwomethods2520随机方式151050应用特征码分配25303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-11两种方式下入库作业平均空载时间Fig.3-11Theaveragerunning-without-loadtimeofin-warehouseoperationundertwomethods-47- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究162000.151.3.1随机方式143.1312.51211.5应用特征码分配25303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-12两种方式下出库作业平均空载时间Fig.3-11Theaveragerunning-without-loadtimeofex-warehouseoperationundertwomethods2520随机方式151050应用特征码分配25303540455055606570758085作业到达平均间隔图3-13两种方式下入库作业平均承载时间Fig.3-13Theaveragerunning-with-loadtimeofin-warehouseoperationundertwomethods18161412随机方式108642025303540455055606570758085应用特征码分配作业到达平均间隔图3-14两种方式下出库作业平均承载时间Fig.3-14Theaveragerunning-with-loadtimeofex-warehouseoperationundertwomethods-48- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究2000.结论由仿真的结果表明应用存储特征码的库位分配方法显著地减少了出入库作业的等待时间能够响应更高密度的出入库作业显著减少了出库作业的作业时间从而使得在线自动化立体仓库系统对来自制造系统的出库需求具有更好的响应性1.3.1本章小结本章分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求并应用工艺BOM建立物料和库位的存储特征码提出了一种应用存储特征码的库位分配方法以提高出入库作业尤其是出库作业的效率和准时性并且满足实际生产中物料的工艺变化和制造单元的设备变化并结合某在线自动化立体仓库实例编制模拟程序进行仿真作业验证本文提出的库位分配方法的有效性和先进性-49- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究第四章系统开发与实现2000.系统开发要求1.3.1人机界面友好便于用户使用在设计与实现自动化立体仓库管理系统软件的过程中为了便于使用者对仓库的存取操作要求软件系统具有尽可能强的出入库操作功能但在人机界面上要求做到操作方式尽可能地简单明了在设计软件时要尽可能地使用户界面简单清晰操作方便处理流程短便于使用可以从两个方面体现一是用户界面友好具备方便快捷的功能操作完善的在线帮助功能等二是 系统具有较少的人机交互在开发系统是应尽可能实现系统与相关系统的数据传递和无缝集成并实现系统内部各模块之间的数据共享和集成1.3.2可靠性管理系统应使得输人输出的各种数据准确无误并满足一定的精度要求对错误数据具有自动检查处理和报警等功能对于系统中的一些关键数据库 应具有双重备份对工作人员的一些误操作应有自动检测和报警提示信息并可采用相应的保护措施1.3.3灵活性由于在线自动化仓库与生产紧密相联因此所设计的软件应能灵活地适应生产线上的工艺变化另外我国的自动化立体仓库有不少是因资金不足而分期建设的所以设计的软件应能很方便的适应前后期建设所带来的外部变化 如:巷道的增扩出入库系统的改进和优化以及新增的一些先进设备等为了 实现上述目的系统设计可以采取如下一些措施在整个系统管理软件中采用模块化设计通过一个主模块调用各个功能子模块实现各种控制和管理功能各种功能子模块又要具有一定的通用性在原始数据处理方面采用由操作人 员键盘输人的方式随时录人以适应不断变化的工艺设计在软件开发上要留有进一步开发的余地并为那些待开发功能留有一定的接口和位置1.3.4可维护性在仓库系统中系统软件要能保证始终处于正确状态提供与系统管理软件相配套的系统软件维护工具使得系统管理员能简便准确及快速地进行系 统维护2001.系统设计平台选择及软件结构3.系统设计平台根据系统功能和实际需求我们对应用软件的系统平台软件开发工具的选择如表4-1所示-50- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究表4-1系统开发平台及运行环境1软件运行平台Windows2000WindowsXP 2数据库系统SQLServer20003开发工具MicrosoftVisualStudio.NET2003MicrosoftOfficeVisio20032000.基于C/S的软件结构1.3.1C/S的结构模型客户端客户端中间件DAOADOODBC数据库服务器图4-1C/S模型Fig.4-1ThemodelofC/S在Client/Server系统中见图4-1将应用程序分为两大部分一部分是由多个用户共享的信息与功能这部分称为服务器部分另一部分是为每个用 户所专有称为客户部分客户部分负责执行前台功能如管理用户接口数 据处理和报告请求等服务器部分执行后台服务如管理共享外设控制对共 享数据库的操纵接受并应答客户机的请求等这种体系结构将一个应用系统 分成两大部分由多台计算机分别执行使它们有机的结合在一起协同完成 整个系统的应用从而达到系统中软硬件资源最大限度的利用CIient/Server应用系统基本运行关系体现为请求/响应的应答模式每 当用户需要访问服务器时就由客户机发出请求服务器接受请求并响 应然后执行相应的服务把执行结果送回给客户机由它进一步处理后再提 交给用户即客户和服务器是运行在不同的计算机上应用程序被分成两个不 同的部分一部分运行在客户机上另一部分运行在服务器上在这种模式中 用户界面业务功能(数据处理和信息查询等)的完成基本上都在客户端客户 端通过中间件DAOADOODBC等向服务器发送SQL命令服务器经 分析处理后将结果送回客户端显示中间件负责与服务器的通讯它避免了 应用程序员直接通过底层操作系统和硬件与服务器通讯所必须应付的复杂的接 口问题它侧重于将应用逻辑(事务规则)放入客户端和向数据库中传送记录(胖 客户模式)或者在存储过程中向数据库传送数据并由数据库引擎实现逻辑应用 (瘦客户模式)它只有二层逻辑结构1.3.2C/S模式的特点在原来的非Client/Server结构模式下进行MIS系统设计实现中一般采用文件服务器工作站的结构模式每当前台工作站有数据请求的时候就会打开服务器上的数据库用网络将整个数据库传到工作站在前台处理完以后再 将整个数据库传送回服务器这样联机事务处理的响应时间和网络上的无效传输大大增加从而增加了网络的负担降低了相应速度影响了整个服务器-51- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究的性能采用Client/Server结构Client端只要将请求发给Server端而Server 端在处理完请求之后只是把结果返回给Client端实际上网络传输的只有SQL 语句和结果数据同时Client负责友好的界面与用户交互而Server专门负 责数据库的操作维护提高了整个系统的吞吐量和响应时间在Client/Server 结构模式下进行系统的设计具有如下一些特点1.系统的联机事务能力大大提高采用Client结构使系统合理的划分数据和功能均衡分配Client和Server 上的负载减少网络传输能为联机事务处理提供高的事务吞吐量短的响应 时间并且增加用户数量2.系统的开放性和可扩充性能增强基于Client/Server结构的DBMS采用开放的Server接口软件使不同协议 的Client应用软件可以通过Server联结使MIS系统的开放性和易扩充性增强 3.系统的安全性增强由于采用Client/Server结构的MIS中数据的各种操作和维护都在Server 端进行而用户在Client端根据授权来使用Server端的数据这样为数据提供 了强有力的安全保证同时对数据的可靠性管理以及维护也带来了方便 4.充分利用各种资源提高了MIS系统的应用开发生产率但是Client/Server结构也有一些弊端占用客户端资源客户机需要安装应用软件数据显示处理应用逻辑这对客户机性能有较高的要求不易安装维护应用软件的安装和配置都必须在纵多的客户机上逐台进行投入运行后系统的维护和升级也需要很大的工作量代码不能重用系统通常用于专用的平台使用专用的开发工具从而系统难于移植到其它系统1.3.1系统部分功能实现3.系统登录用户在进入系统时确认系统对其权限的分配当用户密码输入错误时 系统会允许该用户输入三次如果第三次时密码还是不正确系统会提示该 用户无权使用本系统并退出本系统用户登录模块的运行界面如图登录以 后出现的系统主界面如图4-2所示图中登录用户为超级管理员故可以操 作所有模块图4-2登录界面Fig.4-2Thelogindialog-52- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究图4-3系统主界面Fig.4-3Themaininterfaceofthesystem2000.用户管理1.3.1用户设置用户设置由系统管理员管理负责分配用户设置用户角色以及用户初始密码系统管理员分配权限给不同的用户在分配时只需要输入用户代号就行了用户名可能会有重复但用户代号不会它是唯一的然后再选定该用户的所能操作的功能模块点击确定按钮该操作就可以完成每个部门都有自己的操作管理模块不同的部门只能操作由系统管理员分配相应的功能模块而不能操作其他部门的功能模块当用户设置好后在用户登录系统时由程 序判断出该用户所拥有的权限以确定该用户可以进行操作的功能模块当已分配过的用户离开单位后系统管理员应该删除该用户该模块的界面请参见图4-4图4-4用户设置Fig.4-4Theusersettingdialog2.程序模块分配程序模块分配模块的界面请参见图4-5-53- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究图4-5程序模块分配Fig.4-5Programsassignmentdialog3.用户修改密码用户可以对自己的密码进行修改出于安全的考虑用户应该在第一次登录系统时更改自己的密码该模块的界面请参见图4-6图4-6用户密码更改Fig.4-6Thedialogofpinchanging2000.库房定义1.3.1仓库信息维护仓库信息维护界面请参见图4-7图4-7仓库基础信息维护Fig.4-7Theinterfaceofwarehousebasisinformationmanagement-54- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究2.库位信息维护库位信息维护界面请参见图4-8图4-8库位基础信息维护Fig.4-8Theinterfaceofthemanagementofbinbasicinformation1.3.1物料基础信息维护物料基础信息维护界面请参见图4-9图4-9物料基础信息维护Fig.4-9Theinterfaceofmanagementofmaterialbasicinformation1.3.2日志管理安全日志记录了每一位用户对系统的每一步操作行为它就象一双眼睛时刻监视着用户对它的操作如某用户多次试图登录系统而未能进入某用户 试图越权操作某些数据包括用户的误操作等都会记录到日志中.通过查看日 志就可以知道用户是否有非法操作行为误操作行为和系统的异常情况1.3.3帮助-55- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究图4-10帮助信息界面Fig.4-10Thediaglogofhelpinformation2000.本章小结本章首先给出了系统的开发要求然后阐述了本系统的设计平台选择和软件结构最后给出了系统的部分功能实现-56- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究第五章总结和展望2000.总结本文的工作成果主要有以下几点1.在大量阅读文献以及实地调研的基础上根据制造系统的需求和立体仓 库自身的特点对在线自动化立体仓库进行了功能分析首先阐明了管理系统 的主要功能然后用IDEF0方法结合数据流图对系统进行需求分析和功能设 计并建立了系统的ERD信息模型1.3.1设计了和实现了在线自动化立体仓库管理系统的数据库系统1.3.2进行了库位分配方法研究为了提高出入库作业尤其是生产出库作业的效率和准时性并且满足实际生产中产品的工艺变化和制造系统的设备变化作 者分析了在线自动化立体仓库的主要作业需求并应用工艺BOM建立物料和库 位的存储特征码提出了一种应用存储特征码的库位分配方法结合某在线自动化立体仓库实例编制模拟程序进行仿真作业仿真表明该方法能减少出库作 业时间更好地响应生产出库作业2001.未来工作展望本论文的研究工作取得了一定的成果但是由于国内外对在线自动化立体 仓库的真正重视只不过近几年时间国内对功能齐全系统复杂为特征的与制造系统紧密集成的自动化立体仓库的研究还处于开始阶段基于文献资料以及实际条件的限制再加上本人时间和水平的局限本文的研究尚存在不足和不完整之处如对库位和物料的存储特征码设定是建立在假设的基础上今后需要进一步的研究建议如下1.对堆垛机优化调度问题进行研究自动化立体仓库系统的性能不但由库 位分配决定还很大程度取决于堆垛机的优化调度3.本文研究的仓库管理系统只是整个在线自动化立体仓库系统中的一个子系统还需要对其他几个子系统如路由调度系统监控系统设备控制系统和通信网络系统进行研究-57- 上海交通大学硕士学位论文在线自动化立体仓库管理系统的功能分析及库位分配研究参考文献[1]马士华林勇陈志祥供应链管理机械工业出版社2000 [2]龚敏曾庆学网络化企业竞争的新方法工业企业管理20007112~114 [3]W.H.Hausman,L.B.SchwarzandS.C.Graves,“Optimalstorageassignment inautomatedwarehousingsystems”,ManagementScience,22(6),pp.629–638, 1976.[4]R.LinnandR.A.Wysk,“Expertsystembasedcontrollerforanautomated storage/retrievalsystem”,InternationalJournalofProductionResearch,28(4),pp.735–756,1990.[5]P.J.Egbelu,“Frameworkfordynamicpositioningofstorage/retrievalmachines inanautomatedstorage/retrievalsystem”,InternationalJournalofProduction Research,29(1),pp.17–37,1991.[6]B.R.SarkerandP.S.Babu,“Traveltimemodesinautomatedstorage/retrieval systemsacriticalreview”,InternationalJournalofProductionEconomics,40, 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