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基于RFID无线仓库管理信息系统的分析与设计

2016-06-13 01:01 毕业

摘 要：本文分析了我国仓库管理业滞后的现状，提出1种基于RFID技术和无线网络通信技术的系统开发方案，并在对系统进行需求分析的基础上，灵活应用UML提供的丰富的可视化表达元素，构建系统的用户需求模型、静态结构模型、动态行为模型以及部署模型。目前，在此模型的基础上开发出来的RFID-WWMS已经成功地运行在合肥工业大学仓库模拟平台上。
关键词：无线射频识别；无线技术；统1建模语言；三层体系结构
Analysis and Design of Wireless Warehouse Management System Based on RFID
DING Shuai 1，YANG ShanLin 2
(1。 College of Computer and Information，HeFei University of Technology，HeFei Anhui 230009;2。 College of Manage， HeFei University of Technology，HeFei Anhui 230009)
Abstracts：This article analyses the lagging situation of China's warehouse management system， and proposes a system developing scheme based on RFID technology and wireless network communicating technology。Beginning with the requirement analysis，several models like requirement model、static structure model、dynamic behavior model and deploy model are built by visual elements of UML。Now，RFID-WWMS is developed on this model，and successful run on the warehouse simulator of HeFei University of Technology。
Key words： Radio Frequency Identification; Wireless technology; Unified Modeling Language;The three-tier structure

引言 毕业 网
随着我国市场对外的不断开放，越来越多的企业感受到来自国际竞争的压力。尽管国内1部分大型企业实施了ERP企业资源管理系统，但在建设现代化的物流管理体系方面还存在许多不足，尤其在仓储模式的建立和仓储管理方面仍停留在人工操作管理阶段。落后的仓储管理模式和设施对于企业日益增长的货物配送需求愈发难以适应。因此，引入新技术加速仓储管理信息化进程，已经成为我国企业亟待解决的问题。 （科教论文网 Lw.nsEAc.com编辑整理）
为了开发复杂的软件系统，我们从不同角度抽象出目标系统的特性，使用精确的表示方法构造系统的模型，验证模型是否满足用户的需求，并在设计过程中把与实现有关的细节加入模型中，直至最终用程序实现模型。所以本文将重点阐述我们使用统1模型语言UML（Unified Modeling Language）对该本系统面向对象分析与设计的建模过程。
1 应用RFID技术和无线技术的系统开发方案
无线射频识别（radio frequency identification，RFID）技术是目前国际国内最热门的自动识别技术，其非接触、非光学可视、可群读、反应快（<100ms）且可以在非常恶劣的条件下自由读取等优异的自身条件决定了它是条形码的最有利的替代者。包括美国军方和Wal－Mart在内的众多国际巨头都要求其顶级商品供应商在其包装盒或托盘上使用RFID标签。[1，2]作为国家863计划2006年度的重大项目，RFID技术也得到了我国政府的足够重视。种种这些内在和外在的条件都预示了RFID技术在物流仓储行业应用的非常广阔的应用前景。
1999年9月，IEEE802工作组发布了802。11b“High Rate”协议，用来对802。11协议进行扩充，网络吞吐速率得到很大的提升。这个基于标准的技术使得我们可以根据仓库环境的需要，选择合适的无线路由器、无线AP、无线网卡等设备，轻松实现仓库内信息的高速无线传输。
应用RFID技术和无线技术，必然给仓储业带来质的飞跃，无线仓库管理系统（以下简称WWMS）正是在这个基础上提出来的，系统结构如图1所示。
 
图1 无线仓库管理信息系统系统结构图
1。1 WWMS软件部分
整个系统的应用程序将由三部分组成：应用服务器端程序、固定客户端程序和PDA客户端应用程序。应用服务器程序是在传统的仓库管理系统（WMS）服务器程序中添加PDA管理和电子标签管理等相关模块。应用服务器程序应重点解决数据访问安全性和多终端访问防冲突等问题。固定客户端程序是在WMS客户端程序基础上，添加具有与PDA通信、电子标签信息维护等功能的应用程序。而PDA客户端程序是在PDA移动终端上使用的，具有可以通过和应用服务器端相应模块进行信息交互，完成出入库、退货、查询等操作的功能。

（转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）

1。2 硬件部分
固定客户端硬件设备包括台式机、串口RFID读写器（由于考虑仓库管理中环境恶劣、读取距离需求远等特点，本系统中将统1选择使用符合ISO18000－3标准的超高频RFID设备及标签）以及相关打印设备。移动客户端设备包括支持无线功能的PDA和CF卡型RFID读写器。根据仓库实际需要，使用支持802。11b协议的无线路由器和无线AP在仓库内建立无线局域网。
应用以上的技术方案，可以很好的解决目前仓库管理中存在的问题，与传统的仓库管理信息系统相比，具有绝对的优势：
⑴ 由于使用了移动管理终端，且应用服务程序位于1个独立的位置，适当增加PDA终端的数量即可满足仓库扩充的需求，克服了传统系统中固定终端难扩充的缺点；
⑵ 由于使用RFID标签进行管理，货物出入库、盘点的速度提高了数倍，且标签自身材质的特点决定了其信息读取可靠性大大提高；
⑶ 传统模式下，出入库阶段表单多是通过人工纸张传送，造成实时性差错误率高；现在通过无线网络实时交互信息，保证数据库信息的实时性需求。
2 基于UML的WWMS的建模
UML是由对象管理组（OMG）于1997年底标准化的1种通用的、面向对象的建模语言，主要是用来帮助软件开发人员对系统进行面向对象的描述和建模，提高软件可视化、文档化的程度，其强大的表示能力使它可以用于各种复杂类型的软件系统的建模[3]。
本文下面将详细分析基于UML的WWMS的建模过程包括系统需求分析、静态结构模型设计、动态行为模型设计以及系统部署。
2。1 系统需求分析
2。1。1定义需求
根据前面提出的技术方案和分析企业用户需求，WWMS所需实现的基本功能可以归结为：
⑴ 系统是分布式的，跨平台运行（windows 2000/xp和windows ce）；
⑵ 系统应采用三层体系结构，将业务逻辑放在应用服务层，应用服务层接受客户端的业务请求，根据访问数据库，做相关处理，将处理结果返回客户端； 您可以访问中国科教评价网（www.NsEac.com）查看更多相关的文章。
⑶ 仓库内固定和移动客户端都可以独立完成仓库内部基本事务的处理，包括货物出入库、库存盘点、信息查询以及退货等；
⑷ 各终端之间消息通信以XML格式通过UDP方式传送；
⑸ 为满足日益扩大的仓库管理需要，必然需要增加移动终端数量，为保证数据性，应用服务器端事务处理的相应模块应具有防冲突机制。
2。1。2用例建模
在需求阶段，用例模型把系统看作1个黑箱，并且将actor和系统之间的交互描述为叙述性的用户输入和系统响应。每1个用例都在未揭示系统内部结构的情况下，定义系统某些方面的行为。在以后的静态建模中，可以确定参与到每个用例中的对象。[3]
系统完整的用例图如图2所示。

图2 无线仓库管理信息系统用例图
通过这张用例图，我们可以清楚的表述WWMS的整体需求以及主要的功能模块，也为软件系统的实际开发指明了方向。
2。1。3细化用例¬—用例规格说明
为了详细说明用例图中每个用例的事件发生过程，我们对每个用例进行详细的规格说明。由于篇幅有限，下面仅以系统的1个核心用例——“PDA入库”为例。
用例名称：PDA入库 毕业 网
说明：接到固定终端发出的入库通知，开始货物入库流程操作；
前置条件：PDA状态为闲；
输入：根据需要，填写预入库通知单；
输出：入库操作结束提示；
基本事件流：
⑴ PDA接收到固定终端的入库通知后，立即前往入口处进行货物入库操作，并设置自身状态为忙；
⑵ PDA管理员填写预入库通知单，并调用服务器端中的库位管理模块，获取货物最优放置位置；
⑶ PDA根据反馈的位置信息，跟车入库；
⑷ 将货物放置到指定位置后，PDA管理员反馈确认入库完成，并设置自身状态为闲；
⑸ 服务器端根据所填写的预入库通知单，自动生成完整入库通知单并更新数据库信息； （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
⑹ 结束；
后置条件：确认入库完成，数据库信息得到更新
2。2 静态结构模型设计
静态视图（Static Diagram）用于对应用领域中的概念以及系统实现有关的内部概念建模，它将行为实体描述成离散的模型元素，但不描述与时间有关的系统行为。[4]静态视图包括类图，对象图和包图。其中类图用来描述系统中类的静态结构。
构建类图是分析和设计阶段最关键的部分，通过分析客户需求和用例模型提炼出所有合适有用的类，为后期应用程序的编码实现提供极大的支持，且由于我们选用Rational Rose建模工具进行模型设计，其自带的代码生产功能可以根据类图生成有用的初级代码，[5]所以我们在类图构建过程中，需要详细设计类的属性和方法。
本系统可以分割成人员信息包、事务包、接口包三个独立的部分，其中事务包又分为PDA事务包和固定终端事务包两个子包。下面我们就以移动客户端中的PDA事务包为例，详细分析类及类图的创建过程。
PDA客户端主要具有日常事务管理（出入库、盘点、移位以及查询等）、信息维护、仓库现场监测等功能，通过分析我们知道PDA客户端应用程序的核心模块（CoreModule）包括RFID标签信息采集和过滤、数据分发、消息通讯和事务处理几部分。[6]
2。2。1 RFID标签信息采集和过滤
UHF卡型RFID阅读器具有远距离、快速、群读标签功能，且RFID标签内存储信息量大，所以当移动客户端需要读取RFID标签信息时，在短时间内会获得大量的数据，我们需要从中过滤出对上层应用程序有用的信息。这时我们需要建立信息过滤类（MessageFilter），其中提供所有的信息过滤方法如DeleRepeated（去重）、TagId（只留标签号）、IdMessage（给定标签号内所有信息）、TagCount（提供标签数）等。建立RFID读写器管理（ReaderControl）提供对读写器开、关、读的控制。
2。2。2数据分发
在实际生成操作中，所获得的数据并不1定仅仅提供给某1个应用程序来使用，它可能被多个应用程序使用，且每个应用程序可能需要数据的不同集合，所以我们就得考虑数据分发的问题。由此建立1个数据分发类（DataEmit）用以实现数据的分发功能。
2。2。3 消息通讯
移动终端在处理日常事务时，几乎都需要与应用服务器端或其他客户端进行信息交互，所以消息通讯模块中类的提炼非常关键，包括XMLTranslate（XML格式转换类）、MessageControl（消息发送和接收控制类）、Link（连接类）、MessageBroadcast(消息广播类)、QueueControl（队列控制类）等。
2。2。4 事务处理
在使用PDA客户端进行日常事务处理时，企业必然已经形成1些固定的业务逻辑，所以我们应该相对应的设计出1些功能类以提供事务处理的逻辑支持。InOutWareLogic（出入库逻辑类）、SearchLogic（查询逻辑类）、CheckLogic（盘点逻辑类）等。
除此之外，消息类（Message）、标签信息类（TagInfo）、人员信息类（Person）等基础类和GUI类（GUIPanel）、数据存储格式类（DataType）等外围支持类的设计也很重要。
2。3 动态行为模型设计
在建立好系统静态模型的基础上，接下来需要分析和设计系统的动态结构，并且建立相应的动态模型。动态模型描述了系统随时间变化的行为，这些行为是从静态视图中抽取的系统的瞬间值的变化来描述的。在UML的表现上，动态模型主要是建立系统的交互图和行为图。其中交互图包括时序图和协作图。
时序图（Sequence Diagram）是强调消息时间顺序的交互图，描述类系统中类和类之间的交互，它将这些交互建模成消息转换。[7]时序图强调按时间展开的消息传送，这在1个用例脚本的语境中对动态行为的可视化非常有效，所以选择使用时序图进行系统的动态模型建模。 （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.com发布）
通过对静态模型中模块间关系的分析，我们为仓库管理中可能出现的场景都绘制了相应的时序图，反映出所有模块可能出现的地方和涉及的业务逻辑。图3即为仓库管理系统中1个典型的场景――仓库历史记录查询的时序图，从中可以清楚的看出各个对象之间的交互顺序。

图3 仓库历史记录查询时序图
    时序图的绘制，清晰的描绘出现实世界生产过程在系统中实现，也为后期代码编写过程中类的实现提供了依据。
2。4 系统实现与部署
需求分析和用例建模过程中，我们分析出系统实现所需的功能模块；静态模型中我们在每1个模块中提炼出相关类，找出类所包含的属性和方法；动态模型中我们分析了相关模块之间的逻辑关系，也就给类中的方法和函数实现提供了依据，所以项目编码任务，也就变的相对清晰起来。由于代码的编写过程比较烦杂，且没有什么创新意义，所以本文省略了对代码编写方面的描述。
WWMS的部署是整个项目实施过程中最后的阶段，就是把系统中涉及到的硬件软件整合到1起，并且可以让系统运行起来。
本系统采用典型的三层体系结构数据库服务器（DataBase Server）、应用服务器（App Server）和客户端（Client）。建立的RFID-WWMS数据库及相关存储过程部署于数据库服务器中；应用服务器端主要部署数据库信息管理模块（DataControlModule）和服务应用程序模块（ServiceModule），其中DataControlModule提供所有涉及数据库中信息的增、删、改、查功能，ServiceModule提供货位分配、价格管理、总量控制、报表管理、信息通信等功能。
应用服务层从物理上和逻辑上都独立出来，客户端不直接访问数据库服务器，而是访问应用服务器。客户机发出的不再是数据请求而是业务请求。[8]应用了三层体系结构使得系统的性能、安全性、可扩展性有了很大的提高，也方便了系统的维护和管理。 （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
3 结论
本文是结合WWMS分析和设计过程展开研究和讨论的。将无线技术和RFID技术充分融合并引入仓库管理中，应用各自优势，加速仓储物流业的技术革新，从根本上改善传统仓库管理系统中效率低、实时性差、错误率高等诸多问题。运用UML语言进行软件系统开发的分析设计工作，构建完整的软件模型，增强用户、领域专家、软件开发人员之间的交流联系，从而充分保证满足企业的需求，系统开发也更为流畅。而且由于目前企业在定制信息系统时，往往要求开发出来的软件能快速满足需求的变更，所以我们采用面向对象的模块化设计，保证系统结构的清晰性、合理性和独立性。
随着我国经济持续稳定的高速发展和地区间交流的不断扩大，作为物流链中关键的环节，仓库管理的现代化具有很大的现实意义，因而本系统的实施具有非常广阔的市场。
参考文献：
［1］ C。M。Roberts。Radio frequency identification(RFID)[J]。ELSEVIER Computers & Security，2006，25：18-26。
［2］ Joseph E。Hoag。Architecting RFID Middleware。IEEE INTERNET COMPUTING[J]，2006，9-10：88-92。
［3］ 吴庆中，李烨，罗方斌。用UML设计并发、分布式、实时应用[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2003。4-10。99-103。
［4］ 刘勇，石涛，徐从富。 基于UML的面向对象软件设计［J］。 计算机应用研究， 2004， 21 (11) ：201-203。
［5］ 吴建，UML基础与Rose建模案例［M］，北京：人民邮电出版社，2004。15-16。
［6］ 丁振华，李锦涛，冯波等。RFID中间件研究进展［J］。计算机工程。2006。32(21)：9-11。
［7］ 许晓栋，李从心。基于UML的车间作业管理系统建模研究［J］。计算机工程。2006。32(15)：
227-232。
［8］ 陈宁，陈金柱。基于三层体系结构管理信息系统的JSP技术［J］。海军航空工程学院学报。2006。21(4)：423-425。 毕业 网