面向物流行业的仓储管理信息系统研究.doc

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1、贵州大学硕士研究生学位论文分类号：TP312密级：公开论文编号：2007020703贵州大学2010届硕士研究生学位论文面向物流行业的仓储管理信息系统研究学科专业：计算机应用技术研究方向：计算机控制技术与嵌入式系统导师：高建瓴副教授研究生：王辉中国贵州贵阳2010年5月贵州大学硕士研究生学位论文目录.摘要I.ABSTRACTII.第一章绪论1.1.1课题研究背景1.1.1.1物流行业仓储管理系统发展历史1.1.1.2国内外物流行业仓储管理系统研究现状2.1.2课题研究目的和意义3.1.2.1物流行业信息化的不足3.1.2.2物流行业仓储管理系统智能化不高4.1.3课题研究工作4.1.4论文组织

2、结构5.第二章相关技术简介6.2.1系统开发技术J2EE6.2.2系统优化算法遗传算法8.2.3小结10.第三章仓储管理系统中货位优化问题研究11.3.1货位优化实现目标11.3.2货位优化数学模型建立11.3.2.1货物存储策略11.3.2.2相关假设条件12.3.2.3存储效率分析12.3.2.4货架稳定性分析14.3.2.5相关约束条件15.3.2.6优化模型建立15.3.3小结16.第四章遗传算法在货位优化中的应用17.4.1遗传算法分析17.4.1.1多目标问题求解17.4.1.2遗传算法多目标问题求解优势181贵州大学硕士研究生学位论文.4.2遗传算法求解19.4.2.1编码20.

3、4.2.2初始化种群21.4.2.3适应度函数22.4.2.4遗传操作23.4.2.5控制参数与终止条件26.4.2.6解码26.4.3小结27.第五章系统分析与设计28.5.1系统需求概述28.5.1.1系统设计目标29.5.1.2系统架构分析29.5.2系统总体设计32.5.3系统业务流程分析与设计33.5.4小结35.第六章系统实现36.6.1系统各功能的实现36.6.1.1基础信息设置实现36.6.1.2入库管理实现37.6.1.3出库管理实现38.6.1.4库存管理实现39.6.2遗传算法在货位优化中的模拟仿真实现40.6.3小结44.第七章结论与展望45.7.1论文工作总结45.7

4、.2进一步研究展望45.致谢46.参考文献472贵州大学硕士研究生学位论文摘要仓储管理系统是现代物流行业的重要组成部分。仓储管理系统主要任务是对仓库中的货物、仓储货位等基本信息进行管理，优化仓库存储的效率，实现仓库中货物的出入操作和存储操作。衡量仓储管理系统性能高低的重要指标之一是存取货物的效率，而存取货物效率又取决于货位的分配策略。使用优化的分配策略能大大提高出入库频率，提高工作效率。本文以J2EE作为仓储管理系统的开发技术，采用了多层架构体系，使系统的复用性，扩展性，维护性得到了提高。对遗传算法的应用领域做了介绍。重点分析了仓储管理系统中的货位优化问题：首先，提出了货位优化要实现的目标，即

5、在保持货架稳定性的前提下，使货物出入库所花费的时间最少，分析了影响货位优化的几个因素，包括运输设备移动速度、货架稳定性、货物属性与货位属性的匹配，给出了相关数学模型。其次，探讨了多目标求解问题，结合遗传算法求解流程，对货位优化问题进行了求解。最后通过实例，模拟仿真了遗传算法在货位优化中的应用。关键词：仓储管理货位优化遗传算法J2EE中图分类号：TP312I贵州大学硕士研究生学位论文TheResearchofWarehouseManagementInformationSystemOrientedLogisticsIndustryAbstractWarehouseManagementInforma

6、tionSystemisanimportantpartofmodernlogisticsindustry.Themaintaskofwarehousemanagementsystemfocusonmanagingthecargo,warehouseslottingandotherbasicinformation,optimizingtheefficiencyofwarehousestorage,achievingthestorageoperation.Oneofthemostimportantindicatorsofwarehousemanagementsystemistheefficienc

7、yofthestoragethatdependsonthestrategyofallocatingslotting.Usingtheoptimizedallocationstrategycangreatlyincreasethestoragefrequency,andimproveefficiency.Inordertoimprovethesystemreusability,expansibility,maintainability,J2EEareused,andmulti-layerarchitectureisadopted.Introduceapplicationdomainofgenet

8、icalgorithm.Slottingoptimizationisanalyzed.Firstly,presentthegoalofslottingoptimizationthatthetimeofwarehousestorageisleast,andconsideringseveralfactorsthatcouldeffectslottingoptimization:thespeedoftransportationfacilities,thestabilityoftheshelf,thematchingofpropertiesofcargoandpropertiesofslotting,

9、makethemathematicalmodel.Secondly,probeintohowtosolvetheproblemofmulti-objectoptimization.Basedongeneticalgorithm,solvetheproblemofslottingoptimization.Atlast,throughtheexample,emulatehowgeneticalgorithmtoapplytoslottingoptimization.Keywords:warehousemanagement,slottingoptimization,geneticalgorithm,

10、J2EEII贵州大学硕士研究生学位论文第一章绪论1.1课题研究背景信息技术、经济全球化发展迅猛，使得企业获取生产资料和推广营销产品的范围日益加大，相应地造成了社会化生产、商品的流通交易管理方式发生了深刻的变革。与此社会变化相适应的是企业的竞争已从降低生产资料成本的“第一利润源泉”、提高劳动生产效率以降低其人力资源消耗的“第二利润源泉”，转向到以降低物流费用建立高效物流系统的“第三利润源泉”。现代物流业是以信息化技术和现代化管理方法为基础，1通过整合传统的仓储资源而形成的一种新兴产业形态。现代物流不单单要考虑企业到最终客服的货物之间配送的问题，而且还要考虑供应商与企业之间原材料的采购，以及企业本

11、身在产品生产过程中的运输、保管等各个方面，全面地、综合性地提高经济效益和效率的问题。作为现代物流的一个重要组成部分，仓储在物流系统中起着至关重要的作用，是企业研究和规划的重点。高效合理的仓储可以帮助企业加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理2。我国物流行业中的仓储管理相对比较落后，而仓库中大量操作，比如装卸、搬运、堆码、计量等作业都是由人工来完成的。仓库作业占用了大量的劳动强度大，劳动条件差的劳动力；从工作效率来看，人工作业的效率低下，库容使用效率也不高。因此，我国物流业受限于落后的仓储管理，影响看其进一步发展，建立高效、健全、智能的企业仓储管理系统，

12、已经成为我国现代物流仓储建设中面临的一个重要课题。1.1.1物流行业仓储管理系统发展历史仓储从原始的人工机械化仓储到现在的智能仓储，经历了不同的历史时期和阶段，通过各种高新技术对仓储的支持，仓储的作业效率得到了大幅度的提高。1（）人工和机械化的仓储阶段这一阶段物资的输送、仓储、管理、控制主要是依靠人工及辅助机械来实现。物料可以通过各种各样的传送带、工业输送车、机械手、吊车、堆垛机和升降机来移动和搬运，用货架托盘和可移动货架存储物料，通过人工操作机械存取设备，用限位开关、螺1贵州大学硕士研究生学位论文旋机械制动和机械监视器等控制设备来运行。机械化满足了人们对速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运

13、等方面的要求。（2）自动化仓储阶段自动化技术对仓储技术和发展起了重要的促进作用。上世纪50年代末开始，相继研制和采用了自动导引小车（AVG）、自动货架、自动存取机器人、自动识别和自动分拣等系统。到上世纪70年代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其他搬运设备都加入了自动控制行列，但只是各个设备的局部自动化并各自独立应用，被称为“自动化孤岛”。随着计算机技术的发展，工作重点转向物资的控制和管理，要求实时、协调和一体化。到上世纪70年代末，自动化技术被越来越多地应用到生产和分配领域。“自动化孤岛”需要集成化，于是便形成了“集成系统”的概念。在集成化系统中，整个系统的有机协作，使总体效益和生产

14、的应变能力大大超过各部分独立效益的总和。集成化仓库技术作为计算机集成制造系统（CIMS-ComputerIntegratedManufacturingSystem）中物资存储的中心受到人们的重视。（3）智能化仓储阶段在自动化仓储的基础上继续研究，实现与其他信息决策系统的集成，朝着智能和模糊控制的方向发展，人工智能推动了仓储技术的发展，即智能化仓储。现在智能化仓储技术还处于初级发展阶段，21世纪仓储技术的智能化将具有广阔的应用前景。上世纪70年代初期，我国开始研究采用巷道式堆垛机的立体仓库。1.1.2国内外物流行业仓储管理系统研究现状传统的仓储业要实现向现代物流的转变，首先需要考虑的就是节省时间

15、和空间，只有节省了时间和空间，才能提高企业的整体效益。3国内外有不少研究仓储物流模型的成果。如：文献在综合比较物流、商流和信息流的基础上，提出了现代物流仓储信息化的基本逻辑流程和企业信息模型设计，以及企业的运转效率。4在货位优化方面，国内外也提出了不少的理论研究。其中文献阐述了货位优化概念，并讲解了货位优化技术的实际意义，提出了在不同因素影响下动态配置货物的货位5优化理论，但是没有给出具体的量化细节；文献主要从货架稳定情况、周转率等多方面对货位进行动态优化，并介绍了自动仓储，由此进一步强调了货位优化的重要性；文2贵州大学硕士研究生学位论文6献研究了多货物种类库存问题，在多货物种类订货策略的基础

16、上，通过将一种概率形式的库存资源约束应用于多货物种类(Q，R)策略，提出了一种有效的多项式启发式算法，7应用于仓储物流企业的实际库存管理。文献研究了多阶段物流网络设计方法，以动态规划进行求解，提出了基本物流网络模型和基本决策问题，并利用运输规划和遗传算法开展了研究。针对多目标问题求解，进化计算界相继提出了大量有效的多目标进化算法。最有代89表性的主要有：Fonseca和Fleming提出的MOGA；Horn等提出的NPGA，以及在10其基础上提出的NPGA-II。目前，国内外对货位优化这一问题的研究大部分是从货物的周转率以及重量上来考虑的，这样容易陷入局部优化，以致全局优化的效果不佳。因此，对

17、于货位优化这个问11题我们需要提出比较好的模型以及算法，尽可能地做到全局优化。遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)是一种以模仿生物进化的智能搜索法。近年来,遗传算法在各个科学领域得到广泛运用,在求解一些复杂优化问题方面也显示出了强大的应用能力,具有广泛的适应性。1.2课题研究目的和意义1.2.1物流行业信息化的不足传统仓库中的作业一般为人工操作，造成了货物占地面积大，仓储使用率不高，资金支出巨大；传统仓库的货物的出入库操作均采用人工搬运，花费劳动力较多，且效率比较低下；货物的堆放和提取损耗也较大。另外，信息技术应用水平不高，先进?牟执锪鞴芾砑际鹾腿砑缣跣温爰际酢闷笠底试醇苹?En

18、terpriseResourcePlanning)思想开发的物流管理软件的应用水平较低。据统计，2008年，中国只有39%的物流企业使用了相关物流软件，实现了物流管理的信息化。由此可知，物流行业的信息化普及率不高。中国传统物流业的门槛较低，规模大小、管理水平高低、物流设施差异很大，特别是运输企业小而杂的多。而现代物流仓储企业对客户来说仓储企业是其物流供应链中的一个或多个重要的物资集、散节点，客户对其物资的储存、保管、加工、配送、运输有较高的要求，这就需要有物流管理信息系统来支撑。3贵州大学硕士研究生学位论文1.2.2物流行业仓储管理系统智能化不高现代物流仓储信息系统集诸多功能于一体。然而，目前

19、仓储服务系统仍以传统业务和方式为主，专业化的优化功能所占的比重比较低或者没有。物流相关功能不健全、不协调的现象比较普遍，缺乏相应的物流功能模块，不能提供更好的服务。尤其是作为物流仓储管理软件的核心模块货位优化功能的缺失，使得物流行业仓储管理信息系统智能化程度不高。人工智能技术的发展必将推动物流仓储技术向更高阶段即智能自动化方向发展，在智能自动化物流阶段，生产计划一旦安排好，系统将生成生产资料和人力资源需求，查看相关清单，并完成物流。如果相关条件不够，无法满足相应的生产要求，系统会自动修改计划以便最优化安排出相关计划。目前，智能仓储的一些基本原理已经在一些实际的物流仓储系统中得到了初步的实现。由

20、此可以相信，智能仓储技术具有广阔的应用前景。1.3课题研究工作通过国内外研究分析，可以看出物流仓储的业务模型分析不够深入透彻，从工程化和商业角度等方面研究物流仓储管理模型做得还不够，货位优化管理也差不多停留于优化规则的讨论上，没有提出可量化的优化模型，从而在系统里也没有体现出优化管理的思想。物流仓储管理应不同于普通仓库管理，应以追求低出入库成本和高仓储利润的目的。货位优化管理应该从可量化的参数指标出发，以成本与时间作为优化目标，在货位选择、路径选择等方面进行优化管理、控制，这也正是本文的研究工作重点。研究工作主要分以下两部分：第一，建立一个仓储管理系统。按照软件工程标准，利用J2EE技术，开发

21、出能满足现代化物流仓储管理系统的信息系统软件，使其具有很好的可复用性、可扩展性、可维护性。第二，对仓储管理系统进行优化，从成本与时间在货位布局、货位选择、路径选择等方面进行优化管理与控制。具体对货位进行优化，使仓储的进出库操作时间大大缩短。4贵州大学硕士研究生学位论文1.4论文组织结构本论文的研究思路是研究仓储物流的业务模型，并通过分析业务模型进行系统设计，最后通过优化使仓储系统达到较高水平。系统优化的重点研究货位优化管理模型，并对该模型进行量化分析。通过运算实例验证优化理论的正确性，并应用到实践中检验理论的实用性。本文结构如下：第一章：绪论。主要介绍课题背景、仓储物流行业发展现状与趋势、国内

22、外研究现状、研究目的和意义，对论文的整体结构做了概括。J2EE第二章：介绍相关技术，用对该系统进行开发，用遗传算法进行相关优化；第三章：提出了仓储系统的核心优化问题货位优化，以及优化的目标，并建立了货位优化模型；第四章：主要是将遗传算法应用于货位优化中，其中阐述了遗传算法解决多目标问题的优势；第五章：针对贵州商储集团信息化建设进行系统分析与设计。主要工作是进行需求分析，系统架构设计；并描述仓储管理系统的功能设计、数据库设计、体系结构设计、界面设计工作，对正确性进行分析，并结合具体企业应用对系统进行分析；第六章：系统实现，包括基本的仓储管理模块和货位优化模块，给出了货位优化的相关仿真数据；第七章

23、：最后总结全文，提出研究展望。5贵州大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介2.1系统开发技术J2EE近年来，我国的物流业发展相当快，但由于发展时间短，起点低，目前仍很落后，各种设施，包括硬件和软件设施，都还不完善，管理更是落后。虽然许多物流企业和专业厂商开发了一些物流系统，对我国物流业，起了相当大的推动作用，但在实现方式上这些信息系统大多数采用主从方式或者C/S结构。这种结构的优点是第一次部署的时候比较容易，而且在使用比较少的时候，会工作得很好，缺点是随着访问数据量越来越多，应用系统越来越复杂：系统很难维护，由于程序之间的关联性很强，程序中某一处功能的改动可能会影响到其他功能模块的正常运行，

24、程序结构的清晰性、完整性也会变得越来越差。随着市场的发展，企业信息系统不仅要完成、实现基本的业务内容，同时还必须是可靠的、易扩展的、易维护的和安全的。传统的软件体系结构已经不能适应业务复杂多变的特性，现在的软件结构是一个多层的体系结构。J2EEJava2平台企业版（Java2Platform,EnterpriseEdition）是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，主要可简化、规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值。J2EE核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共通的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好

25、的兼容性，解决过去企业后端使用的信息产品彼此之间无法兼容，导致企业内部或外部难以互通的窘境。J2EE为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系统提供了良好的机制：（1）保留现存的IT资产：由于企业必须适应新的商业需求，利用已有的企业信息系统方面的投资，而不是重新制定全盘方案就变得很重要。（2）高效的开发：J2EE允许公司把一些通用的、很繁琐的服务端任务交给中间件供应商去完成。（3）支持异构环境：J2EE能够开发部署在异构环境中的可移植程序。（4）可伸缩性：企业必须要选择一种服务器端平台，这种平台应能提供极佳的可伸缩性去满足那些在他们系统上进行商业运作的大批新客户。（5）稳定的可用性：一个服务

26、器端平台必须能全天候运转以满足公司客户、合作伙伴的需要。6贵州大学硕士研究生学位论文基于J2EE技术的Web应用已经被众多企业采用。大多数的企业级的应用有两种框架，一种是以EJB为代表的重量级框架，另一种则是以Struts、Spring、Hibernate为代表的轻量级框架在传统的J2EE体系中，主要靠EJB组件来实现业务逻辑，然而它是重量级组件，增加了部署等方面的难度，在很多情况下的企业级应用需要一个轻量级的解决方案。随着以Spring为代表的轻量级框架的出现，它们为企业级的应用提供了更多的选择。轻量级框架主要是简化的编程模型。轻量级框架旨在消除与传统J2EEAPI有关的不必要的复杂性和限制

27、，它也将缩短应用程序的开发部署时间，这样做的直接好处就是它们的启动时间缩短了，对运行环境的要求降低了，也减轻了测试的工作量。Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以随心所欲的使用对象编程思维来操纵数据库。Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用，最具革命意义的是，Hibernate可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的重任。Hibernate的核心接口一共有5个，分别为:Session、SessionFa

28、ctory、Transaction、Query和Configuration。这5个核心接口在任何开发中都会用到。通过这些接口，不仅可以对持久化对象进行存取，还能够进行事务控制。Struts是Apache基金会Jakarta项目组的一个OpenSource项目，它采用MVC模式，能够很好地帮助java开发者利用J2EE开发Web应用。和其他的java架构一样，Struts也是面向对象设计，将MVC模式"分离显示逻辑和业务逻辑"的能力发挥得淋漓尽致。Structs框架的核心是一个弹性的控制层，基于如JavaServlets，JavaBeans，ResourceBundles与X

29、ML等标准技术，以及JakartaCommons的一些类库。Struts有一组相互协作的类（组件）、Servlet以及jsptaglib组成。基于struts构架的web应用程序基本上符合JSPModel2的设计标准，可以说是一个传统MVC设计模式的一种变化类型。struts框架具有组件的模块化，灵活性和重用性的优点，同时简化了基于MVC的web应用程序的开发。struts是清晰地区分控制，事务逻辑和外观，从而简化了开发应用程序过程的。Struts对Model，View和Controller都提供了对应的组件。ActionServlet，这个类是Struts的核心控制器，负责拦截来自用户的请求

30、。Action，这个类通常由用户提供，该控制器负责接收来自ActionServlet的请求，并根据该请求调用模型的业务逻辑方法处理请求，并将处理结果返回给JSP页面显示。本系统开发采用J2EE轻量级开发框架，其架构如图2.1所示：7贵州大学硕士研究生学位论文ClientStruts+Spring+HibernateFrameWorkDatebase持久化层表示层业务层DatebaseIEHibernateStrutsSpring域模块业务对象图2.1J2EE轻量级开发体系架构2.2系统优化算法遗传算法12遗传算法是一种广泛用于求解优化问题的方法。它是按概率进行求解搜索，因此，能做到以较高的效率逼近全局最优解，避开局部最优解。遗传算法（GeneticAlgorithm）是一种通过模拟自然