基于RFID技术的仓储系统工作流建模研究

射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 技术具有非接触快速识别, 速度快、可同时读写多个物品等优点。应用在供应链中可以保障数据采集的完整性和提高数据的准确性, 提高了供应链的效率和竞争力[1]。物流配送中心作为供应链中重要的节点, 承担着商品的储存、再加工和配送等重要的任务。RFID技术的应用可以提高配送中心的运作效率, 减少重复劳动, 克服传统数据采集方式产生错误和滞后的缺点[2]。

多名学者研究了RFID技术在仓储系统中的应用。Poon等人以RFID技术来动态调度仓储系统内资源[3], 对叉车和人员定位, 研究实时环境下任务分配最优化。马选研究了RFID在邮政物流仓储系统中的应用[4], 设计了基于RFID技术的物流仓储系统。从已经建设的系统来看, RFID技术在仓储管理系统中的应用改变了原有的物流仓储系统的业务流程, 同时信息系统中的工作流也发生了根本性的变化[5]。由于各个仓储系统设计的业务范围和信息流不同, 为了便于系统的开发, 需要研究基于RFID技术的仓储系统工作流模型。工作流模型提供了一套完整有效的描述业务过程的建模语言, 定义出正确的过程模型, 完成实际的业务过程到计算机可处理的形式化定义的转化[6]。工作流建模工作是工作流管理系统的核心, 反映了需要描述的经营过程的计算机可处理的形式化定义, 便于对复杂业务流程的清晰化认识和理解, 也有助于对流程的深入剖析和分解。所以, 工作流建模方法研究仓储系统RFID应用流程很有必要[5]。

工作流建模的方法有很多种。具有代表性的建模方法有活动网络、状态图、时间驱动的过程链、语言行为理论、Petri网和统一建模语言 (UML) [8,9,10]。在表达业务过程中, 存在业务过程表达不完整, 不直观且不能准确表达活动之间协同关系等问题。物流仓储系统的业务流程表现出多业务同时进行、事件发生具有不确定性等特点。为了更好地对物流仓储系统进行工作流建模, 本文选择基于有向图的工作流建模方法[7], 能够更直观地表达流程。通过分析工作流模型中的各工作状态变化和信息流方向, 为采用RFID技术仓储系统信息化建设提供帮助和支持。

一个有向图是有序的二元组<V, E>, 记作G。其中, V不为空集, 称为顶点集, 其元素称为顶点或节点;E为边集, 它是笛卡儿积V·V的多重子集, 其元素称为有向边, 简称弧。结合有向图的定义, 用一个三元组G= (V, E, S) 表示各种业务工作过程, 此三元组称为基于有向图的工作流模型。其中, V={xi|i=1, 2, …, n}是n个有穷非空节点的集合, 每个节点表示一个活动, 且称所有节点为活动节点。V={xi|i=1, 2, …, n}、E={ei=<xi-1, xi>|xi-1∈V, xi∈V, i=2, 3, …, n+1}是n条表示活动之间执行顺序的有向边的集合, 任何一条有向边ei=<xi-1, xi>由节点xi-1指向节点xi, 且称xi-1为xi的前驱活动节点, 对应地称xi为xi-1的后继活动节点, 称ei为xi-1的后续有向边, S表示活动的启动方式。

根据活动节点在业务过程中承担的任务不同, 对其进行分类, 图1给出了活动节点的图形表示形式, 共划分为9种。

a) 开始节点 (图1a) ) 表示一个流程的开始, 作为流程的入口节点;

b) 结束节点 (图1b) ) 表示一个流程的结束, 作为流程的出口节点;

c) 协调节点 (图1c) ) 用来协调活动节点之间的执行关系, 以保证各个流程有序地执行;

d) 服务节点 (图1d) ) 用来调用各种不同服务的节点, 服务节点对外提供调用清单, 每个清单项对应一个调用界面, 其中定义了该服务节点调用各种服务时所需的描述信息和相应的数据接口, 描述信息包括服务名称、服务内容、执行服务所需时间及服务输出结果等信息, 数据接口定义了调用某服务时所必需的数据项;

e) 判断节点 (图1e) ) 表示活动节点执行完后, 从后继节点中选择符合条件的节点执行;

f) 并发分离节点 (图1f) ) 表示同时触发所有后继活动节点, 节点内部不处理其他任何任务;

g) 并发集合节点 (图1g) ) 用来同步多个并行执行流程的特殊节点, 通过它实现同步业务过程;

h) 原子活动节点 (图1h) ) 表示在一段不间断的时间间隔内, 为实现某一目标由人工或自动完成的一个企业行为, 是组成流程的最小功能单元;

i) 子过程节点 (图1i) ) 表示一类能够分解的节点类型, 它的内部可以包含组成流程的所有节点类型, 引入子过程节点大大增强了工作流模型的表达能力, 使流程具有层次化的概念, 支持自顶向下的流程建模。

图2所示为2种不同的有向边, 其中普通有向边表示不同活动节点之间形成的无条件流程连接关系;条件有向边用来动态地设定由它连接的两活动节点之间的一些约束条件。

活动的启动方式具体有人工启动、消息启动、时钟启动和自动启动4种, 前3种启动方式图标如图3所示。

图3中的图标一般标注在活动的上方, 在上方不标注启动图标的活动称为自动活动, 它的启动方式为自动启动, 自动启动表示由活动内部的执行条件来决定是否启动。人工启动表示由活动执行者来启动活动, 消息启动表示由外部的消息 (如电话、电子邮件等) 来启动活动, 时钟启动表示由控制时间的定时器来启动活动。

仓储系统采用RFID技术是在原有仓库网络设备基础上进行规划, 系统主要由嵌入手持终端、数据标签读写系统、库管理系统、主机管理系统四部分组成。应用RFID技术的仓储系统出入库流程如图4所示。

采用RFID系统来管理出入库作业, 其主要的校验工作都通过RFID系统自动校验来完成。读写器自动完成对货物上的电子标签的识别。仓库管理人员只需按照正常方式将货品送入出/入库区, 系统通过自动读写RFID标签并计数来完成货品的验收清点工作, 减少了仓库管理人员繁琐的校验工作, 降低了物品的交接时间和人力成本, 提高了出入库工作的准确度和效率。

根据应用RFID技术后仓储系统作业流程, 以及有向图的工作流建模方法建立仓储系统工作流模型, 如图5所示。

在构建仓储系统工作流模型后, 如何控制模型中各种活动内部执行是重要的问题。在模型中采用执行规则来控制活动有效运行。定义执行规则为一个四元组:执行规则= (状态集, 状态函数, 动作模型, 条件模型) , 具体规则如下:

a) 状态集是某个时间点上活动所处状态的集合, 在仓储系统中, 活动的基本状态包括未启动状态、已启动状态、完成状态、暂停状态、执行状态;

b) 状态函数对于某个活动x, 状态函数f (x) ={0, 1}, f (x) =0表示活动x处于非执行状态, f (x) =1表示活动处于执行状态;

c) 动作模型表示在特定条件下改变活动的状态, 每一个动作在应用程序中由对应函数完成指定的任务;

d) 条件模型此处的条件模型包括4个元素:前条件、后条件、转变条件和协调规则, 前条件是活动开始执行时应满足的条件, 后条件是活动执行完毕时应满足的条件, 转变条件是活动执行过程中状态转变应满足的条件, 协调规则是用于解决活动执行过程中出现的各种问题的规则。

在定义了工作流模型执行规则后, 仓储系统的工作流模型可以在一定的外界条件推动下进行对应的活动。下面以工作流模型中的订单处理活动为例说明工作流模型, 如图6所示。

从图6的活动状态变化中可以清晰地看到在工作流模型中各个活动之间的关系, 活动状态的变化以及引起活动状态变化的因素, 其他的活动可以参照订单处理方式来详细地定义。

相比于传统的仓储系统管理流程, 采用RFID技术的仓储系统管理流程发生了较大的变化, 信息系统中的工作流也发生了根本性的变化。本文使用有向图工作流建模理论对仓储系统进行了工作流建模研究, 并定义了工作流模型内各个活动的执行规则, 分析了活动的关系和状态变化原因, 可为采用RFID技术仓储系统的信息化建设提供帮助和支持。