ＲＦＩＤ在倉儲物流中的應用

[摘 要] RFID具有快速而更準確的讀取和數據采集、多個物體同時讀取、標簽的低成本和更方便實現系統管理的特點。基于RFID技術的現代化物流倉儲管理，能實現批次管理、快速出入庫和動態盤點，大幅度減少了現有模式中查找貨位信息的時間，提高了查詢和盤點精度，大大加快出、入庫單的流轉速度，增強了處理能力。本文主要通過跟蹤研究國際RFID 技術發展動態及RFID在商業物流中的巨大價值，對RFID技術與其在物流倉儲管理系統中的應用進行了前瞻性研究，包括一套高效穩定的智能倉儲管理系統架構。

[關鍵詞] RFID技術 物流倉儲 管理系統

一、國內外RFID技術應用動態

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。近一兩年來由于受到以沃爾瑪為代表的大型零售商的推動，RFID技術在全球掀起陣陣熱潮，吸引了眾多廠商參與相關技術及芯片的研究和開發。目前RFID技術處于迅速上升的時期，該技術被業界公認為是本世紀最有前途應用技術之一，同時也引起了許多國家的重視，欲將其培育成國家的一項重要產業。

在國外RFID技術已被廣泛應用于工業自動化、商業自動化、軍事國防、安保門禁以及交通物流等領域，諸如:汽車、火車等交通監控，高速公路自動收費系統，物品管理，流水線生產自動化，門禁系統，金融交易，倉儲管理，畜牧管理，車輛防盜等。當前，RFID技術在我國的應用正處于起步階段。2001年7月上海市虹橋國際機場組合式電子不停車收費系統(ETC)試驗開通，該項目被國家經貿委和交通部確定為“高等級公路電子收費系統技術開發和產業化創新”項目的示范工程。目前，北京已在其所有的公交、地鐵、城鐵系統采用IC卡的記票方式；對2005年大范圍更換和推廣的中國居民二代身份證，大家也印象頗深。這些應用都采用了射頻識別技術，這只是RFID在目前廣泛應用的一小部分。

在物流信息系統中位置管理是一個非常重要的管理，無論是靜態的還是動態的位置，通過RFID技術，可對貨物的靜態位置和動態位置進行很好的管理。與信息系統及RFID手持終端配合，可以在人庫上架環節自動完成庫存數量、倉位更新，避免人工錯誤。出貨時可以判別是否取貨、是否拿錯貨;在出貨驗收過程中RFID閱讀器可以一次讀取多個標簽，極大地提高揀選正確率及出貨驗收速度。特別可以用在移庫移倉、盤點等操作，尤其能避免錯誤，提高效率。

RFID技術將徹底解決物流管理中信息采集的自動化問題。貼在單個商品、包裝箱或托盤上的RFID標簽，可以提供供應鏈管理中產品流和信息流的雙向通信，并通過互聯網傳輸從標簽采集到的數據。同條形碼技術相比，RFID技術可以大大削減用來獲取產品信息的人工成本，使供應鏈許多環節操作自動化。

二、RFID簡介

RFID是Radio Frequency Identification的簡稱，又稱為無線射頻標識技術，俗稱電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

埃森哲實驗室首席科學家弗格森認為RFID是一種突破性的技術：“第一，可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數據，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。此外，儲存的信息量也非常大。”RFID射頻標識關鍵技術包括：

1.射頻技術：需要小型高效的天線設計技術。RFID模塊是先進的射頻技術和IC卡技術相結合的產物，對射頻卡的設計首先需解決無源設計，需由讀寫器向射頻卡發一組固定頻率的電磁波，通過卡內電器產生芯片工作所需直流電壓；其次是卡內需有經特殊設計的天線，并埋裝在卡內或相應的設備上；而且必須保證有良好的抗干擾性能和設有“防沖突”電路。

2.低功耗技術：無論是有源方式還是無源方式設計的 RFID 模塊，一個最基本的要求都需要具備低功耗的特點，以提高卡片的壽命和擴大應用場合，可以說降低功耗，同保證一定的有效通信距離是同等的重要。因此卡內芯片一般都采用非常苛刻的低功耗工藝和高效節能技術，如電路設計中采用“休眠模式”設計技術。RFID 模塊采用使用低功耗設計，甚至是無源（不需要外部電源或電池供電），無源工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發送無線電載波信號耦合到卡片上天線而產生電能，一般可達2V以上，在讀寫器提供的一定磁場強調的作用下，RFID模塊應能夠不間斷地工作。

3.防沖撞技術：RFID射頻卡，由于采用無線方式進行通信，在讀寫器有效通信范圍內，可能存在多個標簽（射頻卡）的問題，這就需要讀寫器具有防沖撞處理的能力。當有多張RFID射頻卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內時，讀寫器的防沖撞模塊的防沖撞功能將被啟動。在防沖撞處理程序的控制下，卡片讀寫器將會首先與每一張卡進行通信，并取得每一張卡的標簽號（UID）。由于每一張RFID射頻卡都具有其惟一的標簽號，因此讀寫器將根據RFID卡的標簽號來識別，區分已選的卡片。讀寫器中的防沖撞功能配合卡片上的防沖撞功能模塊，執行防沖撞循環選卡流程，最終讀寫器將根據卡片的標簽號用“Select”指令選定其中的一張卡。被選中的卡片將直接開始與讀寫器進行數據交換，而未被選中的卡處于等待狀態，等待讀卡器對它的下一次操作。

4.封裝技術：由于RFID射頻IC卡中需要埋裝天線、芯片和其它特殊部件，為確保卡片的大小、厚度、柔韌性和高溫高壓工藝中芯片電路的安全性，需要特殊的封裝技術和專門設備。

5.安全技術：由于采用無線射頻技術，卡與讀寫器之間的通信更加方便，但這也對RFID射頻卡與RFID讀寫器之間的通信安全技術提出了更高的要求。另外在安全性方面，還要提供卡用芯片的物理安全技術和卡片制造的安全技術，這幾個方面的技術的實現才能構成RFID卡強大的安全體系。

三、RFID系統組成及其工作原理

RFID系統在具體的應用中，根據不同的應用目的和應用環境，系統的組成會有所不同，但基本都由電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和數據交換與管理系統（Processor）三大部分組成。閱讀器將要發送的信息，經編碼后加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過卡內天線再發送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統進行有關數據處理；若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的內容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。

1.RFID技術的分類。RFID技術的分類方式常見的有下面四種:(1)根據電子標簽工作頻率的不同通常可分為低頻（30kHz～300kHz）、中頻（3MHz～30MHz）和高頻系統（300MHz～3GHz）。(2)根據電子標簽的不同可分為可讀寫卡(RW）、一次寫入多次讀出卡（WORM）和只讀卡（RO）。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等；WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入后數據不能改變，比RW卡要便宜；RO卡存有一個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。(3)根據電子標簽的有源和無源又可分為有源的和無源的。(4)根據電子標簽調制方式的不同還可分為主動式和被動式。

2.RFID應用優勢。RFID應用于物流倉儲中的技術特點：

(1)非接觸式的信息采集，可實現自動識別和自動化管理。

(2)提供供應鏈管理中物流和信息流的雙向通信。

(3)可以任意書寫，滿足信息量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求;大大提高物流管理中信息采集的自動化程度。

(4)解決了在運動過程中對貨物的相關信息進行管理的問題。

(5)具有揀貨速度快、錯誤率低等優點。

(6)采用RFID集成中間件，較好地解決了數據錯誤及過濾問題，同時可以與現有ERP系統無縫集成。

四、智能倉儲系統設計

1.系統的性能分析。

（1）系統的有效性。包括兩個方面:一是集裝箱信息采集的有效性。集裝箱貨場是在露天環境下工作的，在工作過程中，數據采集設備周圍的環境變化比較大。

（2)系統的實時性。要求作業指令的完成是實時性的，不能有任何的耽擱和延誤，確保系統運行的效率。

（3)系統的經濟性。系統的成本是進行系統結構設計考慮的一個極其重要的因素。自動調配系統設計的一個目的就是提高集裝箱貨場的運行效率、取得良好的效益。而取得良好效益的一個關鍵就是降低系統的成本。

將電子標簽用于智能倉庫貨物管理有效地解決了傳統庫管得以上問題。RFID標簽貼于倉庫內的貨位、托盤、集裝箱甚至單品上，標簽內包涵元件規格、序列號等信息，用電子標簽來代表貨位、托盤、集裝箱等，物資的物理移動的結果由標簽與讀寫器進行記錄、自動處理，這樣幾乎省掉了一大半機械重復性勞動。對于大型倉儲基地來說，管理中心可以實時了解貨物位置，貨物存儲的情況，可以實現貨物自動進庫、自動出庫，實現自動化管理。

2.系統的功能。RFID智能倉庫管理系統是現代化倉庫管理系統，能有效的對倉庫流程和空間進行管理，實現信息實時更新、快速準確出入庫管理和動態盤點。

（1)入庫管理：處理信息中心發來的各種調度指令，并進行相應入庫處理。主要包括入庫類型、貨物驗收、收貨單打印、庫位分配、預入庫信息、直接入庫等功能。

（2)出庫管理：對貨物的出貨進行管理，主要有出庫類型、貨物調配、檢貨單打印、檢貨配貨處理、出庫確認、單據打印等功能。

（3)庫存管理:對庫存貨物進行內部操作處理，主要包括庫位調整處理、盤點處理、退貨處理、掉換處理、包裝處理、報廢處理等功能。

（4)貨位導航:出、入、盤庫時可查看所有要操作器材的所在位置；系統根據車載天線返回的信息，自動判斷車所在位置，并在畫面中顯示出自己所在的位置。某一器材操作完成后，系統去除改器材在貨位導航中的顯示。

（5)智能判斷:系統會根據天線返回的貨位號自動判斷附近是否有要操作的貨位，并給予到達貨位、附近有可操作貨位等提示。

（6)查詢:提供對現有倉庫庫存情況的各種查詢方式，如貨物查詢、貨位查詢等等。

五、總結

本文主要對RFID技術與其在物流倉儲管理系統中的應用進行了前瞻性研究，包括業務方案的初步設計和驗證。這階段研究內容主要側重于系統的需求分析、業務設計、項目初步驗證等方面。 需要指出的是，雖然RFID技術在提升供應鏈績效上具有誘人的前景，但這并不意味著RFID技術的應用就是一片坦途。還有一個問題就是如何優化內部管理。供應商在資源協調方面也同樣有挑戰，尤其是在托盤運輸和拖車運輸中，利用RFID技術就可以定位資源的位置，供應商也可以更有效的利用資源。例如，Menlo Worldwide公司利用RFID技術可以確定一個拖車是否在場地里，工作人員可以確定場地的利用情況。此外，利用三維RFID技術，工作人員可以確定資源在場地的位置，使司機在最快的時間內找到所需要的貨物。本文在對RFID物流倉儲管理系統基礎性研究之余，如何使項目滿足市場需求進行方案策劃以至于進入市場應用，仍然存在許多問題需要進一步探討，比如RFID技術的相關問題（如用戶的隱私權問題，RFID 技術標準問題，標簽的頻率選擇問題，采用RFID技術企業需要承擔價格問題等）；由此可以看出，RFID技術的廣泛應用還需要克服諸多障礙。

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