基于RFID技術的現代倉儲管理系統設計與應用

張 新，趙 俊

（1.紹興職業技術學院，浙江 紹興 312000；2.紹興迅極網絡技術開發有限公司，浙江 紹興 312000）

1 引言

現代物流隨信息技術的發展而發展，它是依據用戶的需求，利用現代信息處理技術，從供給地將物流向需求地轉移，實現管理成本最低化的過程。它由若干個環節組成，如包裝、裝卸、配送、運輸、儲存、加工和信息處理等。其中倉儲環節在現代物流運作過程中起到很關鍵的作用，也是物流中的主要環節。近幾年，物聯網技術發展迅速，RFID 射頻識別技術作為物聯網技術的核心技術之一，在很多領域得到大量應用，推動著產業的升級改造。早期，條碼技術在物流行業應用中得到了肯定，但隨著經濟的高速發展，人民對物質需求的進一步提高，推動著現代物流技術的興起，利用RFID 技術來改造倉儲管理系統的需求也應運而生。

早期，倉儲管理采用單據人工書寫方式完成，隨著條碼技術的發展與成熟，逐漸開始采用條碼作為信息的載體。無論是條碼還是手工作業方式，在倉儲管理方面存在很大問題：手工方式效率低，極易出錯，而條碼技術，盡管提高了效率，但由于條碼的易復制、不防污、不防潮、信息量少且不能更改的缺點，使得傳統的倉儲管理始終存在著缺陷。隨著RFID技術的成熟應用，其自動信息獲取技術從根本上解決了上述問題。

本系統的設計是充分利用便攜式手持終端（如PDA 和閱讀器）完成對電子標簽信息的讀寫，實現物品信息的交換與處理。因此，在作業現場便攜終端實現了入庫、出庫、移庫、盤點操作的實時完成，另外，要實現對物資進行批次甚至單品管理，借助電子標簽存儲物資信息，閱讀器讀到的數據通過WiFi網絡實時傳輸到信息服務中心，實現了對庫存物品的入庫、出庫、移動、盤點、訂貨等的直接操作，通過對倉儲物品信息的過程控制與分析，實現倉儲物品管理的規范化和可視化，從而有效地降低管理成本，提高工作效率，真正實現倉儲管理的智能化。

2 RFID射頻識別系統

RFID（無線射頻識別技術）是一種非接觸式的信息自動獲取技術，利用無線電信號空間耦合原理自動獲取電子標簽的信息，具有高速運動目標識別能力，采用一定技術實現多標簽的信息讀寫，操作快捷方便，適合各種惡劣環境下的信息采集。RFID 電子標簽具備較大的存儲容量，除了可以存儲ID，還可以存儲一定數量的物品信息。RFID 閱讀器可以有多種接口方式（如RJ45、串口）與信息服務中心交換數據，完成前端信息的實時采集。RFID 系統一般由電子標簽、天線、閱讀器和RFID中間件組成，如圖1所示。

圖1 RFID系統構成與工作原理

電子標簽存儲ID識別碼及倉儲物品的其它信息，可以根據需要有各種不同的封裝形式，電子標簽分為有源、無源和半無源三大類。閱讀器是RFID系統重要設備，在有效范圍內實現對RFID 標簽的信息讀寫，并通過適當接口，完成與后端應用系統的信息交換。RFID中間件是完成RFID 設備接入應用系統的軟件，主要完成閱讀器管理、數據采集和系統指令傳達。

3 系統組成與工作原理

3.1 基本設計思想

現代倉儲管理系統的重心是RFID技術的應用，關鍵是利用電子標簽具有的信息讀寫能力。為了實現倉儲中的庫位管理，需要按某種標準給每一庫位貼上電子標簽。庫房管理作業時，可以實現物品與庫位的智能匹配處理，做到最優化利用庫位的功能。在物品入庫時，貨物電子標簽（或已有標簽）將被安裝上，利用這些標簽可以做到對物品一定精度的定位，方便錯位情況下的尋找，提高工作效率。貨物出庫時按具體情況取下電子標簽，做到循環使用。

利用無線網絡如WiFi 實現信息高速公路，覆蓋整個倉儲作業區，做到作業數據實時傳輸到信息服務中心。倉儲作業過程中，利用叉車上無線數據終端和作業人員手持無線數據終端，完成作業信息的實時上傳，同時無線數據終端接受信息服務中心下達的作業指令，確認作業位置與作業貨物是否準確等。

自動導引車AGV 是一種智能化的作業平臺，平臺上具有RFID 閱讀器、智能控制設備等，可以做到定時對庫房進行自動盤點，實現倉儲物資盤點智能化。

3.2 系統組成

RFID 倉儲管理系統由信息管理系統、電子標簽制作系統、物品信息采集系統和物品輔助定位系統組成，這四大系統互相協作，聯合實現物品管理的各個流程。信息管理系統是倉儲管理系統的核心，物品信息采集和輔助定位是倉儲管理實現的基礎。

信息管理系統由信息服務中心的服務器和前臺管理終端組成，是整個系統的數據處理中心。所有從固定式閱讀器或手持機獲得的數據都實時轉換并插入到后臺倉儲管理系統的數據庫中，對標簽管理信息、電子標簽和采集的標簽信息集中進行儲存和處理，完成貨物的日常管理。

電子標簽制作系統實現庫位標簽、物品標簽、箱標簽信息的寫入，由一臺閱讀器實現。

物品信息采集系統和物品輔助定位系統由數據前端采集和無線網絡傳輸二部分組成。各類標簽信息通過前臺作業終端（手持機或固定閱讀器）采集，完成標簽數據的讀寫。前臺作業終端利用WiFi 無線網絡并通過RFID 中間件實現與信息服務中心數據交換與處理。利用RFID 無線定位技術可以輔助定位物品大致位置，方便尋找。

3.3 系統工作原理

倉儲管理系統從庫位標簽的制作與安裝開始，依據信息服務中心自動生成的庫位編碼等信息，通過前臺作業終端寫入庫位電子標簽，同時讀取電子標簽標識信息上傳到數據庫做到一一對應。為便于管理，使用標簽打印機，在紙標簽上打印庫位編碼和其它信息，把二類標簽同時安裝到庫位上，標識具體位置用于識別，為出入庫作業做好準備。

按照規定的物品編碼方案對入庫物品進行編碼是入庫的首要任務。用前臺作業終端把編碼信息寫入電子標簽，同時打印紙質標簽，二者合一成為貨物標簽。前臺作業終端自動分配庫位，并與物品存放信息相一致。當貨物被運送到指定庫位后，核對位置正確并把貨物送入庫位（視情修改庫位標簽中貨物編號和數量信息），最后把入庫信息發送給信息服務中心及時更新庫存數據庫。

出庫作業的信息來自信息服務中心下傳的出庫計劃，前臺作業終端提示作業人員實施操作，按計劃從指定庫位上取出指定數量的貨物，改寫庫位標簽信息，貨物運送到出口處，取下貨物標簽，完成貨物出庫存，同時前臺作業終端發回完成出庫作業信息，更新中心數據庫。另外可以利用RFID定位技術，采用RSS 定位原理幫助出庫過程中錯位物品的定位和尋找。

庫存盤點與報表生成也是管理系統的重要內容，通過對數據庫信息的分析處理，按各類要求自動生成報表，提供給相關人員分析決策。

4 管理系統設計

倉儲管理系統分成如下三層結構：

第一層是信息采集，主要是通過前臺作業終端（如閱讀器等）采集信息。這些信息來自庫位標簽、貨物標簽、以及倉儲作業區內的各類其它標簽。

第二層是信息傳輸，即通過無線寬帶網絡(如WiFi)，把信息采集層發過來的信息實時可靠傳送到信息服務中心的數據庫中，完成存儲和處理。硬件包括無線接入設備和網絡交換設備。

第三層是信息應用，信息的應用處理是整個系統的核心，通過數據庫管理系統提供的數據管理能力實現對各類信息的綜合處理。應用系統包括數據庫服務器、認證服務器等設備和倉儲管理系統軟件。

4.1 系統硬件設計

整個系統的信息傳輸基礎是無線寬帶網絡。采用WiFi技術實現信息高速公路，在整個倉儲范圍內按信號覆蓋無盲區的需求，布置AP接入點，使手持式閱讀器能全部接入寬帶網，保障信息傳輸暢通。另外固定式閱讀器天線空間布置與AP接入點布設類似，需針對RFID 定位應用要求進行適當調整。硬件系統架構如圖2所示。

圖2 管理系統的硬件架構

信息采集系統由前臺作業終端（固定式或手持式閱讀器）、指示面板、過程控制器、指示燈、報警器、傳感器、各類標簽組成。本系統設計采用超高頻RFID設備（Reader 2600射頻讀寫器），讀寫器分固定式和手持式二種，基本功能相同。超高頻RFID閱讀器具有讀寫距離較遠，能滿足倉儲環境下的信息采集需要。Reader 2600閱讀器是分體式產品。它能夠讀寫符合ISO-18000-6B、ISO-18000-6C（EPC G2）、TK900 標準的電子標簽。工作頻率902～928MHz，讀寫距離大于6m，產品可根據客戶的需求和實際運用環境選用不同數量的天線接口與不同的大小的天線。另外，采用了超高頻抗金屬標簽作為物品標簽，此類標簽符合ISO 18000-6C 協議，芯片靈敏度較高，達到-15dBm,識別距離超過8m，封裝芯片為H3。

在倉儲作業區的進出口處，安裝讀寫設備和天線，對進出倉儲作業區貨物進行監控和管理。由于進出倉儲作業區的物品都安裝電子標簽，利用作業區進出口的閱讀器識讀功能做到物品進出的自動信息讀寫，及時與信息服務中心數據庫進行交換，實現對貨物跟蹤管理，生成完善的貨物發放管理記錄，掌握貨物的流向及分配情況，供查詢使用。

4.2 系統軟件設計

現代倉儲管理系統是一典型的C/S 類型信息服務系統。采用常用的MS SQLSERVER 作為數據庫，用C#編寫完成。倉儲管理系統由以下三部分組成：

（1）倉儲管理應用系統：對信息服務中心數據庫進行配置、維護、認證、安全等管理。負責進貨計劃、出庫計劃的制定和指令下達，打印生成各種管理報表。

（2）倉儲管理準備系統：制作各類標簽、進行實時庫存管理（庫位管理）、通過無線網絡發布倉庫管理作業指令。

（3）倉儲管理作業系統：完成入庫、出庫、移庫、盤庫等日常作業。

從功能上，管理系統由七大軟件模塊組成，具體如圖,3所示：

圖3 系統功能結構圖

4.2.1 系統管理。系統管理主要由用戶管理、權限管理、物資管理、庫房設置管理和貨位設置管理五方面組成。用戶管理用來維護用戶表，完成用戶創建、修改、刪除和設定活動狀態等操作，具有完整的查詢功能。用戶的操作權限在權限管理中設定，用戶可以具有多種操作權限，實現各種權限創建、修改、刪除、設定狀態等操作，可按條件查詢。物資管理對物資信息表進行修改，實現物資信息的增加、修改、刪除、活動狀態設定等操作，并提供查詢功能。庫房與貨位設置管理用來實現庫房（貨位）的增加、修改、刪除、使用狀態設定。另外，依據數據分析要求自動生成各類報表。

4.2.2 出入庫管理。倉儲管理的核心模塊是出入庫管理。主要由出入庫單編輯、審核、查詢、核查、打印等組成。具體流程如圖4所示。

圖4 出入庫模塊流程

在出入庫管理中要特別強調利用RFID 定位技術查找物品的輔助功能。在大型倉儲中，貨物存放過程難免會出現錯位現象，導致貨物尋找困難的問題。基于“信號指紋”（RSS）定位方法是RFID定位技術的一種有效定位方法，具體包括三個方面：部署場地規劃、信號指紋庫采集、信號指紋匹配。

4.2.3 盤點管理。盤點管理分為二類，即有單盤點和無單管理。從信息服務中心下載倉儲物品信息，生成盤點報表。依據報表完成盤點業務，通過授權用戶可以在前臺作業終端上手工輸入盤點數量。另外，也可以直接用前臺作業終端進行實際庫存的盤點，生成實際盤點信息上傳到信息服務中心數據庫中，經數據庫對其信息進行對比，當不一致的時候，提示報警，如圖5所示。

圖5 盤點模塊流程

4.2.4 庫存與備貨管理。庫存管理包括物品移位和物品庫存狀況預警。物品移位是針對倉儲情況變化而進行的調整，改變物品的貨位，一般在前臺作業終端業務系統中自動或手工進行貨位的調整。通過實時查詢物資庫存、設備庫存，并根據查詢條件生成結果報表。設置物品庫存最小量報警條件，當庫存達到設置報警條件時，提示給用戶。

備貨管理由備貨單編輯、備貨報警和備貨查詢三部分組成。備貨單編輯完成備貨單的創建，修改，撤消，設定備貨單的狀態，維護備貨單表。通過遠程調用功能，根據篩選條件進行精確和模糊二種方式查詢，當備貨數量大于庫存中可備貨數量時，提示報警。

4.2.5 標簽制作管理。標簽制作管理是系統管理的前提與基礎。庫位標簽、物品標簽及其它標簽都要進行先前的信息寫入，這些工作需通過臺式作業終端完成。

5 結束語

目前現代物流技術的發展十分迅速，特別是物聯網技術的快速發展與應用推動物流管理的信息化改造。利用RFID自動識別技術的優勢大大提升了倉儲管理的整體水平，進而降低了倉儲企業的經營成本，進一步提升企業的竟爭力。

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