基于RFID的廢棄電器電子產品拆解管理系統研究

張沙清，楊海東，郭建華

（1.廣東工業大學 管理學院，廣州 510520；2.廣東工業大學 機電工程學院，廣州 510006；3.廣東技術師范學院 廣州 510665）

0 引言

我國是世界上最大的電子信息產品生產制造基地，也是僅次于美國的全球第二大電子信息產品消費市場。電子信息產業的蓬勃發展和電子產品的日新月異在給人們生活帶來無限便利和快樂的同時，也帶來了迅速增加的電子垃圾，嚴重威脅生態環境和人類身體健康。另一方面，廢棄電器電子產品（以下簡稱“廢品”）又是一座“城市礦山”，完全可以通過科學有效的方法使之變廢為寶。

2009年7月、2010年11月環境保護部相繼發布了《關于貫徹落實家電以舊換新政策加強廢舊家電拆解處理環境管理的指導意見》[1]、《廢棄電器電子產品處理企業建立數據信息管理系統及報送信息指南》[2]，一場廢棄電器電子產品的“回收處理革命”正在全面展開。

然而，目前多數拆解企業技術和設備水平還比較低下，信息化管理水平與工作效率較低，造成生態環境受到嚴重威脅和破壞，資源浪費比較嚴重。另一方面，根據相關規定，國家財政部按照不同“廢品”的拆解數量給予拆解企業一定數量的財政補貼，因此各級財政部門與環保部門需要對拆解企業進行監督管理，建立定期核查制度，防止弄虛作假、虛報冒領等行為[3]。由此可見，基于RFID、物聯網等先進信息技術構建廢棄電器電子產品拆解管理系統，提高廢品及其拆解產物（以下簡稱“產物”）拆解處理整個流程的信息化管理水平和工作效率，提升政府監督管理成效顯得尤為迫切與重要。

1 關鍵業務描述

電視機、電冰箱、洗衣機、空調、計算機等的拆解處理過程大體相同。下面主要以CRT電視機拆為例，對關鍵業務流程描述如下。

1) 運送廢棄CRT電視機的車輛進廠，由司磅員記錄車輛的型號與牌照，整車過磅稱重；

2) 由搬卸工人卸車，然后進行空車過磅稱重，從而可計算出廢品的凈重。空車稱重之后，車輛可駛出廠區；

3) 由搬卸工人對卸下來的電視機按照型號（以屏幕尺寸衡量：19寸、21寸、25寸等）進行分類，將不同分類的電視機分別裝卸到特制的鐵籠中（國家環保部規定的要求）；

4) 利用叉車逐一將裝載電視機的鐵籠運輸到電子過磅處，進行過磅稱重，并打印磅單單據（裝入一個塑料袋中）掛附在鐵籠上；

5) 由叉車將裝載電視機的鐵籠運輸到倉庫指定存放區域(廢品入庫)；

(6) 由叉車將鐵籠運輸到拆解生產線進行拆解（廢品出庫），拆解工作由人工配合拆解設備完成；

7) 拆解產物有的可以直接稱重入庫（如偏轉線圈），有的需要則需要進行破碎處理（如塑料）；

8) 將拆解、破碎產物（材料、零部件）出庫，外銷給一般客戶進行再利用，將拆解、破碎產物中的危險或者有毒產物交付給有相應資質的企業（客戶）進行處理。

2 系統設計與實現

2.1 功能模塊設計

從廢品拆解的需求與業務流程出發，并考慮相應的擴展功能及其靈活性，將系統分為9大功能模塊，如圖1所示。

2.1.1 基礎數據管理

對支撐系統運行的基礎數據進行管理，包括廢品基本信息、廢品來源類型、廢品拆解BOM、產物基本信息、產物出庫去向信息、廠區信息（包括倉庫、車間、生產線、工位等）、設備信息（包括拆解與破碎設備、RFID設備、電子秤等）、部門信息、崗位信息、員工信息、供應商信息、客戶信息等。

2.1.2 員工出勤管理

員工出勤管理是指對每天的不同時間段內員工工作的工位信息進行管理，主要目的是計算和統計員工的工作量。對拆解線上的工人而言，通過在相應工位刷RFID卡自動記錄或者管理人員手工錄入出勤信息；對于倉庫管理人員和司磅員而言，登錄到系統后點擊錄入工位出勤信息。

2.1.3 廢品庫管理

1) 廢品入庫

運輸廢品的車輛進廠之后，對整車進行過磅稱重（當廢品卸車后，再對空車進行稱重），并由司磅員記錄運輸車輛型號以及牌照、廢品子類（如電視機、電冰箱等）、重量（總重、皮重）、數量、單價、金額、過磅日期、時間、供應商名稱等信息。根據廢品入庫信息，自動記錄廢品當前時間的庫存信息。

2) 廢品分類裝籠

搬卸人員將運輸車輛上的廢品按不同子類和規格搬卸到不同的、具有特定編號的鐵籠之中，并分別過磅稱重，并將廢品名稱（如CRT黑白電視機）、規格（如19寸）、鐵籠編號、重量（總重、皮重）、數量、過磅時間等信息自動記錄到安裝在收鐵籠上的RFID標簽中。

3) 廢品出庫（待上線拆解）

由叉車將鐵籠運輸到某條拆解線的備貨區，等待上線拆解，通過部署在拆解備貨區的RFID讀寫器，自動讀取鐵籠上RFID標簽中的信息。同時，登記廢品出庫信息，并更新廢品庫存信息。

4) 廢品盤存管理

由于遺漏、錯誤記錄等原因，造成倉庫廢品實際數量與系統庫存記錄數量不一致，需要根據實際情況對庫存記錄數據進行修正。

2.1.4 拆解信息管理

圖1 系統功能模塊

主要是對班組每日拆解廢品信息，班組每日拆解產物信息，工人每日拆解廢品信息進行管理。分為“班組”和“個人”兩種方式對廢品進行拆解和記錄。前者是指，以“班組”為一個拆解單元，對某個鐵籠中的所有廢品進行拆解，則“班組”拆解廢品數量可自動記錄，而班組內每個員工的拆解計件數量則需要手工錄入；后者是指，以“個人”為一個拆解單元，對某個鐵籠中的所有廢品進行拆解，故每個員工的拆解計件數量則可以自動記錄（即直接讀取鐵籠RFID信息和工人RFID工卡信息）。拆解完成之后需要對每天得到的各類拆解產物進行稱重，并自動記錄稱重的重量。

2.1.5 產物庫管理

1) 產物出入庫

對產物（通常用塑料編織袋或者塑料框進行裝載，并采用條碼進行標識，條碼由RFID標簽轉化而來）進行稱重，由倉庫管理員然后進行出、入庫登記，并更新產物的庫存記錄。

2) 產物盤存

由于遺漏、錯誤記錄等原因，造成倉庫拆解產物實際數量與系統庫存記錄數量不一致，需要根據實際情況對庫存記錄數據進行修正。

2.1.6 設備運行管理

1）主要設備用電管理

對拆解、破碎等過程中主要設備的用電情況進行管理，其主要目的包括：(1)為生產管理者了解拆解情況提供數據支持；(2)從用電角度為政府相關職能監管部門監控廢品與拆解產物數量提供一定幫助。

2) 主要設備故障與維修管理

對拆解、破碎等設備故障原因與維修管理、上報管理（當設備不同正常運轉1小時以上，或者重大設備改造時需要上報當地環保部門）。

3) 拆解過程視頻監控管理

將視頻監控系統集成到信息系統中，實現企業管理者與政府相關監管機構對拆解過程中物流轉移的情況，貨物過磅的讀數，設備、人員的工作狀態等進行實時監控與監管，及時預防、發現、處理拆解過程中出現的違規和異常情況、突發事件等。視頻監控系統的主要功能包括：生產視頻監控功能、錄像功能、報警聯動功能等。

2.1.7 文件管理

對廢品回收、拆解、破碎、出入庫、銷售等業務流程中涉及的各種文件（內容涉及企業資質、工藝與工序、合同、規章制度、環保法規等，形式可能為文本、圖表和圖形等）進行管理。

2.1.8 統計分析

按照環保部相關要求，對廢品及其產物回收、拆解、破碎、出入庫、銷售、特殊處理等相關信息進行統計、分析并生成相關報表，并從物流（如廢品及其產物的重量或數量）、信息流（如視頻監控）、資金流（如回收廢品的成本、產物銷售的收益）等多個角度對廢品拆解處理情況進行比對分析，從而為企業中、高層管理人員進行決策以及政府相關部門進行監管提供數據支持。

圖2 系統技術架構圖

2.1.9 系統權限管理

基于RBAC方法，按照角色、用戶、功能、數據實現權限管理，以功能和數據組合作為權限單元，系統管理員可以將權限單元賦予相應的角色，再給用戶賦予角色，來實現對功能和數據的訪問控制，保障系統安全運行。

2.2 技術架構設計

系統采用J2EE平臺作為基礎開發和集成平臺，在技術上采用基于B/S模式的多層技術架構，并采用基于組件的設計思想支持系統的可擴展性。系統的技術架構如圖2所示。

系統自底向上可分為基礎平臺層、基礎框架層、功能組件層和業務展現層。

1) 基礎平臺層

包括底層的服務器和開發平臺。服務器邏輯上可分為數據庫服務器、WEB服務器、接口服務器。根據跨平臺和開放性原則，采用J2EE作為基礎開發平臺。

2) 基礎框架層

采用JDBC、DAO等組件進行數據庫連接和操作，并在其上采用Hibernate ORM架構使得整個平臺系統具有數據庫類型無關性，對數據庫訪問進行固化，形成持久對象；使用Log4j框架進行全局日志管理；使用Struts框架搭建MVC的Web框架；而整個應用框架則應用Spring Framework[4]實現事務管理和業務配置，確保包括業務處理以及持久層處理過程的完整性和連貫性。

3) 功能組件層

包括業務應用層模塊和業務支撐層模塊，具體分為數據采集模塊、基礎數據管理模塊以及業務處理模塊。一個功能模塊或者一組功能相關的功能模塊實現為一個功能組件，每個組件定義規范的組件接口，按照接口進行封裝，屏蔽具體實現細節。

限于篇幅，下面簡要描述業務支撐層模塊中的數據采集模塊。數據采集在筆者自主研發的RFID數據采集中間件基礎上進行開發。RFID數據采集中間件（RFID ALE SERVER）基于EPC Global的應用層事件規范（ALE Standard Version1.0）進行設計，向下屏蔽不同標準RFID讀寫器的差異，讀取RFID標簽數據，并實現信息的過濾和聚合處理，生成應用層事件，向上提供標準化接口以實現統一的系統集成，其內部邏輯結構設計如圖3所示，主要實現了RFID設備管理、標簽數據處理、圖形化的配置和監控管理等功能。

4) 業務展現層

為用戶實現業務展現，即采用JSP以及JavaScript、Ajax、jQuery[5]等Web客戶端技術，將業務功能以美觀、高效的方式提供給用戶，并且調用功能組件實現具體業務功能。

圖3 RFID數據采集中間件邏輯結構圖

2.3 網絡架構設計

系統網絡架構如圖4所示。系統服務器在邏輯上可劃分為數據庫服務器、WEB服務器、接口服務器。數據庫服務器存放基礎數據和生產數據，為了保證查詢效率，可以將實時數據與歷史數據進行邏輯上的分離；Web服務器發布業務功能，響應用戶請求；接口服務器實現與財務系統、視頻監控系統、環保部門上報系統等集成。

生產現場按照物流方向部署電子地磅和RFID讀寫器，并根據現場基礎條件采用有線或無線方式接入辦公區域的局域網。在收貨區部署電子地磅，分類裝籠區部署電子地磅和RFID讀寫器，拆解線備貨區部署RFID讀寫器，破碎線部署電子地磅，廢品和產物庫存區部署電子地磅，出貨區部署電子地磅。

2.4 系統應用

圖4 系統網絡架構圖

系統已經成功應用于汕頭市某電器拆解有限公司、汨羅市某電子廢棄物處理有限公司和天津市某環保發展有限公司的廢品拆解管理，并且取得了良好的應用效果。例如，廢品入庫管理如圖5所示。

圖5 廢品入庫管理

3 結束語

本文詳細分析了廢棄電器電子產品拆解管理的業務需求，并基于先進的RFID技術，設計并實現了廢棄電器電子產品拆解管理系統。實踐應用表明，該系統提高了企業拆解管理的信息化水平和工作效率，提升了政府相關部門的監管成效，具有較大的推廣應用價值。

接下來，將繼續研發低成本的RFID標簽和閱讀設備，以RFID-Gateway技術高效集成服務實現異構RFID設備的“即插即用”[6]，從而降低系統建設成本，加快RFID技術在廢棄電器電子產品拆解管理系統方面的推廣應用。

[1] 中華人民共和國環境保護部.關于貫徹落實家電以舊換新政策加強廢舊家電拆解處理環境管理的指導意見[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/info/bgw/bwj/200907/t20090703_153793.htm, [2009-7-3]/[2013-10-14].

[2] 中華人民共和國環境保護部.關于發布《廢棄電器電子產品處理企業建立數據信息管理系統及報送信息指南》的公告[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201011/t20101119_197728.htm,[2010-11-16/[2013-10-15]．

[3] 中華人民共和國工業和信息化部.家電以舊換新拆解補貼辦法[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/13184979.html,[2010-4-30/[2013-10-16].

[4] 陳雄華.Spring 3.x企業應用開發實戰[M].北京:電子工業出版社,2013:503-580.

[5] The jQuery Foundation. jQuery API[EB/OL].http://api.jquery.com/,[2010-4-30/[2013-10-15].

[6] Da Silva,L T.Ultra high frequency RFID gateway system for identification of metallic equipment:ICCDCS2012:8th International Caribbean Conference on Devices，Circuits and Systems，Playa del Carmen（Mexico）,March 14-17,2012[C].Piscataway：IEEE Press,2012.