RFID定位技術在倉儲管理中的應用研究

謝守坤　張仲鵬　李銀啟

摘要：首先概述了RFID定位的概念和相關技術，然后提出了傳統倉儲管理存在的問題，并論述了RFID定位技術在現代倉儲管理中的應用形式，最后提出了基于RFID定位技術的數字化倉儲管理系統，并給出了構建數字化倉儲管理系統的具體步驟。

Abstract： First， the concepts and related technologies of the RFID positioning are outlined， then the problems existing in the traditional warehouse management and the application forms of the RFID positioning technology in the modern warehouse management are discussed. Finally， the RFID-based digital warehouse management information system is put forward， and the concrete steps of constructing the digital warehouse management system is given.

關鍵詞： RFID；定位技術；倉儲管理

Key words： RFID；the RFID positioning technology；warehouse management

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0097-03

0 引言

隨著市場競爭的加劇，企業之間在成本、技術、管理和供應鏈等多個領域展開了角逐，而對客戶需求的有效響應也已成為企業在競爭中獲得優勢的關鍵。倉儲是物流系統的一個重要環節，連接著企業與客戶，在整個供應鏈中起著承上啟下的作用，其對整個物流系統也有至關重要的作用。隨著互聯網、信息技術的快速發展，射頻識別技術（RFID）作為一種新的自動識別技術，已被應用到倉儲管理中，而RFID定位技術能對倉儲中的物資進行實時準確定位，為構建信息化、可視化和動態化的現代倉儲管理系統提供了新的方向。

1 RFID定位技術

1.1 室外和室內定位技術

實時定位系統（RTLS）是一種能實時提供目標位置信息的無線通信系統。傳統的室外定位系統主要包括美國的GPS定位系統、歐洲的伽利略（Galileo）定位系統、俄羅斯的格林納斯（Glonass）定位系統、以及我國的北斗定位系統等，其中美國的GPS定位系統應用最為廣泛。如今人們對定位與導航的需求已不再僅僅局限在室外領域，在諸如醫院、地下煤礦、停車場、圖書館、倉庫等室內場所，同樣迫切需要對室內目標進行實時定位。對于室外衛星定位技術，接收機需與衛星進行可視通信，而在室內由于墻壁及各種不確定復雜障礙物的影響，衛星信號非常微弱，其定位可靠性大大降低，已不能滿足定位精度要求較高的室內定位需求。目前，室內定位技術主要有紅外線定位技術、超聲波定位技術、藍牙定位技術、超寬帶定位技術、WiFi定位技術、ZigBee定位技術和RFID定位技術等。RFID定位技術以其低成本、非視距識別和較好的抗干擾能力等優點成為了室內定位的首選技術之一。

1.2 RFID的概念和工作原理

RFID技術是一種利用射頻信號自動識別目標信號對象并獲取相關信息的技術。[1]RFID技術無需通過物體間建立物理鏈路來實現相互間的通信，它是根據不同頻率信號的特征關系，通過電感耦合或電磁耦合來實現無接觸、遠距離的信息通信。一般的RFID系統主要由電子標簽、讀寫器、RFID中間件和應用系統軟件四部分組成。[2] 電子標簽由芯片和天線組成，附著在物體上標識目標對象，具有唯一的電子編碼，存儲被識別對象的相關信息。電子標簽按供電方式可分為有源標簽、半有源標簽和無源標簽。讀寫器用來讀寫電子標簽的信息，分為手持式和固定式兩種。RFID中間件相當于RFID標簽和應用程序間的中介，使用RFID中間件提供的應用程序接口，應用程序能連接到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數據。RFID應用系統是針對具體需求開發的應用軟件，它可以有效控制讀寫器對標簽信息進行讀寫，并進行數據的搜集與處理。RFID應用系統還可以與企業現有的ERP、SAP等系統結合以提高企業作業效率。RFID系統的工作原理是讀寫器發送一定頻率的射頻信號，當電子標簽在讀寫器工作區域內感應到射頻信號后被激活，并將自身編碼等信息發送出去，讀寫器接收到電子標簽的載波信號后進行解調和解碼，然后送到后臺應用系統進行相關處理。

1.3 RFID定位系統和定位算法

RFID 定位系統通過無線射頻信號進行數據交互，并由數個不同位置的射頻（RF）信號接收器接收到的信號強度推斷出發射出RF信號物體的坐標。[3]定位算法是RFID技術的關鍵，好的定位算法不僅可以提高RFID定位系統的定位精度，還可大大降低系統的功耗，提高整個定位系統的生命周期。基于RFID的室內定位算法可根據無線電波的傳輸時間、相位、幅度等參數來確定目標位置，根據這些參數處理方式的不同，可以將RFID定位算法分為基于測距的定位算法和基于非測距的定位算法。[4]基于測距的定位算法有到達角度法（AOA）、到達時間法（TOA）、接收信號強度法（RSSI）等。基于非測距的定位算法有APIT定位算法、DV-Hop定位算法等。現有基于有源RFID室內定位系統往往采用基于信號接收強度指示即RSSI定位方法實現對待定位目標的定位，其中最典型的定位算法是LANDMARC定位算法。LANDMARC定位算法的原理是引入參考標簽的概念，在工作范圍內設置位置已知的讀寫器和參考標簽，利用參考標簽來輔助定位。此外，在RFID室內定位系統中多個標簽間的碰撞問題是不可避免的，而防碰撞算法的好壞也直接影響系統的定位性能。

室內的復雜環境、電磁波的干擾和信號的多徑效應等使得室內定位技術的研究存在諸多難點。對于RFID室內定位技術，參考標簽和讀寫器的合理布置、各種定位算法和防碰撞算法的混合應用以及RFID本身硬件性能的提升等都使得RFID定位系統性能得以升級，定位精度得以提升。

2 基于RFID定位技術的數字化倉儲管理系統

2.1 傳統倉儲管理存在的問題

倉儲是為生產與交易服務的一項物流活動，具有生產性和非生產性。倉儲的基本功能包括了物品的進出、庫存、分揀、包裝、配送及其信息處理等六個方面。倉儲的目的是為了滿足供應鏈上下游客戶的需求，這些客戶可能是上游的生產者、可能是下游的銷售商或最終客戶，也可能是企業內部。倉儲管理就是對倉庫及倉庫內的物資所進行的管理，是倉儲機構為了充分利用其具有的倉儲資源，提供高效的倉儲服務所進行的計劃、組織、控制和協調過程。

傳統倉儲管理主要存在的問題：①對貨物的標識多以手工記錄和條形碼技術為主，在操作者進行信息統計的過程中效率低且誤差大，而錯誤的庫存信息又給企業造成很多不必要的損失；②對貨物的定位多為先手工記錄或掃描條形碼再錄入系統保存，不能實現實時定位，且操作中的錯誤、未及時登記的庫位變動等都增加了貨物定位的不確定性，使得物品在倉庫中的位置和流動難以追蹤；③倉庫收發貨作業復雜，效率低易出錯，盤點工作大量依靠人力，條形碼識別效率低且易損壞；④庫存貨物缺乏分類管理，庫存量大，且難以實現先進先出。

2.2 倉儲管理中基于RFID的貨物定位形式

RFID技術在倉儲管理中的應用可以實現對倉儲物品的智能化、信息化管理，可以實現自動記錄貨物出入庫信息、貨物的自動定位和智能倉庫盤點等，從而提高倉儲管理的工作效率。現代倉儲管理中利用RFID技術對貨物進行定位一般有以下形式：

①條形碼與RFID標簽結合使用。條形碼在倉儲物流中應用已久，其具有成本低、技術簡單、操作方便等優點，但其也有易污損、讀取效率低、信息存儲量小等缺點。RFID標簽利用射頻感應或耦合進行識別，讀寫效率高，穿透性強，信息存儲量大，但RFID標簽相對成本較高，且一旦標簽損壞將無法識別。將條形碼與RFID標簽結合使用可以對這兩項技術取長補短加以利用。在托盤上粘貼電子標簽，在物品上粘貼條形碼，電子標簽中存有托盤上所有物品的詳細信息，用電子標簽的動態信息來管理條形碼的靜態信息，貨品移動的每一個過程都由托盤標簽與讀寫器自動記錄處理；

②在貨物、標準托盤和倉儲庫位上粘貼RFID標簽。標簽中有與目標對應的編碼信息，采用EPC系統對目標進行編碼管理，即可實現對目標的全球定位管理。托盤上所有物品的信息被捆綁存入托盤電子標簽中。在倉庫出入庫門口和倉庫內通道口都裝有RFID讀寫器，叉車上也裝有RFID讀寫器和計算機終端。貨物入庫時用手持式RFID讀寫器讀取庫位電子標簽和托盤電子標簽并通過無線網絡將數據實時上傳。在自動化立體倉庫中，可以利用巷道堆垛機上的固定式RFID讀寫器讀取貨位、托盤和貨物的標簽信息來進行貨物識別和定位管理；

③在貨物、托盤或物料周裝箱上粘貼RFID標簽。在倉庫出入口設有RFID讀寫器，在倉庫內按一定間距均勻布置RFID讀寫器。在叉車上安裝RFID讀寫器和車載電腦，車載電腦通過無線網絡與系統主機連接。叉車上也有唯一標記的RFID標簽以對叉車進行實時定位，車載電腦可以提示叉車司機當前的作業內容和最佳行駛路徑。倉庫內均勻布置的RFID讀寫器形成網絡，并根據設定的工作模式周期性發送射頻信號并讀取識別范圍內傳回的有用信號，對倉庫內所有貼有RFID標簽的目標進行實時定位。

RFID技術在倉儲管理中的應用已久，2006年4月，日本植山紡織株式會社開始應用超高頻電子標簽對其成品布料進行標識管理。為了快速滿足客戶的多樣需求，植山紡織的庫存多達4000種，共計5萬匹，盤點時需15個人花整整2天的時間，但實施了RFID系統后，借助于帶有RFID閱讀器的盤點小車，只需1個人花2個小時就能全部處理完畢，而且盤點精確度接近100%。布匹出入庫時，叉車或門柱上搭載的閱讀器或者手持式閱讀器讀取叉車上裝載的托盤和布匹的電子標簽，系統自動發行檢驗與出入庫票據。通過應用RFID技術對布匹進行識別、跟蹤和定位管理，植山紡織不僅大幅降低了倉儲成本，業務流程得到了很大優化，其對客戶的響應能力也大大增強。

2.3 數字化倉儲管理系統的設計

倉儲管理信息系統是物流企業或倉儲部門進行貨物管理和處理業務的操作系統，是用來管理倉庫內部員工、庫存、工作時間、訂單和設備的軟件實施工具。基于RFID定位的數字化倉儲管理就是利用現有成熟的計算機網絡和RFID識別技術、RFID定位技術對倉庫物品的入庫、存放、調撥、出庫、盤點、檢索、發貨等環節進行管理，實現倉庫貨物的自動識別和實時定位，利用信息技術代替實際操作，減少浪費，節約時間和費用，從而實現供應鏈的無縫對接與整合。

基于RFID定位的數字化倉儲管理系統主要由RFID標簽、RFID讀寫器、RFID中間件、倉儲管理信息系統、數據庫等組成，其系統功能結構圖如圖1所示。系統采用均勻布置的RFID讀寫器對貼有RFID標簽的目標進行實時定位。倉儲管理信息系統的主要功能單元有基本信息管理、入庫管理、在庫管理、出庫管理和定位管理。其中，基本信息管理負責原始信息的錄入，以建立起用戶和系統所需的完善而強大的資料庫，負責整個系統的配置所需的一切資料。定位管理不僅能實現對帶有RFID標簽的貨物進行實時定位，還能對倉庫中的叉車、作業人員和移動設備等目標進行實時定位和管理。

倉儲業務操作主要由入庫、物品進貨位、盤點、分揀配貨、出庫等環節組成。[5] 對基于RFID定位的數字化倉儲管理系統的流程設計主要從入庫管理、在庫管理和出庫管理來分析。

入庫管理：與主要供應商建立戰略合作伙伴關系，并由供應商在其商品上粘貼電子標簽。供應商提前共享待入庫物資的名稱、規格、型號、數量、尺寸及相應RFID編碼等信息。倉儲部門根據供應商共享的物資信息和倉庫的庫存情況，合理分配倉儲貨位并制定最優入庫路徑，等待入庫。入庫時倉庫入口的固定式RFID讀寫器自動讀取貨物標簽信息，系統自動核實實物信息與供應商提供的信息是否一致，質檢人員對貨物的包裝進行檢驗。確認信息無誤后，系統通過RFID讀寫器將貨物的貨位分配信息寫入托盤和貨物的電子標簽并向叉車發出入庫指令。貨物入庫后，RFID定位系統對貨物進行自動定位，將信息上傳到數據庫自動保存并更新；

在庫管理：RFID定位系統會對倉庫內所有物資的電子標簽進行周期性自動掃描，并將實物的身份信息和定位信息與數據庫內的信息進行自動對比，系統可以自動識別和記錄貨位調整動作，也可以對貨位調整作業進行自動核實。當定位系統發現實物庫位或數量信息出現異常時會自動報警，提示倉儲管理員及時處理。系統能對庫存物資進行周期性自動盤點，并自動生成盤點表和盤點盈虧匯總表。在庫管理中的物資監控系統能實時監控倉庫中貨物的信息，當貨物的保質期將過或庫存量降至閥值時會自動提醒倉庫管理員采取相應的措施；

出庫管理：客戶發出需求信息時，系統自動比對庫存信息和需求信息，確認能否滿足客戶需求，當滿足需求時，系統根據需求訂單信息對各物資進行定位匹配，確定待出庫物資的具體位置和最優出庫路徑。出庫過程中，貨物在倉庫出口經過相關RFID讀寫器時，讀寫器讀取出庫物資信息，系統自動對比實物信息和客戶訂單是否一致，確認無誤后進行出庫。

2.4 構建數字化倉儲系統的步驟

將RFID定位技術應用于倉儲管理，可快速準確地獲得倉庫內貨物的靜態與動態信息，實現倉儲管理的可視化與智能化。構建基于RFID定位的數字化倉儲管理系統一般有以下步驟：

①分析現有倉儲管理系統的問題，采用ABC分類法對倉儲物資分類，依據物資分類結果，結合庫容量和庫存周轉率，對倉庫內部的分區布局進行規劃；[6]

②根據倉儲物品的分類結果和業務需求，對倉儲硬件設施進行整合配置，提高其利用效率；

③在企業現有的倉儲管理系統上引入RFID識別、RFID定位、計算機網絡等先進的信息技術，構建基于RFID定位的數字化倉儲管理信息系統；

④人員的培訓。現代倉儲管理要求倉儲管理人員不僅具備傳統倉儲管理方面的專業知識，還要對計算機技術和網絡軟件技術有一定的掌握和了解。加強員工培訓能讓員工更好地適應新的倉儲作業模式，提高工作效率；

⑤系統試運行，對系統的績效進行評價并不斷改善。

3 總結

RFID技術可以實現供應鏈的全程跟蹤和追溯，基于RFID定位的數字化倉儲管理系統保證了倉儲物流過程中各個環節數據輸入的速度和準確性。通過RFID定位，系統能實現對貨品信息的動態化、可視化與智能化管理，確保了企業及時準確地掌握倉庫的真實數據，合理保持和控制庫存，從而提升企業的競爭力。

參考文獻：

[1]韓美林.RFID定位技術和常見算法比較[J].產業與科技論壇，2014（13）：89-91.

[2]貝毅君.RFID技術在物聯網中的應用[M].北京：人民郵電出版社，2013：15-21.

[3]范準.室內無源RFID定位技術研究[D].武漢：華中科技大學，2014.

[4]丁圓圓.基于RFID的室內定位技術研究[D].成都：西南交通大學，2014.

[5]王子鳴.基于RFID的數字化倉儲系統研究[J].價值工程，2015（11）：42-44.

[6]楊琦.基于RFID的醫藥倉儲管理信息系統設計[J].物流技術，2015（7）：104-107.