RFID技術在煙草工業物流系統中的應用

文/張 宇

目前，關于煙草物流的研究絕大多數都集中于商業公司的外部配送、運輸等環節，而工業公司生產過程中的煙草物流及倉儲等內部物流研究則相對較少。工業公司物流的合理化可以促進生產過程中資源配置的合理化，資源配置的合理化可以大大提高工業企業的競爭力。工業企業生產過程中的物流自動化水平決定了企業的生產效率和成本的高低，是提高企業競爭力的重要環節。

RFID技術作為一種極為高效、快捷、方便的識別技術，在各個行業中均有非常廣泛的應用。寶雞卷煙廠將RFID技術引入到煙草工業物流系統中來，主要為了提高其煙草工業生產的效率，降低生產成本。

一、RFlD技術特點

1.RFID概述

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術是一種利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性進行非接觸雙向通信，實現對靜止或移動物體的自動識別，并進行數據交換的一項自動識別技術。

將RFID技術引入煙草工業物流系統，可提高煙草工業生產效率，降低生產成本

RFID具有識讀距離遠、識讀速度快、可讀寫性好、可同時讀寫多個物品、適應各種工作環境等優點，隨著RFID技術的不斷進步，成本的不斷降低，RFID開始進入物流和供應鏈領域。

2.RFID組成

最基本的RFID系統由三部分組成：標簽(tag)、讀寫器(reader)和天線(antenna)。

標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；

閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；

天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

3.工作原理

RFID技術的基本工作原理為：標簽進入磁場后，接收閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（PassiveTag，無源標簽或被動標簽），或者主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽）；閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

4.分類及工作頻率

按電子標簽獲得能量的方法，一般可分為無源和有源兩類，無源電子標簽自身不帶有電源，通過天線從閱讀器發出的能量中產生工作所需的電壓，其特點是重量輕、體積小、壽命長，但是工作距離短；有源電子標簽通過自身帶有電池供電，特點是識別距離長、價格較高且壽命短。

按電子標簽的存儲器類型，可分為只讀和可讀寫兩種類型。一般電子標簽存儲器的大小為16bit～512Kbyte。

通常閱讀器所使用的頻率稱為RFID系統的工作頻率，可分為3個范圍：低頻(30kHz～300kHz)、高頻(3 M H z～3 0 M H z)和超高頻(300MHz～3GHz)。常見的工作頻率有低頻125KHz、高頻13.56MHz及超高頻915MHz、2.54GHz。一般而言，工作頻率在100MHz以下的RFID系統是通過線圈之間的磁場耦合的方式工作，通常具有工作距離近、成本低、天線尺寸大、通訊速度低等特點；而400MHz以上的RFID系統是通過無線電波發射和反射的方式工作，通常具有工作距離遠、天線尺寸小、通訊速度高等特點。不同的國家和地區對頻率的分配和最大發射功率的規定是不同的。

二、 寶雞卷煙廠物流系統特點

寶雞卷煙廠異地技改以后，引入了目前國內最為先進的綜合自動化物流系統，實現了煙葉、煙梗、煙用輔料、卷煙成品的全自動化入庫和出庫作業流程，極大地提高了物料出入庫效率，減少了出錯率，節約了人力成本，杜絕了安全隱患，提高了企業競爭力，目前已經成為該卷煙廠的一個亮點。按照功能區域分類，寶雞卷煙廠的物流高架庫分為三個：原料高架庫、輔料高架庫和成品高架庫。

原料高架庫主要負責煙葉、煙梗、薄片等煙用原料的出入庫工作，具體的工作流程如下：煙葉、煙梗和薄片從原料高架庫一樓，使用叉車或者夾包機送入輸送機自動入庫，在需要時，煙梗、薄片從原料高架庫一樓的出庫站臺出庫，煙葉從原料高架庫二樓鋼平臺出庫，使用提升機將煙包送到自動開包機上進行拆包工作。

輔料高架庫主要負責煙用原輔材料，如盒皮、箱皮、玻璃紙、卡紙、商標紙等的出入庫工作，具體的工作流程如下：原輔材料由人工配盤，然后在輔料高架庫三樓，使用叉車或者夾包機送入輸送機自動入庫，在需要時，從輔料高架庫一樓出庫站臺出庫，然后使用AGV（自動導引小車）運送到各個機臺使用。

成品高架庫主要負責成品卷煙的出入庫工作，具體工作流程如下：成品卷煙從卷包車間一樓，使用螺旋式輸送機將成品卷煙送到成品高架庫二樓，再通過分揀道將成品煙分類，然后使用ABB機器人自動碼垛后，由堆垛機送入貨架。出庫時由堆垛機將成品煙箱從貨架取出，輸送機將其送到成品高架庫一樓出庫口，由人工裝車運走。

三、 RFID技術在物流系統中的應用

1.總體設計原則

在三個高架庫的出入庫作業中，采取半自動化的方式，引入一定的自動化技術和機械，輔以人工作業，達到效率與成本的平衡。

在托盤、煙梗箱底部部署電子標簽，對應地在分揀道、入庫口、出庫口和封箱機部署閱讀器，并結合“煙草行業卷煙生產經營決策管理系統工程(即一號工程)”的規定，能夠實現“一打兩掃”—卷煙工業企業對生產的每件煙打貼主管部門統一下發的條碼，并進行出庫掃碼和卷煙商業企業入庫掃碼，使煙草主管部門能夠對煙草企業的進貨、生產、銷售信息及時掌握并實施有效控制，實現信息采集并與倉儲管理系統合理連接，通過有線和無線相結合的方式將數據信息傳輸給倉儲管理系統進行存儲、分析、處理，達到物流控制快速化、透明化的目的。

2.業務流程設計

為了進行有效的定位，首先要對貨位進行編碼，編碼信息寫入倉庫管理系統WMS，一般采用地址式編碼。

（1）入庫業務流程設計原料和煙用輔料入庫時，使用叉車將煙葉、煙梗、煙用材料等放在貼有電子標簽的托盤上，入庫口的閱讀器對碼盤完畢的托盤進行托盤電子標簽掃描，完成對托盤信息和商品信息的匹配，匹配信息傳輸至倉儲管理系統。隨后輸送機將貨物送至巷道堆垛機，由堆垛機進行入庫操作。

成品卷煙入庫時，首先要通過分揀道進行卷煙類別分揀。在每個分揀道口安裝閱讀器，件煙通過時對煙箱上的電子條碼進行掃描，快速識別出其類型，假如符合類型，由側推裝置將件煙推入該道內，再由ABB機器人進行碼垛，碼垛完成后，輸送機將整托盤煙送到入庫口，由閱讀器對該托盤進行掃描紀錄，然后再由輸送機送到堆垛機站臺進行入庫。

倉儲管理系統（WMS）依據預先設定的存儲策略(如分類隨機儲放)、貨位指派原則(如先入先出)、貨物庫存狀態等，確定該種貨物的存放位置并將分配的儲位信息傳輸至倉庫控制系統（WCS），倉庫控制系統驅動輸送機和巷道堆垛機完成入庫操作。

（2）出庫業務流程設計當有出庫要求時，倉儲管理系統WMS根據庫存狀況和出庫規則確定應出庫貨物的位置，將出庫信息(如出庫貨物名稱、數量、存放位置等)傳輸至倉庫控制系統WCS。倉庫控制系統WCS驅動巷道堆垛機取出貨物，通過輸送機送至出庫站臺，RFID閱讀器自動掃描貨物或者托盤標簽，進行確認，完成貨位信息更新，無誤后由穿梭車、叉車或者AGV小車將貨物送到指定位置。出庫作業完成。

出庫完畢后，手工或者自動將托盤送入碼盤機，倉儲管理系統WMS分配空貨位給空托盤組，同時將信息傳輸到倉庫控制系統WCS，倉庫控制系統WCS驅動輸送機和堆垛機將空托盤組送回倉庫的指定位置，下次使用時再自動出庫使用。

引入RFID技術后，可實時對貨位信息進行查詢，為其他作業環節提供指導。查詢主要包括兩個方面：

貨物查詢：某種貨物的庫存量、分布狀況、貨物基本特性等。

貨位查詢：貨位利用情況(已占用貨位、可用貨位、不可用貨位)、貨位利用率等。

3.RFID與系統的信息交互

（1）與WCS系統的信息交互。通過RFID將物料或者托盤的信息進行上傳，發送給WCS控制系統以后，WCS就能夠通過PLC向具體的物流設備下發控制指令，物流設備接到WCS系統下發的控制指令后，就能準確將物料或者托盤輸送到指定的目標位置，然后再由RFID進行最終的確認，將確認信息反饋給WCS，完成RFID與WCS系統之間的信息交互。在這一交互過程中，RFID起到了信息的采集和發起者的作用，最后又作為確認者和反饋者，結束了本次的信息交互。

（2）與WMS系統的信息交互。RFID將與WCS交互完成的信息反饋給WCS以后，WCS再將結果傳送給WMS，通過WCS實現了RFID與WMS之間的間接信息交互。WMS將這些信息進行匯總和分析，就可以實時地了解庫存信息、貨位信息、物料的分類情況、需要補料的種類和數量等，這些信息將直接指導物料的調配和采購，直接影響生產的正常運行。通過這些信息，WMS系統才能向WCS系統下達具體的指令，間接指導設備的運行。

因此RFID在整個WCS和WMS系統中扮演了非常重要的角色，既是信息的采集者，又是最終信息的確認者，在整個信息的流動過程中，起到了至關重要的作用。可以說，RFID是煙草工業倉儲物流系統的核心和靈魂。

四、效果評估

借助RFID技術，煙葉、煙用輔料、成品和在制品上的電子標簽使得生產計劃管理人員能夠對其迅速定位、了解煙葉和煙用原料的耗損情況，這將大大提高生產的效率和質量；同時，RFID技術還能夠對產品進行信息的收集、處理，幫助生產人員輕松掌握整個生產線的運作情況和產品的生產進度。進一步，由于RFID 的可讀寫特性，其可提供不斷更新的實時數據流，與制造執行系統互補，RFID所提供的信息可用來保證正確地使用勞動力、機器、工具和部件，從而實現無紙化生產和減少停機時間，促進生產物流的順利進行。

庫存管理對企業來說是一項繁瑣復雜的工作，每天要處理大量的單據數據。將RFID技術應用于制造企業的庫存管理后，由于RFID實現數據錄入的自動化，在入庫和出庫時，出入庫口處的閱讀器將自動識別標簽，不需人工掃描。根據得到的信息，管理系統會自動更新存貨清單。這一過程將傳統的貨物驗收入庫程序大大簡化，省去了繁瑣的檢驗、記錄、清點等大量需要人工完成的工作。

RFID技術的應用可以對生產過程中產生的大量實時數據進行自動化快速收集，通過計算機網絡的協助就可實現數據的實時處理。RFID技術的應用能使企業更輕松地管理生產數據，提高產品的品質，減少和避免半成品的積壓，從而提高企業生產效率。由于RFID實現了數據錄入的自動化，可以實現更多的信息收集和跟蹤操作，使得確定貨物的位置更為精確具體，因此，借助RFID技術可實現精確的庫存管理。

更進一步，將RFID與現有的制造信息系統如ERP、MES等結合，可以建立更為強大的信息鏈，并且實現在準確的時間及時傳遞準確的數據，從而可以進行各種在線測量以及質量控制，提高資產利用率，增強生產力。

五、結束語

應用RFID技術對煙草行業的出入庫流程進行方案設計，對生產效率的提高產生了很大的促進作用。采用RFID技術，極大地提高了對出入庫產品信息記錄采集的準確性；為后續系統的升級改造提供良好的環境和接口；系統能實時顯示當前庫存狀態、庫存水平；實時信息收集和傳輸能有效地提高工作效率，簡化了管理，降低了重復勞動，減少了人員開支。所以可以大膽地預測，隨著煙草行業對自動化技術需求的不斷提高，RFID技術必定會有更廣闊的應用空間。