基于RFID技術(shù)在物資供應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

賈峰

摘要：目前大部分單位倉(cāng)儲(chǔ)物資仍然以庫(kù)管員操作計(jì)算機(jī)錄入物資信息數(shù)據(jù)進(jìn)行出、入庫(kù)管理，針對(duì)該操作環(huán)節(jié)效率低、誤差率和企業(yè)成本高等問(wèn)題，提出使用RFID 技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)物資的系統(tǒng)應(yīng)用。該應(yīng)用主要為倉(cāng)儲(chǔ)管理環(huán)節(jié)提供信息化、自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)物料的信息數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入、智能倉(cāng)儲(chǔ)盤(pán)點(diǎn)及物料安全等基本功能，同時(shí)具有物資識(shí)別率高、記錄物資數(shù)據(jù)信息完整、精準(zhǔn)控制出入庫(kù)物資等特點(diǎn)。旨在實(shí)現(xiàn)RFID智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的探索研究到更新單位現(xiàn)行倉(cāng)儲(chǔ)物資管理模式的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RFID;智能倉(cāng)儲(chǔ);物資定位;供應(yīng)鏈管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0261-04

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： At present， most units still use warehouse administrator to operate computer to input material information data for export and storage management， aiming at the low efficiency， high error rate and high enterprise cost of this operation link， this paper puts forward the system application of using Radio Frequency Identification（RFID） technology in warehousing materials. The application mainly provides information and automation for warehouse management. It can realize the basic functions of automatic data input， intelligent warehousing inventory and material safety. It also has the characteristics of high material identification rate， complete data information recording and precise control of materials entering and leaving warehouses. The purpose is to realize the exploration and research of the RFID intelligent warehousing system to update the application of the current warehousing material management model in the unit.

Key words： RFID; Intelligent warehousing; Material positioning; Supply chain management

根據(jù)現(xiàn)在各單位倉(cāng)儲(chǔ)物資的發(fā)貨、物流、入庫(kù)、堆放、盤(pán)點(diǎn)、出庫(kù)都是通過(guò)供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（Supply Chain Management，SCM）人工錄入數(shù)據(jù)信息和手動(dòng)操作具體物資各環(huán)節(jié)，給倉(cāng)儲(chǔ)物資管理帶來(lái)了很多弊端，同時(shí)也增加了企業(yè)管理的成本。例如供應(yīng)商或生產(chǎn)廠商依據(jù)SCM系統(tǒng)中生成的各單位所需物資采購(gòu)審批后的清單進(jìn)行人工操作備貨，外部物資供應(yīng)廠商發(fā)貨后對(duì)具體發(fā)出物資信息和配送車(chē)輛不能進(jìn)行實(shí)時(shí)一致確認(rèn)和物流車(chē)輛定位，在入庫(kù)前還需人工對(duì)車(chē)輛進(jìn)行核驗(yàn);庫(kù)管員依照SCM系統(tǒng)入庫(kù)物資打印清單對(duì)接收物資過(guò)程進(jìn)行逐一對(duì)照，無(wú)形中增加了復(fù)雜度和差錯(cuò)率;待當(dāng)班所有物資出庫(kù)完畢后，庫(kù)管員還要將出庫(kù)的物資錄入終端計(jì)算機(jī)并將數(shù)據(jù)信息上傳到SCM系統(tǒng)。

隨著RFID系統(tǒng)技術(shù)的成熟，針對(duì)物資數(shù)據(jù)信息采集、用戶(hù)端和單位服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)，包含物資基本信息、配送過(guò)程定位、物資出入庫(kù)走向、數(shù)量數(shù)據(jù)等整個(gè)供應(yīng)鏈過(guò)程都可以進(jìn)行精準(zhǔn)的操作，使企業(yè)更有效地服務(wù)于集團(tuán)公司的各生產(chǎn)單位，保障物資的正常供應(yīng)[1]。對(duì)于供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)上最后的物資供應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)的智能化實(shí)現(xiàn)是我們急需改進(jìn)升級(jí)的環(huán)節(jié)，這樣可以提高企業(yè)勞動(dòng)力和設(shè)備的生產(chǎn)效率。所以將此RFID技術(shù)盡可能完善的應(yīng)用到現(xiàn)有SCM系統(tǒng)上是物資供應(yīng)企業(yè)此后的必走之路[2]。

1 RFID系統(tǒng)組件和通信原理

1.1 RFID系統(tǒng)應(yīng)用組件

RFID系統(tǒng)主要包括閱讀器、無(wú)線射頻電子標(biāo)簽和網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)交換設(shè)備等，在實(shí)現(xiàn)和供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換過(guò)程需要有RFID中間件等組成。

閱讀器選用的是固定式和手持便攜式，主要以物資出入庫(kù)和盤(pán)點(diǎn)應(yīng)用。它以閱讀器射頻源通過(guò)天線來(lái)發(fā)射電磁波為無(wú)源電子標(biāo)簽提供工作能量，對(duì)識(shí)別收集到的信息進(jìn)行預(yù)處理，并且在多種設(shè)備共用情況下有自組網(wǎng)和處理沖突的能力;使用天線調(diào)制、多路復(fù)用、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)等技術(shù);為保證通信安全，防止通信數(shù)據(jù)修改可對(duì)通信過(guò)程進(jìn)行加密。因在物流這種環(huán)境下，閱讀器的識(shí)別要快而且有效。

無(wú)線射頻標(biāo)簽在企業(yè)物資倉(cāng)儲(chǔ)選用的是特高頻無(wú)源標(biāo)簽型電子標(biāo)簽，工作頻率在860MHZ—960MHZ是EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閱讀器和射頻標(biāo)簽通信的標(biāo)準(zhǔn)頻段。射頻標(biāo)簽由天線和芯片兩部分組成。RFID閱讀器和射頻標(biāo)簽無(wú)線電頻率根據(jù)中華人民共和國(guó)無(wú)線電頻率劃分規(guī)定劃分[3]范圍，如表1所示。

網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)交換設(shè)備主要有無(wú)線AP、交換機(jī)和路由器組成，無(wú)線AP也就是無(wú)線接入點(diǎn)，將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)雙絞線傳送過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)無(wú)線AP的編譯，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為無(wú)線電訊號(hào)發(fā)送出來(lái)，形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。路由器是用于遠(yuǎn)程或各單位之間連接多個(gè)邏輯子網(wǎng)，數(shù)據(jù)通過(guò)光纖從某個(gè)供應(yīng)商或采購(gòu)單位子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)子網(wǎng)或是集團(tuán)物資信息服務(wù)器和物資數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，是網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備。

RFID中間件是在公司SCM供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)與供應(yīng)鏈各用戶(hù)終端之間布置開(kāi)發(fā)相應(yīng)的軟件和應(yīng)用接口，是為實(shí)現(xiàn)采集物資數(shù)據(jù)信息的傳遞而開(kāi)發(fā)的中間件，用來(lái)加工和處理來(lái)自讀寫(xiě)器的所有物資、配送數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)場(chǎng)操作事件流，同時(shí)還需開(kāi)發(fā)一組通用的應(yīng)用程序接口（API），對(duì)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、分組和計(jì)數(shù)，目的是要減少在發(fā)往供應(yīng)鏈系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量，同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)的完整性，防止錯(cuò)誤讀寫(xiě)物資信息等。RFID系統(tǒng)應(yīng)用各組件形成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 RFID系統(tǒng)通信原理

RFID技術(shù)是閱讀器利用無(wú)線射頻識(shí)別通信來(lái)識(shí)別RFID電子標(biāo)簽的一種方式，庫(kù)管員終端向閱讀器發(fā)出查詢(xún)命令，閱讀器對(duì)查詢(xún)命令進(jìn)行編碼和調(diào)制，并通過(guò)閱讀器天線發(fā)送出去;閱讀器天線將查詢(xún)數(shù)據(jù)信號(hào)利用無(wú)線射頻電磁信道發(fā)送給標(biāo)簽，RFID電子標(biāo)簽內(nèi)嵌的環(huán)狀天線接收到信號(hào)，電子標(biāo)簽在接收到的射頻信號(hào)強(qiáng)度高于識(shí)別規(guī)定的值后，電子標(biāo)簽的功能將被激活，它要對(duì)閱讀器的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼[4]，根據(jù)閱讀器的查詢(xún)信號(hào)，無(wú)源電子標(biāo)簽生成帶有不同于其他通信的返回信號(hào)，編碼調(diào)制后返回給閱讀器天線;經(jīng)閱讀器端采用閱讀器天線循環(huán)掃描識(shí)別該區(qū)域而獲得標(biāo)簽返回的標(biāo)識(shí)信息符，閱讀器對(duì)電子標(biāo)簽信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，并將其解碼后的數(shù)據(jù)信息傳輸給后臺(tái)中間件應(yīng)用程序進(jìn)行進(jìn)一步處理[5]。

特高頻采用的是電磁發(fā)射原理，能量是按照距離平方的速度進(jìn)行衰減的，在進(jìn)行識(shí)別通信期間連續(xù)傳播電磁能量，同時(shí)交換數(shù)據(jù)。閱讀器和RFID芯片數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制方法[6]，而通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制電路負(fù)載來(lái)控制電壓的通斷進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)具有接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)和射頻源發(fā)射功能，在同一載波信號(hào)上需要將兩個(gè)同步調(diào)制分離[7]。在處理FDMA時(shí)閱讀器將頻率分成多個(gè)頻道，每個(gè)頻道上下在300KHz頻率范圍，閱讀器通過(guò)和電子標(biāo)簽在指定頻率范圍內(nèi)通信來(lái)減少和其他信號(hào)之間的沖突。在應(yīng)用到單位實(shí)際中，要合理布置閱讀器天線，做到減少周?chē)h(huán)境的頻率信號(hào)對(duì)布置頻段內(nèi)的信號(hào)干擾，保證讀寫(xiě)電子標(biāo)簽物資數(shù)據(jù)信息的可靠性、完整性。

電感耦合電子標(biāo)簽以物資電子數(shù)據(jù)信息為載體，由單個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制電路微芯片以及由線圈組成的識(shí)別天線構(gòu)成。閱讀器中[V]為射頻信號(hào)源，[L1]和[C1]構(gòu)成諧振回路（諧振于信號(hào)的頻率），[R]是射頻源的內(nèi)阻，[R1]是電感線圈[L1]的的損耗電阻。[V]在[L1]上產(chǎn)生高頻電流[i]，諧振時(shí)高頻電流[i]最大，高頻電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)線圈，并有部分磁力線穿過(guò)距離讀寫(xiě)器電感線圈[L1]一定距離的電子標(biāo)簽線圈[L2]。穿過(guò)電感線圈[L2]的磁力線通過(guò)感應(yīng)，在[L2]上產(chǎn)生電壓，將其通過(guò)VD（二極管）和[C0]整流濾波后，可產(chǎn)生電子標(biāo)簽工作所需的直流電壓。電容器[C2]的選擇應(yīng)使[L2]和[C2]構(gòu)成對(duì)工作頻率諧振的回路，以使電壓[V1]達(dá)到最大值[8]。電感耦合型RFID原理如圖2所示。

2 物資供應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)在正式上線后，結(jié)合供應(yīng)鏈整體職能權(quán)限情況，分配給各供應(yīng)商或生產(chǎn)商和物資采購(gòu)各單位用戶(hù)名，按照分工不同使用相應(yīng)的應(yīng)用模塊[9]。

2.1 RFID電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)

電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)是按照EPC規(guī)則進(jìn)行編碼的電子標(biāo)簽，并遵循EPCglobal制定的EPC標(biāo)簽與閱讀器的無(wú)接觸電磁通信規(guī)則設(shè)計(jì)的標(biāo)簽。供應(yīng)商或生產(chǎn)廠商所供物資RFID電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)遵循集團(tuán)物料編碼的統(tǒng)籌管理，各使用物資單位也采用相同的編碼規(guī)則，由標(biāo)頭、廠商識(shí)別代碼、對(duì)象分類(lèi)代碼、序列號(hào)等數(shù)據(jù)字段組成的一組數(shù)字;在序列號(hào)字段寫(xiě)入料號(hào)、名稱(chēng)、規(guī)格等數(shù)據(jù)，并上傳至物資信息數(shù)據(jù)庫(kù)。RFID電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)信息如表2。

2.2 物資入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、出庫(kù)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供應(yīng)商收到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)分配物資供應(yīng)通知后，利用RFID閱讀器寫(xiě)入物資數(shù)據(jù)信息進(jìn)行裝車(chē)，閱讀器寫(xiě)入物資供應(yīng)商、物資倉(cāng)儲(chǔ)單位或直接供應(yīng)到集團(tuán)下屬采購(gòu)單位（目的地）字段，通過(guò)供應(yīng)商操作控制端應(yīng)用模塊實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng);對(duì)配送車(chē)輛安裝電子鉛封來(lái)監(jiān)測(cè)物資的安全狀態(tài)，它是通過(guò)安裝在車(chē)箱內(nèi)的傳感器來(lái)獲取箱門(mén)是否被開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài);如非正常解封，貨箱自動(dòng)上傳實(shí)時(shí)GPS地理位置信息到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng);電子鉛封采用非接觸式識(shí)別，可以自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)，獲取數(shù)據(jù)，車(chē)輛的實(shí)時(shí)地理信息通過(guò)GPS都及時(shí)形成完整的動(dòng)態(tài)信息上傳供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)配送信息數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊。配送車(chē)輛進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)單位大門(mén)時(shí)，通過(guò)二道門(mén)RFID閱讀器讀取車(chē)輛電子鉛封信息，實(shí)時(shí)得到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)確認(rèn)短消息后，放行車(chē)輛進(jìn)入庫(kù)區(qū)，配送車(chē)輛出庫(kù)和入庫(kù)模式一樣。

庫(kù)管員接收到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)物資到庫(kù)區(qū)信息后，刷卡標(biāo)記操作人員身份，RFID閱讀器進(jìn)行讀取物資數(shù)據(jù)信息入庫(kù)，叉車(chē)進(jìn)行RFID技術(shù)改進(jìn)后，讀取托盤(pán)上的RFID 標(biāo)簽，還能夠讀取貨架標(biāo)簽信息，實(shí)現(xiàn)托盤(pán)和貨位的綁定，托盤(pán)RFID 標(biāo)簽存儲(chǔ)有該批次物資料號(hào)、名稱(chēng)、規(guī)格、單位、數(shù)量等信息，叉車(chē)經(jīng)過(guò)倉(cāng)庫(kù)有安裝閱讀器天線入口，RFID閱讀器讀取到托盤(pán)標(biāo)簽信息，實(shí)時(shí)為該批次物資分配貨位，通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)方式將分配到的貨位信息傳送到叉車(chē)顯示終端，同時(shí)貨架上的信號(hào)燈閃爍，為叉車(chē)司機(jī)提示物資入位。鋼材上用金屬RFID標(biāo)簽料進(jìn)行標(biāo)識(shí)。RFID閱讀器布置在過(guò)磅稱(chēng)旁邊，閱讀器天線分別安裝在磅稱(chēng)兩端的地面上，通過(guò)天線標(biāo)號(hào)讀取電子標(biāo)簽的順序判斷出入庫(kù)。入庫(kù)完成后，物資供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)將實(shí)時(shí)接收到該批次所有物資數(shù)據(jù)信息。

庫(kù)管員盤(pán)點(diǎn)庫(kù)存物資信息時(shí)，通過(guò)手持便攜式RFID閱讀器進(jìn)行操作，對(duì)每個(gè)倉(cāng)庫(kù)、每個(gè)貨位上的貨架標(biāo)簽和托盤(pán)標(biāo)簽進(jìn)行掃描，通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到物資供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)盤(pán)點(diǎn)應(yīng)用模塊進(jìn)行比對(duì)，如果出現(xiàn)貨位與物資不符或物資數(shù)量不符時(shí)報(bào)警。通過(guò)報(bào)警提示，重新正確歸置物資。

供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)在物資計(jì)劃審批后物資數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示入庫(kù)后，系統(tǒng)按照各單位所需物資自動(dòng)分配數(shù)量，并發(fā)系統(tǒng)消息通知各單位，領(lǐng)料員在接收到系統(tǒng)物資分配領(lǐng)料通知后，安排安裝RFID電子標(biāo)簽車(chē)輛配送物資，車(chē)輛進(jìn)入庫(kù)區(qū)二道門(mén)RFID閱讀器識(shí)別正確通過(guò)后放行進(jìn)入庫(kù)區(qū)。庫(kù)管員接收到供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)某單位所需物資領(lǐng)取出庫(kù)信息后，刷卡標(biāo)記操作人員身份，隨后叉車(chē)終端收到系統(tǒng)提示并按照出庫(kù)物資清單信息，同時(shí)貨架上的信號(hào)燈閃爍，為叉車(chē)司機(jī)提示物資貨位位置信息，叉車(chē)運(yùn)送物資通過(guò)庫(kù)房RFID閱讀器出口時(shí)，讀取托盤(pán)上的RFID 標(biāo)簽，并讀取托盤(pán)RFID物資電子標(biāo)簽信息，包括出庫(kù)物資料號(hào)、名稱(chēng)、規(guī)格、單位、數(shù)量等信息，在領(lǐng)料物資全部出庫(kù)裝車(chē)后，點(diǎn)擊叉車(chē)出庫(kù)物資裝車(chē)結(jié)束提交，系統(tǒng)得到提交數(shù)據(jù)信息，通過(guò)采購(gòu)計(jì)劃和到庫(kù)物資自動(dòng)比對(duì)成功后，自動(dòng)發(fā)信息到領(lǐng)料員，領(lǐng)料員提交確認(rèn)完成后，至此，整個(gè)物資供應(yīng)、倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)、出庫(kù)流程結(jié)束。物資供應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)RFID系統(tǒng)如圖3。

2.3 RFID技術(shù)和SCM系統(tǒng)應(yīng)用

RFID系統(tǒng)還需與SCM供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)兼容和對(duì)接，信息平臺(tái)與供應(yīng)鏈各單位相結(jié)合，共享生產(chǎn)計(jì)劃物資和采購(gòu)物資信息，現(xiàn)軟件公司已具備和系統(tǒng)對(duì)接的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)公司和軟件公司初步討論研究認(rèn)為，以現(xiàn)有的SCM系統(tǒng)平臺(tái)集成RFID技術(shù)需求的是基于復(fù)雜事件處理（complex event processing，CEP）的技術(shù)，將SCM系統(tǒng)數(shù)據(jù)當(dāng)作不同類(lèi)型的事件，分析各事件間的關(guān)系，建立多個(gè)事件關(guān)系庫(kù)，要利用好事件關(guān)聯(lián)、事件分層和提取事件的這些技術(shù)，對(duì)各事件的認(rèn)真分析來(lái)提取供應(yīng)鏈中的各種真正有用的復(fù)雜事件，來(lái)滿足集團(tuán)公司、各供應(yīng)商（生產(chǎn)廠）、集團(tuán)下屬各生產(chǎn)物資計(jì)劃單位的使用需要。SCM系統(tǒng)應(yīng)用模塊如圖4示。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管控成本和智能物流建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)，本文主要針對(duì)現(xiàn)在各集團(tuán)下屬的物資供應(yīng)系統(tǒng)的傳統(tǒng)供應(yīng)鏈模式的手工操作物資供應(yīng)和倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)環(huán)節(jié)進(jìn)行RFID技術(shù)的應(yīng)用研究，在現(xiàn)有SCM供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上新增RFID系統(tǒng)，并應(yīng)用于物資供應(yīng)管理環(huán)節(jié)RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)、配送車(chē)輛的定位和物資倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)、出庫(kù)的智能化操作。如該RFID系統(tǒng)建設(shè)完成，那么對(duì)單位現(xiàn)有人員成本和物資流通環(huán)節(jié)成本有更好的可控性和效率性。雖然現(xiàn)在的應(yīng)用研究還未使用到各單位，相信不久的將來(lái)會(huì)真正應(yīng)用到集團(tuán)的各物資采供系統(tǒng)。

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【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】