基于物聯網與RFID技術的供應鏈應用

物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用RFID（射頻自動識別）、無線數據通信等技術和全球電子產品編碼（EPC），構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。在這個網絡中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用RFID技術，通過計算機互聯網實現物品的自動識別和信息的互聯與共享。

EPC概述

EPC的全稱是Electronic Product Code，中文譯作產品電子代碼，它是基于RFID和Internet的一項物流信息管理技術。EPC通過給每一個實體對象分配一個全球唯一的代碼來構建一個全球物品信息實時共享的實物互聯網。

EPC是GS1全球統一標識系統的重要組成部分。它能夠提高物流效率、降低物流成本，是物品追蹤、供應鏈管理、物流現代化的關鍵。

EPC概念的提出源于射頻識別技術和計算機網絡技術的發展，后兩項技術是EPC的支撐。射頻識別技術可以通過無接觸的方式實現遠距離、多識讀對象（標簽）、快速移動狀態下的自動識別。計算機網絡技術和互聯網使全球信息傳遞的實時性得到了基本保證。將這兩項技術結合起來用于物品標識和供應鏈的管理，由此誕生了EPC。

EPC有多種內涵，狹義上說，它是一種編碼，而廣義上說，EPC是一個系統。

EPC系統

EPC系統結構

EPC系統是一個先進的、綜合性的和復雜的系統，由全球產品電子代碼（EPC）編碼體系、射頻識別系統及信息網絡系統三部分組成，主要包括六個方面，如表1所示（見下頁）。

表1

EPC系統工作流程

在由EPC標簽、識讀器、EPC中間件、Internet、ONS服務器、EPCIS服務器以及眾多數據庫組成的EPC系統中，識讀器從EPC標簽讀出的EPC代碼只是一個信息參考（指針），由這個信息參考從Inter?net找到IP地址并獲取該地址中存放的相關的物品信息，并采用EPC中間件處理由識讀器讀取的一連串EPC信息。由于在標簽上只有一個EPC代碼，計算機需要知道與該EPC匹配的其它信息，這就需要ONS的幫助找到對應的網絡數據庫服務：EPC中間件將EPC傳給ONS，ONS指示EPC中間件到一個保存著產品文件的EPCIS服務器查找，該產品文件可由EPC中間件復制，因而文件中的產品信息就能傳到供應鏈上，EPC系統的工作流程，如圖1所示。

圖1 EPC系統工作流程示意圖

EPC系統特點

EPC系統，以其獨特的構想和技術特點贏得了廣泛的關注，其特點如下：

開放性

EPC系統采用全球最大公用的Internet網絡系統。這就避免了系統的復雜性，同時也降低了系統的成本，并且還有利于系統的增值。

通用性

EPC系統識別的對象是一個十分廣泛的實體對象，EPC系統網絡是建立在Internet網絡系統上，并且可以與Internet網絡所有可能的組成部分協同工作，具有獨立平臺，在不同國家、地區可以通用。

可擴展性

EPC系統是一個靈活開放的可持續發展的系統，可在不替換原有系統的情況下做到系統升級。

EPC系統是一個全球的大系統，供應鏈各個環節，各個節點，各個方面都可受益，但對低價值的產品來說，要考慮EPC系統引起的附加成本。目前，全球正在通過EPC自身技術的完善，進一步降低成本，同時通過系統的整體改進使供應鏈管理得到更好的應用，提高效益，以便抵消和降低附加成本。

EPC編碼體系

EPC編碼體系是新一代的與傳統GS1編碼兼容的編碼標準，它是全球統一標識系統的拓展和延伸，是全球統一標識系統的重要組成部分，是EPC系統的核心與關鍵。EPC代碼是由標頭、管理者代碼、對象分類代碼、序列號等數據字段組成的一組數字。

EPC的標頭定義了總長、識別類型和EPC編碼結構。EPCglobal的標簽數據標準（1.4版）規定標頭是8位，其中00000000-11111110的值可以支持255個標頭，另外的11111111值保留作未來標頭的擴展，這樣使得更長數位的標識可以滿足多于256個標頭的需要。目前，根據使用的不同標頭值，14種編碼方案已經在EPC標簽數據標準中制定，以使EPC能夠兼容傳統EAN·UCC系統的各種編碼，確保EPC可以在原有領域中推廣使用。在目前的EPC標簽數據標準中，編碼方案包括通用標識符（GID）、全球貿易代碼（GTIN）、系列貨運包裝箱代碼（SSCC）、全球位置碼（GLN）、全球可回收資產標識（GRAI）、全球單個資產標識（GIAI）、全球文件類型標識符（GDTI）和全球服務關系代碼（GSRN），即目前廣泛使用的GTIN、SSCC、GLN、GRAI、GIAI等編碼方案都可以順利轉換到EPC編碼方案中去。目前EPC編碼普遍長度為96位。

一個單獨的GTIN不能唯一標識一個具體的物理對象，只標識一個特定的對象類別。為了給單個對象創建一個唯一的標識代碼，在GTIN的基礎上增加了一個序列代碼，管理實體負責分配唯一的序列代碼給單個對象，從而形成EPC所要求的序列化全球貿易標識代碼（SGTIN）。

SGTIN由以下幾部分組成，標頭、濾值、分區、廠商識別代碼、項目代碼、序列號，如表2所示。

表2

射頻識讀系統

射頻標簽是EPC的載體，附著于可跟蹤的物品上，在全球流通。射頻識讀器是讀取標簽中的EPC代碼并將其輸入信息系統的設備。EPC系統射頻標簽與識讀器之間采用RFID技術進行信息交換。

EPC標簽是產品電子代碼的信息載體，主要由天線、芯片和封裝基板組成，如圖2所示（見下頁）。

圖2 EPC標簽

標簽進入磁場后，接收解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（Passive Tag，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）；解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。

一套完整的RFID系統，是由閱讀器(Reader)與電子標簽(TAG)也就是所謂的應答器(Transpon?der)及應用軟件系統三個部份組成，其工作原理是Reader發射一個特定頻率的無線電波能量給Tran?sponder，用以驅動Transponder電路將內部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據，送給應用程序做相應的處理，如圖3所示。

圖3 RFID技術的基本工作原理

中間件

EPC中間件是加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流的軟件，是連接讀寫器和企業應用程序的紐帶，主要任務是在將數據送往企業應用程序之前進行標簽數據校對、讀寫器協調、數據傳送、數據存儲和任務管理。

信息服務EPCIS

EPCIS是EPC網絡中重要的一部分，利用單一標準的采集和分享信息的方式，為EPC數據提供一套標準的接口，支持各個行業和組織的擴展應用。具體來講，EPCIS標準主要定義了一個數據模型和兩個接口。EPCIS數據模型用一個標準的方法來表示實體對象的可視信息，涵蓋了對象的EPC代碼、時間、商業步驟、狀態、識讀點、交易信息和其它相關附加信息（可概括為“何物”“何地”“何時”“何因”）。隨著現實中實體對象狀態、位置等屬性的改變（稱為“事件”），EPCIS事件采集接口負責生成如上模型所述的對象信息。EPCIS查詢接口為內部和外部系統提供了向數據庫查詢有關實體EPC相關信息的方法。

對象名稱服務ONS

對象名稱解析服務(ONS)是一個自動的網絡服務系統，類似于域名解析服務(DNS)，ONS給EPC中間件指明了存儲產品的有關信息的服務器。

ONS服務是聯系EPC中間件和后臺EPCIS服務器的網絡樞紐，并且ONS設計與架構都以因特網域名解析服務DNS為基礎，因此，可以使整個EPC網絡以因特網為依托，迅速架構并順利延伸到世界各地。

物聯網在供應鏈中的應用

物聯網體系結構可分為三個層次：泛在化末端感知網絡、融合化網絡通信基礎設施與普適化應用服務支撐體系，它們通常也被稱為感知層、網絡層和應用層。而其核心是EPC技術、RFID技術。通過對每一產品進行EPC編碼，結合RFID技術，以此EPC編碼為索引能實時在物聯網上查詢和更新產品的相關信息，也能以它為線索，在供應鏈各個流通環節對產品進行定位追蹤。

EPC技術適合用于供應鏈上的倉庫管理、運輸管理、生產管理、物料跟蹤、運載工具和貨架識別、商店，特別是超市中商品防盜等場合。同時，在減少庫存、有效客戶反應(ECR)、提高工作效率和操作的智能化方面取得了一定的效果。從整個供應鏈來看EPC技術的應用使供應鏈的透明度提高，物品在供應鏈的任何地方都被實時追蹤。安裝在工廠配送中心、倉庫及商品貨架上的讀寫器能夠自動記錄物品在整個供應鏈的流動——從生產線到最終的消費者。

EPC技術的應用將在諸多環節上發揮重大的作用，其具體應用價值主要體現在以下幾個環節:

物料環節

現代化生產物料配套的不協調影響了產品生產效率，雜亂無序的物料倉庫、復雜的生產備料及采購計劃的執行是每個企業所遇到的難題。通過在物料環節應用EPC技術，不僅便于物料跟蹤管理，而且也有助于做到合理的物料庫存準備，提高生產效率，便于企業資金的合理運用。通過EPC技術可以建立完整的產品檔案，與采購訂單掛鉤，建立對供應商的評價。

生產環節

在生產制造環節應用EPC技術，可以完成自動化生產線運作，實現在整個生產線上對原材料、零部件、半成品和產成品的識別與跟蹤，減少人工識別成本和出錯率，提高效率和效益。采用了EPC技術之后，就能通過識別電子標簽快速從品類繁多的庫存中準確地找出生產線上所需的原材料和零部件。EPC技術還能幫助管理人員及時根據生產進度發出補貨信息，實現流水線均衡、穩步生產，同時也加強了對產品質量的控制與追蹤。

運輸環節

在運輸管理中對在途運輸的貨物和車輛貼上EPC標簽，運輸線的一些檢查點上安裝上RFID接收轉發裝置。當貨物在運輸途中，無論是供應商還是經銷商都能很好地了解貨物目前所處的位置及預計到達時間。

存儲環節

在倉庫，EPC技術最廣泛的使用是存取貨物與庫存盤點，它能用來實現自動化的存貨和取貨等操作?；贓PC的實時盤點和智能貨架技術保證了發貨退貨的正確性以及補貨的及時性，而倉儲區內商品可以實現自由放置，擴大倉儲區的利用空間，并能夠提供有關庫存情況的準確信息。從而減少了庫存，增強了作業的準確性和快捷性，提高了服務質量，降低了儲存成本，節省了勞動力和庫存空間，同時減少了整個物流中由于商品誤置、偷竊、損害和出貨錯誤等造成的損耗。

零售環節

物聯網可以改進零售商的庫存管理，實現適時補貨。有效跟蹤運輸與庫存，提高效率，減少出錯。比如當貼有標簽的物件發生移動時，貨架自動識別并向系統報告這些貨物的移動。智能貨架會掃描貨架上擺放的商品，若是存貨數量降到偏低的水位，或是偵測到有人偷竊，就會通過計算機提醒店員注意。因此，能夠實現適時補貨，減少庫存成本，還能起到貨物防盜的作用。智能秤能根據果蔬的表皮特征、外觀形狀、顏色、大小等自動識別水果和蔬菜的類別，并對該商品計量、計價和打印小票:在商場出口處，帶有射頻識別標簽的商標由讀寫器將整車貨物一次性掃描，并能從顧客的結算卡上自動扣除相應的金額。這些操作無須人工參與，節約了大量人工成本，提高了效率，加快了結賬流程，同時提高了顧客的滿意度。另外，EPC標簽包含豐富的產品信息，例如生產日期、保質期、儲存方法以及與其不能共存的商品，最大限度地減少商品耗損。

配送、分銷環節

在配送環節采用EPC技術能加快配送的速度和提高揀選與分發過程的效率與準確率，并能減少人工、降低配送成本。如果到達配送中心的所有商品都貼有EPC標簽，在進入配送中心時，裝在門上的讀寫器就會讀取托盤上所有貨箱上的標簽內容并存入數據庫。系統將這些信息與發貨記錄進行核對，以檢測出可能的錯誤，然后將EPC標簽更新為最新的商品存放地點和狀態。這樣管理員只需操作電腦就可以輕松了解庫存，通過物聯網查詢貨品信息及通知供應商商品已到或缺貨。這樣就確保了精確的庫存控制，甚至可確切了解目前有多少貨箱處于轉運途中、轉運的始發地和目的地，以及預期的到達時間等信息。

集裝箱、港口、碼頭、報關報檢環節

利用RFID技術，通過安裝在出入境車輛上的RF電子卡（或RFPDA）與分布在口岸監管區域的無線射頻基站群的無線信息交互，實現對出入境人、車輛、貨物實施電子化管理，從而取代了長期以來依靠司機填寫紙質《出入境車輛檢驗檢疫監管簿》申報的管理方式，實現出入境車輛及貨物的快進快出、大進大出。集裝箱上的電子標簽可以記錄固定信息，包括序列號、箱號、持箱人、箱型、尺寸等；還可以記錄可改寫信息，如貨品信息、運單號、起運港、目的港、船名航次等。

集裝箱RFID自動識別系統完成裝箱數據輸入、集裝箱信息實時采集和自動識別；通信系統完成數據無線傳輸；集裝箱信息管理系統完成對集裝箱信息的實時處理和管理，能完成數據統計與分析，向客戶提供集裝箱信息查詢服務。而港口集裝箱管理系統可以監測、記錄經過道口的集裝箱、拖運車輛、事件發生時間、操作人員、集裝箱堆放位置等信息。

基于物聯網與RFID技術在供應鏈管理中的應用在運輸、銷售、使用、回收等任何環節都可以對產品進行定位追蹤。但是也要清醒地認識到，物聯網在供應鏈中的應用并非一朝一夕之功，它是融合多種應用系統于一網的統籌系統工程，其間仍有諸如傳輸協議、信息安全、集成與嵌入技術等多項關鍵技術需要進一步研發。物聯網將在未來一段時間內，逐漸融入供應鏈管理之中。它對于提高現代物流、供應鏈管理水平，降低成本，具有革命性劃時代的意義，必將成為物流供應鏈管理核心技術。