基于RFID技術的海軍航材智能倉儲系統設計

孫偉奇，劉臣宇，李麗，周偉

（海軍航空大學，青島 266618）

引言

海軍航空兵部隊庫存航材品種繁多且數量巨大、價格昂貴，在倉庫儲存中需要依據《海軍航材目錄》，區分類別、型別、組別和質量等級進行分類分級管理，各級航材管理部門日常清查或清點航材的實時狀況，跟蹤航材的流向，需要耗費大量的時間和人力物力。部隊現行的航材管理方式以二維條碼標簽為基礎，采用手持式二維條碼掃描槍的半自動化管理方式來記錄、追蹤管理，效率不高，人工清點時也容易遺漏或重復，實物難以與賬面相符，常常造成數據不及時，出錯率偏高等問題，增加了航材管理的難度。特別是隨著新型航材種類數量的大量增加，新形勢下航材倉庫管理人員的大幅削減，矛盾愈發突出。

1 設計思路

RFID（Radio Frequency Identification）即無線射頻識別技術，是非接觸式自動識別技術（AUTOID）的一種。與基于光電原理的傳統條形碼不同，RFID標簽基于無線頻率通信進行自動識別、追蹤和管理，無需人工操作[1]。根據RFID的技術特性和在倉儲物流方面應用的成熟度，海軍航材智能倉儲實現模式建議采用超高頻（UHF）方案，即915 MHz為中心頻點的無源電子標簽方案。

我們基于RFID技術對現有航材倉儲管理系統進行整體優化和升級，利用RFID電子標簽和智能貨架，對庫存航材進行全壽命周期狀態管理，實現航材自動出入庫、在線庫存盤點、輔助核對賬物、航材流向追蹤、快速生成統計報表等功能，為航材管理部門建立一套先進的、規范的、優化的管理機制，從而改進現有庫存航材管理方式，提高航材管理水平，做到實時掌握庫存航材狀況，動態更新航材消耗規律，及時預測航材消耗趨勢，初步實現了庫存航材管理的自動化、智能化和科學化，有效提高了管理效率和服務形象。

2 實現過程

2.1 RFID智能貨架設計

RFID智能貨架采用模塊化設計，外形整潔美觀，貨架上安裝RFID讀寫設備、矩形射頻天線和LED貨位聲光標簽，可以在部隊在用的貨架基礎上進行升級改造或者根據實際需要定制生產[2]，考慮到系統貨位數量較多和系統的經濟性，設計使用多通道RFID讀寫器。由于部隊現有貨架多為全金屬結構，存在天線發射的無線電波的發射干擾和串擾問題，同一個RFID標簽可能被多個天線讀取，造成貨位信息確認困難，因此需要選擇合適的極化方式和功率調整方式的天線。RFID智能貨架天線布設示意圖如圖1所示。

RFID智能貨架配備的矩形射頻天線采用水平方式部署，水平布設于每一個貨位的底板上（也可布設于貨位頂板上），用于感知本貨位存儲航材的RFID標簽。智能貨架帶有LED貨位聲光標簽，如果檢測到查詢的航材在貨位上面，就會立刻點亮指示燈，同時發出提示音。

根據航材體積形狀統計數據，典型航材貨架一般設4層，層高為50 cm；每層設3個貨位，每個貨位長60 cm、寬50 cm。按照每個貨位水平布設1個矩形射頻天線，1個RFID智能貨架需布設12個矩形射頻天線。此外，每個RFID智能貨架還需布設1臺RFID讀寫設備（讀卡基站）、2臺多路器，RFID讀寫設備通過2臺多路器與12個矩形射頻天線相連通。

2.2 基于RFID技術的智能倉儲系統硬件結構設計

1）硬件拓撲結構

基于RFID技術的智能倉儲系統拓撲結構如圖2所示。

本系統采用單品無源RFID標簽加貨架天線的方式實現。貨架上的航材按RFID標簽部署規則粘貼或栓掛電子標簽，由貨位上的矩形射頻天線掃描航材上的RFID標簽，每一組貨架上的多個矩形射頻天線通過多路器并聯到一臺作為讀卡基站的讀寫器上，多個讀卡基站再連接到傳輸接口模塊，由傳輸接口模塊接入局域網交換機從而并入庫區計算機網絡。

圖1 RFID智能貨架天線布設示意圖

圖2 基于RFID技術的智能倉儲系統拓撲結構

2）航材RFID標簽部署方式

由于航材規格型號繁多，組成成分、體積形狀千差萬別，金屬特性個體差異也很大，很難制定出標準化的RFID標簽粘貼規則，同時也對RFID標簽的選型提出了更高的要求。因此在對庫存航材部署RFID標簽時，應區分航材的不同包裝特點進行分類部署。

①小包裝箱航材：小包裝航材通常是需要利用小包裝箱進行封裝的體積較小的航材，包裝箱內可能包含一件或多件航材，例如各種電氣儀表、電子元器件等。這類航材通常要先進行油封包裝，可以選擇將電子標簽粘貼在航材外包裝箱上，在入庫和出庫時使用RFID讀寫器對航材信息進行讀寫。

②大包裝箱航材：大包裝箱航材箱內可能包括一件或多件航材，這類航材通常體積較大，需要利用大包裝箱進行封裝，通常這類航材對儲存環境要求較高，運輸過程中對運輸條件要求也比較高，例如航空發動機、螺旋槳等大件航材。這類航材通常一個包裝箱配備一個電子標簽，部署方法是在航材外包裝箱上粘貼抗金屬電子標簽，在入庫和出庫時使用RFID讀寫器進行登統計。

③金屬無包裝航材：金屬無包裝航材較為特殊，儲存時無需進行油封包裝，為了方便運輸通常只需要做好一定保護措施，例如輪轂等航材。由于金屬對電子標簽識別有一定干擾，這類航材通常采用抗金屬干擾類型的電子標簽，部署時多采用懸掛式，懸掛在金屬航材上，利用RFID讀寫器對電子標簽進行掃描。

④非金屬無包裝航材：這類航材對電子標簽要求不高，但也需要采用懸掛式電子標簽或其他粘貼方式，使用RFID讀寫器對標簽進行掃描讀取。

上述四類航材是具有一定體積的，能夠將標簽直接粘貼或懸掛在航材上或外包裝上，但對于螺釘螺母等體積較小的消耗件，則需要進行多件批量打包，在外包裝上粘貼電子標簽再進行RFID技術管理，方便出入庫和庫存盤點。對于各種電子標簽粘貼方式要考慮航材和電子標簽之間的相互影響，對RFID電子標簽材質、大小、安裝位置以及粘膠類型等多方面進行綜合考慮后，再進行選用。

此外，在航材入庫前，如有需要，還可以在航材周轉的托盤上粘貼電子標簽，將電子標簽粘貼在托盤兩側并使托盤上的電子標簽信息與航材電子標簽信息保持一致。

2.3 基于RFID技術的智能倉儲系統軟件功能設計

基于RFID技術的海軍航材智能倉儲系統能夠實現航材出入庫智能控制、航材貨位及數量統計的實時化、航材信息查詢的自動化，從而便于管理人員快速進行收發作業、登統計和信息查詢等業務工作，以達到快速、準確、高效的管理目標。

1）實現航材的唯一標識。利用RFID讀寫設備在RFID標簽中寫入航材的名稱、規格型號、數量、存放位置等具體信息，根據RFID標簽的唯一性，將標簽與航材進行一對一綁定部署，實現航材的唯一標識。

2）實現航材的自動定位。根據要查詢的航材名稱、規格型號等信息，“在線掃描”RFID智能貨架上的庫存航材。發現該航材后，智能貨架將自動開啟指示燈和蜂鳴器進行聲光報警，提示該航材所在的貨位[3]。

3）實現航材的自動盤點。進行盤點時，RFID智能貨架依次讀取各貨位上電子標簽信息進行在線清點，并將讀取到的信息通過通信接口及時回傳給服務器，服務器利用系統軟件對收集的航材信息進行在線處理，從而實現對庫存航材的實時清點。當在線盤點的數據和服務器數據庫中數據不一致時，系統將自動進行報警提示。

4）實現航材的入庫管理。航材入庫時，管理人員根據發貨單/裝箱單制作入庫憑證，系統根據入庫憑證信息自動分配貨位，管理人員通過RFID讀寫設備讀取航材的RFID標簽，錄入該航材的基礎信息，并將其放置到指定貨位，同時與貨位上的電子標簽信息進行核對確認。

5）實現航材的出庫管理。航材出庫時，管理人員根據領用單/調撥單制作出庫憑證，系統根據出庫憑證信息確定應選航材及存放的貨位，RFID智能貨架實時檢測定位到應選航材，并及時進行聲光報警提示。

6）實現航材的安全管理。在庫房出入口設置智能門禁，實時收集出入庫航材的RFID標簽信息并進行登統計。對未經授權出入庫航材，系統將馬上啟動安防系統報警，從而保證庫存航材的安全[4]。

3 結束語

本文以RFID技術為基礎進行了海軍航材智能倉儲系統設計，將RFID智能貨架引入到海軍航材倉儲，并對海軍航材智能倉儲的硬件系統和軟件系統進行了設計。經實踐驗證，該系統理論上能夠達到系統設計、規劃中的各項目標，系統的性能能夠滿足實用需求。但是從整體上看，基于RFID技術的海軍航材智能倉儲系統整體設計還存在以下不足：系統的整體成本較高，系統中使用的RFID電子標簽與其讀寫設備比條碼及其設備的成本高；其次RFID電子標簽還沒有可靠的讀寫保護功能，在使用的過程中存在儲存信息被篡改的風險。