RFID技術在卷煙廠信息化物流系統的應用

陳亮池 馮鋒

摘 要：隨著各卷煙廠綜合信息化物流系統建設與自動化高架倉庫的應用推廣，RFID技術逐漸成了其物流系統業務流程與數據流程的信息樞紐。文章結合RFID技術的特點與卷煙廠對RFID技術的應用需要，論述了RFID技術在卷煙廠信息化物流管理當中的實際應用及其與控制系統的信息交互過程。

關鍵詞：卷煙廠;RFID;信息化物流;物聯網

0 引言

隨著信息化時代的高速發展，信息化管理系統已逐步成為煙草系統生產營銷管理的重要支柱，特別是煙草行業卷煙生產經營決策管理系統，即國家局“一號工程”系統的全面應用，以國家局為圓心，橫貫工商業兩條縱向主線，從國家局延伸至省局（中煙公司）、市局（卷煙廠）、商業倉庫（工業車間），在全行業架設了“一點、兩縱、四層”的軟硬件一體化系統部署。在煙草現代化物流體系建設上，物聯網技術的應用成了煙草行業倉儲業與物流業走向現代化的“高速公路”。2010年，國家煙草專賣局正式提出了“全面覆蓋、全面感知、全面控制、全面提升”的“四個全面”行業物聯網建設綱要[1]，截至目前全行業已有超過80萬個托盤安裝了RFID電子標簽，基本實現了工商系統一體化的信息互聯與數據共享。

目前，對于煙草物流信息化的研究主要集中在商業系統的外部配送與運輸環節，對工業系統原輔料倉儲管理與運輸的研究較少。近年來，隨著各卷煙廠集中開展技術改造，各卷煙制造企業在行業物聯網建設的總體思路下逐步應用了綜合自動化物流系統，引入了自動化高架倉庫。RFID技術全面實現了煙用原輔料與卷煙成品的全自動出入庫作業流程，有效提高了工業生產效率、降低了生產成本。

1 ? RFID技術介紹

射頻識別（RFID）技術是一種無須實體直接接觸即可建立聯系與傳遞信息的非接觸式的自動識別技術，其主要利用射頻信號的空間耦合傳輸特性來實現對目標對象的識別并獲取信息，這一技術具有識讀速度快、識別距離遠、可讀寫性好、適應環境強、存儲容量大等特點，因其泛用性強與成本較低，在物流與供應鏈領域得到了廣泛應用。

一個基本的RFID系統僅有兩個器件：電子標簽與閱讀器。電子標簽由耦合原件與芯片組成，每一個標簽都擁有唯一的標識編碼，用以識別目標對象，而閱讀器則是標簽的讀取與寫入的設備。

RFID系統的工作原理十分簡單，標簽通過自身帶有的電池以廣播的方式不間斷地向周圍發送帶有能量的信號，閱讀器在接收到信號后進行解碼，再將其傳送到后臺主機進行分析與處理。

RFID技術作為物聯網技術在感知識別層面的關鍵應用，使得整個物聯網當中的每個物體都能得到快速準確的唯一識別，并且能夠攜帶規范且具有互用性的信息，為“物-物相聯”提供了根本保障[2]。

2 RFID技術在卷煙廠的應用分析

RFID技術在卷煙制造企業的應用最早可追溯到2004年，浙江中煙首次將這一技術應用在成品煙的物流當中，以轉運托盤為單位，將RFID標簽安裝在托盤底側，將30件卷煙的條碼信息記錄在標簽內[3]。這一技術的應用使得關鍵件煙的信息采集更加快捷方便，解決了件煙與托盤之間關聯的疑難問題，極大地提升了成品卷煙的出庫物流效率。近年來，隨著物聯網技術在全行業的迅速推廣應用，特別是自動化高架倉庫的普及應用，與RFID技術的巧妙結合，節省了大量機械勞動，達成了卷煙原料、輔料及成品的全過程追蹤與可視化管理，簡化了操作流程，提高了作業效率，降低了人工成本。

2.1? 企業需求分析

卷煙廠信息化物流系統主要依托于自動化高架倉庫的普及應用，此類高架物流庫貨架高度超過7米，是一種通過自動機械控制的信息化物流倉庫，其主要優點在于能夠通過控制指令自動完成貨物的存儲與轉運，實現對庫存貨物的可視化管理，極大地減少重復性人工作業，在物資接收、包裝、計量、分類等方面較于普通倉庫具有極大優勢。

高架物流庫的核心在于其自動控制系統，由服務器、交換機、生產調度系統、管理口控制系統、堆垛機控制系統、換軌車控制系統等組成[4]，高架庫內所有存取設備和輸送設備都需配置相應的控制裝置，其決定了整個高架物流庫的運行質量與運行效率，圖1展示了高架物流庫控制系統的網絡架構。

RFID技術在卷煙廠高架物流庫控制系統的應用優勢主要在于其較長的使用壽命與較強的環境適應性，且其體積較小，靈敏度較高，支持多次擦除和重復寫入，主要應用在電氣設備自動化和物料管理之中。RFID標簽信息存儲量很大，可以存儲包括牌號、箱號、批次、重量及裝箱時間等重要信息，在脫離數據庫平臺下仍可隨時對設備信息進行讀取與校對，即便發生數據庫后臺存儲數據丟失或系統崩潰時仍能保證信息完整[5]。由于各類濾棒外觀十分相似，肉眼極難分辨，將RFID標簽安裝在濾棒盤側邊，控制系統可以有效避免因員工操作不當或信息傳遞錯誤引起的煙箱送錯進而導致煙絲混牌、錯牌等工藝質量事故。

高架物流庫控制系統還需與國家局“一號工程”系統實現聯通，在成品整托盤出庫設計中安裝RFID設備，讀取托盤碼時能顯示整個托盤所有件煙一號工程碼信息，并在入庫掃碼設計中安裝一號工程碼校驗功能。控制系統同時向廠級MES系統實現數據交換，接受MES系統指令同時上傳相應數據。控制系統要料終端與卷包數采系統現場終端共用（卷接包機組、裝封箱機組、成型機組均有數采系統終端），在終端上安裝圖形化控制程序實現與卷包數采系統同界面操作，實現與卷包數采系統的數據交換。

2.2? RFID系統與控制系統的信息交互

倉庫控制系統（WCS系統）處在設備執行層和信息管理層的中間，是整個高架物流庫設備的控制軟件，圖1展示了WCS系統的網絡結構，其通過TCP/IP通信方式與設備連接，實現對各種設備系統接口的集成，具備設備調度、任務管理、設備監控、運行記錄等功能。

（1）設備調度 WCS協調堆垛機、輸送機、穿梭車、AVG小車等物流設備間的運轉，完成倉庫管理系統（WMS系統）下達的入庫、出庫、盤點等任務。WCS系統與這些設備系統連接，協調各個系統完成出入庫任務。

（2）任務管理 WCS對倉庫管理系統（WMS系統）下達的任務進行分解，包括堆垛機、輸送機系統、穿梭車、自動導引小車任務。

（3）設備監控 WCS提供對堆垛機、輸送機、穿梭車的監控。員工通過監控畫面可以隨時查看對應設備的運行狀態。

（4）在RFID讀寫器安裝的站臺，PLC寫入信息到電子標簽時，通過接口將信息傳輸到WCS，WCS備份記錄電子標簽信息。

當倉庫管理系統（WMS系統）下達控制命令時，閱讀器讀取RFID標簽上的關于物料或托盤的產品信息后傳送至WCS，WCS通過PLC向具體的物流裸機設備下達指令，執行設備接受來自WCS的指令后完成物料輸送過程的控制，將物料或托盤運輸至準確位置，最后再對RFID信息進行確認校核。

倉庫管理系統（WMS系統）主要負責對高架庫內庫存的管理與出入庫通道及路徑的選擇，其關注的焦點在倉儲執行的優化和有效管理。WMS系統從廠級MES、ERP及國家局“一號工程”等信息系統獲取操作指令，并向其提供庫存信息。

當上位信息系統下達出入庫任務時，WMS系統依據預先設定的存儲策略及指派原則向WCS系統下達控制命令，WCS系統向WMS系統反饋RFID信息，WMS將這些信息分析并匯總，完成對庫存、貨位等信息的實時更新，圖2展示了WMS系統的實時可視化庫存管理。

RFID信息成為WMS和WCS交互的重要樞紐，通過RFID信息的采集，WMS系統才能正確地向WCS系統下達控制命令;通過RFID信息的校驗，WCS系統才能準確執行控制任務。RFID在整個信息流動過程中發揮了重要作用，是整個高架物流系統的信息核心。

2.3? 企業應用分析

煙草行業各卷煙廠通常配置原料高架倉庫、輔料高架倉庫與成品高架倉庫，實現全自動化入庫和出庫作業流程，輔以少量人工校核作業流程。轉運托盤采用四向進叉式，使用面為單面，底部結構為川字形，能夠適應叉車、輸送機、堆垛機和立體貨架的使用要求，并在四向貼條碼，RFID電子標簽使用螺絲固定在底部相應凹槽內。相應地在分揀道、封箱機與出入庫口安裝RFID閱讀設備。

原料高架庫主要負責原料煙包的出入庫管理，對原料實施自動調運，從原料煙包卸車開始，經一層堆垛機進入原料高架庫;生產用煙包則由二層堆垛機出庫，經輸送系統由垂直提升機降至一層進入自動開包機完成開包工作。當發生煙包霉蟲變等質量突發事件時，原料高架庫能夠做到及時緊急補料、原位補料或就近補料，保證片煙信息準確。

輔料高架庫主要負責卡紙、玻璃紙、商標紙及箱皮、盒皮等煙用輔料的出入庫管理，煙用輔料經過人工配盤通過叉車或者夾包車送入輸送機，自動進入高架平衡庫，輔料托盤均衡存放于高架庫各巷道中，不會出現因個別巷道堆垛機出現故障而影響正常出入庫的情況;出庫時采用AGV小車輸送至卷接包機組、裝封箱機組或濾棒成型機組。整個過程通過RFS系統及RFID電子標簽實現輔料全過程的信息采集、統計與跟蹤。

成品高架庫主要負責成品卷煙的入庫與出庫管理，具有與國家局一號工程系統聯網的信息管理功能，成品卷煙通過成品件煙分揀線輸送機完成分揀，經由機器人進行自動碼垛，并在碼垛完成的托盤上的RFID芯片中寫入一號工程碼，再由堆垛機送入成品高架庫，其入庫流程如圖3所示;出庫時先由堆垛機將成品托盤輸送至機器人拆卸站臺進行拆垛，拆垛后的成品卷煙經出庫區內伸縮式鏈板機裝車出庫，其出庫流程如圖4所示。成品托盤均衡存放于高架庫各巷道中，不會出現因個別巷道堆垛機出現故障而影響正常出入庫的情況。

3 ? 應用效果分析

由于RFID技術無須精準定位即可實現對大批量數據的實時采集、傳遞、核對與更新，有效避免了人工操作中可能出現的漏掃、錯掃、重掃等操作，RFID技術與自動化高架倉庫的結合極大提升了倉庫的存取效率與吞吐量，每個自動化高架倉庫儲存量可達到單層倉庫的4～7倍，每小時可完成500～800次的出入庫作業，有效解決了卷煙制造企業實物周轉的信息管理問題，極大地提升了整個物流系統的貨物處理能力。

[參考文獻]

[1]金澗.煙草物聯網的應用模式與技術瓶頸[J].物流技術與應用，2011（2）：60-63.

[2]謝磊，殷亞鳳，陳曦，等.RFID數據管理：算法、協議與性能評測[J].計算機學報，2013（3）：457-470.

[3]全鶯歌，王麗.煙草工業企業物流技術現狀及趨勢解析[J].物流技術，2013（16）：13-17.

[4]徐超，顧晶，楊杰.煙草行業高架物流庫控制系統探索和研究[J].科學技術創新，2020（1）：99-100.

[5]林強.卷煙廠RFID信息管理系統[J].自動化博覽，2020（3）：74-75.

（編輯 王永超）