基于RFID技術(shù)的現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 新，趙 俊

（1.紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.紹興迅極網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)有限公司，浙江 紹興 312000）

1 引言

現(xiàn)代物流隨信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，它是依據(jù)用戶的需求，利用現(xiàn)代信息處理技術(shù)，從供給地將物流向需求地轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)管理成本最低化的過程。它由若干個(gè)環(huán)節(jié)組成，如包裝、裝卸、配送、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工和信息處理等。其中倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)在現(xiàn)代物流運(yùn)作過程中起到很關(guān)鍵的作用，也是物流中的主要環(huán)節(jié)。近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，RFID 射頻識(shí)別技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)之一，在很多領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的升級(jí)改造。早期，條碼技術(shù)在物流行業(yè)應(yīng)用中得到了肯定，但隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民對(duì)物質(zhì)需求的進(jìn)一步提高，推動(dòng)著現(xiàn)代物流技術(shù)的興起，利用RFID 技術(shù)來改造倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的需求也應(yīng)運(yùn)而生。

早期，倉儲(chǔ)管理采用單據(jù)人工書寫方式完成，隨著條碼技術(shù)的發(fā)展與成熟，逐漸開始采用條碼作為信息的載體。無論是條碼還是手工作業(yè)方式，在倉儲(chǔ)管理方面存在很大問題：手工方式效率低，極易出錯(cuò)，而條碼技術(shù)，盡管提高了效率，但由于條碼的易復(fù)制、不防污、不防潮、信息量少且不能更改的缺點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)管理始終存在著缺陷。隨著RFID技術(shù)的成熟應(yīng)用，其自動(dòng)信息獲取技術(shù)從根本上解決了上述問題。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是充分利用便攜式手持終端（如PDA 和閱讀器）完成對(duì)電子標(biāo)簽信息的讀寫，實(shí)現(xiàn)物品信息的交換與處理。因此，在作業(yè)現(xiàn)場便攜終端實(shí)現(xiàn)了入庫、出庫、移庫、盤點(diǎn)操作的實(shí)時(shí)完成，另外，要實(shí)現(xiàn)對(duì)物資進(jìn)行批次甚至單品管理，借助電子標(biāo)簽存儲(chǔ)物資信息，閱讀器讀到的數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫畔⒎?wù)中心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)庫存物品的入庫、出庫、移動(dòng)、盤點(diǎn)、訂貨等的直接操作，通過對(duì)倉儲(chǔ)物品信息的過程控制與分析，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)物品管理的規(guī)范化和可視化，從而有效地降低管理成本，提高工作效率，真正實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)管理的智能化。

2 RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)

RFID（無線射頻識(shí)別技術(shù)）是一種非接觸式的信息自動(dòng)獲取技術(shù)，利用無線電信號(hào)空間耦合原理自動(dòng)獲取電子標(biāo)簽的信息，具有高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別能力，采用一定技術(shù)實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽的信息讀寫，操作快捷方便，適合各種惡劣環(huán)境下的信息采集。RFID 電子標(biāo)簽具備較大的存儲(chǔ)容量，除了可以存儲(chǔ)ID，還可以存儲(chǔ)一定數(shù)量的物品信息。RFID 閱讀器可以有多種接口方式（如RJ45、串口）與信息服務(wù)中心交換數(shù)據(jù)，完成前端信息的實(shí)時(shí)采集。RFID 系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、天線、閱讀器和RFID中間件組成，如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

電子標(biāo)簽存儲(chǔ)ID識(shí)別碼及倉儲(chǔ)物品的其它信息，可以根據(jù)需要有各種不同的封裝形式，電子標(biāo)簽分為有源、無源和半無源三大類。閱讀器是RFID系統(tǒng)重要設(shè)備，在有效范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID 標(biāo)簽的信息讀寫，并通過適當(dāng)接口，完成與后端應(yīng)用系統(tǒng)的信息交換。RFID中間件是完成RFID 設(shè)備接入應(yīng)用系統(tǒng)的軟件，主要完成閱讀器管理、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)指令傳達(dá)。

3 系統(tǒng)組成與工作原理

3.1 基本設(shè)計(jì)思想

現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的重心是RFID技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)鍵是利用電子標(biāo)簽具有的信息讀寫能力。為了實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)中的庫位管理，需要按某種標(biāo)準(zhǔn)給每一庫位貼上電子標(biāo)簽。庫房管理作業(yè)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)物品與庫位的智能匹配處理，做到最優(yōu)化利用庫位的功能。在物品入庫時(shí)，貨物電子標(biāo)簽（或已有標(biāo)簽）將被安裝上，利用這些標(biāo)簽可以做到對(duì)物品一定精度的定位，方便錯(cuò)位情況下的尋找，提高工作效率。貨物出庫時(shí)按具體情況取下電子標(biāo)簽，做到循環(huán)使用。

利用無線網(wǎng)絡(luò)如WiFi 實(shí)現(xiàn)信息高速公路，覆蓋整個(gè)倉儲(chǔ)作業(yè)區(qū)，做到作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫畔⒎?wù)中心。倉儲(chǔ)作業(yè)過程中，利用叉車上無線數(shù)據(jù)終端和作業(yè)人員手持無線數(shù)據(jù)終端，完成作業(yè)信息的實(shí)時(shí)上傳，同時(shí)無線數(shù)據(jù)終端接受信息服務(wù)中心下達(dá)的作業(yè)指令，確認(rèn)作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準(zhǔn)確等。

自動(dòng)導(dǎo)引車AGV 是一種智能化的作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)上具有RFID 閱讀器、智能控制設(shè)備等，可以做到定時(shí)對(duì)庫房進(jìn)行自動(dòng)盤點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)物資盤點(diǎn)智能化。

3.2 系統(tǒng)組成

RFID 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)由信息管理系統(tǒng)、電子標(biāo)簽制作系統(tǒng)、物品信息采集系統(tǒng)和物品輔助定位系統(tǒng)組成，這四大系統(tǒng)互相協(xié)作，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)物品管理的各個(gè)流程。信息管理系統(tǒng)是倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的核心，物品信息采集和輔助定位是倉儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

信息管理系統(tǒng)由信息服務(wù)中心的服務(wù)器和前臺(tái)管理終端組成，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。所有從固定式閱讀器或手持機(jī)獲得的數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換并插入到后臺(tái)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，對(duì)標(biāo)簽管理信息、電子標(biāo)簽和采集的標(biāo)簽信息集中進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，完成貨物的日常管理。

電子標(biāo)簽制作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)庫位標(biāo)簽、物品標(biāo)簽、箱標(biāo)簽信息的寫入，由一臺(tái)閱讀器實(shí)現(xiàn)。

物品信息采集系統(tǒng)和物品輔助定位系統(tǒng)由數(shù)據(jù)前端采集和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸二部分組成。各類標(biāo)簽信息通過前臺(tái)作業(yè)終端（手持機(jī)或固定閱讀器）采集，完成標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫。前臺(tái)作業(yè)終端利用WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)并通過RFID 中間件實(shí)現(xiàn)與信息服務(wù)中心數(shù)據(jù)交換與處理。利用RFID 無線定位技術(shù)可以輔助定位物品大致位置，方便尋找。

3.3 系統(tǒng)工作原理

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)從庫位標(biāo)簽的制作與安裝開始，依據(jù)信息服務(wù)中心自動(dòng)生成的庫位編碼等信息，通過前臺(tái)作業(yè)終端寫入庫位電子標(biāo)簽，同時(shí)讀取電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)信息上傳到數(shù)據(jù)庫做到一一對(duì)應(yīng)。為便于管理，使用標(biāo)簽打印機(jī)，在紙標(biāo)簽上打印庫位編碼和其它信息，把二類標(biāo)簽同時(shí)安裝到庫位上，標(biāo)識(shí)具體位置用于識(shí)別，為出入庫作業(yè)做好準(zhǔn)備。

按照規(guī)定的物品編碼方案對(duì)入庫物品進(jìn)行編碼是入庫的首要任務(wù)。用前臺(tái)作業(yè)終端把編碼信息寫入電子標(biāo)簽，同時(shí)打印紙質(zhì)標(biāo)簽，二者合一成為貨物標(biāo)簽。前臺(tái)作業(yè)終端自動(dòng)分配庫位，并與物品存放信息相一致。當(dāng)貨物被運(yùn)送到指定庫位后，核對(duì)位置正確并把貨物送入庫位（視情修改庫位標(biāo)簽中貨物編號(hào)和數(shù)量信息），最后把入庫信息發(fā)送給信息服務(wù)中心及時(shí)更新庫存數(shù)據(jù)庫。

出庫作業(yè)的信息來自信息服務(wù)中心下傳的出庫計(jì)劃，前臺(tái)作業(yè)終端提示作業(yè)人員實(shí)施操作，按計(jì)劃從指定庫位上取出指定數(shù)量的貨物，改寫庫位標(biāo)簽信息，貨物運(yùn)送到出口處，取下貨物標(biāo)簽，完成貨物出庫存，同時(shí)前臺(tái)作業(yè)終端發(fā)回完成出庫作業(yè)信息，更新中心數(shù)據(jù)庫。另外可以利用RFID定位技術(shù)，采用RSS 定位原理幫助出庫過程中錯(cuò)位物品的定位和尋找。

庫存盤點(diǎn)與報(bào)表生成也是管理系統(tǒng)的重要內(nèi)容，通過對(duì)數(shù)據(jù)庫信息的分析處理，按各類要求自動(dòng)生成報(bào)表，提供給相關(guān)人員分析決策。

4 管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)分成如下三層結(jié)構(gòu)：

第一層是信息采集，主要是通過前臺(tái)作業(yè)終端（如閱讀器等）采集信息。這些信息來自庫位標(biāo)簽、貨物標(biāo)簽、以及倉儲(chǔ)作業(yè)區(qū)內(nèi)的各類其它標(biāo)簽。

第二層是信息傳輸，即通過無線寬帶網(wǎng)絡(luò)(如WiFi)，把信息采集層發(fā)過來的信息實(shí)時(shí)可靠傳送到信息服務(wù)中心的數(shù)據(jù)庫中，完成存儲(chǔ)和處理。硬件包括無線接入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。

第三層是信息應(yīng)用，信息的應(yīng)用處理是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)管理能力實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的綜合處理。應(yīng)用系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器等設(shè)備和倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)軟件。

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸基礎(chǔ)是無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。采用WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息高速公路，在整個(gè)倉儲(chǔ)范圍內(nèi)按信號(hào)覆蓋無盲區(qū)的需求，布置AP接入點(diǎn)，使手持式閱讀器能全部接入寬帶網(wǎng)，保障信息傳輸暢通。另外固定式閱讀器天線空間布置與AP接入點(diǎn)布設(shè)類似，需針對(duì)RFID 定位應(yīng)用要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。硬件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 管理系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

信息采集系統(tǒng)由前臺(tái)作業(yè)終端（固定式或手持式閱讀器）、指示面板、過程控制器、指示燈、報(bào)警器、傳感器、各類標(biāo)簽組成。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用超高頻RFID設(shè)備（Reader 2600射頻讀寫器），讀寫器分固定式和手持式二種，基本功能相同。超高頻RFID閱讀器具有讀寫距離較遠(yuǎn)，能滿足倉儲(chǔ)環(huán)境下的信息采集需要。Reader 2600閱讀器是分體式產(chǎn)品。它能夠讀寫符合ISO-18000-6B、ISO-18000-6C（EPC G2）、TK900 標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽。工作頻率902～928MHz，讀寫距離大于6m，產(chǎn)品可根據(jù)客戶的需求和實(shí)際運(yùn)用環(huán)境選用不同數(shù)量的天線接口與不同的大小的天線。另外，采用了超高頻抗金屬標(biāo)簽作為物品標(biāo)簽，此類標(biāo)簽符合ISO 18000-6C 協(xié)議，芯片靈敏度較高，達(dá)到-15dBm,識(shí)別距離超過8m，封裝芯片為H3。

在倉儲(chǔ)作業(yè)區(qū)的進(jìn)出口處，安裝讀寫設(shè)備和天線，對(duì)進(jìn)出倉儲(chǔ)作業(yè)區(qū)貨物進(jìn)行監(jiān)控和管理。由于進(jìn)出倉儲(chǔ)作業(yè)區(qū)的物品都安裝電子標(biāo)簽，利用作業(yè)區(qū)進(jìn)出口的閱讀器識(shí)讀功能做到物品進(jìn)出的自動(dòng)信息讀寫，及時(shí)與信息服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物跟蹤管理，生成完善的貨物發(fā)放管理記錄，掌握貨物的流向及分配情況，供查詢使用。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)是一典型的C/S 類型信息服務(wù)系統(tǒng)。采用常用的MS SQLSERVER 作為數(shù)據(jù)庫，用C#編寫完成。倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)由以下三部分組成：

（1）倉儲(chǔ)管理應(yīng)用系統(tǒng)：對(duì)信息服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配置、維護(hù)、認(rèn)證、安全等管理。負(fù)責(zé)進(jìn)貨計(jì)劃、出庫計(jì)劃的制定和指令下達(dá)，打印生成各種管理報(bào)表。

（2）倉儲(chǔ)管理準(zhǔn)備系統(tǒng)：制作各類標(biāo)簽、進(jìn)行實(shí)時(shí)庫存管理（庫位管理）、通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)布倉庫管理作業(yè)指令。

（3）倉儲(chǔ)管理作業(yè)系統(tǒng)：完成入庫、出庫、移庫、盤庫等日常作業(yè)。

從功能上，管理系統(tǒng)由七大軟件模塊組成，具體如圖,3所示：

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4.2.1 系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理主要由用戶管理、權(quán)限管理、物資管理、庫房設(shè)置管理和貨位設(shè)置管理五方面組成。用戶管理用來維護(hù)用戶表，完成用戶創(chuàng)建、修改、刪除和設(shè)定活動(dòng)狀態(tài)等操作，具有完整的查詢功能。用戶的操作權(quán)限在權(quán)限管理中設(shè)定，用戶可以具有多種操作權(quán)限，實(shí)現(xiàn)各種權(quán)限創(chuàng)建、修改、刪除、設(shè)定狀態(tài)等操作，可按條件查詢。物資管理對(duì)物資信息表進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)物資信息的增加、修改、刪除、活動(dòng)狀態(tài)設(shè)定等操作，并提供查詢功能。庫房與貨位設(shè)置管理用來實(shí)現(xiàn)庫房（貨位）的增加、修改、刪除、使用狀態(tài)設(shè)定。另外，依據(jù)數(shù)據(jù)分析要求自動(dòng)生成各類報(bào)表。

4.2.2 出入庫管理。倉儲(chǔ)管理的核心模塊是出入庫管理。主要由出入庫單編輯、審核、查詢、核查、打印等組成。具體流程如圖4所示。

圖4 出入庫模塊流程

在出入庫管理中要特別強(qiáng)調(diào)利用RFID 定位技術(shù)查找物品的輔助功能。在大型倉儲(chǔ)中，貨物存放過程難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，導(dǎo)致貨物尋找困難的問題。基于“信號(hào)指紋”（RSS）定位方法是RFID定位技術(shù)的一種有效定位方法，具體包括三個(gè)方面：部署場地規(guī)劃、信號(hào)指紋庫采集、信號(hào)指紋匹配。

4.2.3 盤點(diǎn)管理。盤點(diǎn)管理分為二類，即有單盤點(diǎn)和無單管理。從信息服務(wù)中心下載倉儲(chǔ)物品信息，生成盤點(diǎn)報(bào)表。依據(jù)報(bào)表完成盤點(diǎn)業(yè)務(wù)，通過授權(quán)用戶可以在前臺(tái)作業(yè)終端上手工輸入盤點(diǎn)數(shù)量。另外，也可以直接用前臺(tái)作業(yè)終端進(jìn)行實(shí)際庫存的盤點(diǎn)，生成實(shí)際盤點(diǎn)信息上傳到信息服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)庫對(duì)其信息進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)不一致的時(shí)候，提示報(bào)警，如圖5所示。

圖5 盤點(diǎn)模塊流程

4.2.4 庫存與備貨管理。庫存管理包括物品移位和物品庫存狀況預(yù)警。物品移位是針對(duì)倉儲(chǔ)情況變化而進(jìn)行的調(diào)整，改變物品的貨位，一般在前臺(tái)作業(yè)終端業(yè)務(wù)系統(tǒng)中自動(dòng)或手工進(jìn)行貨位的調(diào)整。通過實(shí)時(shí)查詢物資庫存、設(shè)備庫存，并根據(jù)查詢條件生成結(jié)果報(bào)表。設(shè)置物品庫存最小量報(bào)警條件，當(dāng)庫存達(dá)到設(shè)置報(bào)警條件時(shí)，提示給用戶。

備貨管理由備貨單編輯、備貨報(bào)警和備貨查詢?nèi)糠纸M成。備貨單編輯完成備貨單的創(chuàng)建，修改，撤消，設(shè)定備貨單的狀態(tài)，維護(hù)備貨單表。通過遠(yuǎn)程調(diào)用功能，根據(jù)篩選條件進(jìn)行精確和模糊二種方式查詢，當(dāng)備貨數(shù)量大于庫存中可備貨數(shù)量時(shí)，提示報(bào)警。

4.2.5 標(biāo)簽制作管理。標(biāo)簽制作管理是系統(tǒng)管理的前提與基礎(chǔ)。庫位標(biāo)簽、物品標(biāo)簽及其它標(biāo)簽都要進(jìn)行先前的信息寫入，這些工作需通過臺(tái)式作業(yè)終端完成。

5 結(jié)束語

目前現(xiàn)代物流技術(shù)的發(fā)展十分迅速，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用推動(dòng)物流管理的信息化改造。利用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢大大提升了倉儲(chǔ)管理的整體水平，進(jìn)而降低了倉儲(chǔ)企業(yè)的經(jīng)營成本，進(jìn)一步提升企業(yè)的竟?fàn)幜Α?/p>

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