基于RFID的廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理系統(tǒng)研究

張沙清，楊海東，郭建華

（1.廣東工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，廣州 510520；2.廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510006；3.廣東技術(shù)師范學(xué)院 廣州 510665）

0 引言

我國是世界上最大的電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)制造基地，也是僅次于美國的全球第二大電子信息產(chǎn)品消費(fèi)市場。電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和電子產(chǎn)品的日新月異在給人們生活帶來無限便利和快樂的同時，也帶來了迅速增加的電子垃圾，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類身體健康。另一方面，廢棄電器電子產(chǎn)品（以下簡稱“廢品”）又是一座“城市礦山”，完全可以通過科學(xué)有效的方法使之變廢為寶。

2009年7月、2010年11月環(huán)境保護(hù)部相繼發(fā)布了《關(guān)于貫徹落實家電以舊換新政策加強(qiáng)廢舊家電拆解處理環(huán)境管理的指導(dǎo)意見》[1]、《廢棄電器電子產(chǎn)品處理企業(yè)建立數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)及報送信息指南》[2]，一場廢棄電器電子產(chǎn)品的“回收處理革命”正在全面展開。

然而，目前多數(shù)拆解企業(yè)技術(shù)和設(shè)備水平還比較低下，信息化管理水平與工作效率較低，造成生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅和破壞，資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重。另一方面，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，國家財政部按照不同“廢品”的拆解數(shù)量給予拆解企業(yè)一定數(shù)量的財政補(bǔ)貼，因此各級財政部門與環(huán)保部門需要對拆解企業(yè)進(jìn)行監(jiān)督管理，建立定期核查制度，防止弄虛作假、虛報冒領(lǐng)等行為[3]。由此可見，基于RFID、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)構(gòu)建廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理系統(tǒng)，提高廢品及其拆解產(chǎn)物（以下簡稱“產(chǎn)物”）拆解處理整個流程的信息化管理水平和工作效率，提升政府監(jiān)督管理成效顯得尤為迫切與重要。

1 關(guān)鍵業(yè)務(wù)描述

電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、計算機(jī)等的拆解處理過程大體相同。下面主要以CRT電視機(jī)拆為例，對關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程描述如下。

1) 運(yùn)送廢棄CRT電視機(jī)的車輛進(jìn)廠，由司磅員記錄車輛的型號與牌照，整車過磅稱重；

2) 由搬卸工人卸車，然后進(jìn)行空車過磅稱重，從而可計算出廢品的凈重。空車稱重之后，車輛可駛出廠區(qū)；

3) 由搬卸工人對卸下來的電視機(jī)按照型號（以屏幕尺寸衡量：19寸、21寸、25寸等）進(jìn)行分類，將不同分類的電視機(jī)分別裝卸到特制的鐵籠中（國家環(huán)保部規(guī)定的要求）；

4) 利用叉車逐一將裝載電視機(jī)的鐵籠運(yùn)輸?shù)诫娮舆^磅處，進(jìn)行過磅稱重，并打印磅單單據(jù)（裝入一個塑料袋中）掛附在鐵籠上；

5) 由叉車將裝載電視機(jī)的鐵籠運(yùn)輸?shù)絺}庫指定存放區(qū)域(廢品入庫)；

(6) 由叉車將鐵籠運(yùn)輸?shù)讲鸾馍a(chǎn)線進(jìn)行拆解（廢品出庫），拆解工作由人工配合拆解設(shè)備完成；

7) 拆解產(chǎn)物有的可以直接稱重入庫（如偏轉(zhuǎn)線圈），有的需要則需要進(jìn)行破碎處理（如塑料）；

8) 將拆解、破碎產(chǎn)物（材料、零部件）出庫，外銷給一般客戶進(jìn)行再利用，將拆解、破碎產(chǎn)物中的危險或者有毒產(chǎn)物交付給有相應(yīng)資質(zhì)的企業(yè)（客戶）進(jìn)行處理。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 功能模塊設(shè)計

從廢品拆解的需求與業(yè)務(wù)流程出發(fā)，并考慮相應(yīng)的擴(kuò)展功能及其靈活性，將系統(tǒng)分為9大功能模塊，如圖1所示。

2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

對支撐系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括廢品基本信息、廢品來源類型、廢品拆解BOM、產(chǎn)物基本信息、產(chǎn)物出庫去向信息、廠區(qū)信息（包括倉庫、車間、生產(chǎn)線、工位等）、設(shè)備信息（包括拆解與破碎設(shè)備、RFID設(shè)備、電子秤等）、部門信息、崗位信息、員工信息、供應(yīng)商信息、客戶信息等。

2.1.2 員工出勤管理

員工出勤管理是指對每天的不同時間段內(nèi)員工工作的工位信息進(jìn)行管理，主要目的是計算和統(tǒng)計員工的工作量。對拆解線上的工人而言，通過在相應(yīng)工位刷RFID卡自動記錄或者管理人員手工錄入出勤信息；對于倉庫管理人員和司磅員而言，登錄到系統(tǒng)后點(diǎn)擊錄入工位出勤信息。

2.1.3 廢品庫管理

1) 廢品入庫

運(yùn)輸廢品的車輛進(jìn)廠之后，對整車進(jìn)行過磅稱重（當(dāng)廢品卸車后，再對空車進(jìn)行稱重），并由司磅員記錄運(yùn)輸車輛型號以及牌照、廢品子類（如電視機(jī)、電冰箱等）、重量（總重、皮重）、數(shù)量、單價、金額、過磅日期、時間、供應(yīng)商名稱等信息。根據(jù)廢品入庫信息，自動記錄廢品當(dāng)前時間的庫存信息。

2) 廢品分類裝籠

搬卸人員將運(yùn)輸車輛上的廢品按不同子類和規(guī)格搬卸到不同的、具有特定編號的鐵籠之中，并分別過磅稱重，并將廢品名稱（如CRT黑白電視機(jī)）、規(guī)格（如19寸）、鐵籠編號、重量（總重、皮重）、數(shù)量、過磅時間等信息自動記錄到安裝在收鐵籠上的RFID標(biāo)簽中。

3) 廢品出庫（待上線拆解）

由叉車將鐵籠運(yùn)輸?shù)侥硹l拆解線的備貨區(qū)，等待上線拆解，通過部署在拆解備貨區(qū)的RFID讀寫器，自動讀取鐵籠上RFID標(biāo)簽中的信息。同時，登記廢品出庫信息，并更新廢品庫存信息。

4) 廢品盤存管理

由于遺漏、錯誤記錄等原因，造成倉庫廢品實際數(shù)量與系統(tǒng)庫存記錄數(shù)量不一致，需要根據(jù)實際情況對庫存記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

2.1.4 拆解信息管理

圖1 系統(tǒng)功能模塊

主要是對班組每日拆解廢品信息，班組每日拆解產(chǎn)物信息，工人每日拆解廢品信息進(jìn)行管理。分為“班組”和“個人”兩種方式對廢品進(jìn)行拆解和記錄。前者是指，以“班組”為一個拆解單元，對某個鐵籠中的所有廢品進(jìn)行拆解，則“班組”拆解廢品數(shù)量可自動記錄，而班組內(nèi)每個員工的拆解計件數(shù)量則需要手工錄入；后者是指，以“個人”為一個拆解單元，對某個鐵籠中的所有廢品進(jìn)行拆解，故每個員工的拆解計件數(shù)量則可以自動記錄（即直接讀取鐵籠RFID信息和工人RFID工卡信息）。拆解完成之后需要對每天得到的各類拆解產(chǎn)物進(jìn)行稱重，并自動記錄稱重的重量。

2.1.5 產(chǎn)物庫管理

1) 產(chǎn)物出入庫

對產(chǎn)物（通常用塑料編織袋或者塑料框進(jìn)行裝載，并采用條碼進(jìn)行標(biāo)識，條碼由RFID標(biāo)簽轉(zhuǎn)化而來）進(jìn)行稱重，由倉庫管理員然后進(jìn)行出、入庫登記，并更新產(chǎn)物的庫存記錄。

2) 產(chǎn)物盤存

由于遺漏、錯誤記錄等原因，造成倉庫拆解產(chǎn)物實際數(shù)量與系統(tǒng)庫存記錄數(shù)量不一致，需要根據(jù)實際情況對庫存記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

2.1.6 設(shè)備運(yùn)行管理

1）主要設(shè)備用電管理

對拆解、破碎等過程中主要設(shè)備的用電情況進(jìn)行管理，其主要目的包括：(1)為生產(chǎn)管理者了解拆解情況提供數(shù)據(jù)支持；(2)從用電角度為政府相關(guān)職能監(jiān)管部門監(jiān)控廢品與拆解產(chǎn)物數(shù)量提供一定幫助。

2) 主要設(shè)備故障與維修管理

對拆解、破碎等設(shè)備故障原因與維修管理、上報管理（當(dāng)設(shè)備不同正常運(yùn)轉(zhuǎn)1小時以上，或者重大設(shè)備改造時需要上報當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門）。

3) 拆解過程視頻監(jiān)控管理

將視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成到信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)企業(yè)管理者與政府相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對拆解過程中物流轉(zhuǎn)移的情況，貨物過磅的讀數(shù)，設(shè)備、人員的工作狀態(tài)等進(jìn)行實時監(jiān)控與監(jiān)管，及時預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、處理拆解過程中出現(xiàn)的違規(guī)和異常情況、突發(fā)事件等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：生產(chǎn)視頻監(jiān)控功能、錄像功能、報警聯(lián)動功能等。

2.1.7 文件管理

對廢品回收、拆解、破碎、出入庫、銷售等業(yè)務(wù)流程中涉及的各種文件（內(nèi)容涉及企業(yè)資質(zhì)、工藝與工序、合同、規(guī)章制度、環(huán)保法規(guī)等，形式可能為文本、圖表和圖形等）進(jìn)行管理。

2.1.8 統(tǒng)計分析

按照環(huán)保部相關(guān)要求，對廢品及其產(chǎn)物回收、拆解、破碎、出入庫、銷售、特殊處理等相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計、分析并生成相關(guān)報表，并從物流（如廢品及其產(chǎn)物的重量或數(shù)量）、信息流（如視頻監(jiān)控）、資金流（如回收廢品的成本、產(chǎn)物銷售的收益）等多個角度對廢品拆解處理情況進(jìn)行比對分析，從而為企業(yè)中、高層管理人員進(jìn)行決策以及政府相關(guān)部門進(jìn)行監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支持。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

2.1.9 系統(tǒng)權(quán)限管理

基于RBAC方法，按照角色、用戶、功能、數(shù)據(jù)實現(xiàn)權(quán)限管理，以功能和數(shù)據(jù)組合作為權(quán)限單元，系統(tǒng)管理員可以將權(quán)限單元賦予相應(yīng)的角色，再給用戶賦予角色，來實現(xiàn)對功能和數(shù)據(jù)的訪問控制，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.2 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用J2EE平臺作為基礎(chǔ)開發(fā)和集成平臺，在技術(shù)上采用基于B/S模式的多層技術(shù)架構(gòu)，并采用基于組件的設(shè)計思想支持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)自底向上可分為基礎(chǔ)平臺層、基礎(chǔ)框架層、功能組件層和業(yè)務(wù)展現(xiàn)層。

1) 基礎(chǔ)平臺層

包括底層的服務(wù)器和開發(fā)平臺。服務(wù)器邏輯上可分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、接口服務(wù)器。根據(jù)跨平臺和開放性原則，采用J2EE作為基礎(chǔ)開發(fā)平臺。

2) 基礎(chǔ)框架層

采用JDBC、DAO等組件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接和操作，并在其上采用Hibernate ORM架構(gòu)使得整個平臺系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫類型無關(guān)性，對數(shù)據(jù)庫訪問進(jìn)行固化，形成持久對象；使用Log4j框架進(jìn)行全局日志管理；使用Struts框架搭建MVC的Web框架；而整個應(yīng)用框架則應(yīng)用Spring Framework[4]實現(xiàn)事務(wù)管理和業(yè)務(wù)配置，確保包括業(yè)務(wù)處理以及持久層處理過程的完整性和連貫性。

3) 功能組件層

包括業(yè)務(wù)應(yīng)用層模塊和業(yè)務(wù)支撐層模塊，具體分為數(shù)據(jù)采集模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊以及業(yè)務(wù)處理模塊。一個功能模塊或者一組功能相關(guān)的功能模塊實現(xiàn)為一個功能組件，每個組件定義規(guī)范的組件接口，按照接口進(jìn)行封裝，屏蔽具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

限于篇幅，下面簡要描述業(yè)務(wù)支撐層模塊中的數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集在筆者自主研發(fā)的RFID數(shù)據(jù)采集中間件基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。RFID數(shù)據(jù)采集中間件（RFID ALE SERVER）基于EPC Global的應(yīng)用層事件規(guī)范（ALE Standard Version1.0）進(jìn)行設(shè)計，向下屏蔽不同標(biāo)準(zhǔn)RFID讀寫器的差異，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)信息的過濾和聚合處理，生成應(yīng)用層事件，向上提供標(biāo)準(zhǔn)化接口以實現(xiàn)統(tǒng)一的系統(tǒng)集成，其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示，主要實現(xiàn)了RFID設(shè)備管理、標(biāo)簽數(shù)據(jù)處理、圖形化的配置和監(jiān)控管理等功能。

4) 業(yè)務(wù)展現(xiàn)層

為用戶實現(xiàn)業(yè)務(wù)展現(xiàn)，即采用JSP以及JavaScript、Ajax、jQuery[5]等Web客戶端技術(shù)，將業(yè)務(wù)功能以美觀、高效的方式提供給用戶，并且調(diào)用功能組件實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)功能。

圖3 RFID數(shù)據(jù)采集中間件邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)服務(wù)器在邏輯上可劃分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、接口服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為了保證查詢效率，可以將實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的分離；Web服務(wù)器發(fā)布業(yè)務(wù)功能，響應(yīng)用戶請求；接口服務(wù)器實現(xiàn)與財務(wù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)保部門上報系統(tǒng)等集成。

生產(chǎn)現(xiàn)場按照物流方向部署電子地磅和RFID讀寫器，并根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)條件采用有線或無線方式接入辦公區(qū)域的局域網(wǎng)。在收貨區(qū)部署電子地磅，分類裝籠區(qū)部署電子地磅和RFID讀寫器，拆解線備貨區(qū)部署RFID讀寫器，破碎線部署電子地磅，廢品和產(chǎn)物庫存區(qū)部署電子地磅，出貨區(qū)部署電子地磅。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于汕頭市某電器拆解有限公司、汨羅市某電子廢棄物處理有限公司和天津市某環(huán)保發(fā)展有限公司的廢品拆解管理，并且取得了良好的應(yīng)用效果。例如，廢品入庫管理如圖5所示。

圖5 廢品入庫管理

3 結(jié)束語

本文詳細(xì)分析了廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理的業(yè)務(wù)需求，并基于先進(jìn)的RFID技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理系統(tǒng)。實踐應(yīng)用表明，該系統(tǒng)提高了企業(yè)拆解管理的信息化水平和工作效率，提升了政府相關(guān)部門的監(jiān)管成效，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

接下來，將繼續(xù)研發(fā)低成本的RFID標(biāo)簽和閱讀設(shè)備，以RFID-Gateway技術(shù)高效集成服務(wù)實現(xiàn)異構(gòu)RFID設(shè)備的“即插即用”[6]，從而降低系統(tǒng)建設(shè)成本，加快RFID技術(shù)在廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理系統(tǒng)方面的推廣應(yīng)用。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于貫徹落實家電以舊換新政策加強(qiáng)廢舊家電拆解處理環(huán)境管理的指導(dǎo)意見[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/info/bgw/bwj/200907/t20090703_153793.htm, [2009-7-3]/[2013-10-14].

[2] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于發(fā)布《廢棄電器電子產(chǎn)品處理企業(yè)建立數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)及報送信息指南》的公告[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201011/t20101119_197728.htm,[2010-11-16/[2013-10-15]．

[3] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.家電以舊換新拆解補(bǔ)貼辦法[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/13184979.html,[2010-4-30/[2013-10-16].

[4] 陳雄華.Spring 3.x企業(yè)應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013:503-580.

[5] The jQuery Foundation. jQuery API[EB/OL].http://api.jquery.com/,[2010-4-30/[2013-10-15].

[6] Da Silva,L T.Ultra high frequency RFID gateway system for identification of metallic equipment:ICCDCS2012:8th International Caribbean Conference on Devices，Circuits and Systems，Playa del Carmen（Mexico）,March 14-17,2012[C].Piscataway：IEEE Press,2012.