RFID倉庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐智廣 周杏櫻 黎云鳳

摘 要針對大中型企業(yè)發(fā)展中的倉庫管理瓶項(xiàng)，引用RFID相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉庫管理系統(tǒng)信息化，實(shí)現(xiàn)可視化庫位管理解決企業(yè)倉庫管理的混亂現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一套規(guī)范的倉庫業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)了倉儲入庫、出庫、庫存盤點(diǎn)等自動化管理。

【關(guān)鍵詞】RFID倉庫 倉庫管理系統(tǒng) 信息化系統(tǒng) 電子標(biāo)簽

1 引言

在企業(yè)的發(fā)展到達(dá)一定高度和規(guī)模的時候，對倉庫里規(guī)格繁多產(chǎn)品，常規(guī)的倉儲管理模式難以有效實(shí)現(xiàn)貨物的“先進(jìn)先出”的原則，倉庫貨物堆積久了之后數(shù)量越大也就更容易出錯，然后演變成越來越難管理，這將嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作，成為制肘企業(yè)發(fā)展的一大障礙。

RFID（Radio Frequency identification）是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)非接觸式自動識別的技術(shù)，RFID標(biāo)簽分為有源和無源二種類型，無源的電子標(biāo)簽有效識別距離在10米左右，其體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、多目標(biāo)識讀、非可視識別、移動識別、定位及長期跟蹤管理。

利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉儲管理信息化，使RFID標(biāo)簽與產(chǎn)品結(jié)合，對倉儲的入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點(diǎn)等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。提高倉庫管理過程的效率、正確率，確保倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及可追溯性，確保企業(yè)及時準(zhǔn)確地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理保持和控制企業(yè)庫存，實(shí)現(xiàn)貨物“先進(jìn)先出”的原則，提高倉儲周轉(zhuǎn)效率，減少運(yùn)營資金的占用，及早發(fā)現(xiàn)和處理庫存積壓產(chǎn)品，使凍結(jié)的倉庫資產(chǎn)變成現(xiàn)金，減少由于倉儲淘汰所造成的成本損失，是使企業(yè)提高生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)，同時能提高對客戶服務(wù)的質(zhì)量，提高企業(yè)的市場競爭力，最終為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

RFID工作原理如圖1所示。

RFID系統(tǒng)由：RFID電子標(biāo)簽、RFID讀寫器（天線+控制器）、計(jì)算機(jī)服務(wù)器這三要素構(gòu)成。RFID電子標(biāo)簽由可保存大量數(shù)據(jù)的IC芯片及天線構(gòu)成，而RFID讀寫器與計(jì)算機(jī)服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接，因此計(jì)算機(jī)服務(wù)器可在遠(yuǎn)程發(fā)出指令，使RFID讀寫器對保存在RFID芯片中的數(shù)據(jù)讀取或擦寫。

因此RFID倉庫管理系統(tǒng)可劃分為三層結(jié)構(gòu)體系，第一層為數(shù)據(jù)采集層：對自動采集的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行預(yù)處理并發(fā)送給服務(wù)器；第二層為數(shù)據(jù)處理層：服務(wù)器對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選過濾處理并寫入數(shù)據(jù)庫；第三層為系統(tǒng)應(yīng)用層：通過客戶端軟件進(jìn)行管理倉庫系統(tǒng)。

系統(tǒng)由軟件和硬件組成，其結(jié)構(gòu)體系決定系統(tǒng)至少具有以下的軟硬件設(shè)備：

2.1 系統(tǒng)硬件組成

2.1.1 RFID系統(tǒng)

包括RFID標(biāo)簽（無源型），RFID天線，RFID讀寫器，RFID發(fā)卡器等。

2.1.2 RFID手持終端（PDA）

RFID手持終端（PDA）讀取距離范圍為1-2米，可以讀取或擦寫RFID標(biāo)簽信息，其搭配的觸屏相當(dāng)于一臺掌上電腦，可掃描顯示產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、查詢等操作功能，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)時與系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.1.3 人機(jī)交互HMI

人機(jī)交互HMI是一臺觸屏工業(yè)平板電腦，安裝系統(tǒng)管理軟件，指示倉庫現(xiàn)場操作人員進(jìn)行操作。

2.1.4 叉車

用于搬運(yùn)貨物。

2.1.5 倉庫設(shè)施

包括倉庫場地庫位劃分及庫位標(biāo)簽分配、貨架標(biāo)簽分配、倉庫區(qū)域WIFI網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。

2.1.6 服務(wù)器

服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)體系。

2.2 系統(tǒng)軟件組成

本系統(tǒng)采用微軟Visual Studio 2012應(yīng)用程序開發(fā)平臺，系統(tǒng)模式為C/S模式（客戶端/服務(wù)器），使用C#語言編程，數(shù)據(jù)庫采用MYSQL 5.7免費(fèi)版本，應(yīng)用層平臺兼容微軟Windows XP以上的操作系統(tǒng)，RFID手持終端（PDA）操作系統(tǒng)為WINCE 6.0。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 庫存管理

對企業(yè)的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、倉庫、庫位進(jìn)行精細(xì)管理；管理成品的庫存，包括庫存記錄、調(diào)撥、配貨、盤點(diǎn)、退貨或報(bào)廢等；可以根據(jù)自行設(shè)定各類物品庫存報(bào)警閥值，當(dāng)庫存低于或高于閥值時則自動報(bào)警；對庫存數(shù)據(jù)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行多樣化的統(tǒng)計(jì)分析，為公司領(lǐng)導(dǎo)做出決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)，分析統(tǒng)計(jì)包括數(shù)據(jù)表、圖表、多維分析、數(shù)據(jù)層層鉆取等。

3.2 過程管理

通過RFID設(shè)備采集倉存過程中各步驟產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括：出庫、入庫、移庫、實(shí)時盤點(diǎn)，將采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)后臺處理并保存到數(shù)據(jù)庫，用于后續(xù)的管理和分析，同時通過PDA、HMI界面進(jìn)行輸入，將信息和指令記錄到電子標(biāo)簽；通過RFID技術(shù)的支撐和后臺程序的信息儲存與分析，確保整個倉存過程有序、正確的執(zhí)行。管理員可通過系統(tǒng)后臺，實(shí)時查詢和監(jiān)控各倉庫運(yùn)行情況，并對異常情況進(jìn)行分析。

3.3 權(quán)限管理

3.3.1 角色管理

系統(tǒng)角色包括：

（1）系統(tǒng)管理員；

（2）站點(diǎn)管理員；

（3）倉庫操作員；

（4）配送操作員；

（5）流水線操作員；

（6）報(bào)表分析員；

（7）其他角色（待定）。

系統(tǒng)提供基于角色的訪問控制能力，用戶和角色之間的關(guān)系是不斷維護(hù)的，每個角色都有各自的權(quán)限定義。如果一個用戶被賦予一個角色之后，那么這個用戶就擁有了那個角色所定義的權(quán)限。當(dāng)這個角色的權(quán)限定義更改之后，所有被賦予這個角色的用戶也會自動擁有這個角色更改之后的權(quán)限。

3.3.2 用戶權(quán)限配置

綁定用戶和角色對應(yīng)的關(guān)系。用戶綁定角色后，將擁有該角色的操作權(quán)限。一個用戶可以綁定多個角色，一個角色可被多個用戶綁定。

3.4 業(yè)務(wù)報(bào)表

提供簡潔直觀的報(bào)表，操作簡單易學(xué)，便于操作?？梢栽O(shè)計(jì)出多種圖表，提供直觀的數(shù)據(jù)分析。報(bào)表數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為常用的Excel格式等。可自行設(shè)計(jì)或修改打印格式，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要輸出。提供便利的報(bào)表設(shè)計(jì)器，可根據(jù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需要隨時增加新報(bào)表，以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求。

報(bào)表包括：

（1）存貨周轉(zhuǎn)速度信息查詢；

（2）物品分類信息查詢；

（3）庫存年、月、日信息查詢；

（4）呆滯庫存信息查詢；

（5）退貨信息查詢；

（6）庫存信息告警報(bào)表；

（7）其它自定義報(bào)表。

3.5 成品追溯管理

提供成品的追溯管理，當(dāng)出現(xiàn)某一批貨物出現(xiàn)大量退貨的時候，只需要使用RFID手持終端進(jìn)行掃描，就可以追溯貨物的原來的出庫信息與入庫信息，并可以根據(jù)RFID記錄信息，追溯到關(guān)聯(lián)生產(chǎn)過程，方便管理人員分析在哪一個生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題，提供依據(jù)。

提供日常追溯查詢。管理人員只需要使用RFID手持終端進(jìn)行掃描，點(diǎn)擊查詢就可以快速了解貨物的入/出庫時間，負(fù)責(zé)進(jìn)/出倉操作人員，以及箱內(nèi)產(chǎn)品的詳細(xì)信息。

3.6 平臺監(jiān)控日志

3.6.1 系統(tǒng)工作日志

詳細(xì)記錄經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行日志，便于技術(shù)人員分析系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)以及系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的錯誤。平臺管理員可以根據(jù)時間段、用戶名等查詢用戶的登錄記錄。

3.6.2 操作日志

記錄各系統(tǒng)用戶登錄、注銷登錄信息，記錄系統(tǒng)用戶對平臺的操作明細(xì)。平臺管理員可以根據(jù)時間段、用戶名查詢用戶發(fā)生的操作。

3.6.3 系統(tǒng)異常告警日志

記錄系統(tǒng)各類的異常。

4 系統(tǒng)實(shí)施

4.1 入庫流程

4.1.1 規(guī)劃倉庫庫位

針對倉庫的實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)則倉庫庫位，在系統(tǒng)后臺進(jìn)行倉庫庫位坐標(biāo)設(shè)定，上圖中【編號101】是指一個庫，該庫是由X*X的庫位組成，庫位組成大小是可以自定義，同時可以批量建立庫位坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速規(guī)劃倉庫庫位，也可以單個建立，以適應(yīng)倉庫場地各種不規(guī)則的布局，并按此建立有比例關(guān)系的倉庫模型，提供了可視化的倉庫庫位管理。如圖2所示。

4.1.2 貼上標(biāo)簽

在成品包裝車間，系統(tǒng)針對成品的規(guī)格型號對成品進(jìn)行編碼，然后操作人員先將已編碼的RFID電子標(biāo)簽貼在成品的外包裝箱上。如圖3所示。

同時對貨架進(jìn)行編號，貼上RFID標(biāo)簽，使成品標(biāo)簽與貨架標(biāo)簽?zāi)軘?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

4.1.3 掃描入庫

搬運(yùn)叉車搬運(yùn)貨架經(jīng)過倉庫門前的RFID掃描區(qū)，系統(tǒng)自動采集到每個外包大箱的RFID電子標(biāo)簽的信息，通過對外包大箱成品規(guī)格、型號、工藝等進(jìn)行核對是否為同一類貨物品種。如圖4所示。

當(dāng)正確掃描完成后，綠燈亮，表示可以通行，此時系統(tǒng)把自動分配庫位的信息在人機(jī)交互的平板電腦上顯示，指示操作人員運(yùn)送到該庫位存放。例：指示搬運(yùn)101庫的31庫位上，并給出倉庫模型圖指示出101庫的具體位置。

如果掃描不正確，則紅燈亮，系統(tǒng)將錯誤信息下置到人機(jī)交互的平板電腦上顯示，操作人員按提示處理后，再重新進(jìn)入RFID掃描區(qū)直到能正確掃描。

“RFID掃描區(qū)”由多個RFID天線組成，保證無掃描死角，利用防碰撞算法保證不會臟讀，即一個RFID標(biāo)簽不會被讀成了重復(fù)的多個。

4.1.4 放至庫位

搬運(yùn)叉車根據(jù)平板電腦的指示來到101庫，將貨架搬運(yùn)到101庫的31庫位上。如圖5所示。

4.1.5 庫位關(guān)聯(lián)，完成入庫

如圖6所示。

將貨架放到101庫的31庫位后，使用RFID手持終端根據(jù)屏幕的提示，掃描該貨架編碼和庫位編碼進(jìn)行入庫校對，如圖7所示。

當(dāng)系統(tǒng)校檢正確后，本次入庫操作完成，如系統(tǒng)校驗(yàn)不正確，則按系統(tǒng)提示一步一步進(jìn)行排除問題。

4.2 出庫流程

4.2.1 出庫單

管理人員根據(jù)銷售貨物清單的規(guī)格和數(shù)量生成出庫單，由負(fù)責(zé)出庫的執(zhí)行人員到倉庫根據(jù)出庫單提貨。

在倉庫提貨的時候，系統(tǒng)根據(jù)出庫物品的規(guī)格類型及數(shù)量，自動計(jì)算同類物品中最先進(jìn)入倉庫作為優(yōu)先出庫，即按“先進(jìn)先出”的原則，也可以按自定義要求手動指定庫位。

系統(tǒng)軟件按比例顯示模擬的倉庫庫位，對庫位的存放日期使用從淡黃色到深紅色的過渡如圖8所示。例如空庫位使用灰色，存放了半個月內(nèi)的庫位使用黃色，半個月到三個月內(nèi)使用金黃色，三個月以上使用紅色顯示。顏色與存放時間的關(guān)系，可以進(jìn)行自定義。使用不同顏色來顯示庫位可以更友好、更直觀地幫助倉庫管理員實(shí)行“先進(jìn)先出”的原則。

在得到出庫的計(jì)劃庫位后，人機(jī)交互的平板電腦的屏幕上的庫位將不斷閃爍顯示。

出庫是執(zhí)行入庫的逆過程。

4.2.2 掃描庫位關(guān)聯(lián)

操作人員使有RFID手持終端（PDA）到達(dá)該庫位掃描貼在該貨架任意二箱貨物上的RFID電子標(biāo)簽信息和該貨架的標(biāo)簽信息以及掃描該庫位的位置信息，然后發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行自動校驗(yàn)，當(dāng)確認(rèn)無誤后PDA收到服務(wù)器的反饋提示可以出貨。如圖9所示。

4.2.3 掃描出庫

搬運(yùn)工到指定的庫位使用叉車運(yùn)貨物出庫，然后通過指定出貨的RFID掃描區(qū)通道，系統(tǒng)會自動掃描出庫貨架上各箱貨物的RFID電子標(biāo)簽信息并發(fā)送給服務(wù)器與出庫單進(jìn)行校對，如果校驗(yàn)正確，則平板電腦提示該貨架可以出庫，綠燈亮可以通行。如圖10所示。

如果檢驗(yàn)出現(xiàn)問題，則按系統(tǒng)的提示進(jìn)行解決。

任何未得到服務(wù)器允許出貨物品，如果經(jīng)過了該RFID掃描區(qū)通道則進(jìn)行聲光報(bào)警并且系統(tǒng)進(jìn)行事件日志記錄，本項(xiàng)功能在裝有RFID掃描區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

4.3 移庫

移庫是指把已存放在某個庫位貨物轉(zhuǎn)移到另一個貨位，倉庫管理人員使用RFID手持終端（PDA）掃描需要移庫的貨架上二箱貨物的電子標(biāo)簽信息以及掃描貨架的標(biāo)簽信息，然后按RFID手持終端（PDA）提示把該貨架轉(zhuǎn)移到另一個庫位上，最后管理人員按要求掃描該貨架上任意二箱貨物的電子標(biāo)簽信息、貨架信息和已移動到的庫位條碼信息進(jìn)行核對。

4.4 庫存盤點(diǎn)

管理人員需要使用RFID手持終端（PDA）在倉庫的區(qū)域內(nèi)走動一圈，這樣可以在二米左右的范圍內(nèi)讀取到倉庫內(nèi)各個庫位貨架上各個大箱的電子標(biāo)簽信息，核對實(shí)時盤點(diǎn)數(shù)與數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)計(jì)是否一致。

也可以使用裝有蓄電池的盤點(diǎn)用手推車，通過增強(qiáng)RFID天線的功率，實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)掃描。

5 結(jié)束語

使用RFID技術(shù)的倉庫管理系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：如可視化的倉庫庫位，真正實(shí)現(xiàn)倉庫的“先進(jìn)先出”原則；減少人力成本提高生產(chǎn)效率，及時配貨發(fā)貨提高物流運(yùn)送環(huán)節(jié)速度；標(biāo)準(zhǔn)化倉庫操作流程提高企業(yè)管理水平等。

通過實(shí)際的軟硬件測試本系統(tǒng)能正常運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)RFID倉庫管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但RFID設(shè)備價格過高以及企業(yè)自身的信息化應(yīng)用程度是制約企業(yè)對RFID倉庫管理系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，無源RFID定位技術(shù)還不成熟，現(xiàn)階段貨物在倉庫的移動監(jiān)測和定位到庫位還需要人為干預(yù)，現(xiàn)階段要實(shí)現(xiàn)全自動定位需要大幅增加成本。而隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，RFID的價格及技術(shù)問題終會解決，未來RFID倉庫管理系統(tǒng)可以更智能。

參考文獻(xiàn)

[1]王建維，謝勇，吳計(jì)生.基于RFID的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物流技術(shù)，2009，28（4）：130：132.

[2]凌云，林華.RFID在倉庫管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國管理信息化，2009，12（3）：43-46.

作者簡介

徐智廣（1978-），男，廣西壯族自治區(qū)梧州市人?，F(xiàn)為梧州市自動化技術(shù)研究開發(fā)院工程師。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)信息化、軟件開發(fā)、電氣自動化。

作者單位

梧州市自動化技術(shù)研究開發(fā)院 廣西壯族自治區(qū)梧州市 543000