基于RFID技術(shù)的卷煙配送管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

詹玉銘 蔡維德 劉志民 /文

基于RFID技術(shù)的卷煙配送管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

詹玉銘 蔡維德 劉志民 /文

本文主要介紹了基于RFID技術(shù)的卷煙配送管理系統(tǒng)，即通過在卷煙包裝設(shè)備上安裝的RFID設(shè)備及RFID手持機，在卷煙包裝、轉(zhuǎn)運、配送以及周轉(zhuǎn)箱回收等物流環(huán)節(jié)讀寫周轉(zhuǎn)箱和籠車上的RFID標簽，快速識別與記錄卷煙物流作業(yè)的狀態(tài)，實時向信息系統(tǒng)更新各作業(yè)節(jié)點的信息數(shù)據(jù)，建立卷煙、周轉(zhuǎn)箱、籠車以及配送單之間的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對卷煙配送物流作業(yè)的控制和管理。

RFID、卷煙、周轉(zhuǎn)箱、配送

煙草物流是煙草行業(yè)核心業(yè)務(wù)，是中國煙草面向未來、提升核心競爭力的重要支撐。當前，煙草物流正在努力推進信息化、智能化建設(shè)，特別是隨著卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策系統(tǒng)、煙草物流綜合監(jiān)管調(diào)度系統(tǒng)及工商在途、數(shù)字倉儲、視頻監(jiān)控、片煙物流等系統(tǒng)建成投入使用，煙草物流智能化已經(jīng)初見成效。構(gòu)建一個高效流暢的煙草物流智能化系統(tǒng)，信息載體（條形碼、RFID等技術(shù)）是重要的前端因素，而RFID技術(shù)相比條形碼技術(shù)有明顯的優(yōu)勢。

在煙草物流中的片煙物流環(huán)節(jié)、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、工商托盤聯(lián)運環(huán)節(jié)乃至商業(yè)倉儲環(huán)節(jié)中，RFID技術(shù)都廣泛應(yīng)用，但在卷煙包裝配送環(huán)節(jié)應(yīng)用RFID技術(shù)成熟的案例較少。為此，S市煙草物流中心結(jié)合實際，探索創(chuàng)新，在現(xiàn)有物流作業(yè)管理的基礎(chǔ)上，設(shè)計建設(shè)了一套以RFID技術(shù)為依托的新型配送管理系統(tǒng)，替代原有在周轉(zhuǎn)箱上張貼紙質(zhì)標簽和以紙質(zhì)配送單為指引的傳統(tǒng)配送系統(tǒng)，以系統(tǒng)智能監(jiān)管方式代替原有人工看板方式。系統(tǒng)在周轉(zhuǎn)箱和籠車上嵌入RFID標簽，在包裝配送等環(huán)節(jié)配置相關(guān)設(shè)備負責讀寫RFID標簽信息，并通過建設(shè)信息系統(tǒng)在卷煙包裝、移倉交接、配送和周轉(zhuǎn)箱回收等環(huán)節(jié)進行管理操作，以構(gòu)建卷煙配送的新型智能化物流解決方案。

本文結(jié)合S市煙草物流中心基于RFID技術(shù)的卷煙配送管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用實踐為例，總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計要點、難點，對RFID技術(shù)在卷煙配送環(huán)節(jié)中的應(yīng)用問題提出解決辦法，并給出具體的技術(shù)方案。

一、 RFID技術(shù)的應(yīng)用原理與特點

射頻識別 (Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)，又稱電子標簽、無線射頻識別技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。最基本的RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、天線三部分組成，電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器是讀寫電子標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線在電子標簽和讀寫器間傳遞射頻信號。RFID標簽可靈活附著在目標物中，并載有關(guān)于目標物的各類相關(guān)信息，RFID系統(tǒng)利用RF信號將信息由RFID標簽傳送至RFID讀寫器。與傳統(tǒng)的條碼標簽不同，RFID標簽可以反復(fù)讀寫，它所存儲的信息可以補償和修改。RFID具有遠距離識別、快速識別、信息存儲量大及適應(yīng)環(huán)境能力強等特點，使其成為替代條碼進行倉儲運輸物流管理的有力工具。在互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)的支持下，RFID能夠使物流的日常管理變得更加動態(tài)化、實時化、透明化。

二、卷煙配送系統(tǒng)的設(shè)計

1. 系統(tǒng)總體設(shè)計

目前國內(nèi)具有一定規(guī)模的煙草商業(yè)企業(yè)物流中心基本都建立了自動或半自動分揀系統(tǒng)，卷煙以條為單位在分揀設(shè)備上經(jīng)過自動揀選后，進入包裝設(shè)備進行周轉(zhuǎn)箱自動裝箱或裹膜打包，然后將周轉(zhuǎn)箱或裹膜包有序堆疊在籠車中。卷煙配送出庫時，籠車移至出庫點，將周轉(zhuǎn)箱或裹膜包有序堆放在配送車廂送達零售戶。以周轉(zhuǎn)箱為載體的配送模式，需要在卷煙送達客戶后將周轉(zhuǎn)箱及時回收、并返回物流中心循環(huán)使用。本系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用是建立在以周轉(zhuǎn)箱為載體的卷煙包裝配送模式的基礎(chǔ)上。鑒于RFID技術(shù)的特點，在籠車和周轉(zhuǎn)箱上都配置RFID標簽，籠車和周轉(zhuǎn)箱編上編號（以油漆噴號和激光雕刻方式），系統(tǒng)后臺通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)編號與RFID標簽唯一ID號的一一對應(yīng)，實現(xiàn)一車一號、一箱一號。系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

卷煙配送管理系統(tǒng)主要包括包裝管理、配送管理、周轉(zhuǎn)箱管理、后臺信息管理等功能模塊。

圖1 ：卷煙配送系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 ：RFID設(shè)備硬件連接拓撲圖

2.包裝管理功能模塊的設(shè)計

包裝管理功能模塊主要實現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱ID號、籠車ID號與卷煙分揀配送訂單間建立關(guān)聯(lián)對應(yīng)，因此在分揀線的條煙裝箱設(shè)備上安裝相關(guān)的RFID設(shè)備，以精確讀取周轉(zhuǎn)箱和籠車的RFID標簽信息、實時掌握條煙裝箱的工作狀態(tài)以及對周轉(zhuǎn)箱在設(shè)備上的輸送進行控制。系統(tǒng)設(shè)計1臺下位機，負責與分揀線進行信號交互、采集和輸出信號。

如圖2所示，分揀線PLC與下位機通過信號線連接，交互信號包括周轉(zhuǎn)箱輸送、裝箱設(shè)備疊煙、裝箱設(shè)備對周轉(zhuǎn)箱裝煙、周轉(zhuǎn)箱輸送測序異常等；下位機、RFID讀寫器與系統(tǒng) PC分別采用RS232串口連接；天線與讀寫器之間連接都是采用饋線連接。在此環(huán)節(jié)的設(shè)計中，測序天線采用獨立的RFID讀寫器，全檢天線、復(fù)檢天線和籠車天線等3個天線共用一個RFID讀寫器，掃描采用分時輪詢，解決各個天線間相互干擾的問題。

如圖3，RFID設(shè)備的布局和對周轉(zhuǎn)箱的狀態(tài)檢測流程為：

流程1：已安裝RFID標簽并初始化過的周轉(zhuǎn)箱向卷煙裝箱位置輸送，在周轉(zhuǎn)箱進入工位的輸送設(shè)備下方（位置O點）安裝一個RFID天線（全檢天線）對周轉(zhuǎn)箱ID號進行讀取，并對周轉(zhuǎn)箱的質(zhì)量狀態(tài)進行校驗，如檢測發(fā)現(xiàn)是后臺已標記損壞的周轉(zhuǎn)箱指示紅燈亮，操作員需要將此破損周轉(zhuǎn)箱下線；如果周轉(zhuǎn)箱完好，則繼續(xù)輸送。

流程2：周轉(zhuǎn)箱進入卷煙裝箱位置前的A點安裝一個RFID天線（測序天線），用于測出周轉(zhuǎn)箱進入卷煙自動裝箱位置的順序；對于RFID標簽無法被讀取和O點漏入的后臺標記損壞的周轉(zhuǎn)箱，則該工位輸送設(shè)備停止，禁止此周轉(zhuǎn)箱送入裝箱機，并提示將此周轉(zhuǎn)箱下線；同時系統(tǒng)設(shè)計自檢程序，防止操作員工強行人為將不符合要求的周轉(zhuǎn)箱推進裝箱位置。

流程3：周轉(zhuǎn)箱在卷煙裝箱位置停留直到完成條煙裝箱，在此位置設(shè)備將周轉(zhuǎn)箱翻轉(zhuǎn)擺正，裝有條煙的周轉(zhuǎn)箱進入另外一側(cè)的輸送設(shè)備，并被輸送到末端以待堆疊到籠車上。在B點安裝一個RFID天線（復(fù)檢天線），讀出該周轉(zhuǎn)箱的RFID標簽ID號，并與A點讀取順序進行校對，核對無誤后建立該周轉(zhuǎn)箱與裝入其中的條煙信息的對應(yīng)關(guān)系。

流程4：籠車放置處（C點）安裝RFID天線（籠車天線）讀取籠車上的RFID標簽，對籠車狀態(tài)進行監(jiān)控。當每一配送組的最后一個周轉(zhuǎn)箱被堆疊上籠車時提示操作人員更換籠車，同時在下一配送組第一個周轉(zhuǎn)箱經(jīng)過B點時，提示操作人員在籠車兩側(cè)的標識板上書寫送貨組編號。在此環(huán)節(jié)的設(shè)計中，當籠車上已裝上一些周轉(zhuǎn)箱時，因為周轉(zhuǎn)箱上也安裝有RFID標簽，本系統(tǒng)采取對周轉(zhuǎn)箱標簽和籠車標簽分別授權(quán)訪問的方法，以避免互相之間的讀取相互干擾。

3. 配送管理功能模塊的設(shè)計

按照卷煙的物流配送作業(yè)流程，配送環(huán)節(jié)包括分揀復(fù)核、配送交接、商戶交接等作業(yè)，這些作業(yè)使用手持機對RFID標簽進行讀寫操作，并通過網(wǎng)絡(luò)連接下載與讀取后臺服務(wù)器端的信息。因此，配送管理環(huán)節(jié)，主要是在手持終端設(shè)計研發(fā)“分揀復(fù)核”、“配送交接”和“商戶交接”等功能模塊。

分揀復(fù)核作業(yè)：條煙分揀完成后，籠車裝載周轉(zhuǎn)箱轉(zhuǎn)運至出庫暫存區(qū)，在分揀人員與倉儲人員進行卷煙交接時，由倉儲人員使用手持機對條煙進行查詢以確認交接卷煙是否正確。操作流程如下：倉儲人員進入“分揀復(fù)核”功能模塊，選擇需要進行分揀復(fù)核的批次。掃描籠車或籠車上任意一周轉(zhuǎn)箱的RFID標簽，核對手持機上顯示的信息與實物是否一致，不一致時進行異常反饋提交到后臺；一致則確認復(fù)核。

配送交接作業(yè)：以籠車為單位，倉儲人員把卷煙移交給配送人員的交接過程（當直接發(fā)貨配送時，可在分揀復(fù)核后直接進行配送交接）。因此卷煙在分揀復(fù)核或者確認交接后才能進行配送交接操作。操作流程如下：配送人員進入“配送交接”功能模塊；選擇批次，系統(tǒng)自動顯示需進行配送交接的送貨線路及籠車數(shù)；在與配送組確認后，掃描籠車標簽或者批量進行交接。

商戶交接作業(yè)：配送人員到商家送貨時進行商戶交接，該功能用于跟蹤記錄送貨組具體的交貨信息。操作流程如下：配送人員在與商戶進行交接時，在手持終端進入“商戶交接”功能模塊，掃描周轉(zhuǎn)箱RFID標簽，配送人員根據(jù)列表信息與零售戶進行實物的交接與確認。

4. 周轉(zhuǎn)箱管理功能模塊的設(shè)計

周轉(zhuǎn)箱的管理包括配送人員在卷煙交給零售戶后的周轉(zhuǎn)箱回收作業(yè)以及在分揀包裝與配送環(huán)節(jié)對周轉(zhuǎn)箱損壞情況進行登記的作業(yè)。因此，系統(tǒng)主要設(shè)計了“周轉(zhuǎn)箱回收管理”與“周轉(zhuǎn)箱破損登記”功能模塊。

周轉(zhuǎn)箱回收管理：此功能用于對每天完成商戶交接的周轉(zhuǎn)箱進行批量回收，同時統(tǒng)計每個送貨組已交還周轉(zhuǎn)箱的數(shù)量和待回收周轉(zhuǎn)箱的數(shù)量。為了能大批量讀取周轉(zhuǎn)箱的RFID標簽，系統(tǒng)設(shè)計了一個龍門RFID回收通道，該通道配置多個RFID天線、讀寫器、PC終端、LED顯示屏、控制器和金屬布等，回收龍門識別區(qū)域集中，可保證高速度、大容量采集的可靠性，能滿足回收現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境，具有良好的抗電磁干擾特性，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。

控制器、遙控器（識別觸發(fā)裝置）及LED顯示屏組成人機交互模塊，主要實現(xiàn)對回收系統(tǒng)的操作，包括可人工觸發(fā)周轉(zhuǎn)箱識別的功能以及實時顯示回收過程的提示和狀態(tài)的功能?？刂破髫撠煓z測接收遙控器的指令，并上傳給前端PC，LED顯示屏由前端PC發(fā)送指令，顯示識別結(jié)果及異常提示。

圖3 ：RFID設(shè)備布局及周轉(zhuǎn)箱輸送流程圖

圖4 ：周轉(zhuǎn)箱回收龍門設(shè)備硬件連接拓撲圖

周轉(zhuǎn)箱破損登記：在各個作業(yè)環(huán)節(jié)，操作人員發(fā)現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱破損，都可以通過手持機進入周轉(zhuǎn)箱破損登記界面，對破損情況進行記錄并后臺存儲。破損可以采用分級制，詳細定位破損情況。通過登記也可以將破損定位到各個作業(yè)環(huán)節(jié)，進而定位到責任人。

5.后臺信息管理功能模塊的設(shè)計

后臺信息管理主要包括卷煙分揀配送情況以及周轉(zhuǎn)箱、籠車使用情況等相關(guān)信息的分析統(tǒng)計、系統(tǒng)使用權(quán)限和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置等，為卷煙的分揀配送作業(yè)提供管理信息。

三、卷煙分揀配送系統(tǒng)的應(yīng)用

1. 系統(tǒng)應(yīng)用效果

S市煙草物流中心在系統(tǒng)試運行期間，約1萬個周轉(zhuǎn)箱安裝了RFID標簽，六個月的時間內(nèi)，有不同區(qū)域的22個送貨組采用RFID周轉(zhuǎn)箱分揀配送卷煙，配送約50萬個周轉(zhuǎn)箱卷煙，重復(fù)回收周轉(zhuǎn)箱50萬個，每1籠車周轉(zhuǎn)箱（160個）在10秒內(nèi)可完成批量入庫。系統(tǒng)實現(xiàn)了卷煙包裝配送物流全過程的數(shù)據(jù)采集及跟蹤；在卷煙包裝環(huán)節(jié)中免去了粘貼紙標、更換色帶、打印紙等作業(yè)，實現(xiàn)無紙化物流作業(yè)；對周轉(zhuǎn)箱狀態(tài)的實時追蹤提升了周轉(zhuǎn)箱的管控能力，并利用周轉(zhuǎn)箱群讀入庫回收提升了周轉(zhuǎn)箱的交接效率。

2.系統(tǒng)應(yīng)用問題及解決辦法

周轉(zhuǎn)箱RFID標簽安裝問題：煙草行業(yè)現(xiàn)在使用的條煙自動裝箱機，主要功能基本為人工放箱、自動輸送、條煙側(cè)推裝箱、周轉(zhuǎn)箱翻轉(zhuǎn)立正以及人工將周轉(zhuǎn)箱堆疊到籠車或托盤上的作業(yè)，無法將不同輸送方向周轉(zhuǎn)箱的RFID標簽統(tǒng)一在在同一方位。為確保系統(tǒng)準確、高效運行，必須在每個周轉(zhuǎn)箱上安裝四個RFID標簽，并且為了防止RFID標簽在分揀設(shè)備上受損，需要對RFID標簽進行塑化封裝，在封裝表面雕刻編碼，這在一定程度上增加了系統(tǒng)成本。另外，為方便RFID標簽安裝，新制作的周轉(zhuǎn)箱可做一個凹槽，將RFID標簽插入凹槽內(nèi)。

智能化提醒與糾錯能力問題：在卷煙分揀環(huán)節(jié)，當進行人工操作或設(shè)備自動化動作時可能會出現(xiàn)分揀差錯，RFID標簽相對紙張標簽?zāi)恳暬潭容^低，因而需要在系統(tǒng)中增加智能化提醒與糾錯功能。如條煙分揀包裝時，分揀組之間如果基于效率的問題，“換組”太快，沒明顯的時間間隔，則容易人為裝錯籠車，因而可通過“換組”提示的方式提醒；又如卷煙分揀錯誤時，需要人工查找和調(diào)整時，應(yīng)通過手持機快速進行糾錯處理等，這些都需要在系統(tǒng)設(shè)計中就進行考慮；又如為提升配送車輛的裝載率，在配送環(huán)節(jié)存在較多拼箱作業(yè)時，需要在手持機中設(shè)計與配送模式相適應(yīng)的拼箱功能，方便配送交接時操作。

卷煙交接環(huán)節(jié)待改進的問題：現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計中，在卷煙配送交接到零售戶的環(huán)節(jié)比較簡單，可在零售戶中增設(shè)裝載零售戶信息的RFID標簽，通過手持機GPS定位和對零售戶信息的RFID標簽復(fù)核等手段，在卷煙物流供應(yīng)鏈中提升其透明度，加強卷煙專賣管理，可以有效遏制甚至杜絕體制外循環(huán)，能夠在煙草專賣管理上發(fā)揮較大作用，并可減少配送差錯。

3.系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析

配送環(huán)節(jié)是卷煙供應(yīng)鏈的末端環(huán)節(jié)，是卷煙商業(yè)企業(yè)與卷煙零售戶密切聯(lián)系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，卷煙配送環(huán)節(jié)的物流效率與信息管理是整個供應(yīng)鏈的重要部分。但是現(xiàn)有卷煙配送環(huán)節(jié)信息采集不及時、信息記錄不全面、信息數(shù)字化和物流作業(yè)智能化水平低，是整個卷煙供應(yīng)鏈的短板之一。

建立以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的卷煙配送管理系統(tǒng)，利用RFID信息為配送作業(yè)過程提供自動化記錄的途徑，既能進行實時監(jiān)控，又能實現(xiàn)智能化物流作業(yè)。在包裝環(huán)節(jié)，以RFID標簽取代一次性紙質(zhì)標簽，減少周轉(zhuǎn)箱貼標等作業(yè)環(huán)節(jié)從而減輕勞動強度，更可節(jié)能環(huán)保，在交接環(huán)節(jié)，利用RFID信息可有效降低出貨交接等物流環(huán)節(jié)的差錯率；在零售送貨環(huán)節(jié)，通過信息紐帶把零售客戶與煙草商業(yè)企業(yè)緊密聯(lián)系起來，為行業(yè)全面開展物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)，為開展多元化社會物流業(yè)務(wù)提供有效的管理系統(tǒng)支撐，增加物流企業(yè)經(jīng)濟效益，提升企業(yè)核心競爭力；在周轉(zhuǎn)箱回收環(huán)節(jié)，利用RFID信息對周轉(zhuǎn)箱的使用進行追蹤監(jiān)管，并減少周轉(zhuǎn)箱的人為損壞，延長周轉(zhuǎn)箱使用壽命，更有利于開展績效考核和精細化管理，提升服務(wù)水平；隨著RFID技術(shù)的成熟與成本的降低，隨著煙草物流數(shù)字化、信息化建設(shè)的推進，基于RIID技術(shù)的卷煙配送管理系統(tǒng)將在卷煙商業(yè)物流中得到更為廣泛的應(yīng)用。

四、結(jié)論

以RFID技術(shù)為依托，通過在周轉(zhuǎn)箱和籠車上安裝RFID標簽，在分揀包裝設(shè)備等關(guān)鍵作業(yè)節(jié)點上安裝RFID讀寫設(shè)備，利用信息系統(tǒng)建立條煙、周轉(zhuǎn)箱、籠車以及配送單據(jù)間的關(guān)聯(lián)，并配以RFID手持機等移動設(shè)備快速采集RFID標簽信息，可構(gòu)建出新型的卷煙配送智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)卷煙配送全過程數(shù)據(jù)的采集及跟蹤。系統(tǒng)具備自動識別、跟蹤和糾錯功能，可實現(xiàn)無紙化作業(yè)，降低勞動強度和提高物流效率，提升卷煙物流信息化水平，為煙草行業(yè)供應(yīng)鏈物流創(chuàng)新發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供必要的經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)。

作者單位為中國煙草總公司深圳市公司