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

梁永湖，章金標(biāo)

（桂林長海發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541001）

0 引 言

目前，傳統(tǒng)倉儲(chǔ)貨物管理主要采用手工管理方式，貨物的入庫、在庫及出庫等信息通過手工記錄管理，過程繁瑣，極易出現(xiàn)差錯(cuò)，且對管理貨物的位置信息也難以實(shí)時(shí)更新[1]。隨著 RFID 技術(shù)的成熟，越來越多的人開始研究基于RFID 技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System， WMS）[2]。

RFID（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，又稱無線射頻，是一種利用射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[3]。它具有非接觸、作用距離長、快速掃描、容量大、可重復(fù)使用、精確定位等優(yōu)點(diǎn)，在倉庫管理系統(tǒng)中得到越來越多的推廣與應(yīng)用[4,5]。

1 系統(tǒng)組成和功能

基于RFID技術(shù)的倉庫管理系統(tǒng)，可自動(dòng)采集倉庫到貨檢驗(yàn)、入庫、出庫、借用、歸還、庫存盤點(diǎn)等數(shù)據(jù)，保證倉庫管理各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度與準(zhǔn)確性，確保用戶及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理保持和控制倉庫中的物件庫存。系統(tǒng)具有定位管理功能，快捷掌握所有庫存貨物當(dāng)前所在位置，有利于提高倉庫管理的工作效率。本文針對某大型設(shè)備維修廠進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)由硬件和軟件組成。設(shè)計(jì)在每個(gè)貨物包裝表面粘貼RFID電子標(biāo)簽，可存儲(chǔ)相關(guān)貨物種類、數(shù)量等信息；在倉庫貨架上安裝固定式讀寫器，用于倉庫貨物數(shù)量的監(jiān)控、定位和自動(dòng)盤點(diǎn)。每臺(tái)固定式讀寫器配帶多支天線，每支天線有唯一的地址碼；讀寫器可以和標(biāo)簽遠(yuǎn)距離通信，讀寫貨物包裝表面的RFID電子標(biāo)簽所記錄的內(nèi)容，同時(shí)讀寫器可以通過網(wǎng)絡(luò)等實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)端。

1.1 系統(tǒng)硬件

基于RFID倉庫管理系統(tǒng)的硬件是由固定式RFID讀寫器、手持式RFID讀寫器、桌面式RFID發(fā)卡器、RFID電子標(biāo)簽、用戶終端、輸出終端和服務(wù)端等組成。在不同的應(yīng)用環(huán)境下可選擇不同特點(diǎn)的硬件產(chǎn)品，靈活部署RFID應(yīng)用，相互之間提供簡易的集成和豐富的應(yīng)用程序支持，保證RFID業(yè)務(wù)效率最大化。

（1）固定式RFID讀寫器：一般配置4支天線，并安裝在貨架的傳動(dòng)帶上，自動(dòng)讀取和監(jiān)控貨架上的電子標(biāo)簽信息；

（2）手持式RFID讀寫器：通過人工方式對電子標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取和監(jiān)控；

（3）RFID電子標(biāo)簽：每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的編碼，根據(jù)需求標(biāo)識(shí)某一具體的貨物個(gè)體，本系統(tǒng)采用無源標(biāo)簽，可重復(fù)使用；

（4）桌面式RFID發(fā)卡器：作為發(fā)卡設(shè)備，對電子標(biāo)簽中用戶數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，并可設(shè)定密碼，鎖定數(shù)據(jù)區(qū)，防止改寫電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)；

（5）用戶終端：負(fù)責(zé)備品備件及儀器儀表出庫、入庫、借用、歸還、信息查詢、數(shù)據(jù)錄入等日常操作；

（6）打印機(jī)：負(fù)責(zé)標(biāo)簽打印，單據(jù)打??；

（7）服務(wù)端：負(fù)責(zé)信息存儲(chǔ)、邏輯處理等。

系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.2 系統(tǒng)功能

基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)可對倉庫貨物的入庫、出庫、庫存盤點(diǎn)等各作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)，并對貨物精確定位，及時(shí)掌握倉庫的動(dòng)態(tài)信息以及對貨物的移位等報(bào)警，實(shí)現(xiàn)倉庫的智能化管理。

1.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)管理

（1）標(biāo)簽維護(hù)管理：所有貨物需粘貼標(biāo)簽入庫，對貨物系統(tǒng)管理；

（2）讀寫器維護(hù)管理：讀寫器的添加、刪除、讀寫器名稱修改、IP地址修改、連接方式選擇、添加安裝位置等。

1.2.2 出入庫管理

（1）入庫申請管理：用戶填寫貨物名稱、型號(hào)、數(shù)量、入庫人員等信息，可支持批量錄入，提交領(lǐng)導(dǎo)審批后，錄入數(shù)據(jù)庫備案。

（2）出庫申請管理：用戶填寫貨物名稱、型號(hào)、領(lǐng)用人、領(lǐng)用部門、數(shù)量等信息，提交領(lǐng)導(dǎo)審批后，由倉庫管理工作人員錄入數(shù)據(jù)庫備案。

（3）借用申請管理：用戶填寫借用貨物、貨物名稱、型號(hào)、借用人、借用部門、數(shù)量等信息，可支持批量錄入，提交領(lǐng)導(dǎo)審批后，工作人員對貨物檢查合格后，簽字確認(rèn)錄入數(shù)據(jù)庫備案。

（4）歸還申請管理：用戶在系統(tǒng)中查找原借用申請單，在歸還部分填寫需歸還的貨物名稱、型號(hào)、歸還人員、數(shù)量等信息，提交領(lǐng)導(dǎo)審批后，錄入數(shù)據(jù)庫備案，由倉庫管理工作人員確認(rèn)。

（5）續(xù)借申請管理：用戶在系統(tǒng)查找原借用申請單，在續(xù)借部分填寫續(xù)借貨物名稱、型號(hào)、借用人員、數(shù)量等信息，提交領(lǐng)導(dǎo)審批后，由倉庫管理工作人員確認(rèn)，錄入數(shù)據(jù)庫備案。

（6）歸還提醒管理：對到期未歸還的貨物通過郵件方式提醒。

1.2.3 倉庫狀態(tài)

通過倉庫貨物狀態(tài)管理可實(shí)時(shí)查詢貨物的庫存狀態(tài)。并且當(dāng)某一值低于所設(shè)定閥值時(shí)，會(huì)以報(bào)表的形式報(bào)警提示，此報(bào)表可下載，可實(shí)時(shí)查詢設(shè)備在庫及借出狀態(tài)。

1.2.4 貨物定位管理

通過查詢某一貨物，可以可視化顯示貨物位置，定位貨物所在貨架的層次。

1.2.5 盤點(diǎn)功能

定期盤點(diǎn)倉庫貨物，生成盤點(diǎn)報(bào)表，并與數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出盤點(diǎn)報(bào)告，對不正常情況進(jìn)行通報(bào)。

通過使用手持式讀寫器，可按日期、類別、部門進(jìn)行盤點(diǎn)；盤點(diǎn)結(jié)果可選擇打印全部或者部分特定信息。

1.2.6 報(bào)警管理

（1）對貨物進(jìn)出倉庫進(jìn)行監(jiān)控和登記，對未履行進(jìn)出大門手續(xù)的貨物通過聲光報(bào)警提醒。

（2）聲光報(bào)警設(shè)置。在倉庫大門附近及倉庫管理員電腦終端聲光報(bào)警提醒。

（3）貨物放置在A貨架上，如果該貨物從A貨架移動(dòng)到B貨架，在啟動(dòng)天線掃描標(biāo)簽后系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示貨物位置改變。

1.2.7 用戶權(quán)限管理

（1）支持用戶設(shè)定管理：能夠新增用戶，修改用戶，設(shè)置用戶基本信息，設(shè)置用戶單位部門，設(shè)置用戶角色群組。

（2）能夠修改密碼、設(shè)置角色群組。

（3）支持菜單權(quán)限設(shè)置和控件權(quán)限設(shè)置?？筛鶕?jù)角色群組，設(shè)置哪些角色群組有菜單權(quán)限；可根據(jù)角色群組設(shè)置哪些角色群組可使用控件權(quán)限。

1.3 系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作流程主要包括入庫流程、出庫流程和盤點(diǎn)流程。

1.3.1 入庫流程

（1）倉庫管理人員填寫入庫申請單，經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)入庫；

（2）倉庫管理人員接到入庫通知后，根據(jù)入庫申請單信息填寫入庫信息；

（3）根據(jù)貨物類型和數(shù)量通過桌面式發(fā)卡器制作電子標(biāo)簽：小件貨物使用整件直接粘貼標(biāo)簽，大件貨物在包裝箱上直接粘貼標(biāo)簽。

（4）核對貨物后，放置在運(yùn)送工具上，根據(jù)規(guī)格擺放在制定的貨架上，入庫完畢。

1.3.2 出庫流程

（1）倉庫管理人員填寫出庫申請單，經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后出庫；

（2）倉庫管理人員接到出庫通知后，根據(jù)出庫申請單信息填寫出庫信息；

（3）倉庫管理人員通過手持式讀寫器登錄系統(tǒng)，下載領(lǐng)用單信息，并掃描出庫物體的電子標(biāo)簽，系統(tǒng)提示確認(rèn)出庫，將貨物放置的運(yùn)送工具上，出庫時(shí)系統(tǒng)通過讀卡器提示本次出庫單是否全部出庫完畢，并回收電子標(biāo)簽。

（4）倉庫管理人員通過手持式讀卡器提交確認(rèn)出庫單，出庫完畢。

1.3.3 盤點(diǎn)流程

（1）倉庫管理人員登錄系統(tǒng)，生產(chǎn)盤點(diǎn)清單。倉庫管理人員可根據(jù)實(shí)際情況選擇自動(dòng)盤點(diǎn)或人工盤點(diǎn)；

（2）自動(dòng)盤點(diǎn)：根據(jù)清單啟動(dòng)自動(dòng)盤點(diǎn)，通過固定式讀卡器，自動(dòng)盤點(diǎn)貨架貨物；

人工盤點(diǎn)：盤點(diǎn)清單下載到手持式讀卡器上，根據(jù)清單用手持式讀卡器盤點(diǎn)貨物，生產(chǎn)盤點(diǎn)結(jié)果清單，盤點(diǎn)結(jié)果同步到服務(wù)端的數(shù)據(jù)庫上。

（3）盤點(diǎn)結(jié)果匯總，盤點(diǎn)結(jié)束。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)主要涉及倉庫布局設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)。倉庫布局設(shè)計(jì)應(yīng)能夠方便倉庫業(yè)務(wù)操作，如出入庫、盤點(diǎn)、貨物移位等。此外，還需考慮整個(gè)空間的布局，包括貨架、分揀區(qū)和工作區(qū)，并保證RFID技術(shù)能夠貫穿業(yè)務(wù)操作的每個(gè)環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)以某大修廠倉庫為研究對象，倉庫長19.2 m，寬15.7 m，總面積為301.44 m2，倉庫設(shè)計(jì)安裝16個(gè)RFID固定式讀寫器，其布局如圖2所示。

圖2 倉庫布局

軟件平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，方便用戶遠(yuǎn)程操作，軟件各功能模塊均與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫選用SQL Server2008，采用Web Service接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊的主要功能，包括入庫、出庫、借用、歸還、庫存盤點(diǎn)等管理和信息查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表及可視化、打印等，如圖3所示。系統(tǒng)可以對接企業(yè)的EPR系統(tǒng)和OA系統(tǒng)，以及第三方信息平臺(tái)。報(bào)警管理界面如圖4所示。

圖3 主界面

圖4 報(bào)警管理界面

3 系統(tǒng)測試

通過搭建一套測試環(huán)境，登錄軟件平臺(tái)，測試系統(tǒng)的功能。以貨物定位和移位報(bào)警為例，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下驗(yàn)證。測試過程中有幾個(gè)關(guān)鍵問題：固定式讀寫器的天線功率對識(shí)別標(biāo)簽的影響；是否能夠不受金屬貨物的影響，自動(dòng)識(shí)別粘貼在金屬貨物上RFID電子標(biāo)簽的，在貨物移動(dòng)或者異常出庫時(shí)是否自動(dòng)報(bào)警。

測試環(huán)境中，兩個(gè)貨架（分別為A，B）高度均為3 m，每個(gè)貨架安裝兩臺(tái)固定式讀寫器，每臺(tái)讀寫器配置4個(gè)平板天線，通過帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)掃描貨架上的電子標(biāo)簽，如圖5所示。在出庫門上安裝一臺(tái)固定式讀寫器。普通貨物粘貼一般無源電子標(biāo)簽，在金屬貨物上粘貼抗干擾的電子標(biāo)簽。

圖 5 貨架

由于貨物進(jìn)出庫房時(shí)電子標(biāo)簽的方向存在不確定性，為保證標(biāo)簽的準(zhǔn)確性與效率，不被誤讀、漏讀，采用圓極化天線從不同方向進(jìn)行標(biāo)簽的讀寫。天線的類型、增益可根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境與讀寫距離的要求調(diào)整，保證讀寫功能的實(shí)現(xiàn)。

登錄倉庫管理系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，對貨物進(jìn)行定位。先把貨物擺放在貨架上（貨物包含有金屬貨物和非金屬貨物），然后在系統(tǒng)里標(biāo)定貨物的位置，通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)固定式讀寫器的平板天線，對貨架上的貨物進(jìn)行上-下-上掃描，將掃描結(jié)果與原標(biāo)定的貨物位置進(jìn)行比對，系統(tǒng)自動(dòng)顯示匹配結(jié)果。在前期實(shí)驗(yàn)過程中，常出現(xiàn)誤讀或者漏讀。由于室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境電磁波的干擾和信號(hào)的多徑效應(yīng)等使得室內(nèi)定位技術(shù)的研究存在諸多難點(diǎn)，采用RFID室內(nèi)定位技術(shù)對電子標(biāo)簽和讀寫器進(jìn)行合理布置，定位算法和防碰撞算法的混合應(yīng)用以及RFID本身硬件性能的提升等都使得 RFID定位精度得以提升[6]。

經(jīng)過分析，由于平板天線的增益過大或不足，會(huì)導(dǎo)致讀寫距離出現(xiàn)差錯(cuò)。因此調(diào)整天線增益和電子標(biāo)簽擺放規(guī)則，解決了誤讀和漏讀的問題。

在移位測試過程中，從A貨架中隨意抽去貨物，擺放在B貨架上，登錄軟件平臺(tái)對貨物進(jìn)行定位掃描，彈出報(bào)警信息：顯示A貨架上有貨物缺失，放置在B貨架上。

在出庫測試過程中，隨意從A或者B貨架提取貨物出庫，當(dāng)通過庫房時(shí)，系統(tǒng)軟件自動(dòng)彈出報(bào)警信息：顯示某貨物異常出庫。

最終測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)貨物定位、移位報(bào)警和異常出庫報(bào)警等，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提升了倉庫管理效率。

4 結(jié) 語

基于RFID技術(shù)倉庫管理系統(tǒng)，除了實(shí)現(xiàn)常規(guī)庫房出入庫管理之外，還能實(shí)現(xiàn)倉庫的自動(dòng)化盤點(diǎn)，不需要倉庫管理人員現(xiàn)場干預(yù)，減少人工作業(yè)，提高了倉庫管理效率。其次，倉庫貨物的定位和移位報(bào)警等功能，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)貨物的可視化管理。此外，系統(tǒng)采用可回收和重復(fù)利用的電子標(biāo)簽，降低了建設(shè)成本。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，相信倉庫管理系統(tǒng)將更加精細(xì)化和智能化，此外，RFID定位技術(shù)將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景，也必定會(huì)在未來的物流管理中得到更多的關(guān)注與重視[7]。

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