RFID 與倉(cāng)儲(chǔ)片煙物流信息融合應(yīng)用研究?

王家壽 徐躍明 曾 嶸

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 昆明 650202）

1 引言

片煙作為卷煙生產(chǎn)的原料，直接影響著卷煙成品的質(zhì)量。片煙物流與卷煙物流相比，存在著業(yè)務(wù)鏈長(zhǎng)、批次結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存儲(chǔ)周期長(zhǎng)、質(zhì)量影響因素多、物流追溯難、信息化程度低等特性，因此片煙物流在行業(yè)物流建設(shè)中相對(duì)滯后［1～2］。目前煙草企業(yè)對(duì)片煙的管理主要依賴于ERP的倉(cāng)儲(chǔ)管理，管理粒度粗放，面對(duì)大量的往來(lái)業(yè)務(wù)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)的管理無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，紙面單據(jù)傳遞較多，信息準(zhǔn)確性與及時(shí)性難以保障，缺乏對(duì)卷煙生產(chǎn)所需片煙的入庫(kù)、儲(chǔ)存、調(diào)撥、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)等環(huán)節(jié)的信息識(shí)別、物流跟蹤與監(jiān)管手段［3］。因此企業(yè)需要建立實(shí)時(shí)的倉(cāng)儲(chǔ)片煙物流信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)片煙信息的協(xié)同、調(diào)節(jié)和監(jiān)控管理。

無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的非接觸式識(shí)別技術(shù)［4～5］，該技術(shù)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、讀取速度快等優(yōu)點(diǎn)［6］。RFID 電子標(biāo)簽由天線和芯片組成，芯片有四個(gè)存儲(chǔ)區(qū)TID區(qū)、ERP區(qū)、USER區(qū)和安全區(qū)［7～8］，RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的信息采集與物流跟蹤［9～11］。

為加快推進(jìn)企業(yè)片煙物流建設(shè)，積極探索和拓展“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用，本文提出基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)片煙物流跟蹤系統(tǒng)，將RFID、傳感器等信息與片煙倉(cāng)儲(chǔ)物流信息進(jìn)行融合，研究了片煙編碼方案及RFID 防碰撞算法，實(shí)現(xiàn)了片煙物流信息的準(zhǔn)確描述，提升了片煙生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、調(diào)撥、使用的物流過(guò)程規(guī)范性和質(zhì)量追溯有效性，實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)原料倉(cāng)儲(chǔ)物流管理的信息化、實(shí)時(shí)化、精益化。

2 基于信息融合的倉(cāng)儲(chǔ)片煙物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

倉(cāng)儲(chǔ)片煙物流跟蹤系統(tǒng)以片煙生產(chǎn)為起點(diǎn)，以打掃碼為手段，以物流跟蹤為主線，設(shè)計(jì)基于B/S和C/S的混合架構(gòu)，平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1所示，主要包括設(shè)備層、邏輯業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)了片煙全生命周期物流信息和質(zhì)量信息的跟蹤與追溯。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

設(shè)備層主要包括讀寫(xiě)設(shè)備和RFID 標(biāo)簽，原料出入庫(kù)時(shí)，使用RFID 電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器讀取煙箱上的RFID 標(biāo)簽，獲取煙包信息，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)出入庫(kù)。邏輯層主要包括倉(cāng)儲(chǔ)物流出入庫(kù)子系統(tǒng)和在庫(kù)養(yǎng)護(hù)信息化子系統(tǒng)。應(yīng)用層主要為復(fù)烤廠、卷煙廠、集團(tuán)用戶提供手機(jī)、PC 訪問(wèn)等功能，并與集團(tuán)其他應(yīng)用平臺(tái)相集成。

2.1 電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

2.1.1 電子標(biāo)簽條碼編碼

采用RFID 讀寫(xiě)設(shè)備將片煙信息寫(xiě)入RFID 芯片，所有自加工和委托加工的片煙都貼上封裝了RFID 芯片和天線的電子標(biāo)簽，該電子標(biāo)簽顯示和存儲(chǔ)了片煙的物料信息、生產(chǎn)信息、質(zhì)量信息，還有唯一標(biāo)識(shí)每箱片煙的32位編碼。32位編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包含行業(yè)標(biāo)識(shí)符、加工企業(yè)行業(yè)代碼、產(chǎn)地編號(hào)、班次編號(hào)、委托加工企業(yè)行業(yè)代碼、生產(chǎn)日期、流水號(hào)。32 位編碼作為片煙的唯一“身份證號(hào)”，不僅以一維碼形式展示在標(biāo)簽明文上，還同時(shí)存儲(chǔ)在RFID 標(biāo)簽芯片的EPC 區(qū)和USER 區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)片煙信息條碼的光電自動(dòng)識(shí)別。

2.1.2 防碰撞算法設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別系統(tǒng)中讀寫(xiě)器可對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，但當(dāng)有兩個(gè)或以上的電子標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)答一個(gè)閱讀器時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的干擾，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致信息不能準(zhǔn)確讀出，因此需設(shè)計(jì)合適的防碰撞算法。本文在基礎(chǔ)ALOHA 算法上，采用了改進(jìn)的ALOHA 算法，有效地提高了算法的效率。

ALOHA 算法采用電子標(biāo)簽控制方式，標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器范圍將自動(dòng)與閱讀器開(kāi)始通信，如果多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送信息，將會(huì)導(dǎo)致信息產(chǎn)生碰撞。閱讀器檢測(cè)到碰撞將會(huì)讓電子標(biāo)簽隨機(jī)等待一段時(shí)間重新發(fā)送數(shù)據(jù)。研究表明［12～13］，采用ALOHA 算法系統(tǒng)的最大吞吐率為18.4%，超過(guò)80%的數(shù)據(jù)通路沒(méi)有使用，由此可見(jiàn)ALOHA 算法實(shí)現(xiàn)防碰撞的效率較低。

圖2 32位編碼規(guī)則表

為提高吞吐率，可將閱讀器檢測(cè)信號(hào)時(shí)間劃分成N 個(gè)連續(xù)的離散時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度大于標(biāo)簽的響應(yīng)時(shí)間，標(biāo)簽只能在每個(gè)時(shí)隙的分界處才能發(fā)送數(shù)據(jù)，由此任何一個(gè)時(shí)隙會(huì)出現(xiàn)下列三種情況：只有一個(gè)標(biāo)簽可以被成功識(shí)別、無(wú)標(biāo)簽響應(yīng)、完全碰撞［14］。若有i 個(gè)標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽選定時(shí)隙的概率為1 N ，那么一個(gè)時(shí)隙內(nèi)具有r 個(gè)標(biāo)簽的概率服從下列二項(xiàng)式分布：

由此該時(shí)隙為成功時(shí)隙、空時(shí)隙、碰撞時(shí)隙的概率分別為

對(duì)式（6）求導(dǎo)可得最佳數(shù)據(jù)幀數(shù)為

沒(méi)有了基本ALOHA 算法中的部分碰撞，原算法中產(chǎn)生沖突的時(shí)間減少了一半。當(dāng)i足夠大時(shí)可得N ≈i+1，系統(tǒng)最大吞吐率為36.8%，該方法較基本ALOHA算法效率提高了一倍。

2.2 倉(cāng)儲(chǔ)物流出入庫(kù)管理

以往出入庫(kù)管理主要依靠ERP 系統(tǒng)調(diào)度記賬和人工檢查出入庫(kù)，信息相對(duì)滯后，不能及時(shí)掌握原料出入庫(kù)進(jìn)度和原料庫(kù)存信息。而借助RFID技術(shù)，無(wú)須精確定位就可大批量地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳遞、核對(duì)、更新，避免人工操作中的錯(cuò)掃、漏掃和重掃等差錯(cuò)。基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)過(guò)程如圖3所示。

圖3 倉(cāng)儲(chǔ)出入庫(kù)執(zhí)行過(guò)程

出入庫(kù)掃碼過(guò)程中，掃碼客戶端根據(jù)單據(jù)信息對(duì)每一箱片煙掃碼信息進(jìn)行校驗(yàn)，確保每一箱片煙出入庫(kù)100%準(zhǔn)確。為進(jìn)一步提高掃碼效率，入庫(kù)掃碼時(shí)采用庫(kù)存掃碼結(jié)合手持PDA 掃碼方式。此外，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好且掃碼區(qū)域較寬的倉(cāng)庫(kù)，本設(shè)計(jì)提出了使用移動(dòng)龍門(mén)掃碼方式，如圖4 所示，與傳統(tǒng)固定龍門(mén)掃碼方式相比，該方法無(wú)需人工操作，一個(gè)庫(kù)區(qū)只需配置一個(gè)。移動(dòng)龍門(mén)的使用實(shí)現(xiàn)了出入庫(kù)自動(dòng)掃碼的同時(shí)大大減少了成本投入。

圖4 出入庫(kù)移動(dòng)龍門(mén)掃碼

2.3 在庫(kù)養(yǎng)護(hù)信息化管理

復(fù)烤生產(chǎn)出的片煙需在倉(cāng)庫(kù)經(jīng)過(guò)2～3 年醇化，使其品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)，再進(jìn)行投料生產(chǎn)卷煙成品。在倉(cāng)庫(kù)醇化過(guò)程中，在庫(kù)養(yǎng)護(hù)對(duì)片煙質(zhì)量提升至關(guān)重要。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)，沒(méi)有信息系統(tǒng)及時(shí)記錄養(yǎng)護(hù)過(guò)程，不能為養(yǎng)護(hù)優(yōu)化和片煙質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐。本研究借助片煙RFID標(biāo)簽詳細(xì)記錄了片煙醇化過(guò)程中養(yǎng)護(hù)記錄，為片煙存儲(chǔ)和質(zhì)量分析提供了數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)片煙數(shù)字化和信息化養(yǎng)護(hù)。

在庫(kù)養(yǎng)護(hù)信息化管理包括殺蟲(chóng)管理、溫濕度監(jiān)控、質(zhì)量管理、報(bào)廢等業(yè)務(wù)，通過(guò)RFID 標(biāo)簽實(shí)時(shí)監(jiān)控片煙所在位置，結(jié)合系統(tǒng)中記錄的蟲(chóng)情和殺蟲(chóng)、溫濕度等信息，將每一箱片煙在庫(kù)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的信息記錄和關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)片煙在庫(kù)管理的信息化和可追溯性。

2.3.1 蟲(chóng)情和殺蟲(chóng)記錄

每棟倉(cāng)庫(kù)的每層都設(shè)置多個(gè)蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)蟲(chóng)情大于一定值時(shí)需進(jìn)行殺蟲(chóng)并在系統(tǒng)中記錄。結(jié)合RFID標(biāo)簽，可以精準(zhǔn)記錄片煙存儲(chǔ)位置，追溯及掌握每箱片煙醇化過(guò)程中經(jīng)歷的蟲(chóng)情和殺蟲(chóng)過(guò)程，進(jìn)而支持片煙質(zhì)量分析。

2.3.2 溫濕度監(jiān)控記錄

在倉(cāng)庫(kù)安裝環(huán)境溫濕度監(jiān)控器和包芯溫濕度監(jiān)控器，利用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器和庫(kù)存無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接將溫濕度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送到片煙物流跟蹤系統(tǒng)服務(wù)器［15］。通過(guò)RFID標(biāo)簽信息可以追溯片煙具體時(shí)間段的倉(cāng)儲(chǔ)信息，結(jié)合溫濕度數(shù)據(jù)掌握每箱片煙醇化過(guò)程中溫濕度變化情況，為溫濕度變化對(duì)片煙質(zhì)量影響分析提供數(shù)據(jù)分析。

2.3.3 片煙倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量記錄

對(duì)于醇化過(guò)程中的片煙，質(zhì)檢部門(mén)需不定期對(duì)水分、理化指標(biāo)、品吸質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢查，抽檢采用PDA掃碼記錄，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在系統(tǒng)中。通過(guò)掃碼記錄存儲(chǔ)在抽樣片煙的RFID 電子標(biāo)簽中32位編碼，可在系統(tǒng)中查詢到樣品片煙的生產(chǎn)信息、物流信息等信息，為片煙質(zhì)量分析和追溯提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3.4 質(zhì)量問(wèn)題報(bào)廢記錄

由于醇化自然環(huán)境、倉(cāng)庫(kù)環(huán)境等因素影響，少部分片煙會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。倉(cāng)庫(kù)管理員需定期抽檢片煙質(zhì)量，使用PDA 對(duì)存在質(zhì)量問(wèn)題的片煙RFID 標(biāo)簽掃碼記錄，質(zhì)量問(wèn)題比較嚴(yán)重的片煙使用PDA 掃碼報(bào)廢，并將掃碼信息上傳到系統(tǒng)中。通過(guò)片煙RFID 電子標(biāo)簽掃碼記錄生產(chǎn)信息、物流信息、存儲(chǔ)環(huán)境，分析出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的因素進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步減少存在質(zhì)量問(wèn)題片煙。

3 結(jié)語(yǔ)

基于RFID技術(shù)的片煙倉(cāng)儲(chǔ)物流跟蹤系統(tǒng)將條碼識(shí)別、RFID 電子標(biāo)簽、傳感器與片煙物流信息進(jìn)行融合，通過(guò)統(tǒng)一的出入庫(kù)和在庫(kù)養(yǎng)護(hù)過(guò)程掃碼機(jī)制的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了片煙全倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)流程規(guī)范化和電子化，提高了出入庫(kù)作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了片煙物流業(yè)務(wù)管理、物流作業(yè)執(zhí)行的痕跡化、可視化管理，有效解決了片煙物流管控手段不足，過(guò)程業(yè)務(wù)難以追蹤的難題。

基于RFID技術(shù)打破了傳統(tǒng)基于物料管理的模式，將片煙的管理提升到具體的每一箱的管理，實(shí)現(xiàn)了每一箱片煙出入庫(kù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，掌握每一箱片煙的醇化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理的數(shù)字化、智能化，為決策和計(jì)劃管理提供支持，同時(shí)使片煙管理進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。