基于RFID技術(shù)的海軍航材智能倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫偉奇，劉臣宇，李麗，周偉

（海軍航空大學(xué)，青島 266618）

引言

海軍航空兵部隊(duì)庫存航材品種繁多且數(shù)量巨大、價(jià)格昂貴，在倉庫儲存中需要依據(jù)《海軍航材目錄》，區(qū)分類別、型別、組別和質(zhì)量等級進(jìn)行分類分級管理，各級航材管理部門日常清查或清點(diǎn)航材的實(shí)時(shí)狀況，跟蹤航材的流向，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力物力。部隊(duì)現(xiàn)行的航材管理方式以二維條碼標(biāo)簽為基礎(chǔ)，采用手持式二維條碼掃描槍的半自動(dòng)化管理方式來記錄、追蹤管理，效率不高，人工清點(diǎn)時(shí)也容易遺漏或重復(fù)，實(shí)物難以與賬面相符，常常造成數(shù)據(jù)不及時(shí)，出錯(cuò)率偏高等問題，增加了航材管理的難度。特別是隨著新型航材種類數(shù)量的大量增加，新形勢下航材倉庫管理人員的大幅削減，矛盾愈發(fā)突出。

1 設(shè)計(jì)思路

RFID（Radio Frequency Identification）即無線射頻識別技術(shù)，是非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)（AUTOID）的一種。與基于光電原理的傳統(tǒng)條形碼不同，RFID標(biāo)簽基于無線頻率通信進(jìn)行自動(dòng)識別、追蹤和管理，無需人工操作[1]。根據(jù)RFID的技術(shù)特性和在倉儲物流方面應(yīng)用的成熟度，海軍航材智能倉儲實(shí)現(xiàn)模式建議采用超高頻（UHF）方案，即915 MHz為中心頻點(diǎn)的無源電子標(biāo)簽方案。

我們基于RFID技術(shù)對現(xiàn)有航材倉儲管理系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化和升級，利用RFID電子標(biāo)簽和智能貨架，對庫存航材進(jìn)行全壽命周期狀態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)航材自動(dòng)出入庫、在線庫存盤點(diǎn)、輔助核對賬物、航材流向追蹤、快速生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，為航材管理部門建立一套先進(jìn)的、規(guī)范的、優(yōu)化的管理機(jī)制，從而改進(jìn)現(xiàn)有庫存航材管理方式，提高航材管理水平，做到實(shí)時(shí)掌握庫存航材狀況，動(dòng)態(tài)更新航材消耗規(guī)律，及時(shí)預(yù)測航材消耗趨勢，初步實(shí)現(xiàn)了庫存航材管理的自動(dòng)化、智能化和科學(xué)化，有效提高了管理效率和服務(wù)形象。

2 實(shí)現(xiàn)過程

2.1 RFID智能貨架設(shè)計(jì)

RFID智能貨架采用模塊化設(shè)計(jì)，外形整潔美觀，貨架上安裝RFID讀寫設(shè)備、矩形射頻天線和LED貨位聲光標(biāo)簽，可以在部隊(duì)在用的貨架基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造或者根據(jù)實(shí)際需要定制生產(chǎn)[2]，考慮到系統(tǒng)貨位數(shù)量較多和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)使用多通道RFID讀寫器。由于部隊(duì)現(xiàn)有貨架多為全金屬結(jié)構(gòu)，存在天線發(fā)射的無線電波的發(fā)射干擾和串?dāng)_問題，同一個(gè)RFID標(biāo)簽可能被多個(gè)天線讀取，造成貨位信息確認(rèn)困難，因此需要選擇合適的極化方式和功率調(diào)整方式的天線。RFID智能貨架天線布設(shè)示意圖如圖1所示。

RFID智能貨架配備的矩形射頻天線采用水平方式部署，水平布設(shè)于每一個(gè)貨位的底板上（也可布設(shè)于貨位頂板上），用于感知本貨位存儲航材的RFID標(biāo)簽。智能貨架帶有LED貨位聲光標(biāo)簽，如果檢測到查詢的航材在貨位上面，就會立刻點(diǎn)亮指示燈，同時(shí)發(fā)出提示音。

根據(jù)航材體積形狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，典型航材貨架一般設(shè)4層，層高為50 cm；每層設(shè)3個(gè)貨位，每個(gè)貨位長60 cm、寬50 cm。按照每個(gè)貨位水平布設(shè)1個(gè)矩形射頻天線，1個(gè)RFID智能貨架需布設(shè)12個(gè)矩形射頻天線。此外，每個(gè)RFID智能貨架還需布設(shè)1臺RFID讀寫設(shè)備（讀卡基站）、2臺多路器，RFID讀寫設(shè)備通過2臺多路器與12個(gè)矩形射頻天線相連通。

2.2 基于RFID技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于RFID技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)采用單品無源RFID標(biāo)簽加貨架天線的方式實(shí)現(xiàn)。貨架上的航材按RFID標(biāo)簽部署規(guī)則粘貼或栓掛電子標(biāo)簽，由貨位上的矩形射頻天線掃描航材上的RFID標(biāo)簽，每一組貨架上的多個(gè)矩形射頻天線通過多路器并聯(lián)到一臺作為讀卡基站的讀寫器上，多個(gè)讀卡基站再連接到傳輸接口模塊，由傳輸接口模塊接入局域網(wǎng)交換機(jī)從而并入庫區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

圖1 RFID智能貨架天線布設(shè)示意圖

圖2 基于RFID技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2）航材RFID標(biāo)簽部署方式

由于航材規(guī)格型號繁多，組成成分、體積形狀千差萬別，金屬特性個(gè)體差異也很大，很難制定出標(biāo)準(zhǔn)化的RFID標(biāo)簽粘貼規(guī)則，同時(shí)也對RFID標(biāo)簽的選型提出了更高的要求。因此在對庫存航材部署RFID標(biāo)簽時(shí)，應(yīng)區(qū)分航材的不同包裝特點(diǎn)進(jìn)行分類部署。

①小包裝箱航材：小包裝航材通常是需要利用小包裝箱進(jìn)行封裝的體積較小的航材，包裝箱內(nèi)可能包含一件或多件航材，例如各種電氣儀表、電子元器件等。這類航材通常要先進(jìn)行油封包裝，可以選擇將電子標(biāo)簽粘貼在航材外包裝箱上，在入庫和出庫時(shí)使用RFID讀寫器對航材信息進(jìn)行讀寫。

②大包裝箱航材：大包裝箱航材箱內(nèi)可能包括一件或多件航材，這類航材通常體積較大，需要利用大包裝箱進(jìn)行封裝，通常這類航材對儲存環(huán)境要求較高，運(yùn)輸過程中對運(yùn)輸條件要求也比較高，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳等大件航材。這類航材通常一個(gè)包裝箱配備一個(gè)電子標(biāo)簽，部署方法是在航材外包裝箱上粘貼抗金屬電子標(biāo)簽，在入庫和出庫時(shí)使用RFID讀寫器進(jìn)行登統(tǒng)計(jì)。

③金屬無包裝航材：金屬無包裝航材較為特殊，儲存時(shí)無需進(jìn)行油封包裝，為了方便運(yùn)輸通常只需要做好一定保護(hù)措施，例如輪轂等航材。由于金屬對電子標(biāo)簽識別有一定干擾，這類航材通常采用抗金屬干擾類型的電子標(biāo)簽，部署時(shí)多采用懸掛式，懸掛在金屬航材上，利用RFID讀寫器對電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描。

④非金屬無包裝航材：這類航材對電子標(biāo)簽要求不高，但也需要采用懸掛式電子標(biāo)簽或其他粘貼方式，使用RFID讀寫器對標(biāo)簽進(jìn)行掃描讀取。

上述四類航材是具有一定體積的，能夠?qū)?biāo)簽直接粘貼或懸掛在航材上或外包裝上，但對于螺釘螺母等體積較小的消耗件，則需要進(jìn)行多件批量打包，在外包裝上粘貼電子標(biāo)簽再進(jìn)行RFID技術(shù)管理，方便出入庫和庫存盤點(diǎn)。對于各種電子標(biāo)簽粘貼方式要考慮航材和電子標(biāo)簽之間的相互影響，對RFID電子標(biāo)簽材質(zhì)、大小、安裝位置以及粘膠類型等多方面進(jìn)行綜合考慮后，再進(jìn)行選用。

此外，在航材入庫前，如有需要，還可以在航材周轉(zhuǎn)的托盤上粘貼電子標(biāo)簽，將電子標(biāo)簽粘貼在托盤兩側(cè)并使托盤上的電子標(biāo)簽信息與航材電子標(biāo)簽信息保持一致。

2.3 基于RFID技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

基于RFID技術(shù)的海軍航材智能倉儲系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)航材出入庫智能控制、航材貨位及數(shù)量統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)化、航材信息查詢的自動(dòng)化，從而便于管理人員快速進(jìn)行收發(fā)作業(yè)、登統(tǒng)計(jì)和信息查詢等業(yè)務(wù)工作，以達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效的管理目標(biāo)。

1）實(shí)現(xiàn)航材的唯一標(biāo)識。利用RFID讀寫設(shè)備在RFID標(biāo)簽中寫入航材的名稱、規(guī)格型號、數(shù)量、存放位置等具體信息，根據(jù)RFID標(biāo)簽的唯一性，將標(biāo)簽與航材進(jìn)行一對一綁定部署，實(shí)現(xiàn)航材的唯一標(biāo)識。

2）實(shí)現(xiàn)航材的自動(dòng)定位。根據(jù)要查詢的航材名稱、規(guī)格型號等信息，“在線掃描”RFID智能貨架上的庫存航材。發(fā)現(xiàn)該航材后，智能貨架將自動(dòng)開啟指示燈和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，提示該航材所在的貨位[3]。

3）實(shí)現(xiàn)航材的自動(dòng)盤點(diǎn)。進(jìn)行盤點(diǎn)時(shí)，RFID智能貨架依次讀取各貨位上電子標(biāo)簽信息進(jìn)行在線清點(diǎn)，并將讀取到的信息通過通信接口及時(shí)回傳給服務(wù)器，服務(wù)器利用系統(tǒng)軟件對收集的航材信息進(jìn)行在線處理，從而實(shí)現(xiàn)對庫存航材的實(shí)時(shí)清點(diǎn)。當(dāng)在線盤點(diǎn)的數(shù)據(jù)和服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)不一致時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警提示。

4）實(shí)現(xiàn)航材的入庫管理。航材入庫時(shí)，管理人員根據(jù)發(fā)貨單/裝箱單制作入庫憑證，系統(tǒng)根據(jù)入庫憑證信息自動(dòng)分配貨位，管理人員通過RFID讀寫設(shè)備讀取航材的RFID標(biāo)簽，錄入該航材的基礎(chǔ)信息，并將其放置到指定貨位，同時(shí)與貨位上的電子標(biāo)簽信息進(jìn)行核對確認(rèn)。

5）實(shí)現(xiàn)航材的出庫管理。航材出庫時(shí)，管理人員根據(jù)領(lǐng)用單/調(diào)撥單制作出庫憑證，系統(tǒng)根據(jù)出庫憑證信息確定應(yīng)選航材及存放的貨位，RFID智能貨架實(shí)時(shí)檢測定位到應(yīng)選航材，并及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警提示。

6）實(shí)現(xiàn)航材的安全管理。在庫房出入口設(shè)置智能門禁，實(shí)時(shí)收集出入庫航材的RFID標(biāo)簽信息并進(jìn)行登統(tǒng)計(jì)。對未經(jīng)授權(quán)出入庫航材，系統(tǒng)將馬上啟動(dòng)安防系統(tǒng)報(bào)警，從而保證庫存航材的安全[4]。

3 結(jié)束語

本文以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行了海軍航材智能倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將RFID智能貨架引入到海軍航材倉儲，并對海軍航材智能倉儲的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該系統(tǒng)理論上能夠達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃中的各項(xiàng)目標(biāo)，系統(tǒng)的性能能夠滿足實(shí)用需求。但是從整體上看，基于RFID技術(shù)的海軍航材智能倉儲系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)還存在以下不足：系統(tǒng)的整體成本較高，系統(tǒng)中使用的RFID電子標(biāo)簽與其讀寫設(shè)備比條碼及其設(shè)備的成本高；其次RFID電子標(biāo)簽還沒有可靠的讀寫保護(hù)功能，在使用的過程中存在儲存信息被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。