基于云IOT和創(chuàng)新RFID的智慧倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)計(jì)

徐培玲，李志剛

(1.山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院,山西 太原 030024; 2.華遠(yuǎn)國(guó)際陸港集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021)

0 引言

倉(cāng)儲(chǔ)是物流活動(dòng)中重要的環(huán)節(jié)之一，是物流管理的核心。如何準(zhǔn)確、高效、全面地掌控物料在倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中的全程信息，保證物料的安全、高效存儲(chǔ)，對(duì)當(dāng)前倉(cāng)儲(chǔ)管理起著至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理中的出入庫(kù)管理、分揀、盤(pán)點(diǎn)和貨物跟蹤定位存在以下需解決的問(wèn)題：一是出入庫(kù)，傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)采用人工持掃描槍掃描貨物面單的模式，在貨車(chē)停靠倉(cāng)庫(kù)門(mén)時(shí)，依次進(jìn)行人工掃描、人工核對(duì)、叉車(chē)分批入庫(kù)，存在人力投入大、效率低、容易遺漏等問(wèn)題。二是分揀，傳統(tǒng)分揀需人工將貨物或者包裹擺正，將面單正面對(duì)準(zhǔn)掃描機(jī)器，而當(dāng)面單污濁或者破損的情況下，需要人工單獨(dú)拆件核對(duì)分揀，人力投入大、效率低。三是盤(pán)點(diǎn)，傳統(tǒng)面單掃描或者RFID掃描槍盤(pán)點(diǎn)方式，需要人工手持RFID掃描槍?zhuān)嚯x對(duì)準(zhǔn)貨物進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，存在耗時(shí)長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，且在倉(cāng)庫(kù)貨架很高或分布排列偏僻的情況下，管理員進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)操作會(huì)很困難。四是貨物跟蹤定位，傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)缺少實(shí)時(shí)的定位方案，處理方式是進(jìn)庫(kù)時(shí)提前分配好庫(kù)位，錄入系統(tǒng)管理，如果要跟蹤該貨物所屬庫(kù)位需人工確認(rèn)，若有異常很難重新定位，需要依賴(lài)盤(pán)點(diǎn)排查，效率很低。五是傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理中心在本地部署，設(shè)備運(yùn)維困難，存儲(chǔ)、聯(lián)接、分析能力、運(yùn)維能力較弱，設(shè)備數(shù)據(jù)的延伸價(jià)值很難集中挖掘，存在本地劣勢(shì)。為解決以上問(wèn)題，本文提出基于云IOT服務(wù)和收發(fā)分離式的創(chuàng)新RFID智慧倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)計(jì)方法，采用云IOT數(shù)據(jù)處理、收發(fā)分離式RFID、連續(xù)組網(wǎng)、貨物自動(dòng)感應(yīng)識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)判定、自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)、精確分揀、實(shí)時(shí)跟蹤定位等功能，提高物流作業(yè)效率，降低管理成本。

1 設(shè)計(jì)原理

創(chuàng)新RFID比傳統(tǒng)RFID在提升倉(cāng)儲(chǔ)智慧化方面具有以下優(yōu)點(diǎn)。

表1 傳統(tǒng)RFID與創(chuàng)新RFID技術(shù)比較

面對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)多數(shù)采用收發(fā)一體式的手持式RFID讀寫(xiě)器，該設(shè)計(jì)采用一種收發(fā)分離式RFID技術(shù)創(chuàng)新智慧倉(cāng)儲(chǔ)解決方案，具體步驟：無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器負(fù)責(zé)激勵(lì)人、設(shè)備、貨物等RFID標(biāo)簽，接收器負(fù)責(zé)統(tǒng)一采集倉(cāng)內(nèi)RFID標(biāo)簽激勵(lì)后產(chǎn)生的信號(hào)，并通過(guò)串口連接工控機(jī)，工控機(jī)上使用配套程序并集成IOT Device SDK，將RFID信號(hào)由16進(jìn)制報(bào)文轉(zhuǎn)換為json后連接IOT平臺(tái)設(shè)備接入服務(wù)，并上報(bào)數(shù)據(jù)，在云IOT平臺(tái)實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、分揀、實(shí)時(shí)跟蹤定位等數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和分析。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)RFID數(shù)據(jù)收發(fā)分離，有效避免空間干擾，收發(fā)解耦，真正實(shí)現(xiàn)RFID連續(xù)組網(wǎng)。設(shè)計(jì)原理如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)原理

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 出入庫(kù)方向判斷

無(wú)線(xiàn)射頻是發(fā)散性的，無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器的激勵(lì)信號(hào)可以抽象為扇形，在激勵(lì)信號(hào)覆蓋的扇形空間內(nèi)，RFID標(biāo)簽都可能被激勵(lì)并識(shí)別[1]。在出入庫(kù)場(chǎng)景下，由于從任何一個(gè)方向進(jìn)入扇形覆蓋范圍內(nèi)的RFID標(biāo)簽都會(huì)被識(shí)別，只能判定貨物在庫(kù)門(mén)周?chē)蛔R(shí)別過(guò)，無(wú)法進(jìn)一步判定貨物是進(jìn)入或離開(kāi)庫(kù)門(mén)，不能產(chǎn)生“方向”感。由此可見(jiàn)，無(wú)線(xiàn)射頻能解決RFID標(biāo)簽的激勵(lì)和信號(hào)識(shí)別，無(wú)法完成貨物的進(jìn)出方向判斷。

根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線(xiàn)的理論，通過(guò)在庫(kù)門(mén)內(nèi)外分別部署一個(gè)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器來(lái)解決貨物識(shí)別、方向判斷的問(wèn)題。具體方法是：若一個(gè)貼有RFID標(biāo)簽的貨物先被庫(kù)門(mén)外側(cè)的無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器激勵(lì)識(shí)別，再被內(nèi)側(cè)的無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器激勵(lì)識(shí)別，判定為該貨物在這一短時(shí)間內(nèi)是進(jìn)行了入庫(kù)操作；反之則判定為出庫(kù)操作。

2.2 數(shù)據(jù)清洗與分析

由于創(chuàng)新RFID技術(shù)快速、自動(dòng)感應(yīng)識(shí)別、收發(fā)分離、連續(xù)覆蓋、連續(xù)組網(wǎng)等特點(diǎn)，應(yīng)用于物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)將極大地提高貨物信息的采集速度和物流作業(yè)效率。為保障人、設(shè)備、貨物的RFID標(biāo)簽不被遺漏，提高覆蓋率和準(zhǔn)確率，會(huì)適度加大射頻強(qiáng)度和覆蓋范圍，造成RFID標(biāo)簽在出入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、分揀、跟蹤定位物流作業(yè)時(shí)會(huì)被多次重復(fù)激勵(lì)識(shí)別，導(dǎo)致接收器采集到的原始數(shù)據(jù)存在大量冗余，給服務(wù)器處理數(shù)據(jù)帶來(lái)巨大壓力，同時(shí)也限制了RFID技術(shù)的推廣與普及[2]。

貨物完整的出入庫(kù)，是由多條RFID掃描事件分析出來(lái)的，需要由內(nèi)側(cè)的無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器激勵(lì)識(shí)別，后被外側(cè)的無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器激勵(lì)識(shí)別，產(chǎn)生穩(wěn)定的狀態(tài)變換才能判定出入庫(kù)狀態(tài)。實(shí)際情況會(huì)更復(fù)雜：一是內(nèi)側(cè)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器和外側(cè)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別器會(huì)有交叉覆蓋范圍，其狀態(tài)變換并不是線(xiàn)性的，需要較復(fù)雜的分析算法實(shí)現(xiàn)出入狀態(tài)變換；二是當(dāng)并行有多個(gè)庫(kù)門(mén)時(shí)，門(mén)與門(mén)之間會(huì)出現(xiàn)相互干擾掃描的情況，同一個(gè)貨物標(biāo)簽會(huì)被兩個(gè)以上的門(mén)同時(shí)掃到，容易判斷出多門(mén)進(jìn)出的異常事件數(shù)據(jù)，也需要復(fù)雜的算法才能判定。

可利用資產(chǎn)建模模塊，完成設(shè)備數(shù)據(jù)的清洗和轉(zhuǎn)換；利用實(shí)時(shí)流分析作業(yè)完成RFID數(shù)據(jù)的過(guò)濾、去噪、狀態(tài)推理，實(shí)現(xiàn)出入分析，產(chǎn)生事件數(shù)據(jù)。且實(shí)時(shí)流分析作業(yè)能支持各種輸出組件的對(duì)接，如DIS數(shù)據(jù)接入服務(wù)(kafka)、如SMN消息推送服務(wù)(可推送短信、郵件)等。

除此之外，數(shù)據(jù)分析服務(wù)能提供諸如實(shí)時(shí)分析、離線(xiàn)分析的能力，幫助用戶(hù)完成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)分析工作，如倉(cāng)庫(kù)庫(kù)門(mén)每日出入貨物總數(shù)等報(bào)表。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在云IOT加收發(fā)分離式RFID技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，從設(shè)備接入、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析到應(yīng)用構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)智能倉(cāng)儲(chǔ)，降本增效提質(zhì)，為我國(guó)各行各業(yè)物流倉(cāng)儲(chǔ)提供可借鑒的解決方案。