RFID技術(shù)在卷煙廠信息化物流系統(tǒng)的應(yīng)用

陳亮池 馮鋒

摘 要：隨著各卷煙廠綜合信息化物流系統(tǒng)建設(shè)與自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用推廣，RFID技術(shù)逐漸成了其物流系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)流程的信息樞紐。文章結(jié)合RFID技術(shù)的特點(diǎn)與卷煙廠對(duì)RFID技術(shù)的應(yīng)用需要，論述了RFID技術(shù)在卷煙廠信息化物流管理當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用及其與控制系統(tǒng)的信息交互過程。

關(guān)鍵詞：卷煙廠;RFID;信息化物流;物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

隨著信息化時(shí)代的高速發(fā)展，信息化管理系統(tǒng)已逐步成為煙草系統(tǒng)生產(chǎn)營(yíng)銷管理的重要支柱，特別是煙草行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策管理系統(tǒng)，即國(guó)家局“一號(hào)工程”系統(tǒng)的全面應(yīng)用，以國(guó)家局為圓心，橫貫工商業(yè)兩條縱向主線，從國(guó)家局延伸至省局（中煙公司）、市局（卷煙廠）、商業(yè)倉(cāng)庫(kù)（工業(yè)車間），在全行業(yè)架設(shè)了“一點(diǎn)、兩縱、四層”的軟硬件一體化系統(tǒng)部署。在煙草現(xiàn)代化物流體系建設(shè)上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用成了煙草行業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)與物流業(yè)走向現(xiàn)代化的“高速公路”。2010年，國(guó)家煙草專賣局正式提出了“全面覆蓋、全面感知、全面控制、全面提升”的“四個(gè)全面”行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)綱要[1]，截至目前全行業(yè)已有超過80萬個(gè)托盤安裝了RFID電子標(biāo)簽，基本實(shí)現(xiàn)了工商系統(tǒng)一體化的信息互聯(lián)與數(shù)據(jù)共享。

目前，對(duì)于煙草物流信息化的研究主要集中在商業(yè)系統(tǒng)的外部配送與運(yùn)輸環(huán)節(jié)，對(duì)工業(yè)系統(tǒng)原輔料倉(cāng)儲(chǔ)管理與運(yùn)輸?shù)难芯枯^少。近年來，隨著各卷煙廠集中開展技術(shù)改造，各卷煙制造企業(yè)在行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的總體思路下逐步應(yīng)用了綜合自動(dòng)化物流系統(tǒng)，引入了自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)。RFID技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)了煙用原輔料與卷煙成品的全自動(dòng)出入庫(kù)作業(yè)流程，有效提高了工業(yè)生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。

1 ? RFID技術(shù)介紹

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是一種無須實(shí)體直接接觸即可建立聯(lián)系與傳遞信息的非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其主要利用射頻信號(hào)的空間耦合傳輸特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的識(shí)別并獲取信息，這一技術(shù)具有識(shí)讀速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、可讀寫性好、適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，因其泛用性強(qiáng)與成本較低，在物流與供應(yīng)鏈領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)僅有兩個(gè)器件：電子標(biāo)簽與閱讀器。電子標(biāo)簽由耦合原件與芯片組成，每一個(gè)標(biāo)簽都擁有唯一的標(biāo)識(shí)編碼，用以識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，而閱讀器則是標(biāo)簽的讀取與寫入的設(shè)備。

RFID系統(tǒng)的工作原理十分簡(jiǎn)單，標(biāo)簽通過自身帶有的電池以廣播的方式不間斷地向周圍發(fā)送帶有能量的信號(hào)，閱讀器在接收到信號(hào)后進(jìn)行解碼，再將其傳送到后臺(tái)主機(jī)進(jìn)行分析與處理。

RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在感知識(shí)別層面的關(guān)鍵應(yīng)用，使得整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的每個(gè)物體都能得到快速準(zhǔn)確的唯一識(shí)別，并且能夠攜帶規(guī)范且具有互用性的信息，為“物-物相聯(lián)”提供了根本保障[2]。

2 RFID技術(shù)在卷煙廠的應(yīng)用分析

RFID技術(shù)在卷煙制造企業(yè)的應(yīng)用最早可追溯到2004年，浙江中煙首次將這一技術(shù)應(yīng)用在成品煙的物流當(dāng)中，以轉(zhuǎn)運(yùn)托盤為單位，將RFID標(biāo)簽安裝在托盤底側(cè)，將30件卷煙的條碼信息記錄在標(biāo)簽內(nèi)[3]。這一技術(shù)的應(yīng)用使得關(guān)鍵件煙的信息采集更加快捷方便，解決了件煙與托盤之間關(guān)聯(lián)的疑難問題，極大地提升了成品卷煙的出庫(kù)物流效率。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在全行業(yè)的迅速推廣應(yīng)用，特別是自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)的普及應(yīng)用，與RFID技術(shù)的巧妙結(jié)合，節(jié)省了大量機(jī)械勞動(dòng)，達(dá)成了卷煙原料、輔料及成品的全過程追蹤與可視化管理，簡(jiǎn)化了操作流程，提高了作業(yè)效率，降低了人工成本。

2.1? 企業(yè)需求分析

卷煙廠信息化物流系統(tǒng)主要依托于自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)的普及應(yīng)用，此類高架物流庫(kù)貨架高度超過7米，是一種通過自動(dòng)機(jī)械控制的信息化物流倉(cāng)庫(kù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過控制指令自動(dòng)完成貨物的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)存貨物的可視化管理，極大地減少重復(fù)性人工作業(yè)，在物資接收、包裝、計(jì)量、分類等方面較于普通倉(cāng)庫(kù)具有極大優(yōu)勢(shì)。

高架物流庫(kù)的核心在于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，由服務(wù)器、交換機(jī)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、管理口控制系統(tǒng)、堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、換軌車控制系統(tǒng)等組成[4]，高架庫(kù)內(nèi)所有存取設(shè)備和輸送設(shè)備都需配置相應(yīng)的控制裝置，其決定了整個(gè)高架物流庫(kù)的運(yùn)行質(zhì)量與運(yùn)行效率，圖1展示了高架物流庫(kù)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

RFID技術(shù)在卷煙廠高架物流庫(kù)控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要在于其較長(zhǎng)的使用壽命與較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，且其體積較小，靈敏度較高，支持多次擦除和重復(fù)寫入，主要應(yīng)用在電氣設(shè)備自動(dòng)化和物料管理之中。RFID標(biāo)簽信息存儲(chǔ)量很大，可以存儲(chǔ)包括牌號(hào)、箱號(hào)、批次、重量及裝箱時(shí)間等重要信息，在脫離數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)下仍可隨時(shí)對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行讀取與校對(duì)，即便發(fā)生數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)崩潰時(shí)仍能保證信息完整[5]。由于各類濾棒外觀十分相似，肉眼極難分辨，將RFID標(biāo)簽安裝在濾棒盤側(cè)邊，控制系統(tǒng)可以有效避免因員工操作不當(dāng)或信息傳遞錯(cuò)誤引起的煙箱送錯(cuò)進(jìn)而導(dǎo)致煙絲混牌、錯(cuò)牌等工藝質(zhì)量事故。

高架物流庫(kù)控制系統(tǒng)還需與國(guó)家局“一號(hào)工程”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通，在成品整托盤出庫(kù)設(shè)計(jì)中安裝RFID設(shè)備，讀取托盤碼時(shí)能顯示整個(gè)托盤所有件煙一號(hào)工程碼信息，并在入庫(kù)掃碼設(shè)計(jì)中安裝一號(hào)工程碼校驗(yàn)功能?？刂葡到y(tǒng)同時(shí)向廠級(jí)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，接受MES系統(tǒng)指令同時(shí)上傳相應(yīng)數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)要料終端與卷包數(shù)采系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)終端共用（卷接包機(jī)組、裝封箱機(jī)組、成型機(jī)組均有數(shù)采系統(tǒng)終端），在終端上安裝圖形化控制程序?qū)崿F(xiàn)與卷包數(shù)采系統(tǒng)同界面操作，實(shí)現(xiàn)與卷包數(shù)采系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

2.2? RFID系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的信息交互

倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)（WCS系統(tǒng)）處在設(shè)備執(zhí)行層和信息管理層的中間，是整個(gè)高架物流庫(kù)設(shè)備的控制軟件，圖1展示了WCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其通過TCP/IP通信方式與設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備系統(tǒng)接口的集成，具備設(shè)備調(diào)度、任務(wù)管理、設(shè)備監(jiān)控、運(yùn)行記錄等功能。

（1）設(shè)備調(diào)度 WCS協(xié)調(diào)堆垛機(jī)、輸送機(jī)、穿梭車、AVG小車等物流設(shè)備間的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS系統(tǒng)）下達(dá)的入庫(kù)、出庫(kù)、盤點(diǎn)等任務(wù)。WCS系統(tǒng)與這些設(shè)備系統(tǒng)連接，協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)完成出入庫(kù)任務(wù)。

（2）任務(wù)管理 WCS對(duì)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS系統(tǒng)）下達(dá)的任務(wù)進(jìn)行分解，包括堆垛機(jī)、輸送機(jī)系統(tǒng)、穿梭車、自動(dòng)導(dǎo)引小車任務(wù)。

（3）設(shè)備監(jiān)控 WCS提供對(duì)堆垛機(jī)、輸送機(jī)、穿梭車的監(jiān)控。員工通過監(jiān)控畫面可以隨時(shí)查看對(duì)應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）在RFID讀寫器安裝的站臺(tái)，PLC寫入信息到電子標(biāo)簽時(shí)，通過接口將信息傳輸?shù)絎CS，WCS備份記錄電子標(biāo)簽信息。

當(dāng)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS系統(tǒng)）下達(dá)控制命令時(shí)，閱讀器讀取RFID標(biāo)簽上的關(guān)于物料或托盤的產(chǎn)品信息后傳送至WCS，WCS通過PLC向具體的物流裸機(jī)設(shè)備下達(dá)指令，執(zhí)行設(shè)備接受來自WCS的指令后完成物料輸送過程的控制，將物料或托盤運(yùn)輸至準(zhǔn)確位置，最后再對(duì)RFID信息進(jìn)行確認(rèn)校核。

倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（WMS系統(tǒng)）主要負(fù)責(zé)對(duì)高架庫(kù)內(nèi)庫(kù)存的管理與出入庫(kù)通道及路徑的選擇，其關(guān)注的焦點(diǎn)在倉(cāng)儲(chǔ)執(zhí)行的優(yōu)化和有效管理。WMS系統(tǒng)從廠級(jí)MES、ERP及國(guó)家局“一號(hào)工程”等信息系統(tǒng)獲取操作指令，并向其提供庫(kù)存信息。

當(dāng)上位信息系統(tǒng)下達(dá)出入庫(kù)任務(wù)時(shí)，WMS系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的存儲(chǔ)策略及指派原則向WCS系統(tǒng)下達(dá)控制命令，WCS系統(tǒng)向WMS系統(tǒng)反饋RFID信息，WMS將這些信息分析并匯總，完成對(duì)庫(kù)存、貨位等信息的實(shí)時(shí)更新，圖2展示了WMS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)可視化庫(kù)存管理。

RFID信息成為WMS和WCS交互的重要樞紐，通過RFID信息的采集，WMS系統(tǒng)才能正確地向WCS系統(tǒng)下達(dá)控制命令;通過RFID信息的校驗(yàn)，WCS系統(tǒng)才能準(zhǔn)確執(zhí)行控制任務(wù)。RFID在整個(gè)信息流動(dòng)過程中發(fā)揮了重要作用，是整個(gè)高架物流系統(tǒng)的信息核心。

2.3? 企業(yè)應(yīng)用分析

煙草行業(yè)各卷煙廠通常配置原料高架倉(cāng)庫(kù)、輔料高架倉(cāng)庫(kù)與成品高架倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)流程，輔以少量人工校核作業(yè)流程。轉(zhuǎn)運(yùn)托盤采用四向進(jìn)叉式，使用面為單面，底部結(jié)構(gòu)為川字形，能夠適應(yīng)叉車、輸送機(jī)、堆垛機(jī)和立體貨架的使用要求，并在四向貼條碼，RFID電子標(biāo)簽使用螺絲固定在底部相應(yīng)凹槽內(nèi)。相應(yīng)地在分揀道、封箱機(jī)與出入庫(kù)口安裝RFID閱讀設(shè)備。

原料高架庫(kù)主要負(fù)責(zé)原料煙包的出入庫(kù)管理，對(duì)原料實(shí)施自動(dòng)調(diào)運(yùn)，從原料煙包卸車開始，經(jīng)一層堆垛機(jī)進(jìn)入原料高架庫(kù);生產(chǎn)用煙包則由二層堆垛機(jī)出庫(kù)，經(jīng)輸送系統(tǒng)由垂直提升機(jī)降至一層進(jìn)入自動(dòng)開包機(jī)完成開包工作。當(dāng)發(fā)生煙包霉蟲變等質(zhì)量突發(fā)事件時(shí)，原料高架庫(kù)能夠做到及時(shí)緊急補(bǔ)料、原位補(bǔ)料或就近補(bǔ)料，保證片煙信息準(zhǔn)確。

輔料高架庫(kù)主要負(fù)責(zé)卡紙、玻璃紙、商標(biāo)紙及箱皮、盒皮等煙用輔料的出入庫(kù)管理，煙用輔料經(jīng)過人工配盤通過叉車或者夾包車送入輸送機(jī)，自動(dòng)進(jìn)入高架平衡庫(kù)，輔料托盤均衡存放于高架庫(kù)各巷道中，不會(huì)出現(xiàn)因個(gè)別巷道堆垛機(jī)出現(xiàn)故障而影響正常出入庫(kù)的情況;出庫(kù)時(shí)采用AGV小車輸送至卷接包機(jī)組、裝封箱機(jī)組或?yàn)V棒成型機(jī)組。整個(gè)過程通過RFS系統(tǒng)及RFID電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)輔料全過程的信息采集、統(tǒng)計(jì)與跟蹤。

成品高架庫(kù)主要負(fù)責(zé)成品卷煙的入庫(kù)與出庫(kù)管理，具有與國(guó)家局一號(hào)工程系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的信息管理功能，成品卷煙通過成品件煙分揀線輸送機(jī)完成分揀，經(jīng)由機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)碼垛，并在碼垛完成的托盤上的RFID芯片中寫入一號(hào)工程碼，再由堆垛機(jī)送入成品高架庫(kù)，其入庫(kù)流程如圖3所示;出庫(kù)時(shí)先由堆垛機(jī)將成品托盤輸送至機(jī)器人拆卸站臺(tái)進(jìn)行拆垛，拆垛后的成品卷煙經(jīng)出庫(kù)區(qū)內(nèi)伸縮式鏈板機(jī)裝車出庫(kù)，其出庫(kù)流程如圖4所示。成品托盤均衡存放于高架庫(kù)各巷道中，不會(huì)出現(xiàn)因個(gè)別巷道堆垛機(jī)出現(xiàn)故障而影響正常出入庫(kù)的情況。

3 ? 應(yīng)用效果分析

由于RFID技術(shù)無須精準(zhǔn)定位即可實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳遞、核對(duì)與更新，有效避免了人工操作中可能出現(xiàn)的漏掃、錯(cuò)掃、重掃等操作，RFID技術(shù)與自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)的結(jié)合極大提升了倉(cāng)庫(kù)的存取效率與吞吐量，每個(gè)自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存量可達(dá)到單層倉(cāng)庫(kù)的4～7倍，每小時(shí)可完成500～800次的出入庫(kù)作業(yè)，有效解決了卷煙制造企業(yè)實(shí)物周轉(zhuǎn)的信息管理問題，極大地提升了整個(gè)物流系統(tǒng)的貨物處理能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]金澗.煙草物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用模式與技術(shù)瓶頸[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2011（2）：60-63.

[2]謝磊，殷亞鳳，陳曦，等.RFID數(shù)據(jù)管理：算法、協(xié)議與性能評(píng)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013（3）：457-470.

[3]全鶯歌，王麗.煙草工業(yè)企業(yè)物流技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)解析[J].物流技術(shù)，2013（16）：13-17.

[4]徐超，顧晶，楊杰.煙草行業(yè)高架物流庫(kù)控制系統(tǒng)探索和研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（1）：99-100.

[5]林強(qiáng).卷煙廠RFID信息管理系統(tǒng)[J].自動(dòng)化博覽，2020（3）：74-75.

（編輯 王永超）