基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)物流信息平臺(tái)優(yōu)化模型研究

〔摘要〕物流信息系統(tǒng)是增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。本文在分析制造執(zhí)行系統(tǒng)物流數(shù)據(jù)采集的需求與選擇的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一體化信息管理關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)探討了基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一體化信息平臺(tái)優(yōu)化模型。結(jié)果表明，信息管理的關(guān)鍵技術(shù)和信息平臺(tái)的優(yōu)化模型能夠較好地解決企業(yè)的工業(yè)化與信息化融合，為進(jìn)一步解決現(xiàn)代物流系統(tǒng)問(wèn)題提供了有益的方法和方向。

〔關(guān)鍵詞〕RFID；制造執(zhí)行系統(tǒng)；物流信息平臺(tái)；關(guān)鍵技術(shù)；優(yōu)化模型

〔中圖分類號(hào)〕F127〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔文章編號(hào)〕1008-0821（2013）08-0017-07

現(xiàn)代物流系統(tǒng)橫跨了生產(chǎn)、流通和消費(fèi)三大領(lǐng)域，呈現(xiàn)出時(shí)間和空間跨度都很大的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致了對(duì)信息的依賴性。正確的物流決策需要資金、履約期和物流流量等方面的數(shù)據(jù)，也需要了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。在物流運(yùn)作中，物流的效率取決于物流信息溝通的效率[1]。只有通過(guò)物流信息系統(tǒng)，才可以同時(shí)完成對(duì)物流的確認(rèn)、跟蹤和控制，它不僅使企業(yè)自身的決策快、反應(yīng)靈、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力強(qiáng)，而且會(huì)增加與客戶的聯(lián)系溝通，能最大可能地滿足客戶的需要，為客戶創(chuàng)造更多的價(jià)值，因而易鎖定原有的客戶，吸引潛在的客戶，從而大大增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[2]。如何對(duì)企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、傳輸和處理，開(kāi)發(fā)基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一體化信息管理關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建科學(xué)決策的信息平臺(tái)優(yōu)化模型就是本文將探討的重點(diǎn)。

1制造執(zhí)行系統(tǒng)物流數(shù)據(jù)采集的需求與選擇

1.1制造執(zhí)行系統(tǒng)物流數(shù)據(jù)采集的需求分析

物流數(shù)據(jù)的采集就是按給定的數(shù)據(jù)加工要求，在物流過(guò)程中收集數(shù)據(jù)的過(guò)程。采集的數(shù)據(jù)包含了數(shù)據(jù)的物理內(nèi)容、數(shù)據(jù)的形式及數(shù)據(jù)采集的時(shí)間和地點(diǎn)。物流數(shù)據(jù)一般采用編碼，通過(guò)物質(zhì)型的數(shù)據(jù)載體將編碼附著在貨物上，根據(jù)數(shù)據(jù)讀出的物理原理，數(shù)據(jù)載體可以是機(jī)械式的、磁力式的、光學(xué)式的和電子式的。根據(jù)自動(dòng)化程度的不同，物流數(shù)據(jù)采集的方式可分為人工采集方式、半自動(dòng)采集方式和自動(dòng)采集方式。

1.1.1不同數(shù)據(jù)采集的方式比較

1.1.2數(shù)據(jù)采集方法的需求分析

物流數(shù)據(jù)的采集有多種方法和多種設(shè)備，為了完成相應(yīng)的物流任務(wù)，首先應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的需求進(jìn)行分析，選出合適的數(shù)據(jù)采集方式，然后再選擇合適的識(shí)讀設(shè)備。

（1）照度。人工識(shí)別和采用光學(xué)識(shí)別設(shè)備進(jìn)行識(shí)別時(shí)，數(shù)據(jù)載體和貨物的可辨性取決于編碼處的照度。根據(jù)人的視覺(jué)要求，該照度不能小于200勒克斯（lx），設(shè)計(jì)的推薦值可取為500lx。如果環(huán)境照度很大，強(qiáng)烈的環(huán)境光也會(huì)干擾識(shí)別編碼的光信號(hào)，所以在數(shù)據(jù)采集點(diǎn)還應(yīng)設(shè)置明亮的識(shí)別光源，或選擇其他方法降低對(duì)環(huán)境的要求。

（2）溫度。過(guò)高或過(guò)低的溫度都可使編碼寫入裝置、讀出裝置和數(shù)據(jù)載體的損壞。

（3）人機(jī)環(huán)境。采用人工采集和半自動(dòng)采集方式時(shí)，環(huán)境噪聲不能大于85dB；數(shù)據(jù)采集的工作強(qiáng)度也不能太高，否則會(huì)使操作人員的注意力過(guò)度集中，很快疲勞從而發(fā)生錯(cuò)誤。

（4）識(shí)別距離和差錯(cuò)率。每種識(shí)別技術(shù)都有不同的應(yīng)用范圍，在選擇識(shí)別方法時(shí)，特別要注意識(shí)別距離，在選擇設(shè)備時(shí)要注意許用的差錯(cuò)率。

（5）識(shí)別響應(yīng)時(shí)間。識(shí)別響應(yīng)時(shí)間的大小會(huì)影響到物流系統(tǒng)的通過(guò)率和所需要的人力資源。自動(dòng)采集方式和半自動(dòng)的采集方式的識(shí)讀響應(yīng)時(shí)間一般都不會(huì)超過(guò)10s，明顯高于人工識(shí)別方式，但投資較大。

（6）數(shù)據(jù)的類型。不同的采集方式針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型。語(yǔ)言型和文字型的數(shù)據(jù)一般只能通過(guò)人工方式采集；如果信息的篇幅越大，則通過(guò)人工識(shí)別的時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性也越大。

1.1.3數(shù)據(jù)采集設(shè)備的需求分析

數(shù)據(jù)采集設(shè)備的需求分析包含：①自動(dòng)識(shí)別，采集設(shè)備能獨(dú)立地識(shí)讀和解碼不同的條碼；②對(duì)操作人員的保護(hù)，采集設(shè)備發(fā)出激光的強(qiáng)度應(yīng)不會(huì)對(duì)人體器官造成傷害；③應(yīng)用范圍，許用識(shí)讀距離的誤差；④方向性；⑤分辨率；⑥識(shí)讀寬度。

1.2制造執(zhí)行系統(tǒng)物流數(shù)據(jù)采集的選擇分析

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選擇可按圖1所示的步驟進(jìn)行。出發(fā)點(diǎn)是由物流過(guò)程組織所確定數(shù)據(jù)采集任務(wù)，如采集數(shù)據(jù)的種類、數(shù)量和采集點(diǎn)。第一步將自動(dòng)采集方式作為首選方式，其確定原則可見(jiàn)前述的自動(dòng)采集方式的實(shí)現(xiàn)條件，然后考慮不同系統(tǒng)的費(fèi)用，提出可能的數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)方式。第二步就給出的采集方式，分析數(shù)據(jù)采集的需求，進(jìn)一步縮小選擇范圍。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行粗略的經(jīng)濟(jì)分析，比較投資的費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，選出合適的采集方法。

注：虛線表示一種可能的選擇圖1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇

投資的費(fèi)用主要包括如下幾個(gè)方面：①數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采購(gòu)費(fèi)用和安裝費(fèi)用；②數(shù)據(jù)載體的采購(gòu)費(fèi)用和安裝費(fèi)用；③數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的采購(gòu)費(fèi)用和安裝費(fèi)用；④數(shù)據(jù)采集設(shè)備的培訓(xùn)費(fèi)用；⑤由于新系統(tǒng)使用，造成困難所產(chǎn)生的前期費(fèi)用。該項(xiàng)費(fèi)用與現(xiàn)有的組織結(jié)構(gòu)和引進(jìn)的數(shù)據(jù)采集方法密切相關(guān)。

企業(yè)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用主要包括：①數(shù)據(jù)采集所需要的人力費(fèi)用；②數(shù)據(jù)載體的耗材費(fèi)用；③數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用；④由于貨物錯(cuò)讀、錯(cuò)入庫(kù)和錯(cuò)存所造成的費(fèi)用。

然后通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，了解所需要的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的技術(shù)水平和價(jià)格，再通過(guò)比較設(shè)備的采購(gòu)價(jià)格和人力需求，選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

2基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一體化信息管理關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵的技術(shù)能夠推動(dòng)制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一體化信息管理并保證其運(yùn)作。這些技術(shù)包括數(shù)據(jù)掃描、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)采集，加深了對(duì)客戶要求的理解。由于允許預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)在供應(yīng)鏈中逆向傳遞，越來(lái)越多的用戶在交易前先使各個(gè)供應(yīng)鏈伙伴的貿(mào)易數(shù)據(jù)同步[3]。企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)高效率的一體化信息管理原動(dòng)力，還需要以下一些能力：有效的信息共享；自動(dòng)化的訂單生成；條形碼和其他掃描技術(shù)的應(yīng)用。此外，在供應(yīng)鏈的不同階段共享和交流數(shù)據(jù)取決于“什么能夠提供最大化的整體利益”。這些數(shù)據(jù)包括：需求/消費(fèi)/銷售信息；現(xiàn)金流；成品庫(kù)存/在制品庫(kù)存；交貨和產(chǎn)出狀況。

2.1基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的無(wú)線視頻識(shí)別裝置無(wú)線射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）是一種跟蹤技術(shù)，并且在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。無(wú)線射頻識(shí)別裝置通常被稱為標(biāo)簽，它可以被貼到商品上并且告訴閱讀器它所粘貼商品的性質(zhì)和地點(diǎn)[4]。圖2顯示了閱讀器將這些信息（什么商品、在什么地方）傳遞給管理系統(tǒng)的過(guò)程。該系統(tǒng)能夠生成一幅產(chǎn)品所處位置的詳盡信息圖。圖2基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)

主動(dòng)標(biāo)簽有動(dòng)力源，而被動(dòng)標(biāo)簽沒(méi)有。主動(dòng)標(biāo)簽使用電池，生命周期有限且成本較高。天線（antenna）是一種使用無(wú)線電波對(duì)標(biāo)簽讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的裝置。閱讀器（reader）管理著天線與管理系統(tǒng)之間的界面。RFID技術(shù)相對(duì)于條形碼技術(shù)而言有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，即標(biāo)簽不必位于閱讀器的直接可視范圍內(nèi)。無(wú)線電波可以穿透很多種材料，因此閱讀器可以在遠(yuǎn)處就識(shí)別到標(biāo)簽。管理系統(tǒng)從標(biāo)簽處收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分類，以達(dá)到管理信息和行動(dòng)的目的。

標(biāo)簽上攜帶的關(guān)鍵信息是電子產(chǎn)品代碼（electronic product code，EPC，由自動(dòng)識(shí)別中心開(kāi)發(fā)的一套標(biāo)準(zhǔn)）。每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)特殊的“號(hào)碼牌”。這個(gè)特殊的號(hào)碼可以與產(chǎn)品信息相聯(lián)系，對(duì)應(yīng)著產(chǎn)品是何時(shí)何地生產(chǎn)的、它的組件來(lái)源以及貨架壽命等細(xì)節(jié)信息[5]。有些標(biāo)簽會(huì)在號(hào)碼牌上存放這些附加信息，然而大多數(shù)標(biāo)簽只存放電子產(chǎn)品代碼（EPC），附加信息則通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸存儲(chǔ)到與管理系統(tǒng)相連的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

閱讀器表明是什么產(chǎn)品以及它在供應(yīng)鏈中的位置。管理系統(tǒng)根據(jù)這些信息顯示出存貨地點(diǎn)現(xiàn)在還有多少產(chǎn)品。這些被轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)后，表示消費(fèi)率、某一給定時(shí)間點(diǎn)的庫(kù)存數(shù)據(jù)以及接下來(lái)需要做什么，這些數(shù)據(jù)將有助于供應(yīng)鏈計(jì)劃與控制的改變。

2.1.1基于UHF RFID物流標(biāo)簽的通用芯片

基于UHF RFID物流標(biāo)簽的通用芯片涉及一種超高頻率（UHF）射頻識(shí)別（RFID）物流標(biāo)簽的通用芯片，特別涉及一種工作于860MHz-960MHz范圍內(nèi)的超高頻率（UHF）射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)。所述物流標(biāo)簽的通用芯片包括物流標(biāo)簽襯底、附屬到所述物流標(biāo)簽襯底上并且具有多個(gè)用來(lái)連接通用芯片內(nèi)形成的電路與外部電路的焊塊的通用芯片，以及至少一個(gè)在縱向伸展并且響應(yīng)從外界傳來(lái)的超高頻率電磁場(chǎng)的UHF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線，基于UHF RFID物流標(biāo)簽的通用芯片符合EPC C1G2（ISO 18000-6C）標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2基于UHF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線

基于UHF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線涉及一種超高頻率（UHF）射頻識(shí)別（RFID）物流標(biāo)簽的圓極化天線，特別涉及一種工作于900MHz-930MHz范圍內(nèi)的超高頻率（UHF）射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)。所述物流標(biāo)簽的圓極化天線包括具有調(diào)諧與支撐作用的介質(zhì)基板，以及設(shè)在所述介質(zhì)基板上表面的圓極化天線圖案。基于UHF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線至少一端與外部電路焊塊的通用芯片連接并且圓極化天線的一部分固定到所述物流標(biāo)簽襯底上。因?yàn)樗鯱HF RFID物流標(biāo)簽使用多根短的UHF RFID圓極化天線來(lái)代替線極化天線，對(duì)于線極化的標(biāo)簽，在圓極化天線的輻射范圍內(nèi)，標(biāo)簽可以正對(duì)天線的平面上任意轉(zhuǎn)動(dòng)也不會(huì)影響閱讀。對(duì)于圓極化天線，線極化的標(biāo)簽由于極化匹配會(huì)損失一般的接收功率，因而會(huì)使閱讀距離降低。所以由于小的體積可以按照需要盡可能多地集成標(biāo)簽，并且可以快速且容易地實(shí)施將天線結(jié)合到芯片上的過(guò)程。

UHF RFID物流標(biāo)簽是由ABS外殼材料的圓極化天線構(gòu)成，天線的方向圖由天線的結(jié)構(gòu)決定，一旦天線結(jié)構(gòu)取定，方向圖也就確定。天線的增益跟半波功率波束寬度是互相制約，增益越大，波束寬度就越小，反之亦然?；赨HF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線在工作頻段內(nèi)具有良好的駐波比，表明天線具有良好的工作性能。

2.2基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的物流標(biāo)簽的應(yīng)用（1）在整個(gè)配送渠道中跟蹤產(chǎn)品（“資產(chǎn)跟蹤”），從而以供應(yīng)鏈中庫(kù)存單位（SKU）的形式提供不間斷的有關(guān)數(shù)量和位置的信息；

（2）跟蹤產(chǎn)品從商店后臺(tái)操作直到貨架的全過(guò)程；

（3）智能貨架，商店中被盜商品會(huì)自動(dòng)顯示并鳴響報(bào)警信號(hào)；

（4）無(wú)須收銀員就能登記銷售情況。未來(lái)狀態(tài)是消費(fèi)者將他們的手推車推過(guò)閱讀器，就能自動(dòng)讀取手推車內(nèi)每件產(chǎn)品的電子產(chǎn)品代碼（EPC），然后將信用卡支付的賬單給顧客列出，而不需要零售人員參與。

基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中：基于UHF RFID物流標(biāo)簽的通用芯片、基于UHF RFID物流標(biāo)簽的圓極化天線的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，有著以下的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：①采用的是感應(yīng)式數(shù)據(jù)采集，操作簡(jiǎn)單，便捷。②UHF RFID物流標(biāo)簽無(wú)需布線，安裝簡(jiǎn)易，編碼設(shè)置以及巡檢點(diǎn)的增減也都簡(jiǎn)單方便。③UHF RFID物流標(biāo)簽具有惟一的ID碼，經(jīng)久耐用，信息不可竄改或復(fù)制。④UHF RFID物流標(biāo)簽進(jìn)行智能跟蹤管理，以做到及時(shí)防控，追根溯源，藥品損失降低到最低點(diǎn)。⑤信息化管理，透明化，及時(shí)化，各層管理者都可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單管理，快捷地查詢到各種生產(chǎn)信息。制造商獲得的收益包括：了解何時(shí)產(chǎn)品在商店內(nèi)卻沒(méi)有擺放到貨架上（這是一種制造商無(wú)法控制的喪失銷售機(jī)會(huì)的原因之一），商品被盜的幾率下降。零售商獲得的收益包括：能夠跟蹤產(chǎn)品在渠道中的流動(dòng)并與交貨時(shí)間表相對(duì)照，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)賬作業(yè)自動(dòng)化，能夠獲得更多有關(guān)購(gòu)買模式的客戶信息[6]。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，可以跟蹤產(chǎn)品到達(dá)客戶甚至進(jìn)入其家里的所有路徑。

“瓶頸”是系統(tǒng)在高峰時(shí)刻，其負(fù)荷能力達(dá)到95%以上的節(jié)點(diǎn)、連接元素和運(yùn)輸元素，或其排隊(duì)長(zhǎng)度嚴(yán)重地影響了前置節(jié)點(diǎn)、績(jī)效的節(jié)點(diǎn)、連接元素和運(yùn)輸元素。

“瓶頸”的出現(xiàn)限制了系統(tǒng)的績(jī)效和通過(guò)能力。“瓶頸”的消除有如下幾種可能：

①提高服務(wù)臺(tái)的服務(wù)能力，減少服務(wù)時(shí)間，縮短進(jìn)、出過(guò)程；

②采用冗余設(shè)計(jì)，提供一些具有相同功能，但負(fù)荷能力較低的績(jī)效環(huán)節(jié)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)；

③采用并行方式，增加一個(gè)具有相同功能的“瓶頸”；

④改變服務(wù)策略，如采用限制行駛策略和絕對(duì)優(yōu)先策略以及改變主流和支流的方法，替代“先到先服務(wù)”等。

4結(jié)語(yǔ)

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（本文責(zé)任編輯：孫國(guó)雷）