基于RFID和GPS技術(shù)的冷庫(kù)儲(chǔ)存配送管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)*

廖嵐嵐，陳廣仁

(1.廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 外語(yǔ)經(jīng)貿(mào)學(xué)院,廣東 廣州 510520; 2.廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物流學(xué)院,廣東 廣州 510515)

0 引言

根據(jù)聯(lián)合國(guó)貿(mào)易發(fā)展會(huì)議的統(tǒng)計(jì),2005年全球食品冷藏能力達(dá)2.83×107m3,其中冷藏集裝箱能力超過(guò)60%。目前美、加、德、意、日、韓等國(guó)家已形成完整的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系,有些國(guó)家的生鮮易腐農(nóng)產(chǎn)品冷鏈流通量已占銷售總量的50%,且仍在繼續(xù)增長(zhǎng)。所以冷藏運(yùn)輸技術(shù)及裝備急需改善[1]。

目前國(guó)內(nèi)冷庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)配送企業(yè)運(yùn)用RFID和GPS技術(shù)的不多,無(wú)論在資金上、技術(shù)上,還是管理平臺(tái)上還處于摸索階段。廣東佛山南海大瀝桂江冷庫(kù)儲(chǔ)存配送有限公司(下稱桂江冷庫(kù))試行了一小步,很好地應(yīng)對(duì)了冷庫(kù)產(chǎn)品周期越來(lái)越短、多樣少量生產(chǎn)方式對(duì)庫(kù)存要求越來(lái)越高等挑戰(zhàn)。企業(yè)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)冷庫(kù)儲(chǔ)運(yùn)信息系統(tǒng),主要是想通過(guò)良好的技術(shù)參與提高管理能力,增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。將RFID和GPS 2種技術(shù)引入冷庫(kù)儲(chǔ)存管理系統(tǒng),能夠及時(shí)了解庫(kù)存流量、簡(jiǎn)化倉(cāng)管工作、發(fā)現(xiàn)當(dāng)前冷庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題等。計(jì)算機(jī)技術(shù)在對(duì)冷庫(kù)工作需求分析的基礎(chǔ)上,建立系統(tǒng)模型和功能模塊,通過(guò)信息技術(shù)開(kāi)發(fā)冷庫(kù)儲(chǔ)存配送管理系統(tǒng),對(duì)進(jìn)出冷庫(kù)的貨物進(jìn)行跟蹤、對(duì)冷藏車的使用進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控,同時(shí)將全國(guó)的需求信息和遍布各地區(qū)的連鎖經(jīng)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來(lái),確保物流信息快速可靠地傳遞。

1 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具及技術(shù)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)硬件使用了RFID和GPS技術(shù),軟件編程以微軟公司的托管代碼模型.Net4.0為基礎(chǔ),使用C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫(kù)和多層架構(gòu)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。測(cè)試結(jié)果表明,本冷庫(kù)儲(chǔ)存配送管理系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)、安全穩(wěn)定系數(shù)高、簡(jiǎn)單方便容易使用、嚴(yán)謹(jǐn)周密、抗干擾能力強(qiáng)、信息智能化高,達(dá)到了企業(yè)發(fā)展的要求,具有專業(yè)冷庫(kù)管理效能。

1.1 RFID技術(shù)

RFID(radio frequency identification)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，由于操作起來(lái)無(wú)須人工服務(wù),所以,RFID產(chǎn)品不受包括高溫、低寒、灰塵、油污等各種惡劣環(huán)境的限制。同時(shí),RFID技術(shù)還可快速識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體,并可以連續(xù)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,如工廠流水線產(chǎn)品、高速公路車輛等,效果明顯準(zhǔn)確,深受使用者的喜愛(ài)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn),RFID技術(shù)應(yīng)用于物流行業(yè)，可用于貨物跟蹤、采購(gòu)管理、倉(cāng)庫(kù)管理、訂單控制等方面,從而實(shí)現(xiàn)商品從最開(kāi)始的原料到最后銷售環(huán)節(jié)的全程實(shí)時(shí)監(jiān)控，促進(jìn)信息共享，有效整合業(yè)務(wù)流程,提高對(duì)市場(chǎng)變化的快速反應(yīng)能力,同時(shí)也能為客戶提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的商品在途信息,有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

伴隨著RFID技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展,冷鏈物流業(yè)在原有的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上逐漸開(kāi)發(fā)了在RFID技術(shù)中加入溫度傳感系統(tǒng)。這種方法是通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)獲取溫度數(shù)據(jù),然后傳給與之連接的RFID標(biāo)簽儲(chǔ)存,通過(guò)GPS定位衛(wèi)星將獲得的數(shù)據(jù)傳給控制系統(tǒng),以供利用。通過(guò)這種方法,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸/配送過(guò)程中溫度發(fā)生改變時(shí)的預(yù)警,或者是對(duì)過(guò)程中的溫度變化進(jìn)行記錄，從而幫助辨識(shí)可能由于溫度變化引發(fā)的質(zhì)量變化,以便采取相應(yīng)的應(yīng)急措施進(jìn)行處理。

RFID系統(tǒng)(如圖1所示)是指采用無(wú)線射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備與計(jì)算機(jī)或可編程邏輯控制器(PLC)之間的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。通俗地說(shuō)，就是由RFID標(biāo)簽、讀寫器以及其中間件組成,利用射頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)識(shí)別系統(tǒng)。

RFID的工作原理如圖2所示。標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號(hào),就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(即Passive Tag,無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(即Active Tag,有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽),閱讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

圖1 RFID系統(tǒng)圖示

圖2 RFID讀寫器技術(shù)原理圖

所謂項(xiàng)目就是具有特定目標(biāo)的一次性任務(wù)，在一定時(shí)間內(nèi)，滿足一系列特定目標(biāo)的多項(xiàng)相關(guān)工作的總稱，RFID項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)的工程。

1.2 GPS技術(shù)

GPS系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程定位、數(shù)據(jù)發(fā)放和接收、地圖導(dǎo)航、適時(shí)跟蹤等功能。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、全天候服務(wù)、按流量計(jì)費(fèi)、價(jià)格便宜、可對(duì)特定區(qū)域或事物進(jìn)行跟蹤和監(jiān)督;可對(duì)車輛進(jìn)行地圖導(dǎo)航,也可進(jìn)行遠(yuǎn)程定位；能對(duì)司機(jī)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送消息,指導(dǎo)車輛行駛方向和速度,遇到特殊情況,如走錯(cuò)路線,能及時(shí)提醒,能隨時(shí)查詢目的地，發(fā)現(xiàn)危情,及時(shí)報(bào)警處理。在GPS數(shù)據(jù)庫(kù)里可隨時(shí)調(diào)出任何一輛車的歷史活動(dòng)資料，所以將GPS運(yùn)用到物流運(yùn)輸行業(yè)能給其帶來(lái)一場(chǎng)實(shí)質(zhì)性的轉(zhuǎn)變。GPS定位技術(shù)提供了具體的實(shí)時(shí)跟蹤和定位能力,可隨時(shí)查詢運(yùn)輸貨物車輛的位置,不但加強(qiáng)了車輛的監(jiān)控,而且能夠選擇最優(yōu)路徑、避免繞行,減少車輛損耗和運(yùn)輸時(shí)間。將運(yùn)輸業(yè)中的貨主、第3方物流及司機(jī)等各環(huán)節(jié)的信息有效、充分地結(jié)合起來(lái),及時(shí)調(diào)度貨物及車輛,保障貨物及司機(jī)的安全,提高運(yùn)輸效率， 降低運(yùn)輸成本，從而取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。GPS技術(shù)是用于對(duì)移動(dòng)的物體進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的一門技術(shù),該技術(shù)在冷鏈物流中的應(yīng)用大大提高了運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量并且有效地保證了運(yùn)輸時(shí)間，從而確保了冷鏈產(chǎn)品的質(zhì)量和及時(shí)到達(dá)。

2 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)需求分析的目的是為了讓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的功能模塊符合企業(yè)工作性質(zhì)和要求。如圖3所示,系統(tǒng)有系統(tǒng)管理、倉(cāng)庫(kù)管理和車輛管理3個(gè)需求,開(kāi)發(fā)出來(lái)的功能模塊是與系統(tǒng)的需求相對(duì)應(yīng)的。

圖3 系統(tǒng)的功能模塊

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖4)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖5)及功能模塊設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)等。

3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是模塊的開(kāi)發(fā)和模塊功能實(shí)現(xiàn)的局部結(jié)構(gòu),包括模塊設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D(見(jiàn)圖6)、系統(tǒng)構(gòu)成圖、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(見(jiàn)表1、表2)等。

由圖6知,系統(tǒng)主要由手持閱讀器、物品電子標(biāo)簽、現(xiàn)場(chǎng)控制終端、GPS終端、運(yùn)載車輛和衛(wèi)星系統(tǒng)組成。固定式閱讀器掃描貨物電子標(biāo)簽,以獲取標(biāo)簽上儲(chǔ)存的信息,并通過(guò)局域網(wǎng)把讀到的信息傳給管理服務(wù)器處理。GPS終端裝在運(yùn)載車上,通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射和局域網(wǎng)把信息發(fā)送到企業(yè)服務(wù)器。

圖4 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖6 網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

表1 車輛管理信息表

表2 車輛運(yùn)行信息表

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(1) 用戶管理模塊。主要是對(duì)系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行編輯,比如用戶的姓名、性別、管理權(quán)限(按管理員、普通用戶、VIP用戶、禁止用戶等身份進(jìn)行區(qū)分)、用戶所屬部門、資料審核、資料統(tǒng)計(jì)、發(fā)放通知等內(nèi)容。

(2) 基本信息。是指用戶的個(gè)人信息,內(nèi)容包括冷庫(kù)操作員和車輛駕駛員等職工的姓名、身份證號(hào)碼、性別、出生日期、民族、文化程度、就(失)業(yè)號(hào)碼等,能進(jìn)行增刪改查操作。

(3) 車輛信息查詢管理。包括車輛的編號(hào)、車型、裝載量、購(gòu)入年代、駕駛里程、駕駛路線、行政區(qū)域等等信息,能夠進(jìn)行增加、修改、刪除、消號(hào)、查詢等操作。

(4) 出入庫(kù)管理。包括貨品名稱、規(guī)格、入庫(kù)數(shù)量、質(zhì)量、包裝、代號(hào)、花色、色樣、入庫(kù)金額、入庫(kù)時(shí)間、產(chǎn)品等級(jí)、有效期、存貨單位、備注等,能進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢等操作。

(5) 功能模塊管理。包括產(chǎn)品檢驗(yàn)、標(biāo)簽打印、入庫(kù)申請(qǐng)、入庫(kù)管理、備貨通知、出貨裝車等等,對(duì)于這些信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分別管理,可以作增加、修改、減少、搜尋等操作。

5 結(jié)論

基于RFID和GPS技術(shù)的冷庫(kù)儲(chǔ)存配送系統(tǒng)的部署,以低溫冷庫(kù)385 m2為例,采用了6個(gè)手持式讀寫器,2個(gè)固定式讀寫器,讀取范圍在46 m以內(nèi),100%覆蓋冷庫(kù)分管區(qū)域,抗干擾性能強(qiáng),還具有錯(cuò)誤提醒功能。倉(cāng)庫(kù)管理員能夠更加有效地工作,比沒(méi)有使用RFID技術(shù)之前提高工作效率36%，減少庫(kù)存10%～30%，庫(kù)存空間利用率提高20%，降低勞動(dòng)力成本10%～40%，減少保管不善造成的損失達(dá)到50%，運(yùn)輸成本降低10%～13%，準(zhǔn)確度達(dá)到99.9%。GPS車輛定位系統(tǒng),定位距離在18 m以內(nèi),安裝后車輛調(diào)度和使用率提高了38%。

由RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入的自動(dòng)化，可以減少大量的人力物力消耗，同時(shí)還可以對(duì)冷庫(kù)庫(kù)存實(shí)現(xiàn)如下的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制。

(1) 入庫(kù)、出庫(kù)及移庫(kù)的操作。當(dāng)貼有RFID標(biāo)簽的貨物進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)時(shí),出入口處的讀寫器將自動(dòng)識(shí)讀標(biāo)簽,不需人工掃描。根據(jù)得到的信息,管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新存貨清單,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。結(jié)合庫(kù)管人員的手持終端設(shè)備與電腦及貨物RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交互,可以實(shí)現(xiàn)貨物與庫(kù)位的精確對(duì)應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)完整的出入庫(kù)和移庫(kù)控制。

(2) 庫(kù)存盤點(diǎn)。盤點(diǎn)庫(kù)存時(shí)不需進(jìn)行人工檢查或掃描條形碼，因此庫(kù)存盤點(diǎn)時(shí)的工作量和不必要損耗可以大大減少，而且通過(guò)RFID技術(shù)的跟蹤操作，使得確定貨物的位置更為精確具體。

(3) 整合人員進(jìn)出庫(kù)控制。系統(tǒng)將整合相關(guān)人員使用的RFID標(biāo)簽,在實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)控制的同時(shí),還可實(shí)現(xiàn)與貨件進(jìn)出庫(kù)時(shí)間相互比對(duì)等功能。

(4) 實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物溫度變化。將溫度傳感器采集的溫度定時(shí)寫入RFID標(biāo)簽的芯片中,當(dāng)RFID標(biāo)簽接到RFID讀寫器天線信號(hào)時(shí),將RFID芯片內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)上傳給RFID讀寫器,交由后端系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)儲(chǔ)貨物溫度變化,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、預(yù)警管理。

在測(cè)試中，檢驗(yàn)系統(tǒng)具有良好的性能，并且通過(guò)壓力測(cè)試，在整個(gè)運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的安全性和穩(wěn)定性。

6 展望

冷庫(kù)儲(chǔ)存配送管理系統(tǒng)的應(yīng)用有賴于在RFID標(biāo)簽中加入了溫度傳感器。隨著人們對(duì)食品安全的日益關(guān)注，電子鼻作為一種電子嗅覺(jué)傳感技術(shù)在食品品質(zhì)監(jiān)控、質(zhì)量評(píng)價(jià)和安全檢測(cè)中顯示出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。能否在RFID標(biāo)簽里加入電子鼻，達(dá)到在線全程跟蹤加工工藝、檢測(cè)過(guò)程以及對(duì)產(chǎn)品無(wú)損壞、快速靈敏地存儲(chǔ)配送等效果呢？隨著研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)利用多學(xué)科方法將不同檢測(cè)儀器和電子鼻進(jìn)行聯(lián)用,可使各種檢測(cè)結(jié)果因互相補(bǔ)充而得以完善,將更有利于研究的深入和產(chǎn)品質(zhì)量的控制[4]?？傊陔娮颖欠治黾夹g(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上聯(lián)合利用RFID技術(shù)，可使冷庫(kù)經(jīng)營(yíng)管理朝著實(shí)時(shí)監(jiān)控庫(kù)存商品質(zhì)量、減少糾紛方面完善。

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