基于RFID技術(shù)的倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳響容，沈國平

（浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

基于RFID技術(shù)的倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳響容，沈國平

（浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

在對RFID技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對倉儲物流系統(tǒng)進(jìn)行了整體架構(gòu)，并對系統(tǒng)中主要的入庫管理、出庫管理、盤點(diǎn)管理等模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并以該系統(tǒng)再某化工企業(yè)的應(yīng)用為例，分析了實(shí)施效果。

RFID技術(shù)；倉儲物流系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

在“中國制造2025”的牽引下，各企業(yè)都在展開智能制造的應(yīng)用和研究，倉儲物流技術(shù)的提升是其中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。倉儲貫穿于貨物生產(chǎn)、銷售、流通的各個(gè)環(huán)節(jié)中，對于保障加工或運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行起了關(guān)鍵作用，為貨物最終順利流入市場保駕護(hù)航。

多年來，倉儲物流的行業(yè)專家均在展開相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用研究，他們通過整合相關(guān)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、條碼技術(shù)、無線通訊技術(shù)、GPS／GTS技術(shù)等升級和融合，并針對倉儲物流管理軟件開展研究，成功開發(fā)面向產(chǎn)品的采購、倉儲、銷售、配送的全業(yè)務(wù)管理平臺的產(chǎn)品，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的應(yīng)用。有些企業(yè)在倉儲物流中采用純?nèi)斯さ募堎|(zhì)作業(yè)模式，通過紙質(zhì)表單進(jìn)行業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，需要安排大量人力用于保證倉儲物流的數(shù)據(jù)完整性。但由于人工操作易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、信息錯(cuò)誤，因此無法進(jìn)行事故追溯。也有些企業(yè)在倉儲物流中應(yīng)用條碼技術(shù)，針對各倉儲物流物品均貼上條碼，利用手動掃描記錄貨物的出入庫信息，保證數(shù)據(jù)的完整性。但是，條碼容易磨損、內(nèi)容無法更改、存儲容量較小，且需要逐個(gè)掃描產(chǎn)品上的條碼，掃描時(shí)工作量大，掃描工作效率較低，還易發(fā)生漏掃、重復(fù)掃描的情況，因此并不適用于物流大數(shù)據(jù)的信息管理。

RFID是一種無線通信技術(shù)，其利用射頻信號對貼有RFID標(biāo)簽的產(chǎn)品進(jìn)行自動識別：閱讀器發(fā)送電磁波能量，感應(yīng)到的標(biāo)簽驅(qū)動其內(nèi)部電路，從而反射回自身編碼攜帶的數(shù)據(jù)，閱讀器對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再傳給RFID中間部件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。與傳統(tǒng)的條碼識別技術(shù)相比，RFID電子標(biāo)簽具有傳輸速度快、存儲數(shù)據(jù)量大、不受環(huán)境影響、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。采用RFID技術(shù)可以降低人為操作的錯(cuò)誤，又提高物流倉儲管理水平，從根本上解決倉儲過程中效率低下的問題，而且有助于減少庫存積壓，縮短貨物的周轉(zhuǎn)周期。

2 基于RFID技術(shù)的倉儲物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架

基于RFID的倉儲物流系統(tǒng)從下到上劃分為以下四個(gè)層次，如圖1所示。

圖1 倉儲物流系統(tǒng)的四個(gè)層次

（1）RFID物理層。主要設(shè)備有標(biāo)簽、庫區(qū)、立體貨架/平庫、庫位、托盤、叉車等?，F(xiàn)場作業(yè)包括貨物出入庫、盤點(diǎn)、揀貨、移庫等。倉庫所有的庫位、托盤和貨品均要求安裝RFID電子標(biāo)簽，從而使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化管理。

（2）RFID數(shù)據(jù)采集層。主要包括各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和用戶交互設(shè)備，如門禁固定讀寫器、RFID手持終端、RFID固定式閱讀器、RFID車載閱讀器、叉車車載電腦、帶RFID閱讀功能的無線條碼掃描槍等。其主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)錄入功能，提供給用戶進(jìn)行操作指引，完成數(shù)據(jù)信息的打通。

（3）RFID數(shù)據(jù)監(jiān)控層。主要對系統(tǒng)中所有涉及RFID的物品及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、緩存、過濾和分析，控制指令及相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、分發(fā)方式。同時(shí)，通過監(jiān)控電腦對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，最終提供對各個(gè)層次之間的RFID數(shù)據(jù)及相關(guān)控制指令的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）經(jīng)營管理層。為供應(yīng)鏈調(diào)度管理中心、遠(yuǎn)程管理中心提供用戶管理交互界面，通過與數(shù)據(jù)監(jiān)控層的對接，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的報(bào)表制作及數(shù)據(jù)查詢服務(wù)、電子看板等服務(wù)。調(diào)度中心人員利用管理平臺，可實(shí)現(xiàn)對入庫任務(wù)單、出庫任務(wù)單、移庫任務(wù)單、盤點(diǎn)計(jì)劃的制定、管理控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控等業(yè)務(wù)的集中管理和維護(hù)。

在軟件層面，倉儲物流系統(tǒng)提供一套業(yè)務(wù)管理平臺，提供給RFID數(shù)據(jù)監(jiān)控層和經(jīng)營管理層進(jìn)行應(yīng)用，定義為WMS-倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System），如圖2所示。倉庫管理系統(tǒng)是整體管理平臺軟件，通過入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、補(bǔ)貨作業(yè)、移庫作業(yè)、虛倉管理等功能，對庫位的信息進(jìn)行全面管理，實(shí)現(xiàn)批次管理、費(fèi)用管理、品質(zhì)管理、物料盤點(diǎn)、質(zhì)檢管理、虛倉管理和即時(shí)庫存管理等功能，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的多元化管理，有效控制并跟蹤倉庫業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程，實(shí)現(xiàn)或完善的企業(yè)倉儲信息管理。該系統(tǒng)需要較強(qiáng)的擴(kuò)展功能，提供便捷二次開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備聯(lián)動，包括叉車車載電腦、ERP、MES等平臺軟件。在此基礎(chǔ)上，面向不同客戶的具體需求，開發(fā)出多業(yè)務(wù)、多行業(yè)的業(yè)務(wù)管理功能。

圖2 WMS-倉庫管理系統(tǒng)

在傳感器層面，射頻識別系統(tǒng)的組成如圖3所示，主要由讀寫器、標(biāo)簽和讀取標(biāo)簽內(nèi)部信息的后臺服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成。

圖3 射頻識別系統(tǒng)

2.2 系統(tǒng)功能

RFID智能倉儲管理系統(tǒng)分為八個(gè)子系統(tǒng)，主要包括：理貨放置標(biāo)簽、入庫掃描、入庫確認(rèn)、庫存管理、盤點(diǎn)管理、出庫登記、出庫掃描、出庫裝車，如圖4所示。

系統(tǒng)主要目標(biāo)如下：

（1）采用RFID技術(shù)，將物料編碼、供應(yīng)商編碼、物料數(shù)量、時(shí)間等信息與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過讀寫器對電子標(biāo)簽的檢測，使用固定式和手持式RFID讀寫器實(shí)時(shí)自動遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確和可靠地采集物料出入庫信息和物料數(shù)量的變動信息；

（2）實(shí)現(xiàn)物料入庫自動儲位分配，并對物資出入庫進(jìn)行智能監(jiān)控和可視化管理，提升倉庫的操作和管理效率，使公司對倉庫物資進(jìn)出和庫存實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)的管理，從而使管理能力得到質(zhì)的提高；

（3）借助RFID技術(shù)和無線通訊技術(shù)快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行倉庫盤點(diǎn)工作；

（4）可以實(shí)現(xiàn)與公司現(xiàn)有信息系統(tǒng)如ERP系統(tǒng)的無縫連接，達(dá)到信息資源共享；為公司其它專業(yè)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)和本系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)充預(yù)留接口。

圖4 RFID智能倉儲管理系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對所有產(chǎn)成品和原材料的標(biāo)簽記錄功能，RFID標(biāo)簽按應(yīng)用場合可分為地理位置標(biāo)簽、庫位標(biāo)簽、貨品標(biāo)簽等，而按照實(shí)現(xiàn)方式不同，又分為有源、半有源和無源。RFID標(biāo)簽是整個(gè)倉儲物流系統(tǒng)核心的信息載體，承載貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時(shí)的數(shù)據(jù)，對貨物的貨名、數(shù)量、位置等信息分析及整合，可以指定提高企業(yè)物流管理效率的方案。以下將圍繞幾個(gè)主要的流程進(jìn)行說明。

2.2.1 入庫管理。倉儲部門接到收貨指令后，通過倉儲管理模塊，結(jié)合Pick-to-light應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對于物料與倉庫儲位的精準(zhǔn)匹配、庫存信息可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)支持入庫操作的信息追溯。根據(jù)產(chǎn)品屬性來進(jìn)行合理的分配和處理。主要流程：（1）在入庫口將貨品進(jìn)行電子標(biāo)簽的粘貼；（2）通過手持器、電腦等設(shè)備，將此貨品相關(guān)種類信息、數(shù)量信息進(jìn)行自動的采集歸類，并將結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和分析。將驗(yàn)收合格的貨品送至倉庫按照貨位進(jìn)行碼放入庫。操作流程如圖5所示。

圖5 入庫操作流程圖

圖6 出庫操作流程圖

2.2.2 出庫管理。倉庫保管員以出庫單為基礎(chǔ)開展工作。管理人員根據(jù)出庫單上提貨的計(jì)劃，對出庫的貨物進(jìn)行分揀處理，并進(jìn)行出庫管理，此時(shí)RFID系統(tǒng)將自動記錄出庫的相關(guān)動作和信息。出庫操作流程如圖6所示。2.2.3 盤點(diǎn)管理。倉庫保管員將定期或臨時(shí)對內(nèi)部貨品的實(shí)際數(shù)量進(jìn)行清點(diǎn)作業(yè)。按照倉庫管理的要求，目前主要是分為人工盤點(diǎn)、堆垛機(jī)盤點(diǎn)和RFID讀寫盤點(diǎn)三種方式。RFID讀寫盤點(diǎn)利用RFID手持式的終端進(jìn)行貨品信息掃描，然后無線網(wǎng)絡(luò)傳入后臺服務(wù)器，實(shí)時(shí)判斷信息的正確性和準(zhǔn)確性，且實(shí)時(shí)顯示在RFID手持器上供盤點(diǎn)工作人員核查。此方法與傳統(tǒng)的模式相比，會大大提高效率和盤點(diǎn)的準(zhǔn)確性，盤點(diǎn)操作流程如圖7所示。

圖7 盤點(diǎn)操作流程圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，由于涉及到大量的倉儲硬件產(chǎn)品，多數(shù)為金屬材質(zhì)構(gòu)成，所以如何應(yīng)用好RFID技術(shù)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。涉及的關(guān)鍵技術(shù)有：天線技術(shù)、低功耗技術(shù)、安全技術(shù)。

（1）天線技術(shù)。由于在倉儲環(huán)境中，存在大量的金屬框架，RFID標(biāo)簽需要貼在各式各樣的物體表面或者嵌入到物體內(nèi)部，這些物體可能是金屬，而金屬對電磁信號有衰減和發(fā)射作用，因此標(biāo)簽和閱讀器之間的通信需要通過天線發(fā)射和接收電磁波能量，如何有效地設(shè)計(jì)符合不同應(yīng)用場景的天線成為RFID技術(shù)的應(yīng)用時(shí)的關(guān)鍵。由于應(yīng)用場合的不同，對天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了不同的嚴(yán)格要求。

（2）低功耗技術(shù)。在倉庫應(yīng)用場合，對閱讀器和標(biāo)簽的低功耗有著很高的要求，如手持式閱讀器、手機(jī)集成閱讀器、主動標(biāo)簽等。因此，低功耗的閱讀器和標(biāo)簽芯片的研究是RFID實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵。在本系統(tǒng)中所應(yīng)用的RFID技術(shù)為低功耗技術(shù)，確保閱讀器在長時(shí)間工作時(shí)仍然能夠正常運(yùn)行。

（3）安全技術(shù)。由于RFID系統(tǒng)中的閱讀器和標(biāo)簽之間是無線的通信信道，存在監(jiān)聽、欺騙、重傳、篡改和拒絕服務(wù)等攻擊，可造成標(biāo)簽信息和用戶隱私信息泄露等威脅。為了RFID應(yīng)用的安全性，其安全機(jī)制研究也是實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)。本系統(tǒng)中使用了多次CRC校驗(yàn)算法，來加強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性，保障數(shù)據(jù)真實(shí)有效，又不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄密。

3 實(shí)施與效果

RFID技術(shù)的應(yīng)用使得物流倉庫管理達(dá)到了動態(tài)化選擇和控制的水平。筆者在某公司的具體項(xiàng)目中，將基于RFID技術(shù)的倉儲物流管理系統(tǒng)在某化工企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用并推廣，將原有倉庫的貨品及庫位進(jìn)行改造，如圖8所示。

圖8 應(yīng)用案例

通過對整個(gè)供應(yīng)鏈的改造，對倉庫的貨品可識別化、倉庫庫位可識別化進(jìn)行RFID標(biāo)簽的安裝，同時(shí)部署了一套倉儲管理平臺軟件，為該企業(yè)初步建立了“數(shù)字倉儲物流系統(tǒng)”。新舊倉儲方式對比具體可見表1。

表1 新舊倉儲方式對比

本系統(tǒng)的應(yīng)用，使得該企業(yè)的供應(yīng)鏈管理部門更加高效，其倉儲物流業(yè)務(wù)在工作效率、物品的追蹤溯源、庫存和成本的降低上都得到很大的進(jìn)步。具體如下：

（1）信息數(shù)據(jù)溯源制度的建立：通過RFID編碼的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對貨品來源的全生命周期管理，針對原料、包材和輔料等信息，便于追蹤采購、供貨過程的相關(guān)信息；對于成品的發(fā)貨情況，進(jìn)行全方位的了解，使得數(shù)據(jù)管理透明化，能夠?qū)ξ锲返馁|(zhì)量進(jìn)行很好的控制。

（2）工作效率的提升：通過對ERP、MES和其他軟件的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多套系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，降低工作強(qiáng)度，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，有效提高工作效率，實(shí)現(xiàn)庫存的出入口管理和盤點(diǎn)管理，業(yè)務(wù)有效處理時(shí)間提高了30%，盤點(diǎn)效率提高了150%。

（3）庫存和管理成本的降低：該系統(tǒng)與財(cái)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對接，使得企業(yè)實(shí)時(shí)掌握倉庫的財(cái)務(wù)情況，實(shí)現(xiàn)庫存的合理優(yōu)化和供應(yīng)鏈精確管理，縮短倉儲周期，降低企業(yè)的庫存和管理成本，呆滯庫存降低了200%。

（4）整體倉儲物流管理水平的提高：利用系統(tǒng)整體監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)能力，對于倉儲物流各個(gè)環(huán)節(jié)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)后追溯。倉儲管理人員不再依靠原有人工表單的記錄，而是通過手持終端對各環(huán)節(jié)進(jìn)行業(yè)務(wù)操作和巡檢，數(shù)據(jù)真實(shí)性得到了保證。同時(shí)，在供應(yīng)鏈總部，設(shè)置調(diào)度大廳，采用云倉技術(shù)進(jìn)行多倉庫、多地的分布式管理，各個(gè)倉庫調(diào)度管理更為合理，決策更為準(zhǔn)確。

4 總結(jié)

在倉儲物流系統(tǒng)中采用RFID技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品物流跟蹤，在原料、輔料、包裝材料、產(chǎn)成品等各個(gè)物品部署RFID技術(shù)，以及時(shí)、方便了解物品在物流端的實(shí)時(shí)狀況，追逐產(chǎn)品在市場端的品質(zhì)狀況?；赗FID技術(shù)的倉儲物流系統(tǒng)可滿足制造企業(yè)供應(yīng)鏈物流生產(chǎn)制造和售后服務(wù)過程智能化、精益化以及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管、產(chǎn)品全生命周期追蹤的需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)高效管控。

[1]談慧.RFID在物流企業(yè)倉儲管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].物流技術(shù),2014,33(5):397-399.

[2]張新,趙俊.基于RFID技術(shù)的現(xiàn)代倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].物流技術(shù),2014,33(11):454-459.

[3]曾寶國,程遠(yuǎn)東.RFID技術(shù)及應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2014.

Design of Warehousing Logistics System Based on RFID Technology

Wu Xiangrong,Shen Guoping
(Zhejiang Technical Institute of Economics,Hangzhou 310018,China)

In this paper,based on an analysis of the RFID technology,we built the overall architecture of a warehousing logistics system,designed the major modules such as inbound management,outbound management,and inventory management,etc.,and at the end,in the case of its application at a certain chemical manufacturer,reviewed its implementation effect.

RFID technology;warehousing logistics system;system design

F253.9

A

1005-152X(2017)09-0180-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.09.041

2017-08-08

2016年浙江省教育廳項(xiàng)目（Y201635748）

吳響容（1978-），湖南漣源人，研究生，浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院物流技術(shù)學(xué)院教師，主要研究方向：智能控制技術(shù)。