基于RFID技術的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)的設計及其應用

陳 亮 趙 濤，2

（1.陜西理工大學土木工程與建筑學院，陜西 漢中 723000；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院城軌工程學院，陜西 渭南 714000）

0 引言

隨著中國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑項目的工程體量和建筑規(guī)模不斷擴大[1]，建筑工程中所需建材的種類和數(shù)目也越來越龐雜。如果采用人工或半人工這種傳統(tǒng)管理模式，建材管理工作人員常常陷入重復作業(yè)量大，業(yè)務流程多的困境。采用自動化、信息化、智能化的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)成為目前及今后建筑材料管理的重要解決方案。在傳統(tǒng)管理方式已經(jīng)不能繼續(xù)提升管理效率的背景下，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術可以給工程物資管理帶來強有力的支撐，利用互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸便捷性和快速性可以加強對建材的管理[2]。

RFID技術能夠實現(xiàn)多種標識信息的自動鑒別，可以極大地改變傳統(tǒng)建材管理模式下產(chǎn)生的高額管理成本和低下的作業(yè)效率，通過信息化、自動化、智能化的管理操作可以提高建材倉庫管理工作人員的工作效率、簡化管理作業(yè)流程，進一步提高建材管控能力，使管理工作事半功倍，減少人力物力浪費。

本文主要基于無線射頻技術（以下簡稱RFID），結合前端開發(fā)技術中數(shù)據(jù)可視化技術設計出一種輕量級的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)，以自動化的作業(yè)方式減少建筑材料管理作業(yè)中的重復工作，提高建筑材料倉儲管理的作業(yè)效率，縮減建筑材料倉儲管理的成本。

1 建筑材料倉儲管理現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)建材倉儲管理弊端

傳統(tǒng)建筑材料倉儲管理模式中，建筑材料在入庫前，必須先對材料進行抽檢試驗然后進行人工點驗，再由人工錄入數(shù)據(jù)的方式將入庫單錄入數(shù)據(jù)表進行記錄，在建筑材料領用出庫時再次進行點驗記錄，由人工錄入出庫單。

傳統(tǒng)建筑材料倉儲管理方式工作量大、作業(yè)流程多且出錯率高，這種建材倉儲管理模式本就難以使管理人員行之有效的對建材信息進行核對記錄，常因建材信息記錄錯誤造成建材倉儲信息不實或缺失而引起復檢、返工。在一些建材倉儲管理粗放的施工現(xiàn)場不乏有建材堆放隨意、建材使用不經(jīng)記錄且隨用隨取的現(xiàn)象[3]，使得建材倉儲管理工作難上加難，盡管耗費大量的時間與人力資源卻因種種原因仍然存在較高的出錯率。

建材入庫后的存儲作業(yè)也時常造成大量管理人員疲于應對的建材調(diào)度信息，引起建材出入庫信息記錄缺失、建筑材料堆放位置錯誤、盤點時建材信息記錄不準確等問題，造成建筑材料現(xiàn)存量統(tǒng)計匯總出錯，造成采購部門下達加急采購訂單或者下達錯誤的采購訂單而造成額外的成本費用。

1.2 智能倉儲管理的必要性

國內(nèi)外已經(jīng)有很多學者在研發(fā)倉儲管理的智能化系統(tǒng)，例如基于RFID(Radio Frequency Identification)技術設計出的皮革倉儲管理系統(tǒng)[4]，結合無人機和RFID技術[5]設計出的智能倉儲管理系統(tǒng)原型等[6-8]，都取得了良好的管理效果。

國內(nèi)建筑施工企業(yè)的發(fā)展在很大程度上只是著眼于短期經(jīng)濟效益，卻忽略了對建筑材料的有效管理[9]，如果施工單位還采用比較傳統(tǒng)的管理理念和管理手段，將無法適應當前施工企業(yè)發(fā)展的需要。

2 RFID技術概況

2.1 RFID技術的概念

RFID即無線射頻識別技術，通過無線射頻技術進行非接觸式的雙向通信對RFID電子標簽進行識別讀寫，從而達到數(shù)據(jù)交互的目的[10]，被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一。

2.2 RFID技術的設備類型

（1）電子標簽類型。RFID電子標簽根據(jù)供電方式又分為無源RFID[11]、有源RFID和半有源RFID標簽，無源RFID標簽省去了供電系統(tǒng)，使用電磁感應進行短暫供電，自身結構簡單、成本低、壽命長。

（2）閱讀器類型。RFID閱讀器則分為手持型和固定型，手持型RFID閱讀可以更加便捷的修改RFID電子標簽中的數(shù)據(jù)信息。固定式一般作為固定點使用，也具有讀寫RFID電子標簽的功能，本設計的管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集方案主要采用手持型和固定型RFID讀寫器（分別見圖1、圖2所示）及無源RFID電子標簽（見圖3所示）。

圖1 手持型RFID閱讀器

圖2 固定型RFID閱讀器

圖3 無源RFID電子標簽

2.3 RFID技術的應用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)倉儲管理模式中條形碼、二維碼等識別技術相比RFID射頻識別技術擁有很多優(yōu)點。

（1）從環(huán)境影響方面進行比較，條形碼和二維碼很容易受到環(huán)境影響，如建筑材料在運輸過程中易將印刷在材料表面的二維碼或條形碼磨損，相比之下RFID電子標簽有不易磨損，不受光干擾和環(huán)境影響，在惡劣環(huán)境仍可正常使用等特點，有效增加了依賴于識別技術的智能化管理系統(tǒng)的準確率。

（2）在識別速度和智能化方案中進行比較，RFID射頻技術可以對RFID電子標簽群掃描，識別速度大于50張/s，而傳統(tǒng)倉儲管理模式中人工計件或二維碼和條形碼一次僅能識別單個建筑材料信息。

（3）從識別距離進行比較，傳統(tǒng)的二維碼和條形碼都只能在1~5cm內(nèi)識別數(shù)據(jù)信息，而成熟的RFID無線射頻識別技術，無論手持型還是固定型閱讀器都達到了5m以上。

（4）使用壽命和可讀寫性方面，傳統(tǒng)的二維碼和條形碼都是印刷在材料或者包裝表面，僅能使用一次，且不能修改，而RFID電子標簽數(shù)據(jù)保存最少可長達50年且可以重復使用。

3 基于RFID技術的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)設計

3.1 倉儲管理系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)的整體框架結合了軟件開發(fā)中MVC模型思想和B/S架構方案。

如圖4所示，B/S架構即瀏覽器和服務器模式，將系統(tǒng)掛載于服務器，用戶使用瀏覽器調(diào)用系統(tǒng)的方案。MVC模型分為控制層、模型層與視圖層，各層功能基于設計方案進行數(shù)據(jù)信息交互，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。

圖4 MVC框架示意圖

3.2 倉儲管理系統(tǒng)方案設計

在建筑工程中，考慮到大多數(shù)施工現(xiàn)場條件簡陋、個別施工地點天氣氣候條件惡劣，應用全自動化、智能化倉儲管理技術成本高等因素，本著低成本、高復用、易部署、操作簡單的原則，設計以使用少量管理人員配備手持型RFID閱讀器，管理系統(tǒng)依托于云服務器，施工現(xiàn)場僅需在倉庫出入口設置固定型RFID閱讀器的方式部署該建材管理系統(tǒng)。

由于RFID技術已十分成熟[12-13]，各大廠商均為出售的閱讀器配備了RFID電子標簽讀寫軟件，方便對其二次發(fā)開，這里不再贅述和實現(xiàn)閱讀器采集數(shù)據(jù)的方法，實際案例中只需按約定好的數(shù)據(jù)格式，將數(shù)據(jù)寫入電子標簽然后交由服務端處理即可。

在建筑材料倉庫門口分別設置兩個固定式RFID閱讀器自動識別出入倉庫的材料并上傳至服務器進行記錄和統(tǒng)計。庫內(nèi)材料進行調(diào)度時，由管理人員使用手持式RFID讀寫器對電子標簽內(nèi)容進行修改，服務器接收到建材調(diào)度信息后自動更新存儲的建材數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)材料全生命周期的追溯管控。建材上附著的電子標簽數(shù)據(jù)格式按照施工方與供貨商雙方約定格式編寫。

3.3 倉儲管理系統(tǒng)調(diào)度信息存儲設計

采用關系型數(shù)據(jù)庫MySql對項目實施過程中產(chǎn)生的建材調(diào)度數(shù)據(jù)信息進行存儲，數(shù)據(jù)庫與各表關系如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)庫設計圖

出入庫信息存儲數(shù)據(jù)庫中，將所有被倉庫出入口的固定型RFID閱讀器掃描到的無源電子標簽信息分別錄入相應數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)表中。管理人員可以通過該數(shù)據(jù)庫，對項目從開工到竣工所使用的所有建材信息進行統(tǒng)計核算和全生命周期追溯。

庫內(nèi)建材信息數(shù)據(jù)庫，僅收集由管理人員使用手持型RFID閱讀器在庫內(nèi)建材調(diào)度作業(yè)時產(chǎn)生的調(diào)度信息，對于已經(jīng)出庫的建材信息不進行存儲，以便于管理人員配合系統(tǒng)設計的建材信息統(tǒng)計功能對庫內(nèi)建材信息進行檢索和管理。

采 用JavaScript腳 本 結 合Echarts、JQuery以 及BootStrap框架對建材調(diào)度信息進行自動化、可視化處理。首先，設計的系統(tǒng)基于B/S構架，使用瀏覽器結合云服務器的理念方法，使用前端展示頁面的布局方案引入了BootStrap的響應式布局框架，使得本系統(tǒng)可以適配各種裝有瀏覽器的設備使用，采用JQuery框架對前端從后端服務器中獲取到的數(shù)據(jù)進行處理，Echarts框架對建材存儲信息進行數(shù)據(jù)可視化處理，最后使用PHP語言進行后端的收發(fā)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫交互操作。

4 基于RFID技術的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)的應用

該系統(tǒng)由前端技術開發(fā)實現(xiàn)，在任意一臺裝有瀏覽器的設備均可適配設備屏幕使用。

4.1 出入庫管理

在建筑材料進行初次人工點驗之后，將建筑材料信息按照約定好的數(shù)據(jù)格式寫入RFID電子標簽中后進行入庫，入庫時庫門安裝的RFID閱讀器將自動識別附著在建筑材料上的RFID電子標簽，將RFID電子標簽中存儲的建筑材料信息上傳至服務器，對建筑材料信息進行記錄和處理。出庫時，無需進行點驗，倉庫出口處的RFID閱讀器在識別到RFID電子標簽中的建筑材料信息后，即對服務器中相應的建材存儲信息進行修改，在材料出入庫時會自動生成建材存儲信息折線圖與數(shù)據(jù)表，以便于管理人員更加直觀便捷的查詢建材調(diào)度信息和消耗情況。

4.2 庫內(nèi)材料管理

該模塊設計有建筑材料儲量圖、建筑材料信息查詢和建筑材料位置設定查詢?nèi)蠊δ?，目的是為通過自動化、智能化的作業(yè)方法將建筑材料管理人員從傳統(tǒng)建筑材料管理模式的重復、繁瑣、易出錯的作業(yè)流程中解放出來，進一步減少人力物力資源浪費，降低項目施工成本，增加施工利潤。

建筑材料儲量圖能首先從后臺數(shù)據(jù)庫中實時獲取所有建筑材料信息，將所有建筑材料按照各自類別進行統(tǒng)計歸類，并使用數(shù)據(jù)可視化技術依據(jù)建筑材料的存儲量信息繪制成餅狀圖，使參與項目的各部門可以便捷、清晰的掌握各類建筑材料存儲在倉庫中的總量與所占比值。

建筑材料庫內(nèi)存儲設定功能僅需使用持有RFID手持型閱讀器更改存儲在RFID電子標簽中相應字段即可對建筑材料在庫內(nèi)的位置信息進行記錄和存儲，建筑材料庫內(nèi)位置查詢功能將通過獲取存儲在服務器數(shù)據(jù)庫中RFID電子標簽內(nèi)的位置信息，并采用Echarts框架對其進行可視化處理，動態(tài)生成二維的位置圖，展示各類建筑材料在庫內(nèi)的存儲位置及建筑材料基本信息。

5 結束語

綜上所述，基于RFID技術的建筑材料倉儲管理系統(tǒng)具有易部署、低成本、操作簡單等優(yōu)點，使中小型工程也能實現(xiàn)自動化、信息化、智能化的建筑管理模式。該系統(tǒng)以自動化和智能化的管理方式簡化了建材管理作業(yè)流程，將建材調(diào)度信息進行數(shù)據(jù)可視化處理，在采購、施工、倉儲管理部門之間架起了有效溝通橋梁，進一步增強了建筑企業(yè)內(nèi)部溝通交流能力。使用在線交互查詢方式，可以使建筑材料信息實時展示給所有參與項目的人員，能夠避免因材料管理失當而造成的不必要損失，使用該管理系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)管理模式有效提高了建筑企業(yè)競爭力，值得推廣。