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    基于RFID技术的仓储物流系统设计

      信息来源:   发布时间:2021-10-27  点击数:

    1 引言

    在“中国制造2025”的牵引下, 各企业都在展开智能制造的应用和研究, 仓储物流技术的提升是其中很重要的一个环节。仓储贯穿于货物生产、销售、流通的各个环节中, 对于保障加工或运输的顺利进行起了关键作用, 为货物最终顺利流入市场保驾护航。

    多年来, 仓储物流的行业专家均在展开相关的技术应用研究, 他们通过整合相关技术, 如物联网技术、RFID技术、条码技术、无线通讯技术、GPS/GTS技术等升级和融合, 并针对仓储物流管理App开展研究, 成功开发面向产品的采购、仓储、销售、配送的全业务管理平台的产品, 最终实现项目的应用。有些企业在仓储物流中采用纯人工的纸质作业模式, 通过纸质表单进行业务流转, 需要安排大量人力用于保证仓储物流的数据完整性。但由于人工操作易导致数据丢失、信息错误, 因此无法进行事故追溯。也有些企业在仓储物流中应用条码技术, 针对各仓储物流物品均贴上条码, 利用手动扫描记录货物的出入库信息, 保证数据的完整性。但是, 条码容易磨损、内容无法更改、存储容量较小, 且需要逐个扫描产品上的条码, 扫描时工作量大, 扫描工作效率较低, 还易发生漏扫、重复扫描的情况, 因此并不适用于物流大数据的信息管理。

    RFID是一种无线通信技术, 其利用射频信号对贴有RFID标签的产品进行自动识别:阅读器发送电磁波能量, 感应到的标签驱动其内部电路, 从而反射回自身编码携带的数据, 阅读器对接收到的数据进行分析, 再传给RFID中间部件进行数据的处理。与传统的条码识别技术相比, RFID电子标签具有传输速度快、存储数据量大、不受环境影响、可重复使用等优点。采用RFID技术可以降低人为操作的错误, 又提高物流仓储管理水平, 从根本上解决仓储过程中效率低下的问题, 而且有助于减少库存积压, 缩短货物的周转周期。

    2 基于RFID技术的仓储物流系统设计方案

    2.1 系统设计总体框架

    基于RFID的仓储物流系统从下到上划分为以下四个层次, 如图1所示。

    图1 仓储物流系统的四个层次

    图1 仓储物流系统的四个层次   下载原图


    (1) RFID物理层。主要设备有标签、库区、立体货架/平库、库位、托盘、叉车等。现场作业包括货物出入库、盘点、拣货、移库等。仓库所有的库位、托盘和货品均要求安装RFID电子标签, 从而使系统能够实现精细化管理。

    (2) RFID数据采集层。主要包括各种现场数据采集和用户交互设备, 如门禁固定读写器、RFID手持终端、RFID固定式阅读器、RFID车载阅读器、叉车车载电脑、带RFID阅读功能的无线条码扫描枪等。其主要实现系统的数据采集和数据录入功能, 提供给用户进行操作指引, 完成数据信息的打通。

    (3) RFID数据监控层。主要对系统中所有涉及RFID的物品及相关设备进行管理, 对数据进行收集、缓存、过滤和分析, 控制指令及相关数据的收集、分发方式。同时, 通过监控电脑对数据和信息进行数据监控, 通过数据库服务器进行数据的存储, 最终提供对各个层次之间的RFID数据及相关控制指令的数据服务。

    (4) 经营管理层。为供应链调度管理中心、远程管理中心提供用户管理交互界面, 通过与数据监控层的对接, 实现对数据的报表制作及数据查询服务、电子看板等服务。调度中心人员利用管理平台, 可实现对入库任务单、出库任务单、移库任务单、盘点计划的制定、管理控制、数据监控等业务的集中管理和维护。

    在App层面, 仓储物流系统提供一套业务管理平台, 提供给RFID数据监控层和经营管理层进行应用, 定义为WMS-仓库管理系统 (Warehouse Management System) , 如图2所示。仓库管理系统是整体管理平台App, 通过入库作业、出库作业、补货作业、移库作业、虚仓管理等功能, 对库位的信息进行全面管理, 实现批次管理、费用管理、品质管理、物料盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能, 从而实现业务的多元化管理, 有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程, 实现或完善的企业仓储信息管理。该系统需要较强的扩展功能, 提供便捷二次开发平台, 实现多设备联动, 包括叉车车载电脑、ERP、MES等平台App。在此基础上, 面向不同客户的具体需求, 开发出多业务、多行业的业务管理功能。

    图2 WMS-仓库管理系统

    图2 WMS-仓库管理系统   下载原图


    在传感器层面, 射频识别系统的组成如图3所示, 主要由读写器、标签和读取标签内部信息的后台服务系统构成。

    图3 射频识别系统

    图3 射频识别系统   下载原图


    2.2 系统功能

    RFID智能仓储管理系统分为八个子系统, 主要包括:理货放置标签、入库扫描、入库确认、库存管理、盘点管理、出库登记、出库扫描、出库装车, 如图4所示。

    系统主要目标如下:

    (1) 采用RFID技术, 将物料编码、供应商编码、物料数量、时间等信息与RFID电子标签进行关联, 然后通过读写器对电子标签的检测, 使用固定式和手持式RFID读写器实时自动远距离准确和可靠地采集物料出入库信息和物料数量的变动信息;

    (2) 实现物料入库自动储位分配, 并对物资出入库进行智能监控和可视化管理, 提升仓库的操作和管理效率, 使企业对仓库物资进出和库存实现实时动态的管理, 从而使管理能力得到质的提高;

    (3) 借助RFID技术和无线通讯技术快速、准确地进行仓库盘点工作;

    (4) 可以实现与企业现有信息系统如ERP系统的无缝连接, 达到信息资源共享;为企业其它专业信息管理系统的建设和本系统的后续扩充预留接口。

    图4 RFID智能仓储管理系统

    图4 RFID智能仓储管理系统   下载原图


    在该系统中RFID标签实现对所有产成品和原材料的标签记录功能, RFID标签按应用场合可分为地理位置标签、库位标签、货品标签等, 而按照实现方式不同, 又分为有源、半有源和无源。RFID标签是整个仓储物流系统核心的信息载体, 承载货物的到货、入库、移库、出库时的数据, 对货物的货名、数量、位置等信息分析及整合, 可以指定提高企业物流管理效率的方案。以下将围绕几个主要的流程进行说明。

    2.2.1 入库管理。

    仓储部门接到收货指令后, 通过仓储管理模块, 结合Pick-to-light应用, 实现对于物料与仓库储位的精准匹配、库存信息可实时统计, 同时支撑入库操作的信息追溯。根据产品属性来进行合理的分配和处理。主要流程: (1) 在入库口将货品进行电子标签的粘贴; (2) 通过手持器、电脑等设备, 将此货品相关种类信息、数量信息进行自动的采集归类, 并将结果实时传输到监控电脑上进行数据存储和分析。将验收合格的货品送至仓库按照货位进行码放入库。操作流程如图5所示。

    图5 入库操作流程图

    图5 入库操作流程图   下载原图


    2.2.2 出库管理。

    仓库保管员以出库单为基础开展工作。管理人员根据出库单上提货的计划, 对出库的货物进行分拣处理, 并进行出库管理, 此时RFID系统将自动记录出库的相关动作和信息。出库操作流程如图6所示。

    图6 出库操作流程图

    图6 出库操作流程图   下载原图


    2.2.3 盘点管理。

    仓库保管员将定期或临时对内部货品的实际数量进行清点作业。按照仓库管理的要求, 目前主要是分为人工盘点、堆垛机盘点和RFID读写盘点三种方式。RFID读写盘点利用RFID手持式的终端进行货品信息扫描, 然后无线网络传入后台服务器, 实时判断信息的正确性和准确性, 且实时显示在RFID手持器上供盘点工作人员核查。此方法与传统的模式相比, 会大大提高效率和盘点的准确性, 盘点操作流程如图7所示。

    图7 盘点操作流程图

    图7 盘点操作流程图   下载原图


    2.3 关键技术

    在实际应用中, 由于涉及到大量的仓储硬件产品, 多数为金属材质构成, 所以如何应用好RFID技术是其中的关键环节。涉及的关键技术有:天线技术、低功耗技术、安全技术。

    (1) 天线技术。由于在仓储环境中, 存在大量的金属框架, RFID标签需要贴在各式各样的物体表面或者嵌入到物体内部, 这些物体可能是金属, 而金属对电磁信号有衰减和发射作用, 因此标签和阅读器之间的通信需要通过天线发射和接收电磁波能量, 如何有效地设计符合不同应用场景的天线成为RFID技术的应用时的关键。由于应用场合的不同, 对天线结构的设计提出了不同的严格要求。

    (2) 低功耗技术。在仓库应用场合, 对阅读器和标签的低功耗有着很高的要求, 如手持式阅读器、手机集成阅读器、主动标签等。因此, 低功耗的阅读器和标签芯片的研究是RFID实际应用中的关键。在本系统中所应用的RFID技术为低功耗技术, 确保阅读器在长时间工作时仍然能够正常运行。

    (3) 安全技术。由于RFID系统中的阅读器和标签之间是无线的通信信道, 存在监听、欺骗、重传、篡改和拒绝服务等攻击, 可造成标签信息和用户隐私信息泄露等威胁。为了RFID应用的安全性, 其安全机制研究也是实际应用中的关键点。本系统中使用了多次CRC校验算法, 来加强数据的可靠性, 保障数据真实有效, 又不会产生数据泄密。

    3 实施与效果

    RFID技术的应用使得物流仓库管理达到了动态化选择和控制的水平。笔者在某企业的具体项目中, 将基于RFID技术的仓储物流管理系统在某化工企业进行了应用并推广, 将原有仓库的货品及库位进行改造, 如图8所示。

    图8 应用案例

    图8 应用案例   下载原图


    通过对整个供应链的改造, 对仓库的货品可识别化、仓库库位可识别化进行RFID标签的安装, 同时部署了一套仓储管理平台App, 为该企业初步建立了“数字仓储物流系统”。新旧仓储方式对比具体可见表1。

    表1 新旧仓储方式对比     下载原表

    表1 新旧仓储方式对比

    本系统的应用, 使得该企业的供应链管理部门更加高效, 其仓储物流业务在工作效率、物品的追踪溯源、库存和成本的降低上都得到很大的进步。具体如下:

    (1) 信息数据溯源制度的建立:通过RFID编码的设计, 实现对货品来源的全生命周期管理, 针对原料、包材和辅料等信息, 便于追踪采购、供货过程的相关信息;对于成品的发货情况, 进行全方位的了解, 使得数据管理透明化, 能够对物品的质量进行很好的控制。

    (2) 工作效率的提升:通过对ERP、MES和其他App的集成应用, 实现了多套系统之间的实时数据交互, 降低工作强度, 提高数据采集的准确性, 有效提高工作效率, 实现库存的出入口管理和盘点管理, 业务有效处理时间提高了30%, 盘点效率提高了150%。

    (3) 库存和管理成本的降低:该系统与财务系统进行对接, 使得企业实时掌握仓库的财务情况, 实现库存的合理优化和供应链精确管理, 缩短仓储周期, 降低企业的库存和管理成本, 呆滞库存降低了200%。

    (4) 整体仓储物流管理水平的提高:利用系统整体监控App和数据服务能力, 对于仓储物流各个环节的情况进行实时掌握, 也可进行数据后追溯。仓储管理人员不再依靠原有人工表单的记录, 而是通过手持终端对各环节进行业务操作和巡检, 数据真实性得到了保证。同时, 在供应链总部, 设置调度大厅, 采用云仓技术进行多仓库、多地的分布式管理, 各个仓库调度管理更为合理, 决策更为准确。

    4 总结

    在仓储物流系统中采用RFID技术, 可实现产品物流跟踪, 在原料、辅料、包装材料、产成品等各个物品部署RFID技术, 以及时、方便了解物品在物流端的实时状况, 追逐产品在市场端的品质状况。基于RFID技术的仓储物流系统可满足制造企业供应链物流生产制造和售后服务过程智能化、精益化以及产品质量监管、产品全生命周期追踪的需求, 实现企业设计、制造、生产管理的实时高效管控。

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