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        基于RFID技術的倉儲物流系統設計

          信息來源:   發布時間:2021-10-27  點擊數:

        1 引言

        在“中國制造2025”的牽引下, 各企業都在展開智能制造的應用和研究, 倉儲物流技術的提升是其中很重要的一個環節。倉儲貫穿于貨物生產、銷售、流通的各個環節中, 對于保障加工或運輸的順利進行起了關鍵作用, 為貨物最終順利流入市場保駕護航。

        多年來, 倉儲物流的行業專家均在展開相關的技術應用研究, 他們通過整合相關技術, 如物聯網技術、RFID技術、條碼技術、無線通訊技術、GPS/GTS技術等升級和融合, 并針對倉儲物流管理軟件開展研究, 成功開發面向產品的采購、倉儲、銷售、配送的全業務管理平臺的產品, 最終實現項目的應用。有些企業在倉儲物流中采用純人工的紙質作業模式, 通過紙質表單進行業務流轉, 需要安排大量人力用于保證倉儲物流的數據完整性。但由于人工操作易導致數據丟失、信息錯誤, 因此無法進行事故追溯。也有些企業在倉儲物流中應用條碼技術, 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, 保證數據的完整性。但是, 條碼容易磨損、內容無法更改、存儲容量較小, 且需要逐個掃描產品上的條碼, 掃描時工作量大, 掃描工作效率較低, 還易發生漏掃、重復掃描的情況, 因此并不適用于物流大數據的信息管理。

        RFID是一種無線通信技術, 其利用射頻信號對貼有RFID標簽的產品進行自動識別:閱讀器發送電磁波能量, 感應到的標簽驅動其內部電路, 從而反射回自身編碼攜帶的數據, 閱讀器對接收到的數據進行分析, 再傳給RFID中間部件進行數據的處理。與傳統的條碼識別技術相比, RFID電子標簽具有傳輸速度快、存儲數據量大、不受環境影響、可重復使用等優點。采用RFID技術可以降低人為操作的錯誤, 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, 縮短貨物的周轉周期。

        2 基于RFID技術的倉儲物流系統設計方案

        2.1 系統設計總體框架

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

        圖1 倉儲物流系統的四個層次

        圖1 倉儲物流系統的四個層次   下載原圖


        (1) RFID物理層。主要設備有標簽、庫區、立體貨架/平庫、庫位、托盤、叉車等?,F場作業包括貨物出入庫、盤點、揀貨、移庫等。倉庫所有的庫位、托盤和貨品均要求安裝RFID電子標簽, 從而使系統能夠實現精細化管理。

        (2) RFID數據采集層。主要包括各種現場數據采集和用戶交互設備, 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。其主要實現系統的數據采集和數據錄入功能, 提供給用戶進行操作指引, 完成數據信息的打通。

        (3) RFID數據監控層。主要對系統中所有涉及RFID的物品及相關設備進行管理, 對數據進行收集、緩存、過濾和分析, 控制指令及相關數據的收集、分發方式。同時, 通過監控電腦對數據和信息進行數據監控, 通過數據庫服務器進行數據的存儲, 最終提供對各個層次之間的RFID數據及相關控制指令的數據服務。

        (4) 經營管理層。為供應鏈調度管理中心、遠程管理中心提供用戶管理交互界面, 通過與數據監控層的對接, 實現對數據的報表制作及數據查詢服務、電子看板等服務。調度中心人員利用管理平臺, 可實現對入庫任務單、出庫任務單、移庫任務單、盤點計劃的制定、管理控制、數據監控等業務的集中管理和維護。

        在軟件層面, 倉儲物流系統提供一套業務管理平臺, 提供給RFID數據監控層和經營管理層進行應用, 定義為WMS-倉庫管理系統 (Warehouse Management System) , 如圖2所示。倉庫管理系統是整體管理平臺軟件, 通過入庫作業、出庫作業、補貨作業、移庫作業、虛倉管理等功能, 對庫位的信息進行全面管理, 實現批次管理、費用管理、品質管理、物料盤點、質檢管理、虛倉管理和即時庫存管理等功能, 從而實現業務的多元化管理, 有效控制并跟蹤倉庫業務的物流和成本管理全過程, 實現或完善的企業倉儲信息管理。該系統需要較強的擴展功能, 提供便捷二次開發平臺, 實現多設備聯動, 包括叉車車載電腦、ERP、MES等平臺軟件。在此基礎上, 面向不同客戶的具體需求, 開發出多業務、多行業的業務管理功能。

        圖2 WMS-倉庫管理系統

        圖2 WMS-倉庫管理系統   下載原圖


        在傳感器層面, 射頻識別系統的組成如圖3所示, 主要由讀寫器、標簽和讀取標簽內部信息的后臺服務系統構成。

        圖3 射頻識別系統

        圖3 射頻識別系統   下載原圖


        2.2 系統功能

        RFID智能倉儲管理系統分為八個子系統, 主要包括:理貨放置標簽、入庫掃描、入庫確認、庫存管理、盤點管理、出庫登記、出庫掃描、出庫裝車, 如圖4所示。

        系統主要目標如下:

        (1) 采用RFID技術, 將物料編碼、供應商編碼、物料數量、時間等信息與RFID電子標簽進行關聯, 然后通過讀寫器對電子標簽的檢測, 使用固定式和手持式RFID讀寫器實時自動遠距離準確和可靠地采集物料出入庫信息和物料數量的變動信息;

        (2) 實現物料入庫自動儲位分配, 并對物資出入庫進行智能監控和可視化管理, 提升倉庫的操作和管理效率, 使公司對倉庫物資進出和庫存實現實時動態的管理, 從而使管理能力得到質的提高;

        (3) 借助RFID技術和無線通訊技術快速、準確地進行倉庫盤點工作;

        (4) 可以實現與公司現有信息系統如ERP系統的無縫連接, 達到信息資源共享;為公司其它專業信息管理系統的建設和本系統的后續擴充預留接口。

        圖4 RFID智能倉儲管理系統

        圖4 RFID智能倉儲管理系統   下載原圖


        在該系統中RFID標簽實現對所有產成品和原材料的標簽記錄功能, RFID標簽按應用場合可分為地理位置標簽、庫位標簽、貨品標簽等, 而按照實現方式不同, 又分為有源、半有源和無源。RFID標簽是整個倉儲物流系統核心的信息載體, 承載貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時的數據, 對貨物的貨名、數量、位置等信息分析及整合, 可以指定提高企業物流管理效率的方案。以下將圍繞幾個主要的流程進行說明。

        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, 結合Pick-to-light應用, 實現對于物料與倉庫儲位的精準匹配、庫存信息可實時統計, 同時支持入庫操作的信息追溯。根據產品屬性來進行合理的分配和處理。主要流程: (1) 在入庫口將貨品進行電子標簽的粘貼; (2) 通過手持器、電腦等設備, 將此貨品相關種類信息、數量信息進行自動的采集歸類, 并將結果實時傳輸到監控電腦上進行數據存儲和分析。將驗收合格的貨品送至倉庫按照貨位進行碼放入庫。操作流程如圖5所示。

        圖5 入庫操作流程圖

        圖5 入庫操作流程圖   下載原圖


        2.2.2 出庫管理。

        倉庫保管員以出庫單為基礎開展工作。管理人員根據出庫單上提貨的計劃, 對出庫的貨物進行分揀處理, 并進行出庫管理, 此時RFID系統將自動記錄出庫的相關動作和信息。出庫操作流程如圖6所示。

        圖6 出庫操作流程圖

        圖6 出庫操作流程圖   下載原圖


        2.2.3 盤點管理。

        倉庫保管員將定期或臨時對內部貨品的實際數量進行清點作業。按照倉庫管理的要求, 目前主要是分為人工盤點、堆垛機盤點和RFID讀寫盤點三種方式。RFID讀寫盤點利用RFID手持式的終端進行貨品信息掃描, 然后無線網絡傳入后臺服務器, 實時判斷信息的正確性和準確性, 且實時顯示在RFID手持器上供盤點工作人員核查。此方法與傳統的模式相比, 會大大提高效率和盤點的準確性, 盤點操作流程如圖7所示。

        圖7 盤點操作流程圖

        圖7 盤點操作流程圖   下載原圖


        2.3 關鍵技術

        在實際應用中, 由于涉及到大量的倉儲硬件產品, 多數為金屬材質構成, 所以如何應用好RFID技術是其中的關鍵環節。涉及的關鍵技術有:天線技術、低功耗技術、安全技術。

        (1) 天線技術。由于在倉儲環境中, 存在大量的金屬框架, RFID標簽需要貼在各式各樣的物體表面或者嵌入到物體內部, 這些物體可能是金屬, 而金屬對電磁信號有衰減和發射作用, 因此標簽和閱讀器之間的通信需要通過天線發射和接收電磁波能量, 如何有效地設計符合不同應用場景的天線成為RFID技術的應用時的關鍵。由于應用場合的不同, 對天線結構的設計提出了不同的嚴格要求。

        (2) 低功耗技術。在倉庫應用場合, 對閱讀器和標簽的低功耗有著很高的要求, 如手持式閱讀器、手機集成閱讀器、主動標簽等。因此, 低功耗的閱讀器和標簽芯片的研究是RFID實際應用中的關鍵。在本系統中所應用的RFID技術為低功耗技術, 確保閱讀器在長時間工作時仍然能夠正常運行。

        (3) 安全技術。由于RFID系統中的閱讀器和標簽之間是無線的通信信道, 存在監聽、欺騙、重傳、篡改和拒絕服務等攻擊, 可造成標簽信息和用戶隱私信息泄露等威脅。為了RFID應用的安全性, 其安全機制研究也是實際應用中的關鍵點。本系統中使用了多次CRC校驗算法, 來加強數據的可靠性, 保障數據真實有效, 又不會產生數據泄密。

        3 實施與效果

        RFID技術的應用使得物流倉庫管理達到了動態化選擇和控制的水平。筆者在某公司的具體項目中, 將基于RFID技術的倉儲物流管理系統在某化工企業進行了應用并推廣, 將原有倉庫的貨品及庫位進行改造, 如圖8所示。

        圖8 應用案例

        圖8 應用案例   下載原圖


        通過對整個供應鏈的改造, 對倉庫的貨品可識別化、倉庫庫位可識別化進行RFID標簽的安裝, 同時部署了一套倉儲管理平臺軟件, 為該企業初步建立了“數字倉儲物流系統”。新舊倉儲方式對比具體可見表1。

        表1 新舊倉儲方式對比     下載原表

        表1 新舊倉儲方式對比

        本系統的應用, 使得該企業的供應鏈管理部門更加高效, 其倉儲物流業務在工作效率、物品的追蹤溯源、庫存和成本的降低上都得到很大的進步。具體如下:

        (1) 信息數據溯源制度的建立:通過RFID編碼的設計, 實現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、供貨過程的相關信息;對于成品的發貨情況, 進行全方位的了解, 使得數據管理透明化, 能夠對物品的質量進行很好的控制。

        (2) 工作效率的提升:通過對ERP、MES和其他軟件的集成應用, 實現了多套系統之間的實時數據交互, 降低工作強度, 提高數據采集的準確性, 有效提高工作效率, 實現庫存的出入口管理和盤點管理, 業務有效處理時間提高了30%, 盤點效率提高了150%。

        (3) 庫存和管理成本的降低:該系統與財務系統進行對接, 使得企業實時掌握倉庫的財務情況, 實現庫存的合理優化和供應鏈精確管理, 縮短倉儲周期, 降低企業的庫存和管理成本, 呆滯庫存降低了200%。

        (4) 整體倉儲物流管理水平的提高:利用系統整體監控軟件和數據服務能力, 對于倉儲物流各個環節的情況進行實時掌握, 也可進行數據后追溯。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節進行業務操作和巡檢, 數據真實性得到了保證。同時, 在供應鏈總部, 設置調度大廳, 采用云倉技術進行多倉庫、多地的分布式管理, 各個倉庫調度管理更為合理, 決策更為準確。

        4 總結

        在倉儲物流系統中采用RFID技術, 可實現產品物流跟蹤, 在原料、輔料、包裝材料、產成品等各個物品部署RFID技術, 以及時、方便了解物品在物流端的實時狀況, 追逐產品在市場端的品質狀況?;赗FID技術的倉儲物流系統可滿足制造企業供應鏈物流生產制造和售后服務過程智能化、精益化以及產品質量監管、產品全生命周期追蹤的需求, 實現企業設計、制造、生產管理的實時高效管控。

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