基于RFID的乳化炸药库存管理系统构建

孔祥云，徐生林，杨成忠

(杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018)

0 引言

化工危险品的安全生产历来是人们关注的重点，利用信息技术提高生产安全有着十分重要的意义［1］。从产品生产、运输、使用过程入手，可将其安全性问题划分为3个部分，即生产过程安全、产品存储安全和物流跟踪安全。存储管理是处于生产管理与物流管理之间的环节，在整个企业的运营中起到了重要的衔接作用。目前，部分化工企业还沿用比较保守的存储安全管理制度，但繁冗的交接手续、统计效率等问题在很大程度上降低了生产效率。本文将以乳化炸药为例，研究无线射频识别技术(radio frequency identification，RFID)在信息化存储管理中的应用。

1 RFID技术与要求

1.1 RFID技术概述

RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来自动识别被标示个体并获取相应数据，可以在各种无人的恶劣环境中工作，并可同时识别多个标签，操作快捷方便［2］。RFID技术给人类的工业生产、商业经营、日常生活带来了巨大的变革，对提高生产效率、增加社会财富、促进信息技术发展产生深远的影响。

RFID系统包括硬件系统和相应的应用软件系统。硬件系统又包括读写器、天线和电子标签。系统工作时，读写器不断发射某一特定频率的电信号，电子标签进入这一能量磁场范围后，接收由读写器发出的射频信号，并凭借通过感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的相关信息或者由电子标签主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并解码后，将有关数据信息发送至中央信息系统进行相关处理［3］。

1.2 RFID系统分类与选型

随着RFID技术的不断发展及各个应用领域的逐渐深入，RFID系统也呈现出多样化。根据系统所选用的电子标签的区别，RFID系统有以下几种类型［4］:

(1)根据标签的可写性，可分为只读标签和可读写标签;

(2)根据标签供电方式的不同，RFID标签可以分为主动式和被动式两类。主动标签的工作电源由内部电池提供，识别距离可达几十米至几百米;被动标签没有内部电池，只有当其在读写器的工作范围内时，电子标签才能被激活。被动标签具有质轻、价廉、使用寿命长的优点，其缺点是识别距离相对较近，有效距离在十几厘米至十几米;

(3)根据工作频率的不同，RFID标签可分为低频、高频、超高频和微波等不同类型［5］。低频和高频频段的RFID系统一般采用电感耦合方式，有效识别距离在1m左右，穿透性能较好;而超高频和微波频段的RFID系统一般采用电磁反向散射耦合方式，识别距离大约为4－6m，但信号穿透能力较差，容易被遮挡。

每一种类型的标签都有它的优势与不足，可以在不同的领域使用。因此，如果要正确合理的使用RFID技术就要首先进行标签最佳类型的选择。根据环境需要，该系统选用可读写的被动超高频电子标签。

2 系统构架设计

该系统的主要目的是实现乳化炸药仓库的信息化管理。实际应用中，在每个库房通道门安装一套一托四的RFID设备(一托四即1个读写器连接4个天线)，货物经过通道门时自动快速读取出入库信息，并通过以太网进行数据通信。RFID库存管理硬件系统如图1所示。

RFID硬件系统与PC机通过网络直连线连接，并根据计算机内部的TCP/IP协议的数据传输方法进行相关数据的传输。所以在进行通信前，首先要进行IP地址设置，确保RFID读写器地址与PC机地址在同一网段内。设定好局域网地址后，连接系统即可通信。若两者地址无法设定到同一局域网段，则需将读写器与PC机通过路由器连接。

图1 RFID库存管理硬件系统

为确保系统的可用性，对超高频RFID系统进行了相关实验。由于物质的介电常数各不相同，对电磁场的干扰程度也有很大的差别，从而导致不同物质所对应的标签识别距离、灵敏度存在一定的差异。实验选用与乳化炸药相比介电常数较大的泥土进行测试(若系统满足泥土要求，则乳化炸药效果更佳)。试验中，小车装有4箱泥土，每箱两侧各贴1张RFID标签，然后反复在天线前方行走。为测试最远读标签距离，小车行走路径根据实验情况不断变化。由于天线磁场基本存在于天线正面有效距离内，天线角度对读标签效果影响不明显，测试中统一将天线角度设定为与地面垂直。

测试数据如表1所示，当天线位于30－60cm高度时，漏读率为零且可读距离达到最佳状态。每个通道门使用两个天线即可满足零漏读的要求，但为防止意外情况发生，并进一步提高系统的可靠性，正常使用时可进行两侧安装，即安装4个天线。同时，通过软件自动核对出入库详单信息，定期检测硬件等方式确保准确率，杜绝意外情况的发生。

表1 泥土的RFID标签读取实验

3 软件系统功能设计

3.1 传统库存管理主要流程

传统的乳化炸药库存管理流程有以下几个环节:

(1)收货环节。产品下线后，根据工作人员统计的产品清单与库房统计的库存量进行入库操作，打印入库单。爆炸品生产安全规定要求下线产品不得在生产车间停留24小时以上，所以不满箱的半成品，也需要在工作人员的监督下当天存入库房，并在第二天取回重新装箱;

(2)入库环节。接收入库单所对应的货物，并进行核实。为便于查找、避免存储差错，通常采取分区存放，但容易造成库存空间浪费［6］;

(3)盘点环节。盘点库存状态，与账面信息进行对比，及时更新信息。每天上报1次库存状态，保证库存量;

(4)出库环节。接到销售部门的提货单后，进行装车发货，并打印发货单。具体配送数量、接收状况均由人工统计。

从库存管理流程可知，传统库存管理存在以下问题:货物周转时间较长，效率低下;人工清点录入，数据准确性难以保证;产品流向、流量不清晰;信息传递效率低下，需求预测、库存状态、生产计划等分布在不同的管理组织中，无法得到实时准确的信息。所以，信息化库存管理集成系统的建立是非常有必要的。

3.2 库存管理系统软件功能

根据生产厂家对产品存储的需求以及传统乳化炸药库存管理流程，设计库存管理集成系统功能如下:

(1)信息采集、处理。在出入库过程中进行电子标签读取，自动识别出入库过程，并将产品信息存入关系数据库;根据系统提供的库存实时状态，自动分配产品库存地点;

(2)信息集成。将原料采购、销售、库存、生产等部门进行信息集成，使信息能够实时获取;提供查询、统计、报表生成等功能;

(3)报警功能。对产品地点、出入库操作进行条件限定，从而达到出错报警功能。

该信息化系统的建立，在很大程度上提高了库存管理的效率、准确率以及资源利用率，实现了乳化炸药的实时监控管理，具有一定的安全意义。乳化炸药库存管理流程如图2所示。

图2 乳化炸药库存管理流程图

3.3 库存管理系统设计

该库存管理系统基于.NET平台采用C/S模式开发，软件部分通过C#编程实现，并结合SQL Sever关系数据库进行相关数据操作。系统人机界面友好，操作简单快捷，基本达到预期效果。UML用例图主要从用户的角度来描述系统所需要的功能，并制定相应的执行者。E-R模型则表达了各实体之间的联系，便于理解，方便数据库设计。本系统UML用例图如图3所示，库存管理E-R模型如图4所示。

图3 系统UML用例图

图4 库存管理E-R模型

4 结束语

根据乳化炸药的库存管理需求，并结合炸药生产行业的特点，将RFID技术应用于乳化炸药库存管理系统，提高了工作效率、准确率与仓库资源利用率，并实现了炸药的实时跟踪，有利于危险品的安全管理。虽然构建了信息化库存管理系统，但是并没有论述电子标签初始化方法以及读取效率等问题。课题将对以上问题作进一步的研究。

［1］许亮，朱镇明，黄志平，等.基于RFID的工业炸药实时监控信息系统研究［J］.工程技术，2010，(8):71－72.

［2］王建维，谢勇，等.基于RFID的数字化仓库管理系统的设计与实现［J］.物流科技，2009，28(4):130－132.

［3］孙凯.浅谈RFID技术在物流行业中的应用［J］.计算机工程应用技术，2009，(11):139－140.

［4］蔡然.基于RFID技术的库存管理系统研究［J］.物流科技，2008，(6):66－69.

［5］余冰，陈景兰，戴恩勇，等.RFID在库存管理中应用的研究综述［J］.物流技术，2011，30(1):142－147.

［6］Liu Zhe，Yi Jianjun，Chen Changming，et al.Development of a management system of laboratory equipment based on UHF RFID［J］.IEEE Information Science and Engineering，2010，(2):2 763－2 766.