基于RFID技术的现代仓储管理系统设计与应用

2014-02-18张新，赵俊

物流技术 2014年11期

张新，赵俊

（1.绍兴职业技术学院，浙江绍兴 312000；2.绍兴迅极网络技术开发有限公司，浙江绍兴 312000）

1 引言

现代物流随信息技术的发展而发展，它是依据用户的需求，利用现代信息处理技术，从供给地将物流向需求地转移，实现管理成本最低化的过程。它由若干个环节组成，如包装、装卸、配送、运输、储存、加工和信息处理等。其中仓储环节在现代物流运作过程中起到很关键的作用，也是物流中的主要环节。近几年，物联网技术发展迅速，RFID 射频识别技术作为物联网技术的核心技术之一，在很多领域得到大量应用，推动着产业的升级改造。早期，条码技术在物流行业应用中得到了肯定，但随着经济的高速发展，人民对物质需求的进一步提高，推动着现代物流技术的兴起，利用RFID 技术来改造仓储管理系统的需求也应运而生。

早期，仓储管理采用单据人工书写方式完成，随着条码技术的发展与成熟，逐渐开始采用条码作为信息的载体。无论是条码还是手工作业方式，在仓储管理方面存在很大问题：手工方式效率低，极易出错，而条码技术，尽管提高了效率，但由于条码的易复制、不防污、不防潮、信息量少且不能更改的缺点，使得传统的仓储管理始终存在着缺陷。随着RFID技术的成熟应用，其自动信息获取技术从根本上解决了上述问题。

本系统的设计是充分利用便携式手持终端（如PDA 和阅读器）完成对电子标签信息的读写，实现物品信息的交换与处理。因此，在作业现场便携终端实现了入库、出库、移库、盘点操作的实时完成，另外，要实现对物资进行批次甚至单品管理，借助电子标签存储物资信息，阅读器读到的数据通过WiFi网络实时传输到信息服务中心，实现了对库存物品的入库、出库、移动、盘点、订货等的直接操作，通过对仓储物品信息的过程控制与分析，实现仓储物品管理的规范化和可视化，从而有效地降低管理成本，提高工作效率，真正实现仓储管理的智能化。

2 RFID射频识别系统

RFID（无线射频识别技术）是一种非接触式的信息自动获取技术，利用无线电信号空间耦合原理自动获取电子标签的信息，具有高速运动目标识别能力，采用一定技术实现多标签的信息读写，操作快捷方便，适合各种恶劣环境下的信息采集。RFID 电子标签具备较大的存储容量，除了可以存储ID，还可以存储一定数量的物品信息。RFID 阅读器可以有多种接口方式（如RJ45、串口）与信息服务中心交换数据，完成前端信息的实时采集。RFID 系统一般由电子标签、天线、阅读器和RFID中间件组成，如图1所示。

图1 RFID系统构成与工作原理

电子标签存储ID识别码及仓储物品的其它信息，可以根据需要有各种不同的封装形式，电子标签分为有源、无源和半无源三大类。阅读器是RFID系统重要设备，在有效范围内实现对RFID 标签的信息读写，并通过适当接口，完成与后端应用系统的信息交换。RFID中间件是完成RFID 设备接入应用系统的软件，主要完成阅读器管理、数据采集和系统指令传达。

3 系统组成与工作原理

3.1 基本设计思想

现代仓储管理系统的重心是RFID技术的应用，关键是利用电子标签具有的信息读写能力。为了实现仓储中的库位管理，需要按某种标准给每一库位贴上电子标签。库房管理作业时，可以实现物品与库位的智能匹配处理，做到最优化利用库位的功能。在物品入库时，货物电子标签（或已有标签）将被安装上，利用这些标签可以做到对物品一定精度的定位，方便错位情况下的寻找，提高工作效率。货物出库时按具体情况取下电子标签，做到循环使用。

利用无线网络如WiFi 实现信息高速公路，覆盖整个仓储作业区，做到作业数据实时传输到信息服务中心。仓储作业过程中，利用叉车上无线数据终端和作业人员手持无线数据终端，完成作业信息的实时上传，同时无线数据终端接受信息服务中心下达的作业指令，确认作业位置与作业货物是否准确等。

自动导引车AGV 是一种智能化的作业平台，平台上具有RFID 阅读器、智能控制设备等，可以做到定时对库房进行自动盘点，实现仓储物资盘点智能化。

3.2 系统组成

RFID 仓储管理系统由信息管理系统、电子标签制作系统、物品信息采集系统和物品辅助定位系统组成，这四大系统互相协作，联合实现物品管理的各个流程。信息管理系统是仓储管理系统的核心，物品信息采集和辅助定位是仓储管理实现的基础。

信息管理系统由信息服务中心的服务器和前台管理终端组成，是整个系统的数据处理中心。所有从固定式阅读器或手持机获得的数据都实时转换并插入到后台仓储管理系统的数据库中，对标签管理信息、电子标签和采集的标签信息集中进行储存和处理，完成货物的日常管理。

电子标签制作系统实现库位标签、物品标签、箱标签信息的写入，由一台阅读器实现。

物品信息采集系统和物品辅助定位系统由数据前端采集和无线网络传输二部分组成。各类标签信息通过前台作业终端（手持机或固定阅读器）采集，完成标签数据的读写。前台作业终端利用WiFi 无线网络并通过RFID 中间件实现与信息服务中心数据交换与处理。利用RFID 无线定位技术可以辅助定位物品大致位置，方便寻找。

3.3 系统工作原理

仓储管理系统从库位标签的制作与安装开始，依据信息服务中心自动生成的库位编码等信息，通过前台作业终端写入库位电子标签，同时读取电子标签标识信息上传到数据库做到一一对应。为便于管理，使用标签打印机，在纸标签上打印库位编码和其它信息，把二类标签同时安装到库位上，标识具体位置用于识别，为出入库作业做好准备。

按照规定的物品编码方案对入库物品进行编码是入库的首要任务。用前台作业终端把编码信息写入电子标签，同时打印纸质标签，二者合一成为货物标签。前台作业终端自动分配库位，并与物品存放信息相一致。当货物被运送到指定库位后，核对位置正确并把货物送入库位（视情修改库位标签中货物编号和数量信息），最后把入库信息发送给信息服务中心及时更新库存数据库。

出库作业的信息来自信息服务中心下传的出库计划，前台作业终端提示作业人员实施操作，按计划从指定库位上取出指定数量的货物，改写库位标签信息，货物运送到出口处，取下货物标签，完成货物出库存，同时前台作业终端发回完成出库作业信息，更新中心数据库。另外可以利用RFID定位技术，采用RSS 定位原理帮助出库过程中错位物品的定位和寻找。

库存盘点与报表生成也是管理系统的重要内容，通过对数据库信息的分析处理，按各类要求自动生成报表，提供给相关人员分析决策。

4 管理系统设计

仓储管理系统分成如下三层结构：

第一层是信息采集，主要是通过前台作业终端（如阅读器等）采集信息。这些信息来自库位标签、货物标签、以及仓储作业区内的各类其它标签。

第二层是信息传输，即通过无线宽带网络(如WiFi)，把信息采集层发过来的信息实时可靠传送到信息服务中心的数据库中，完成存储和处理。硬件包括无线接入设备和网络交换设备。

第三层是信息应用，信息的应用处理是整个系统的核心，通过数据库管理系统提供的数据管理能力实现对各类信息的综合处理。应用系统包括数据库服务器、认证服务器等设备和仓储管理系统软件。

4.1 系统硬件设计

整个系统的信息传输基础是无线宽带网络。采用WiFi技术实现信息高速公路，在整个仓储范围内按信号覆盖无盲区的需求，布置AP接入点，使手持式阅读器能全部接入宽带网，保障信息传输畅通。另外固定式阅读器天线空间布置与AP接入点布设类似，需针对RFID 定位应用要求进行适当调整。硬件系统架构如图2所示。

图2 管理系统的硬件架构

信息采集系统由前台作业终端（固定式或手持式阅读器）、指示面板、过程控制器、指示灯、报警器、传感器、各类标签组成。本系统设计采用超高频RFID设备（Reader 2600射频读写器），读写器分固定式和手持式二种，基本功能相同。超高频RFID阅读器具有读写距离较远，能满足仓储环境下的信息采集需要。Reader 2600阅读器是分体式产品。它能够读写符合ISO-18000-6B、ISO-18000-6C（EPC G2）、TK900 标准的电子标签。工作频率902～928MHz，读写距离大于6m，产品可根据客户的需求和实际运用环境选用不同数量的天线接口与不同的大小的天线。另外，采用了超高频抗金属标签作为物品标签，此类标签符合ISO 18000-6C 协议，芯片灵敏度较高，达到-15dBm,识别距离超过8m，封装芯片为H3。

在仓储作业区的进出口处，安装读写设备和天线，对进出仓储作业区货物进行监控和管理。由于进出仓储作业区的物品都安装电子标签，利用作业区进出口的阅读器识读功能做到物品进出的自动信息读写，及时与信息服务中心数据库进行交换，实现对货物跟踪管理，生成完善的货物发放管理记录，掌握货物的流向及分配情况，供查询使用。

4.2 系统软件设计

现代仓储管理系统是一典型的C/S 类型信息服务系统。采用常用的MS SQLSERVER 作为数据库，用C#编写完成。仓储管理系统由以下三部分组成：

（1）仓储管理应用系统：对信息服务中心数据库进行配置、维护、认证、安全等管理。负责进货计划、出库计划的制定和指令下达，打印生成各种管理报表。

（2）仓储管理准备系统：制作各类标签、进行实时库存管理（库位管理）、通过无线网络发布仓库管理作业指令。

（3）仓储管理作业系统：完成入库、出库、移库、盘库等日常作业。

从功能上，管理系统由七大软件模块组成，具体如图,3所示：

图3 系统功能结构图

4.2.1 系统管理。系统管理主要由用户管理、权限管理、物资管理、库房设置管理和货位设置管理五方面组成。用户管理用来维护用户表，完成用户创建、修改、删除和设定活动状态等操作，具有完整的查询功能。用户的操作权限在权限管理中设定，用户可以具有多种操作权限，实现各种权限创建、修改、删除、设定状态等操作，可按条件查询。物资管理对物资信息表进行修改，实现物资信息的增加、修改、删除、活动状态设定等操作，并提供查询功能。库房与货位设置管理用来实现库房（货位）的增加、修改、删除、使用状态设定。另外，依据数据分析要求自动生成各类报表。

4.2.2 出入库管理。仓储管理的核心模块是出入库管理。主要由出入库单编辑、审核、查询、核查、打印等组成。具体流程如图4所示。

图4 出入库模块流程

在出入库管理中要特别强调利用RFID 定位技术查找物品的辅助功能。在大型仓储中，货物存放过程难免会出现错位现象，导致货物寻找困难的问题。基于“信号指纹”（RSS）定位方法是RFID定位技术的一种有效定位方法，具体包括三个方面：部署场地规划、信号指纹库采集、信号指纹匹配。

4.2.3 盘点管理。盘点管理分为二类，即有单盘点和无单管理。从信息服务中心下载仓储物品信息，生成盘点报表。依据报表完成盘点业务，通过授权用户可以在前台作业终端上手工输入盘点数量。另外，也可以直接用前台作业终端进行实际库存的盘点，生成实际盘点信息上传到信息服务中心数据库中，经数据库对其信息进行对比，当不一致的时候，提示报警，如图5所示。

图5 盘点模块流程

4.2.4 库存与备货管理。库存管理包括物品移位和物品库存状况预警。物品移位是针对仓储情况变化而进行的调整，改变物品的货位，一般在前台作业终端业务系统中自动或手工进行货位的调整。通过实时查询物资库存、设备库存，并根据查询条件生成结果报表。设置物品库存最小量报警条件，当库存达到设置报警条件时，提示给用户。

备货管理由备货单编辑、备货报警和备货查询三部分组成。备货单编辑完成备货单的创建，修改，撤消，设定备货单的状态，维护备货单表。通过远程调用功能，根据筛选条件进行精确和模糊二种方式查询，当备货数量大于库存中可备货数量时，提示报警。

4.2.5 标签制作管理。标签制作管理是系统管理的前提与基础。库位标签、物品标签及其它标签都要进行先前的信息写入，这些工作需通过台式作业终端完成。