基于RFID的废品拆解管理信息系统设计与实现

杜兆龙 徐玉斌 李建伟 赵俊忠

(太原科技大学计算机科学与技术学院 山西 太原 030024)



基于RFID的废品拆解管理信息系统设计与实现

杜兆龙 徐玉斌 李建伟 赵俊忠

(太原科技大学计算机科学与技术学院 山西 太原 030024)

废弃电器电子产品拆解追溯信息系统是基于物联网技术、计算机技术、仓储和制造业自动化技术等多学科综合的系统应用。阐述它的基本业务、系统架构、设计实现等内容，并以PowerDesigner 12.5和Visio 2007进行规范化建模。该设计采用B/S架构与基于RFID数据采集功能的C/S架构的混合模式，利用RFID技术，实现拆解过程的可追溯化和管理的自动化。部署结果表明，系统整体稳定可靠，可用性强，贴合厂家的实际业务需求。

废弃电器电子产品 追溯化 RFID

0 引 言

随着科学技术和经济水平的飞速发展，电器电子产品满足了人们精神物质生活，但是也遗留了大量的废物，导致了严重的资源浪费和环境污染。为了合理利用资源减少污染，我国已制定颁布了一系列的政策和法规。如2010年环保部发布《废弃电器电子产品处理污染控制规范》，2011年施行《废弃电器电子产品回收处理管理条例》，2012年环保部实施拆解企业的相关处理基金补贴工作[1]，2014年底又发布了《指南2015年版》，以“应当”、“确保”、“不得”等字眼对于资源回收中拆解操作进行详加规范[2]，以确保合理利用资源和减少污染。

目前国内具有相关资质的企业有106家，有些甚至还是手工记账，信息化管理落后。张沙清等[3]设计并实现了基于J2EE拆解管理系统，采用条码和RFID技术提升管理水平；邓美玲[4]在分析系统业务的基础上也采用条码技术设计实现了该系统；高芳婷[5]也是利用条码技术实现了该拆解系统。宋若辰等[6]论述了RFID技术可以提高电子废品处理审核的效率和有效性。国家对于拆解企业在物流(视频监控企业内部生产流通)、信息流、资金流的审核方面比较严格，在审核过程中强调生产流通可追溯化、各类台账数据凭证真实性。重点强调企业在视频监控系统、拆解信息管理系统的建设等方面，以提高信息化追溯的水平。

本文描述的系统针对佳木斯某再生资源有限公司进行设计和开发，采用条码和RFID技术，有效提高了企业内部物流管理的自动化水平，同时消除了以往手工记账的弊端，提高了企业生产信息的管理水平。

1 业务介绍

目前企业拆解的废弃电器电子产品有电视机、洗衣机、空调、冰箱、电脑等，2014年版标准增加到了14类。其回收处理过程基本相似，如图1所示。

图1 企业业务时序图

(1) 运送待拆解废品(如CRT黑白电视机)的车辆入厂，地磅员登记车辆号牌、废品信息，并称重(毛重)。

(2) 质检员按照合格或部件缺损进行废品分类，并按照同一规格同一质检结果(如21寸合格CRT黑白电视机)来分类装笼(国家环保部要求)。完全卸车后，运送废品的车辆进行出厂登记，获得皮重，每车废品净重=毛重-皮重。

(3) 叉车运送装笼的废品进行过磅入库，原料库司磅员首先选择运送废品的入厂记录，其次扫描箱笼的RFID编号，记录每个箱笼装的废品名称、规格、质检结果、数量等信息，并绑定RFID(EPC码)完成入库操作。

(4) 原料库管理员根据当天生产计划选择对应的废品原料，扫描该箱笼RFID编码，查询该箱笼中废品信息，过磅后整体出库，并送至拆解车间拆解。

(5) 拆解产物根据产物类别选择普通产物库或危险废物库，并生成对应的唯一标识和条码，完成入库操作。条码信息中包含RFID信息，而且条码信息是永久保留的，可以对危险废物进行追溯。

(6) 业务人员根据销售计划选择出库的产物，扫描条码进行整体出库，并打印出库榜单。

(7) 出库后，拆解产物进行出厂过磅登记。对于危险废物出库和运输过程中可以通过条码进行追踪和监测。

2 系统架构分析

由企业业务时序图1，可以得到企业在回收拆解销售处理过程的业务安排，结合文献[3]网络架构得到适应企业的系统网络结构如图2所示。

图2 企业系统网络结构图

从运输废品的车辆入厂，地磅员登记车辆信息；到原料入库；车间下达拆解计划；废品出库分配班组拆解；拆解产物入库；产物出库销售；一系列的环节将系统中关于回收、仓储、拆解、销售的过程十分紧密的联系在一起，形成了信息流上清晰的脉络。此外网络结构中还涉及到视频监控、财务、办公等内容，为以后的接口提供了扩展。

3 系统设计实现

3.1 系统功能模块

如图3所示，系统主要包含以下几个模块：基础数据管理、原料入厂、原料库管理、拆解调度管理、产物库管理、产物出厂、设备运行记录、查询和统计、权限管理等。包含的角色有出入厂地磅员、原料库地磅员、拆解分配地磅员、产物库地磅员、质检员、原料库库房管理员、车间生产调度员、产物库房管理员、报表管理员、视频监控记录员、超级管理员等。

图3 系统模块图

3.2 系统技术架构

本系统采用B/S和C/S混合模式开发，其B/S系统架构如图4所示：展示层、功能模块、基础架构、底层平台和系统安全与规范；而C/S的架构如图5所示：展示层、业务层、基础架构、底层平台。

图4 系统架构图

图5 C/S架构

(1) 展示层

展示层提供可视化、友好化的操作界面。B/S模式采用ASP.NET网页技术，结合Jquery、Ajax等技术，C/S模式则是桌面显示，为用户操作提供良好的界面效果，在设计过程中尽可能减少用户的操作，提高系统操作自动化水平。

(2) 功能模块

功能模块除了系统中包含的业务逻辑模块外，还有相关服务配套支撑模块如外设接口、数据采集中间件、对时装置、网络管理等。该层次连接底层架构，同时处理相关业务逻辑，为展示层提供数据支持。

(3) 基础架构

基于.NET Framework框架平台，采用ODBC等组件方式访问数据库，同时提供SOAP(简单对象存取服务)，结合ASP.NET的一般处理程序Handler和WebService程序进行请求与响应。

(4) 底层平台

采用SQLSERVER 2005数据库、微软IIS6.0服务器等，完成底层的架构。

(5) 系统安全与规范

采用用户验证、角色验证、数据验证、数据备份等方式保证系统和数据安全。对于权限的验证，主要采用框架模板登录验证和ASP.NET中的Forms验证。Forms验证即采用配置文件中属性authentication和authorization，并利用全局控制程序，对于匿名访问用户控制、对相关角色用户登录后进行访问操作网页的控制或者是文件夹的控制，方便快捷。数据备份采用SQLSERVER自带的备份维护计划，轻松实现。

3.3 RFID技术

C/S架构，主要涉及RFID数据扫描操作的部分，采用协议为EPC CLASS1/GEN2 RFID标准(简写为EPC C1/G2)。该标准是EPCGlobal组织于2004年12月批准制定的，主要是针对物理层和标签标识层的。

在RFID卡数据扫描的过程中，主要是由上位机通过UART或USB口向标签读写器发送相关指令。标签读写器接收到一条指令后开始执行，并将执行结果以响应数据块形式发送给上位机，在执行完该条指令后才开始接受下条指令。相关的上位机命令数据块和阅读器的响应数据块如表1和表2所示。Len为数据块的长度(不包括Len本身的大小)；Adr为读写器本身地址，范围为0X00～0XFE;Cmd为协议下具体的命令代码；reCmd指示应答的是哪个Cmd对应的请求；Status对应协议请求处理后的结果状态，Data为相关数据；XXX-CRC16为从Len到Data[]的CRC冗余校验的高低字节数据。通过响应的状态代码和数据信息，即可解析出相关需要的数据。

表1 上位机命令数据块字段

表2 标签读写器响应数据块字段

根据目前仓储业使用的射频标准，需选用超高频段电子标签和相关设备。考虑到实际厂区情况，这里选用荣睿科技的RRU2881LITE，它是一款高性能的带有外接SMA天线的超高频电子标签读写器，结合专有的高效信号处理算法，在保持高识读效率的同时实现对电子标签的快速读写处理。

RRU2881LITE超高频电子标签读写器的输出功率可调，根据实际的距离和干扰影响选择合适的输出功率，根据实际情况选取25 dBm。RRU2881LITE的参数如表3所示，参数设置如图6所示。

表3 RRU2881LITE超高频电子标签读写器参数

图6 RRU2881LITE超高频电子标签阅读器参数设置界面

同时根据所选的EPC C1/G2协议的电子标签，其标签存储器从逻辑上分为四个存储区：EPC区、TID区、用户区、保留区。EPC区存有唯一的EPC号，可以读写15字(15×2×8位)大小；用户区可以读写一些为用户自己设计的数据。对于读写RFID信息，可以读取EPC号作为唯一标示号，也可以在用户区写入单独的数据信息。对于佳木斯厂家则是使用的EPC号作为读取RFID卡的信息标记RFID_ID。

重写射频卡扫描代码，在有效范围内可能会扫描出多个RFID，这可能由于库房或者扫描位置处放有其它射频卡的干扰。通过一次把扫描到的所有标签EPC号都显示，有助于判断出是否有干扰的标签，防止误扫后进行错误操作。判断射频卡EPC码唯一有效后，选择该标签然后进行相关业务信息绑定工作。一旦数据和RFID标签绑定，就能通过查询RFID_ID(EPC码)得到货物信息。

涉及RFID读写业务的管理的对象主要包含箱笼管理(箱笼绑定RFID卡)、废品出入库(扫描RFID卡获得笼子信息和原料信息)、原料分配模块(扫描RFID获得原料进行拆解前的信息)。

箱笼管理中每个箱笼与唯一一个RFID_ID(EPC号)的绑定。原料入库(废品入库)，库房地磅员首先扫描箱笼上的RFID卡获得RFID_ID(EPC号)；其次输入要入库的废品信息，并绑定RFID_ID(EPC编码)，入库成功后，原料入库表里每一条记录的入库ID都会对应一个RFID_ID(EPC码)。入库成功以后，只需要扫描RFID的RFID_ID码，查询入库表里的在库数据即可获得当前笼子里的货物信息。原料出库和原料拆解分配班组也是如图7所示，只要扫描获得RFID_ID(EPC码)，然后根据唯一的EPC码查询相关表进行后台业务处理。

图7 EPC码传递

3.4 追溯化流程

由于产生的危险废物一旦处置不当，将会对环境和人体造成不同程度的危害，因此在生产、贮藏、运输过程中需要对危险废物进行监测和追踪。在废品原料阶段采用RFID标记，而在产物阶段则采用条码标记，而且条码中含有RFID数据，只要扫描对应的条码，就可获得从源头到销售的整体信息如图8所示。

图8 条码追溯

具体过程如下：

(1) 出入厂地磅员登记废品入厂记录，生成唯一的入厂ID，废品入厂记录则包括运输车辆的车牌号、日期时间、运输的废品名称、来源厂家等信息。

(2) 随后质检员会对该车辆单独质检装笼，废品入库时针对于该箱笼的废品来源选择对应的入厂记录，同时生成唯一的入库ID,而且相应的RFID_ID(EPC码)也会被绑定记录到该条入库信息中。通过EPC码查询入库记录就可以获得该箱笼中废品信息，同时通过入厂记录则可以查询到废品厂家信息。这里的RFID是原料在入库出库生产周期中的动态信息。

(3) RFID_ID(EPC码)与箱笼一一对应，因此在废品出库时，只要扫描该RFID_ID(EPC码)查询在库的废品信息，就可以查询到当前扫描到的废品信息,从而进行出库操作。

(4) 产物入库生成唯一ID和条码，其中条码信息中包含RFID信息，从而可以查询对应入厂批次的厂家信息。

(5) 产物扫描条码整体出库，绑定销售厂家，即可完成出库操作。

(6) 产物出厂销售，每种产物都有条码。对于危险废物，在运输和对方厂家生产的时候，扫描条码，获得其中RFID数据，从而就会获得对应来源厂家的信息。

3.5 系统应用

废弃电器电子产品拆解管理信息系统现已部署到佳木斯某再生资源有限公司中，通过实际运行检测效果良好。通过在系统中引入RFID和条码技术，大大提高了企业生产流通和信息统计的自动化，提高了企业生产和管理的效率。图9为原料出库信息操作界面。

同时结合企业实际使用环境，系统还存在一定的问题：库房位置仅仅进行区域规划，未进行分区域分层设计，导致射频卡无法准确定位，自动化操作水平相对较低；产物库房中由于堆叠存放，无法现场盘库，只能通过系统查询数据，无法核准；原料库房由于金属干扰特性，也无法进行自动盘库及其标签定位。

图9 原料出库

4 结 语

随着物联网技术的发展及工业与物联网技术的不断融合，RFID等技术必将广泛应用于普通工业生产体系中，同时在废弃电子电器拆解方面的标准和规范也会更加完善。本文针对佳木斯某再生资源有限公司，并结合当前已有研究简述了废弃电器电子产品拆解企业的基本业务。同时详细介绍了废弃电器电子产品拆解管理信息系统的架构、功能模块、追溯过程等内容，并通过企业实际部署运行，效果良好，值得推广应用。

[1] 中国环境保护产业协会固体废物处理利用委员会.我国工业固体废物处理利用行业2012年发展综述[J].中国环保产业, 2012(7):21-25.

[2] 废弃电器电子产品规范拆解处理作业及生产管理指南[M].中国环境出版社，2015.

[3] 张沙清，杨海东，郭建华.基于RFID的废弃电器电子产品拆解管理系统研究[J].制造业自动化,2014(8):58-62.

[4] 邓美玲. 废弃电器电子产品拆解信息管理系统研究[J]. 环境技术, 2014(12):83-87.

[5] 高芳婷.废弃电器电子产品回收拆解信息管理系统的设计[D].广州工业大学,2014.

[6] 宋若辰,孙笑非,郑洋,等.射频识别技术在废弃电器电子产品处理审核中应用[J].环境污染与防治,2015,37(1):105-109.

[7] 白尚旺,党伟超.软件分析建模与PowerDesigner实现[M].北京:清华大学出版社,2011.

[8] 中华人民共和国环境保护部.关于发布《废弃电器电子产品处理企业建立数据信息管理系统及报送信息指南》的公告[EB/OL].[2010-4-30].[2013-10-16].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201011/t20101119_197728.htm.

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF RFID-BASED WASTE PRODUCT DISASSEMBLY MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM

Du Zhaolong Xu Yubin Li Jianwei Zhao Junzhong

(CollegeofComputerScienceandTechnology,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,Shanxi,China)

Disassembly and tracing information system for waste electrical and electronic products is a system application based on the integrated multidisciplinary of IoT, computer science, storage and manufacturing automation,etc. In this paper we describe its basic business, system architecture, design and implementation,etc.Moreover we introduce the standardised modelling using tools of PowerDesigner 12.5 and Visio 2007. The design adopts the mixed mode of B/S architecture and the C/S architecture which is based on RFID data acquisition function, and realises the traceability and the management automation of disassembly process by using RFID technology. Deployment result indicates that the whole system is stable and reliable, has strong availability, and meets the actual business requirement of manufactures.

Waste electrical and electronic products Traceability RFID

2015-07-04。杜兆龙，硕士生，主研领域：智能软件，调度系统。徐玉斌，教授。李建伟，副教授。赵俊忠，副教授。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2016.11.015