基于RFID技术的卷烟配送管理系统设计与应用

詹玉铭 蔡维德 刘志民 /文

基于RFID技术的卷烟配送管理系统设计与应用

詹玉铭 蔡维德 刘志民 /文

本文主要介绍了基于RFID技术的卷烟配送管理系统，即通过在卷烟包装设备上安装的RFID设备及RFID手持机，在卷烟包装、转运、配送以及周转箱回收等物流环节读写周转箱和笼车上的RFID标签，快速识别与记录卷烟物流作业的状态，实时向信息系统更新各作业节点的信息数据，建立卷烟、周转箱、笼车以及配送单之间的关联，实现对卷烟配送物流作业的控制和管理。

RFID、卷烟、周转箱、配送

烟草物流是烟草行业核心业务，是中国烟草面向未来、提升核心竞争力的重要支撑。当前，烟草物流正在努力推进信息化、智能化建设，特别是随着卷烟生产经营决策系统、烟草物流综合监管调度系统及工商在途、数字仓储、视频监控、片烟物流等系统建成投入使用，烟草物流智能化已经初见成效。构建一个高效流畅的烟草物流智能化系统，信息载体（条形码、RFID等技术）是重要的前端因素，而RFID技术相比条形码技术有明显的优势。

在烟草物流中的片烟物流环节、工业企业生产环节、工商托盘联运环节乃至商业仓储环节中，RFID技术都广泛应用，但在卷烟包装配送环节应用RFID技术成熟的案例较少。为此，S市烟草物流中心结合实际，探索创新，在现有物流作业管理的基础上，设计建设了一套以RFID技术为依托的新型配送管理系统，替代原有在周转箱上张贴纸质标签和以纸质配送单为指引的传统配送系统，以系统智能监管方式代替原有人工看板方式。系统在周转箱和笼车上嵌入RFID标签，在包装配送等环节配置相关设备负责读写RFID标签信息，并通过建设信息系统在卷烟包装、移仓交接、配送和周转箱回收等环节进行管理操作，以构建卷烟配送的新型智能化物流解决方案。

本文结合S市烟草物流中心基于RFID技术的卷烟配送管理系统的设计与应用实践为例，总结系统设计要点、难点，对RFID技术在卷烟配送环节中的应用问题提出解决办法，并给出具体的技术方案。

一、 RFID技术的应用原理与特点

射频识别 (Radio Frequency Identification，RFID)技术，又称电子标签、无线射频识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。最基本的RFID系统由电子标签、读写器、天线三部分组成，电子标签由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器是读写电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线在电子标签和读写器间传递射频信号。RFID标签可灵活附着在目标物中，并载有关于目标物的各类相关信息，RFID系统利用RF信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。与传统的条码标签不同，RFID标签可以反复读写，它所存储的信息可以补偿和修改。RFID具有远距离识别、快速识别、信息存储量大及适应环境能力强等特点，使其成为替代条码进行仓储运输物流管理的有力工具。在互联网信息系统的支持下，RFID能够使物流的日常管理变得更加动态化、实时化、透明化。

二、卷烟配送系统的设计

1. 系统总体设计

目前国内具有一定规模的烟草商业企业物流中心基本都建立了自动或半自动分拣系统，卷烟以条为单位在分拣设备上经过自动拣选后，进入包装设备进行周转箱自动装箱或裹膜打包，然后将周转箱或裹膜包有序堆叠在笼车中。卷烟配送出库时，笼车移至出库点，将周转箱或裹膜包有序堆放在配送车厢送达零售户。以周转箱为载体的配送模式，需要在卷烟送达客户后将周转箱及时回收、并返回物流中心循环使用。本系统的设计应用是建立在以周转箱为载体的卷烟包装配送模式的基础上。鉴于RFID技术的特点，在笼车和周转箱上都配置RFID标签，笼车和周转箱编上编号（以油漆喷号和激光雕刻方式），系统后台通过数据库实现编号与RFID标签唯一ID号的一一对应，实现一车一号、一箱一号。系统架构，如图1所示。

卷烟配送管理系统主要包括包装管理、配送管理、周转箱管理、后台信息管理等功能模块。

图1 ：卷烟配送系统架构图

图2 ：RFID设备硬件连接拓扑图

2.包装管理功能模块的设计

包装管理功能模块主要实现周转箱ID号、笼车ID号与卷烟分拣配送订单间建立关联对应，因此在分拣线的条烟装箱设备上安装相关的RFID设备，以精确读取周转箱和笼车的RFID标签信息、实时掌握条烟装箱的工作状态以及对周转箱在设备上的输送进行控制。系统设计1台下位机，负责与分拣线进行信号交互、采集和输出信号。

如图2所示，分拣线PLC与下位机通过信号线连接，交互信号包括周转箱输送、装箱设备叠烟、装箱设备对周转箱装烟、周转箱输送测序异常等；下位机、RFID读写器与系统 PC分别采用RS232串口连接；天线与读写器之间连接都是采用馈线连接。在此环节的设计中，测序天线采用独立的RFID读写器，全检天线、复检天线和笼车天线等3个天线共用一个RFID读写器，扫描采用分时轮询，解决各个天线间相互干扰的问题。

如图3，RFID设备的布局和对周转箱的状态检测流程为：

流程1：已安装RFID标签并初始化过的周转箱向卷烟装箱位置输送，在周转箱进入工位的输送设备下方（位置O点）安装一个RFID天线（全检天线）对周转箱ID号进行读取，并对周转箱的质量状态进行校验，如检测发现是后台已标记损坏的周转箱指示红灯亮，操作员需要将此破损周转箱下线；如果周转箱完好，则继续输送。

流程2：周转箱进入卷烟装箱位置前的A点安装一个RFID天线（测序天线），用于测出周转箱进入卷烟自动装箱位置的顺序；对于RFID标签无法被读取和O点漏入的后台标记损坏的周转箱，则该工位输送设备停止，禁止此周转箱送入装箱机，并提示将此周转箱下线；同时系统设计自检程序，防止操作员工强行人为将不符合要求的周转箱推进装箱位置。

流程3：周转箱在卷烟装箱位置停留直到完成条烟装箱，在此位置设备将周转箱翻转摆正，装有条烟的周转箱进入另外一侧的输送设备，并被输送到末端以待堆叠到笼车上。在B点安装一个RFID天线（复检天线），读出该周转箱的RFID标签ID号，并与A点读取顺序进行校对，核对无误后建立该周转箱与装入其中的条烟信息的对应关系。

流程4：笼车放置处（C点）安装RFID天线（笼车天线）读取笼车上的RFID标签，对笼车状态进行监控。当每一配送组的最后一个周转箱被堆叠上笼车时提示操作人员更换笼车，同时在下一配送组第一个周转箱经过B点时，提示操作人员在笼车两侧的标识板上书写送货组编号。在此环节的设计中，当笼车上已装上一些周转箱时，因为周转箱上也安装有RFID标签，本系统采取对周转箱标签和笼车标签分别授权访问的方法，以避免互相之间的读取相互干扰。

3. 配送管理功能模块的设计

按照卷烟的物流配送作业流程，配送环节包括分拣复核、配送交接、商户交接等作业，这些作业使用手持机对RFID标签进行读写操作，并通过网络连接下载与读取后台服务器端的信息。因此，配送管理环节，主要是在手持终端设计研发“分拣复核”、“配送交接”和“商户交接”等功能模块。

分拣复核作业：条烟分拣完成后，笼车装载周转箱转运至出库暂存区，在分拣人员与仓储人员进行卷烟交接时，由仓储人员使用手持机对条烟进行查询以确认交接卷烟是否正确。操作流程如下：仓储人员进入“分拣复核”功能模块，选择需要进行分拣复核的批次。扫描笼车或笼车上任意一周转箱的RFID标签，核对手持机上显示的信息与实物是否一致，不一致时进行异常反馈提交到后台；一致则确认复核。

配送交接作业：以笼车为单位，仓储人员把卷烟移交给配送人员的交接过程（当直接发货配送时，可在分拣复核后直接进行配送交接）。因此卷烟在分拣复核或者确认交接后才能进行配送交接操作。操作流程如下：配送人员进入“配送交接”功能模块；选择批次，系统自动显示需进行配送交接的送货线路及笼车数；在与配送组确认后，扫描笼车标签或者批量进行交接。

商户交接作业：配送人员到商家送货时进行商户交接，该功能用于跟踪记录送货组具体的交货信息。操作流程如下：配送人员在与商户进行交接时，在手持终端进入“商户交接”功能模块，扫描周转箱RFID标签，配送人员根据列表信息与零售户进行实物的交接与确认。

4. 周转箱管理功能模块的设计

周转箱的管理包括配送人员在卷烟交给零售户后的周转箱回收作业以及在分拣包装与配送环节对周转箱损坏情况进行登记的作业。因此，系统主要设计了“周转箱回收管理”与“周转箱破损登记”功能模块。

周转箱回收管理：此功能用于对每天完成商户交接的周转箱进行批量回收，同时统计每个送货组已交还周转箱的数量和待回收周转箱的数量。为了能大批量读取周转箱的RFID标签，系统设计了一个龙门RFID回收通道，该通道配置多个RFID天线、读写器、PC终端、LED显示屏、控制器和金属布等，回收龙门识别区域集中，可保证高速度、大容量采集的可靠性，能满足回收现场复杂的环境，具有良好的抗电磁干扰特性，其拓扑结构如图4所示。

控制器、遥控器（识别触发装置）及LED显示屏组成人机交互模块，主要实现对回收系统的操作，包括可人工触发周转箱识别的功能以及实时显示回收过程的提示和状态的功能。控制器负责检测接收遥控器的指令，并上传给前端PC，LED显示屏由前端PC发送指令，显示识别结果及异常提示。

图3 ：RFID设备布局及周转箱输送流程图

图4 ：周转箱回收龙门设备硬件连接拓扑图

周转箱破损登记：在各个作业环节，操作人员发现周转箱破损，都可以通过手持机进入周转箱破损登记界面，对破损情况进行记录并后台存储。破损可以采用分级制，详细定位破损情况。通过登记也可以将破损定位到各个作业环节，进而定位到责任人。

5.后台信息管理功能模块的设计

后台信息管理主要包括卷烟分拣配送情况以及周转箱、笼车使用情况等相关信息的分析统计、系统使用权限和相关参数的设置等，为卷烟的分拣配送作业提供管理信息。

三、卷烟分拣配送系统的应用

1. 系统应用效果

S市烟草物流中心在系统试运行期间，约1万个周转箱安装了RFID标签，六个月的时间内，有不同区域的22个送货组采用RFID周转箱分拣配送卷烟，配送约50万个周转箱卷烟，重复回收周转箱50万个，每1笼车周转箱（160个）在10秒内可完成批量入库。系统实现了卷烟包装配送物流全过程的数据采集及跟踪；在卷烟包装环节中免去了粘贴纸标、更换色带、打印纸等作业，实现无纸化物流作业；对周转箱状态的实时追踪提升了周转箱的管控能力，并利用周转箱群读入库回收提升了周转箱的交接效率。

2.系统应用问题及解决办法

周转箱RFID标签安装问题：烟草行业现在使用的条烟自动装箱机，主要功能基本为人工放箱、自动输送、条烟侧推装箱、周转箱翻转立正以及人工将周转箱堆叠到笼车或托盘上的作业，无法将不同输送方向周转箱的RFID标签统一在在同一方位。为确保系统准确、高效运行，必须在每个周转箱上安装四个RFID标签，并且为了防止RFID标签在分拣设备上受损，需要对RFID标签进行塑化封装，在封装表面雕刻编码，这在一定程度上增加了系统成本。另外，为方便RFID标签安装，新制作的周转箱可做一个凹槽，将RFID标签插入凹槽内。

智能化提醒与纠错能力问题：在卷烟分拣环节，当进行人工操作或设备自动化动作时可能会出现分拣差错，RFID标签相对纸张标签目视化程度较低，因而需要在系统中增加智能化提醒与纠错功能。如条烟分拣包装时，分拣组之间如果基于效率的问题，“换组”太快，没明显的时间间隔，则容易人为装错笼车，因而可通过“换组”提示的方式提醒；又如卷烟分拣错误时，需要人工查找和调整时，应通过手持机快速进行纠错处理等，这些都需要在系统设计中就进行考虑；又如为提升配送车辆的装载率，在配送环节存在较多拼箱作业时，需要在手持机中设计与配送模式相适应的拼箱功能，方便配送交接时操作。

卷烟交接环节待改进的问题：现有系统设计中，在卷烟配送交接到零售户的环节比较简单，可在零售户中增设装载零售户信息的RFID标签，通过手持机GPS定位和对零售户信息的RFID标签复核等手段，在卷烟物流供应链中提升其透明度，加强卷烟专卖管理，可以有效遏制甚至杜绝体制外循环，能够在烟草专卖管理上发挥较大作用，并可减少配送差错。

3.系统的应用前景分析

配送环节是卷烟供应链的末端环节，是卷烟商业企业与卷烟零售户密切联系的关键环节，因此，卷烟配送环节的物流效率与信息管理是整个供应链的重要部分。但是现有卷烟配送环节信息采集不及时、信息记录不全面、信息数字化和物流作业智能化水平低，是整个卷烟供应链的短板之一。

建立以RFID技术为基础的卷烟配送管理系统，利用RFID信息为配送作业过程提供自动化记录的途径，既能进行实时监控，又能实现智能化物流作业。在包装环节，以RFID标签取代一次性纸质标签，减少周转箱贴标等作业环节从而减轻劳动强度，更可节能环保，在交接环节，利用RFID信息可有效降低出货交接等物流环节的差错率；在零售送货环节，通过信息纽带把零售客户与烟草商业企业紧密联系起来，为行业全面开展物联网建设奠定基础，为开展多元化社会物流业务提供有效的管理系统支撑，增加物流企业经济效益，提升企业核心竞争力；在周转箱回收环节，利用RFID信息对周转箱的使用进行追踪监管，并减少周转箱的人为损坏，延长周转箱使用寿命，更有利于开展绩效考核和精细化管理，提升服务水平；随着RFID技术的成熟与成本的降低，随着烟草物流数字化、信息化建设的推进，基于RIID技术的卷烟配送管理系统将在卷烟商业物流中得到更为广泛的应用。

四、结论

以RFID技术为依托，通过在周转箱和笼车上安装RFID标签，在分拣包装设备等关键作业节点上安装RFID读写设备，利用信息系统建立条烟、周转箱、笼车以及配送单据间的关联，并配以RFID手持机等移动设备快速采集RFID标签信息，可构建出新型的卷烟配送智能管理系统，实现卷烟配送全过程数据的采集及跟踪。系统具备自动识别、跟踪和纠错功能，可实现无纸化作业，降低劳动强度和提高物流效率，提升卷烟物流信息化水平，为烟草行业供应链物流创新发展及物联网的建设提供必要的经验和技术基础。

作者单位为中国烟草总公司深圳市公司