RFID技术在烟草工业物流系统中的应用

文/张 宇

目前，关于烟草物流的研究绝大多数都集中于商业公司的外部配送、运输等环节，而工业公司生产过程中的烟草物流及仓储等内部物流研究则相对较少。工业公司物流的合理化可以促进生产过程中资源配置的合理化，资源配置的合理化可以大大提高工业企业的竞争力。工业企业生产过程中的物流自动化水平决定了企业的生产效率和成本的高低，是提高企业竞争力的重要环节。

RFID技术作为一种极为高效、快捷、方便的识别技术，在各个行业中均有非常广泛的应用。宝鸡卷烟厂将RFID技术引入到烟草工业物流系统中来，主要为了提高其烟草工业生产的效率，降低生产成本。

一、RFlD技术特点

1.RFID概述

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用射频信号及其空间耦合和传输特性进行非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动识别，并进行数据交换的一项自动识别技术。

将RFID技术引入烟草工业物流系统，可提高烟草工业生产效率，降低生产成本

RFID具有识读距离远、识读速度快、可读写性好、可同时读写多个物品、适应各种工作环境等优点，随着RFID技术的不断进步，成本的不断降低，RFID开始进入物流和供应链领域。

2.RFID组成

最基本的RFID系统由三部分组成：标签(tag)、读写器(reader)和天线(antenna)。

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

3.工作原理

RFID技术的基本工作原理为：标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

4.分类及工作频率

按电子标签获得能量的方法，一般可分为无源和有源两类，无源电子标签自身不带有电源，通过天线从阅读器发出的能量中产生工作所需的电压，其特点是重量轻、体积小、寿命长，但是工作距离短；有源电子标签通过自身带有电池供电，特点是识别距离长、价格较高且寿命短。

按电子标签的存储器类型，可分为只读和可读写两种类型。一般电子标签存储器的大小为16bit～512Kbyte。

通常阅读器所使用的频率称为RFID系统的工作频率，可分为3个范围：低频(30kHz～300kHz)、高频(3 M H z～3 0 M H z)和超高频(300MHz～3GHz)。常见的工作频率有低频125KHz、高频13.56MHz及超高频915MHz、2.54GHz。一般而言，工作频率在100MHz以下的RFID系统是通过线圈之间的磁场耦合的方式工作，通常具有工作距离近、成本低、天线尺寸大、通讯速度低等特点；而400MHz以上的RFID系统是通过无线电波发射和反射的方式工作，通常具有工作距离远、天线尺寸小、通讯速度高等特点。不同的国家和地区对频率的分配和最大发射功率的规定是不同的。

二、 宝鸡卷烟厂物流系统特点

宝鸡卷烟厂异地技改以后，引入了目前国内最为先进的综合自动化物流系统，实现了烟叶、烟梗、烟用辅料、卷烟成品的全自动化入库和出库作业流程，极大地提高了物料出入库效率，减少了出错率，节约了人力成本，杜绝了安全隐患，提高了企业竞争力，目前已经成为该卷烟厂的一个亮点。按照功能区域分类，宝鸡卷烟厂的物流高架库分为三个：原料高架库、辅料高架库和成品高架库。

原料高架库主要负责烟叶、烟梗、薄片等烟用原料的出入库工作，具体的工作流程如下：烟叶、烟梗和薄片从原料高架库一楼，使用叉车或者夹包机送入输送机自动入库，在需要时，烟梗、薄片从原料高架库一楼的出库站台出库，烟叶从原料高架库二楼钢平台出库，使用提升机将烟包送到自动开包机上进行拆包工作。

辅料高架库主要负责烟用原辅材料，如盒皮、箱皮、玻璃纸、卡纸、商标纸等的出入库工作，具体的工作流程如下：原辅材料由人工配盘，然后在辅料高架库三楼，使用叉车或者夹包机送入输送机自动入库，在需要时，从辅料高架库一楼出库站台出库，然后使用AGV（自动导引小车）运送到各个机台使用。

成品高架库主要负责成品卷烟的出入库工作，具体工作流程如下：成品卷烟从卷包车间一楼，使用螺旋式输送机将成品卷烟送到成品高架库二楼，再通过分拣道将成品烟分类，然后使用ABB机器人自动码垛后，由堆垛机送入货架。出库时由堆垛机将成品烟箱从货架取出，输送机将其送到成品高架库一楼出库口，由人工装车运走。

三、 RFID技术在物流系统中的应用

1.总体设计原则

在三个高架库的出入库作业中，采取半自动化的方式，引入一定的自动化技术和机械，辅以人工作业，达到效率与成本的平衡。

在托盘、烟梗箱底部部署电子标签，对应地在分拣道、入库口、出库口和封箱机部署阅读器，并结合“烟草行业卷烟生产经营决策管理系统工程(即一号工程)”的规定，能够实现“一打两扫”—卷烟工业企业对生产的每件烟打贴主管部门统一下发的条码，并进行出库扫码和卷烟商业企业入库扫码，使烟草主管部门能够对烟草企业的进货、生产、销售信息及时掌握并实施有效控制，实现信息采集并与仓储管理系统合理连接，通过有线和无线相结合的方式将数据信息传输给仓储管理系统进行存储、分析、处理，达到物流控制快速化、透明化的目的。

2.业务流程设计

为了进行有效的定位，首先要对货位进行编码，编码信息写入仓库管理系统WMS，一般采用地址式编码。

（1）入库业务流程设计原料和烟用辅料入库时，使用叉车将烟叶、烟梗、烟用材料等放在贴有电子标签的托盘上，入库口的阅读器对码盘完毕的托盘进行托盘电子标签扫描，完成对托盘信息和商品信息的匹配，匹配信息传输至仓储管理系统。随后输送机将货物送至巷道堆垛机，由堆垛机进行入库操作。

成品卷烟入库时，首先要通过分拣道进行卷烟类别分拣。在每个分拣道口安装阅读器，件烟通过时对烟箱上的电子条码进行扫描，快速识别出其类型，假如符合类型，由侧推装置将件烟推入该道内，再由ABB机器人进行码垛，码垛完成后，输送机将整托盘烟送到入库口，由阅读器对该托盘进行扫描纪录，然后再由输送机送到堆垛机站台进行入库。

仓储管理系统（WMS）依据预先设定的存储策略(如分类随机储放)、货位指派原则(如先入先出)、货物库存状态等，确定该种货物的存放位置并将分配的储位信息传输至仓库控制系统（WCS），仓库控制系统驱动输送机和巷道堆垛机完成入库操作。

（2）出库业务流程设计当有出库要求时，仓储管理系统WMS根据库存状况和出库规则确定应出库货物的位置，将出库信息(如出库货物名称、数量、存放位置等)传输至仓库控制系统WCS。仓库控制系统WCS驱动巷道堆垛机取出货物，通过输送机送至出库站台，RFID阅读器自动扫描货物或者托盘标签，进行确认，完成货位信息更新，无误后由穿梭车、叉车或者AGV小车将货物送到指定位置。出库作业完成。

出库完毕后，手工或者自动将托盘送入码盘机，仓储管理系统WMS分配空货位给空托盘组，同时将信息传输到仓库控制系统WCS，仓库控制系统WCS驱动输送机和堆垛机将空托盘组送回仓库的指定位置，下次使用时再自动出库使用。

引入RFID技术后，可实时对货位信息进行查询，为其他作业环节提供指导。查询主要包括两个方面：

货物查询：某种货物的库存量、分布状况、货物基本特性等。

货位查询：货位利用情况(已占用货位、可用货位、不可用货位)、货位利用率等。

3.RFID与系统的信息交互

（1）与WCS系统的信息交互。通过RFID将物料或者托盘的信息进行上传，发送给WCS控制系统以后，WCS就能够通过PLC向具体的物流设备下发控制指令，物流设备接到WCS系统下发的控制指令后，就能准确将物料或者托盘输送到指定的目标位置，然后再由RFID进行最终的确认，将确认信息反馈给WCS，完成RFID与WCS系统之间的信息交互。在这一交互过程中，RFID起到了信息的采集和发起者的作用，最后又作为确认者和反馈者，结束了本次的信息交互。

（2）与WMS系统的信息交互。RFID将与WCS交互完成的信息反馈给WCS以后，WCS再将结果传送给WMS，通过WCS实现了RFID与WMS之间的间接信息交互。WMS将这些信息进行汇总和分析，就可以实时地了解库存信息、货位信息、物料的分类情况、需要补料的种类和数量等，这些信息将直接指导物料的调配和采购，直接影响生产的正常运行。通过这些信息，WMS系统才能向WCS系统下达具体的指令，间接指导设备的运行。

因此RFID在整个WCS和WMS系统中扮演了非常重要的角色，既是信息的采集者，又是最终信息的确认者，在整个信息的流动过程中，起到了至关重要的作用。可以说，RFID是烟草工业仓储物流系统的核心和灵魂。

四、效果评估

借助RFID技术，烟叶、烟用辅料、成品和在制品上的电子标签使得生产计划管理人员能够对其迅速定位、了解烟叶和烟用原料的耗损情况，这将大大提高生产的效率和质量；同时，RFID技术还能够对产品进行信息的收集、处理，帮助生产人员轻松掌握整个生产线的运作情况和产品的生产进度。进一步，由于RFID 的可读写特性，其可提供不断更新的实时数据流，与制造执行系统互补，RFID所提供的信息可用来保证正确地使用劳动力、机器、工具和部件，从而实现无纸化生产和减少停机时间，促进生产物流的顺利进行。

库存管理对企业来说是一项繁琐复杂的工作，每天要处理大量的单据数据。将RFID技术应用于制造企业的库存管理后，由于RFID实现数据录入的自动化，在入库和出库时，出入库口处的阅读器将自动识别标签，不需人工扫描。根据得到的信息，管理系统会自动更新存货清单。这一过程将传统的货物验收入库程序大大简化，省去了繁琐的检验、记录、清点等大量需要人工完成的工作。

RFID技术的应用可以对生产过程中产生的大量实时数据进行自动化快速收集，通过计算机网络的协助就可实现数据的实时处理。RFID技术的应用能使企业更轻松地管理生产数据，提高产品的品质，减少和避免半成品的积压，从而提高企业生产效率。由于RFID实现了数据录入的自动化，可以实现更多的信息收集和跟踪操作，使得确定货物的位置更为精确具体，因此，借助RFID技术可实现精确的库存管理。

更进一步，将RFID与现有的制造信息系统如ERP、MES等结合，可以建立更为强大的信息链，并且实现在准确的时间及时传递准确的数据，从而可以进行各种在线测量以及质量控制，提高资产利用率，增强生产力。

五、结束语

应用RFID技术对烟草行业的出入库流程进行方案设计，对生产效率的提高产生了很大的促进作用。采用RFID技术，极大地提高了对出入库产品信息记录采集的准确性；为后续系统的升级改造提供良好的环境和接口；系统能实时显示当前库存状态、库存水平；实时信息收集和传输能有效地提高工作效率，简化了管理，降低了重复劳动，减少了人员开支。所以可以大胆地预测，随着烟草行业对自动化技术需求的不断提高，RFID技术必定会有更广阔的应用空间。