基于RFID 技术的物流管理系统设计与研究

杨晓燕

(淮南联合大学 信息工程学院,安徽 淮南 232001)

0 引言

RFID 技术[1]近年来得到了突飞猛进的发展，在科技发展和经济发展中得到了越来越广泛的应用，在某些行业起着举足轻重的作用。RFID 技术渗透于物流领域对于促进其快速发展有着重要作用。在现代供应链中，使用RFID 技术可以提高货物信息识别的效率，可以让企业及时了解货物的物流现状，提高数据传递准确性和完整性，提高数据处理的效率[2]。

1 物流管理系统设计原则

在设计物流管理系统时，除了体系结构的设计相当重要以外，使用什么样的开发技术也是关键一步。系统应根据供应链中物流管理的具体步骤和具体情况来设计，具体实施过程中应采用高质量且比较成熟的技术，这样才能使得设计出的物流管理系统应用范围更广、可靠性更高、可扩展性更好[3]。根据管理信息系统和物流相关事务管理流程的特点，设计物流管理系统一般要满足如下要求：

1.1 先进性和实用性原则

物流管理系统设计所采用的技术应当采用在国际上通用的同时比较成熟的且位于发展前列的技术作为支撑，并且要适应当前计算机技术、网络技术的发展要求，这样才能保证将来系统上线后的高质量运行。

1.2 可扩展性

现代供应链在快速发展，为了适应它的发展要求，首先物流管理系统的硬件设备应符合国际通用的标准；其次应在设计前进行系统规划，尽可能地利用好已有的已成型的基础设施，包括现有的软、硬件资源，在此基础上根据实际情况增加相应的软、硬件模块，丰富系统，对系统的功能进行扩展。

1.3 可靠性

物流管理系统不是孤岛，在运行中势必要和外界进行信息互通、网络互联，这就要求设计出的物流管理系统，不仅在系统发生故障时仍然可以在一定范围内正常运行，而且还能够防止黑客入侵，防止数据被篡改或被窃取等情况的发生。可采用建立数据信息安全日志、对数据库进行定期备份、集群容错等办法来保证数据的安全和系统的正常运行[4-5摘要

1.4 大量数据的处理

要求物流管理系统能够对数据进行快速准确的处理，并且保证在多用户并行操作时亦能高效处理数据。

1.5 易操作性

物流管理系统应该为使用者提供简单、高效的系统操作界面，一个好的物流管理系统应该拥有便捷的检索界面，保证检索数据准确率，同时有利于数据操作。

2 总体结构设计

为了保证物流管理系统与供应链中其它环节的信息系统（例如与上游供应商的销售管理系统，以及与下游分销商的采购管理系统）进行数据的交互，采用SOA 技术[6]来实现数据的共享。物流管理系统的总体结构设计如图1 所示。

图1 物流管理系统总体结构

如图1 所示，企业用户通过局域网来对物流过程中原材料进货、原材料仓储以及商品的出货进行管理，同时，借助SOA 技术的平台无关性和可扩展性，分别与原材料供应商和成品销售商的信息管理系统进行数据交换，在供应链上共享数据信息[7]。

3 具体业务流程设计

3.1 进货管理流程

企业的原材料进货管理流程主要包括原材料分析、原材料达到、卸货、拆装、验收入库等具体工作，进货管理的具体流程为先是进行货物订单管理，然后到入库指令管理，之后进行货物验收，验收通过后进行原材料入库和仓储储位的安排，如果没有通过验收则进行协商退货处理。

生产厂商的进货管理，即将从原材料供应商所购买的原材料进入到物流中心的仓库，在经过分拣、验收之后，将原材料放到仓库中的相应位置，并且完成交易。在物流管理系统中，进货管理模块就是对原材料入库作业的数据以及资源进行管理。原材料的入库作业按照作业的顺序来分，可以分成原材料的预入库和实际入库两个部分。其中，预入库信息主要被用来做原材料入库时的人力资源、装卸平台排成、以及各种机械资源的分配参考。而实际入库则是在原材料正式入库时，由采购人员和仓库管理人员，核对原材料的采购单来对采购的原材料名称、数量进行确认进而完成原材料的入库，然后，再由仓库管理人员将货物堆码到相应的区域，并且最终由仓库管理人员确认已经验收。在采用RFID 技术之后，仓库管理员可以根据供应商所提供的相关数据，使用RFID 阅读器来自动获取相关货物信息即可，而不需要经过繁杂的货物拆封进行条形码的扫描，可以极大的提高货物入库的效率[8-9]。

3.2 仓储管理流程

仓储管理即对原材料入库后，以及商品销售之前存放在仓库中的这段生存周期的过程进行管理。仓储管理的具体流程为先是进行产品、原材料入库管理，然后依次进行货物调库管理、库存盘点、产品出库管理。

在物流管理中，仓储管理是其中最为基本的功能之一，而仓储管理主要是对入库后的原材料的材质检验、数量质量是否符合、存储安排的管理以及货物在保存过程中的备货、盘点、码放、保管维护等管理。仓储管理的主要目的在于有效的对仓库中的原材料进行科学管理，例如各种原材料数量的控制、仓库储位的有效利用、采购数量以及时间的控制、货品出库控制以及及时向生产车间提供原材料的库存等信息。

3.3 出货管理流程

有效的掌握分销商、零售商的商品库存情况，并且提前做好商品的生产工作，可以极大的提高生产厂商的服务水平。其工作主要包括产品的准备、集中、分类、包装、确认以及确认运输工具等信息的处理。在物流管理系统中，出货管理的具体流程为从订单管理开始到出库指令管理，进而判断产品库存是否满足订货单，如果满足则进行拣货进程安排最后发货出库，如果不满足则重新进入订单管理开始新的流程。

4 RFID 相关模块设计

根据RFID 技术中标签识别的基本原理，对应用RFID 技术的各个具体模块进行设计和研究，主要包括以下五个模块的设计。

4.1 解码模块

在物流管理系统中，每件货物都安装有其特定的专属电子标签，RFID 阅读器对货物执行的是单标签识别[10]，所以在设计中采用10%ASK的方式对电子标签进行调制[11]。

当货物进入阅读器的读取范围内时，货物上的电子标签就会自动获取阅读器的信号指令，随即通过对应的模块对接收到的指令进行解码。通过对数据帧头的分析从而确定数据的编码方式。对数据进行解码的流程如图2 所示。

图2 数据解码流程图

4.2 冗余校验模块

循环冗余校验码CRC,是一种常用的具有检错、校错能力的校验码，CRC 码存储或传送后，在接收方进行校验来判断数据是否有错，若有错则进行纠错。具体操作是把经过模块解码后得到的数据通过冗余校验模块进行校验，冗余校验模块的校验多项式如式(1)所示[12-14]。

4.3 状态机及控制模块

考虑到嵌入式RFID 功耗较大、造价成本较高等问题，本系统采用状态机模式的电子标签，从而降低生产成本[15-16]。

当电子标签进入阅读器响应范围中时即被激活，电子标签中的内容会被阅读器读取。目前国际上通用标准规范下RFID 标签一般有以下四种状态：Power-off、Ready、Quiet 以及Selected[17]。不同状态的电子标签对阅读器的响应各不相同。为了提高电子标签和阅读器的响应效率，本系统的电子标签除了已有的几种标签状态外还添加了Authen 状态。RFID 电子标签在Authen 状态时，电子标签只对相应阅读器的认证身份指令进行响应[18-19]。RFID 电子标签中状态机的状态转移如图3 所示。

图3 电子标签状态转移图

以下为状态转移流程：

1）电子标签在没有进入阅读器的有效范围内时没有响应，处于Power-off 状态。2）电子标签进入阅读器的有效范围后，进行Authen 认证，这时电子标签会响应阅读器完成信息认证。3）完成阅读认证后，电子标签在Ready 状态时，会响应阅读器中相应的Ready 指令。4）当电子标签处于Quiet、Select 状态时，电子标签会响应阅读器中的Quiet、Select 指令。5）电子标签只要离开阅读器有效范围，就会再次处于Power-off 状态。

4.4 标签认证模块

RFID 电子标签处于Authen 认证状态时，在认证模块中会执行哈希运算等步骤，需对指令状态进行判断[20]。

当指令状态为“S1”时，分别从寄存器和闪存中读取随机数据和相关信息，将二者串联后通过哈希函数计算得到Rt 随机函数再与哈希函数一起发送到阅读器中。

当指令状态为“S2”时，同样分别从寄存器和闪存中读取随机数据和相关信息，将二者串联后，把通过哈希函数计算出的结果和从寄存器中读取的数据进行比较，如果相等，则通过认证，电子标签随即处于Ready 状态，否则认证失败。

认证模块的框图如图4 所示。

图4 认证模块框图

图4 中认证模块定义的描述如表1 所示。

4.5 编码调制模块

在对数据进行处理后，将随机数、哈希函数结果和冗余校验等信息进行编码和调制，然后传送给阅读器。对电子标签数据进行编码和调制流程如图5 所示。

编码过程中根据数据的初始状态来确定对数据的编码形式，编码形式有单载波或双载波编码，根据Send_dual 值判断选择哪种编码形式，之后对数据进行封装生成帧头，编码结束后生成帧尾，最后将数据发送出去。

5 数据库设计

对物流管理系统中种类和数量巨大的信息进行管理和维护，是保证系统正常运行的关键，这就要求要合理设计好数据库。一个优良的数据库结构能最大程度地提高数据处理效率，保障系统的正常、高效运行。根据之前对系统结构等的分析，系统数据库的结构设计如下图6 所示。

6 系统实现

依据对物流管理系统中具体功能的分析以及具体业务流程的设计，将供应链上各环节的物流管理抽象为进货管理、仓储管理以及出货管理三个模块，而且各个环节的三个物流管理模块的流程类似。采用Java EE 技术对产品生产厂商物流管理中的进货管理、仓储管理以及出货管理的具体实现进行研究。

在库存查询中，根据服务调用者输入的库存编号从数据库中查询库存的详细信息，并且将库存信息以xml 字符串的方式返回给服务调用者。在仓库管理模块部分，用户可以根据仓库类别对各类仓库进行分门别类的操作。仓库调用服务界面如图7 所示。

图7 货区服务操作界面

电子标签的操作，包括数据的识别、读取、写入。对电子标签的操作测试如图8 所示。

图8 电子标签数据写入、读取界面

对读取到的数据进行处理的过程，主要是为了保证读取数据的可用性，在数据处理模块中对数据中的错误信息和冗余信息进行甄别、过滤和处理，除此以外还将对读取的电子标签数据进行合法性检查。

将RFID 技术运用于物流管理系统中，可以帮助用户及时了解货物的存储信息，对货物进行科学管理，提高生产运行的效率。经过系统分析，运用RFID 技术，确保了数据的准确性和完整性，减少了数据的丢失，保证了系统的正常运行，货物出库入库效率提高了20%左右，提高了物流管理系统中货物数据采集、存储、处理的效率。

7 结语

综上所述，目前电子商务的飞速发展使得企业更容易对原材料采购、产品组织生产和市场销售信息进行收集、分析、传递，让原有的供应链管理概念有了重新的诠释，使传统的效率低下的供应链管理迈向电子商务时代的高效供应链管理，以提升企业竞争能力。而在现代供应链中，物流信息的高效管理起着关键性的作用，使用RFID技术，可以让企业及时了解货物的物流现状，从而实现物流信息在现代供应链上的自由流通。