無線射頻識別技術配送中心系統設計

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：虞俊俊 趙犁 郜笙   人氣： 發表時間：2011年09月23日

    1 引言

    隨著業務量的不斷增長和客戶需求的不斷提升，配送中心的管理也面臨著越來越大的挑戰。如何更快地完成每天都要重復進行的大批量貨物的快速核對、收取、出庫、復核；如何降低庫存成本、加強庫存控制、提高空間、人員和設備的使用率；如何快速地找到指定的貨物；如何在不停業情況下實現配送中心的自動盤點等，已經成為各個配送中心共同關心的熱點和難點問題。

    目前的條碼技術一定程度上提高了配送中心的自動化水平。但是，由于條碼本身不可逾越的缺陷，使其在解決配送中心上述問題時收效甚微，無法滿足企業現有的應用[2]。無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術因為其特有的遠距離、非接觸識別、防沖撞，以及大容量、識別速度快、抗干擾能力強等優點，為進一步實現配送中心的完全自動化提供了可能。電子標簽全球唯一的UID序列號，為每一個最小單位的流通商品建立一個全球性的標志，從而實現對整個供應鏈的物品進行實時的跟蹤和管理。

    本文提出基于RFID技術的配送中心系統架構，采用分層的方式進行系統硬件結構設計和軟件結構設計，同時提出一種新的數據采集過濾方法，并通過建立小型配送中心實驗室，模擬配送中心各流程，從而驗證系統方案的正確性和可靠性，大大提高配送中心效率。

    2 配送中心系統集成設計

    2．1 配送系統硬件結構設計 

    配送中心的工作流程通常包括收貨、入庫、補貨、揀選、分揀、復核、出庫，如圖1所示。 

    一般來講，在以上配送中心的各個工作區域，相應安裝RFID閱讀器用于數據采集并將采集到的數據傳輸至中心計算機系統進行分析處理，然后根據分析結果指導工作區域采取下一步動作?？紤]到配送中心操作中對識別距離的要求，系統應采用超高頻硬件設備。但是，由于配送中心內不同工作區域相鄰較近或可能存在重疊區域，如果全部應用超高頻的RFID系統，將不可避免地發生不同功能區域之間的“串讀”現象。為了避免因串讀而導致的射頻屏蔽困難，我們嘗試把高頻(13．56MHz)和超高頻(915MHz)RFID設備統一規劃于系統之中，在數據庫中關聯高頻(UH)和超高頻(UHF)電子標簽數據信息，并通過中間件使之協調工作。

    具體來講，在出入庫區域、庫存區域以及分揀區域，系統采用超高頻閱讀器，可以在大范圍內一次讀取多個電子標簽，以提高配送中心出入庫速度、自動化程度以及庫存準確度。在補貨時，閱讀器讀取周轉箱標簽進行數據庫信息更新，此時系統一次只需讀取一個電子標簽，故在補貨區采用高頻閱讀器避免串讀。這些部分構成了整個RFID系統中的固定式數據采集終端，如圖2所示。 

    以叉車為載體的移動式RFID數據采集終端在該配送中心系統中擔負著重要的角色。其作用包括：在叉車終端承載貨物人(出)庫時，系統根據人(出)貨單和實際人(出)貨情況進行復核，并將復核結果反饋于叉車終端以提示其下一步動作；通過叉車車載RFID閱讀器讀取貨架上的貨位標簽，以確認貨物(托盤)在倉庫中的具體位置，方便事后貨品定位和盤點；可在地面安置一系列RFID標簽(地標)，通過讀取地標以確定和跟蹤叉車在配送中心的行駛路線和位置。該移動數據采集系統由RFID閱讀器和顯示終端組成，并通過無線局域網(802．11b／g)和中心計算機實現數據交換。由于移動終端在執行業務操作時只需讀取一個貨位標簽，故移動終端也采用高頻RFID系統，同時可避免串讀。目前的RFID閱讀器硬件接口通常有串口和網口兩種形式，單套RFID應用系統只需串口就可以滿足需求，而多套復雜應用系統需要網絡接口以便于設備聯網。系統根據不同閱讀器所提供的通訊接口的不同，設計集成多種通訊方式，通過集線器和多串口卡和主機通信。

    2．2 配送系統軟件結構設計 

    配送系統的軟件結構由前端各個區域的RFID數據采集系統、中間件、以及后端的倉儲管理系統(wMS)構成。系統軟件結構如圖3所示。 

    在圖3中，前端的RFID數據采集系統完成對電子標簽數據的采集；中間件把采集到的數據進行加工處理和格式匹配，并且封裝不同頻率設備以及不同的通信方式，提供接口給后端的WMS系統；WMS統一管理配送中心各項業務操作。其中，入庫管理模塊完成貨位分配、進貨復核和定制訂貨單操作；庫存管理模塊完成托盤貨物查詢、貨位貨物查詢、流利式貨架管理和貨位貨物盤點操作；出庫管理模塊完成出庫方案選擇、分揀顯示、出庫復核和定制訂單操作；資源管理模塊完成托盤管理、貨位管理和叉車管理操作；報表管理模塊對入庫管理、庫存管理、出庫管理和叉車管理過程中使用和產生的數據表格進行定制、查詢、修改和刪除等管理操作。系統運行時，WMS首先對入庫區域采集的數據進行分析和統計，完成收到貨品的貨位分配，并通過顯示終端指導叉車完成貨品的正確入庫，WMS同時對其他區域的RFID系統上傳的信息進行相關操作，實現貨物單品、周轉箱、托盤以及叉車的高效管理。 

    為保證上述各項信息采集的可靠性，在硬件特性充分發揮的前提下，系統從軟件上采用多次讀取方式來進一步克服電子標簽漏讀現象，確保以后用于所有數據處理的數據源的完整性。從表1可知，配送中心的不同業務環節所需采集的數據信息并不相同，如何區分不同類型標簽，從而過濾無用數據信息，經過研究分析解決的方案有如下幾種： 

    (1)不同類型的標簽以不同頻率的設備讀取。這種方法數據處理速度快，但成本較高；
    (2)采用同種頻率標簽，規定標簽UID范圍作為不同類型的標簽。這種方法簡單易用，但系統可擴展性差。
    (3)采用同種頻率標簽，在標簽的數據塊中設置標志符來加以區分，這種方法硬件投入成本低，操作方便，同時，此方法不受標簽協議標準的限制，既可用于ISO類型標簽也可用于EPC類型標簽。但由于需讀取標簽數據塊信息，所以標簽讀取速度稍低。 

    綜合考慮各種因素，本文認為第三種方法最為恰當，雖然標簽讀取速度稍有犧牲，但對于通常配送中心的物流速度而言不會構成負面影響。通常ISO電子標簽內部存儲容量為2048bits，被分成256個字節，每個字節有一個對應地址0~255。設置標簽的數據格式如表2所示。 

    4 RFID配送中心操作流程模擬

    4．1 RFID配送中心實驗室建設 

    為支持此項研究，我們在實驗室中特建立一套小型配送中心，其基本物流設備包括橫梁式貨架、流利式貨架、可變速傳輸線以及叉車等，并依據配送中心典型布局設置了出入口、分揀區、補貨區、倉儲區等不同的功能區域。按照本文的系統設計思想，我們在各個RFID通道配置了相應的RFID設備并分別與中心計算機相連進行數據通訊。RFID設備基本信息如表2。其中為節省設備資源，出入庫區域用同一設備的不同天線分別用作入庫和出庫操作。 

    系統設備選型靈活、兼容性好，其中，庫存區域和補貨區域的RFID閱讀器采用TCP／IP方式和中心計算機通訊，出入庫區域和分揀區域的RFID閱讀器采用RS232串口方式和中心計算機通訊，車載(叉車)RFID閱讀器通過RS232串口方式與車載計算機相連，再通過無線局域網實現與中心計算機的通訊 。

    配送系統運行之前預先在貨物單品、周轉箱、托盤、貨位、叉車等物流單元分別貼附電子標簽，并在標簽內寫入相應代碼以進行快速識別。當物流單元經過各個RFID通道時，系統進行數據采集并將采集到的數據傳輸到WMS進行過濾、比對和分析，最后相應對中心系統或移動終端做出反饋或指令，從而實現對入庫、庫存、盤點、補貨、揀選、分揀、出庫等基本業務進行統一調度管理。

    配送中心的全部作業流程都在WMS的統一調配之下。入庫時，加載了標簽的貨品通過收貨RFID系統，WMS系統根據當前貨位情況分配貨位，同時采集記錄貨品、周轉箱、托盤上標簽信息。

    車載RFID系統確認貨品進入正確的貨位后，主機和叉車終端相互通信，完成人庫操作。進行盤點作業時，分布在貨架上的RFID系統實時采集數據信息，并與數據庫信息進行核對，以提供準確的庫存查詢。當流利式貨架上的貨品量低于設定的最低值時，系統提示進行補貨作業。從橫梁式貨架上向流利式貨架補充貨品，安裝于傳送線下方的RFID系統采集相關標簽信息，同時流利式貨架上貨品數據即時進行更新，提供最新的庫存信息。配送中心根據訂單進行出庫時，首先WMS系統自動生成出庫方案，整托盤的貨品直接經出庫RFID系統采集信息后到指定區域，散件貨品經流利式貨架區域揀選，由分揀區域的RFID系統根據貨品目的地信息分揀到指定的出口，經出庫RFID系統采集貨品信息，WMS系統根據訂單標簽信息統一復核完成出庫操作。

    4．2 配送系統模擬結果 

    WMS系統是整個配送中心的心臟，統一控制管理著配送中心各個業務流程，實現配送中心的連續自動入庫、貨位分配核對、庫存實時查詢、補貨及時報警、出庫方案生成、自動分揀分流、出庫自動復核、以及相關報表的管理。

    在該系統中，各個業務流程所涉及的數據采集全部通過RFID技術實現。測試表明，相對于傳統的條碼支持的配送系統，該基于RFID技術的配送中心系統庫存透明度和準確率大大提高，可以根據需要實時對貨架上的貨物進行盤點；出入庫實現自動貨物訂單復核，提高配送精度；數據采集速度快，實現不停頓的自動出入庫，解決了條碼系統中由于對單個貨品逐一掃描而造成的效率瓶頸，同時也驗證系統所采用的電子標簽數據信息過濾方法的可靠性。

    5 結論

    配送中心是物流供應鏈中承上啟下、必不可少的環節，配送中心的效率直接影響到企業的市場競爭力。本文論述的RFID配送中心實驗室以配送中心的實際流程為模板，無論是煙草配送、醫藥配送或其他貨品的配送本系統都同樣適用。系統同時集成高頻和超高頻設備，免除電磁屏蔽的困擾。系統對RFID技術的應用雖然是面向配送中心，但只要有數據采集和自動識別的場合都有RFID技術的用武之地，同樣適用于供應鏈中的其他環節和其他各行各業，可以實現跨部門、跨行業的信息共享。基于RFID的數據采集系統拓展到商場等銷售環節能有效降低商場產品脫銷率，附有電子標簽的商品補充的速度遠比條碼的快。RFID技術的應用實施目前來說成本略高，但為企業帶來的巨大收益也顯而易見，相信隨著技術的不斷成熟以及硬件成本的進一步降低，RFID技術必將得到廣泛應用。

    參考文獻：
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