（机械制造及其自动化专业论文）物流配送rfid识别系统识读性能优化研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 无线射频识另l j ( r a d i of r e n q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 技术是一种非接触的自 动识别技术，与早期的自动识别技术相比，r f i d 技术因其特有的非接触性以及可 对多目标物体同时识别的特性，正逐渐被广泛应用于物流、交通和防伪等多个领 域。近年来，随着r f i d 技术的成熟和相关标准的建立，r f i d 技术的产业化应用 也就成为了业界关注的焦点之一。特别是在物流领域，r f i d 技术得到空前的应用， 成为物流发展的巨大推动力。由于物流应用环境的特殊性，如何解决r f i d 技术在 物流环境中多目标同时识别时识读性能的优化是一个非常值得研究的问题。针对 此问题本文进行如下研究： 首先，本文选择物流配送环节r f i d 技术的应用作为研究对象，分析r f i d 技 术原理和国内外应用研究现状，提出r f i d 技术在应用研究方面存在的不足。 然后，分析传统信息采集技术存在的不足，提出r f i d 技术在物流配送中的 应用。结合r f i d 技术在物流配送环节应用的特点和查阅相关文献资料，提出影响 r f i d 系统识读性能的可能因素，并运用控制力和技术性筛选得出主要影响因素。 针对提出的主要影响因素，运用单因素分析法分析各主要影响因素对r f i d 系统识读性能影响的显著性程度和客观规律。 通过比较分析全面试验法、简单比较法和正交试验法各自的优缺点，在正交 试验法的基础上提出多因素综合影响下优化r f i d 系统识读性能的正交渐近优化 方法。 最后结合单因素分析的结果，通过优化实例验证正交渐近优化法对r f i d 系 统多因素综合影响下识读性能进行优化的可行性，并对得到的优化方案进行单独 试验，验证该正交渐近优化法的正确性，优化后的方案具有较好的识读效果。 关键词：无线射频识别，物流配送，识读率，正交渐近优化 a b s t r a c t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o ni san o n c o n t a c ta u t o m a t i c i d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t he a r l ya u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y , i th a sf o u n d i t sw a yi n t ol o g i s t i c s ，t r a f f i ca n da n t i - f a k el a b e lf i e l df o ri t s c h a r a c t e r i s t i co f n o n 。c o n t a c ta n dd i s t i n g u i s hf r o ms e v e r a lt a r g e to b j e c t s r e c e n t y e a r s ，t h ea p p l i c a t i o n o fr f i di ni n d u s t r yh a sb e c o m eaf o c u sw i t ht h e g r a d u a lm a t u r i n go fr f i d t e c h n o l o g ya n dt h ee s t a b l i s h m e n to fr e l a t e ds t a n d a r d e s p e c i a l l yi nl o g i s t i c s ，r f i d h a sb e c o m ea g r e a ti m p e t u si nl o g i s t i c sa n da p p l i e di nu n p r e c e d e n t e ds c a l e b e c a u s e t h ep a r t i c u l a r i t yo fa p p l i e de n v i r o n m e n ti nl o g i s t i c s ，i t sa l li m p o r t a n tr e s e a r c ha r e a t h a th o wt oo p t i m i z es e v e r a lt a r g e to b je c t s r e c o g n i t i o n p e r f o r m a n c ei nl o g i s t i c sw i t h r f i d t h e r e f o r e ，t h ep r e s e n tr e s e a r c hf o c u s e so nt h ef o l l o w i n gp o i n t s ： f i r s t l y , b yt a k i n gt h ea p p l i c a t i o no fr f i dt e c h n o l o g yi nl o g i s t i c sd i s t r i b u t i o na s t h er e s e a r c ho b j e c t ，t h ee x i s t e n ti n s u f f i c i e n c yo fr f i di na p p l i c a t i o nr e s e a r c hw a s p r o p o s e db a s e do nt h ea n a l y s i so fr f i dp r i n c i p l ea n dt h er e s e a r c hs t a t u sa th o m e a n da b r o a d t h e n ，t h ea p p l i c a t i o no fr f i di nl o g i s t i c sd i s t r i b u t i o nw a sp r o p o s e db a s e do n a n a l y s i so fs h o r t c o m i n g sa b o u tt h et r a d i t i o n a li n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e c h n o l o g y b e s i d e s ，s o m ei n f l u e n t i a lf a c t o r sw e r ep u tf o r w a r db yc o m b i n a t i o no ft h ea p p l i c a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fr f i da n da c c e s st or e l e v a n t1 i t e r a t u r e s a n df i n dt h em a i n i n f l u e n t i a lf a c t o r st h r o u g hc o n t r o la n dt e c h n o l o g yf i l t e r t h i r d l y , t h et h e s i ss t u d i e st h es i g n i f i c a n te f f e c td e g r e ea n do b j e c t i v el a w so ft h e r e a dr a t ep e r f o r m a n c eo fr f i ds y s t e m t h r o u g hs i n g l e f a c t o ra n a l y s i s t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no fc o m p r e h e n s i v et e s tm e t h o d ，s i m p l ec o m p a r i s o n m e t h o da n do r t h o g o n a lt e s tm e t h o d ，t h i s p a p e rp u tf o r w a r du s i n go r t h o g o n a l a s y m p t o t i co p t i m i z a t i o nm e t h o dt oo p t i m i z et h er i g h tr e a dr a t eo fr f i ds y s t e m w h i c hw a si n f l u e n c e db ym u l t i f a c t o ra tt h es a m et i m e f i n a l l y , t h eo r t h o g o n a la s y m p t o t i co p t i m i z a t i o nm e t h o dw a sv a l i d a t e db yat e s t e x a m p l e ，a n dt h eo p t i m i z e ds c h e m ew a s i n d i v i d u a l l y t e s t e dt ov a l i d a t ei t s c o r r e c t n e s sa n dg o o de f f e c t k e y w o r d s ：r f i d ，l o g i s t i c sd i s t r i b u t i o n ，r e a dr a t e ，o r t h o g o n a la s y m p t o t i c o p t i m i z a t i o n 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的 圣幺士学位论文鳢i 纽近缝& 左望迹1 4 垒垃望竣 控刍线堂缓冤是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刁承咧 导师签名：孔渺 签字日期：及口哆f 了f 签字日期：。7 何r 弓 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程 2 ，b 愿意将本人的丕叁士学位论文锺这蛾霞丝应啦。 j ，扫 一7 。、：。o 。1 1 一逸幽盔撇中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志枉( c n k i ) 。在中自诗 士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学 博硕学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中 国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据 库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部或部分内容。 作者签名：墨丞卿 导师签名： 而秽 ，白7 年j 月弓日 备注：审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1绪论 1 1 论文选题背景及研究意义 1 1 1 论文选题背景 企业信息化建设的基础是企业的基本现实数据，而基本现实数据的完备和真 实与否，直接关系到企业信息化建设的成败。自动识别技术，就是在企业信息化 建设中根据现实数据，利用计算机系统，进行信息化数据自动采集和识读的重要 方法和手段，它是以计算机技术和通信技术为基础发展起来的一种综合性科学技 术。自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括 条形码技术、磁条( 卡) 技术、光学字符识别技术、射频识别技术、包括声音识 别及视觉在内的生物识别等集计算机、光、机、电、通信技术为一体的高新技术 学科。自动识别技术领域及产品类型如图1 1 所示：【1 】 图1 1 自动识别技术领域 f i g1 1a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yf i e l d 目前，常用的自动识别技术中，条形码成本最低，适于需求量大且数据不必 更改的场合，例如商品包装上就很适宜，但是其较易磨损，且携带数据量很小；i c 卡的价格稍高，数据存储量很大，数据安全性好，但是由于它的触点暴露在外面， 有可能因静电或人为的原因损坏。一种理想的方式是，阅读器与一个数据载体之 间的数据传输与能量供应采用非接触式的技术。我们把这种非接触的自动识别技 术称为射频识别技术。射频识别技术和传统意义上的自动识别技术的本质区别在 于：其能量供应和数据交换是运用无线电和雷达技术实现的。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 r f i d 技术作为一种自动识别技术，利用无线射频方式对目标物进行非接触式 自动识别，极大地加速了信息的收集和处理，具有精度高、环境适应能力强、抗 干扰能力强、操作快捷等优点。近年来，r f i d 作为一项具有广泛应用前景的技术， 相关产品已被大量应用于社会、经济、国防等众多领域。 2 1 世纪，随着全球几家大型零售商w a l m a r t 、m e t r o 、t e s c o 等为了提高供应 链的透明度和效率，相继宣布了各自的r f i d 计划。沃尔玛通过在其商品包装上安 装r f i d 标签，有效的提高了商场的管理水平，脱销率降低了1 6 。在r f i d 的诸 多应用领域中，物流和供应链领域被认为是r f i d 技术将来最大的应用领域【1 】。根 据i d t e c h e x 统计，2 0 0 7 年全球r f i d 市场增长势头强劲，市场总值达4 9 2 亿美 元，2 0 0 8 年约为5 2 9 亿美元，同比增长了7 5 ，具体见图1 2 所示。 颤圈 暖嘲嬲 网 嘲 嘲圜 网 翻 2 0 0 7 2 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 112 0 1 22 0 1 3 图1 22 0 0 7 2 0 0 8 年全球r f i d 市场规模( 单位：十亿美元) f i g1 2g l o b a lr f i dm a r k e ts c a l ed u r i n g2 0 0 7 - 2 0 0 8 ( u n i t ：b i l l i o nd o l l a r s ) 目前，r f i d 技术在物流领域的应用主要包括四个阶段： 集装箱阶段：在货柜上固定r f i d 进行辨识读取，以追踪辨识集装箱、空 运盘柜等。目前应用于国际货柜运送货物上最多，除了有助于在全球化运作时， 对货物掌控能力增加之外，通过集装箱、货柜r f i d 的追踪，对于国家安全，也提 供了另一项保证。 货盘阶段：在货盘上固定r f i d 进行辨识读取，以追踪辨识物流装载工具 如货盘、笼车、配送台车等。及时向供货商提供补货信息，有利于供货商做生产 规划；物流中心更可加快收货作业时间，实现验货与上架的信息化，有效管理存 货控制。 包装容器阶段：单项产品成打或成箱包装，在纸箱或其包箱容器上装置 r f i d ，来追踪及辨识纸箱或容器的形状、位置及交接货物的数量。除了对于需求 2 8 7 6 5 4 3 2 l 0 重庆大学硕士学位论文1 绪论 供应规划所提供的信息更细致之外，也增加了再包装的可视性，对于整板进货却 需要以箱为单位的出货操作而言，比小单位的拣货、包装与出货更为方便。 单个产品阶段：在每一个产品上以r f i d 取代商品条形码，每一个r f i d 上以商品编号加上序号，来识别每一个货品的唯一性，利用这个方式来辨识进行 盘点、收货及销售点的收款机作业，由于每一个产品具有唯一的辨别码，可以将 所有商品以最小的单位进行管理。由于可以对最小单位的货物进行控制，对于零 售端的销售更有利，包括货架上的促销、防窃、消费者行为分析等等均能做个别 产品的管理。 近年来，国内外r f i d 技术的应用主要是采用r f i d 和条形码的捆绑式应用， 即通过物流的装备、车辆集装箱或者托盘通过对它的识别和跟踪去间接地管理所 承载的物品。而直接将r f i d 标签应用于包装和单个产品的形式则相对较少，这主 要是由于以下几方面因素的制约： 价格 价格决定了r f i d 技术在物流业的应用广度。成本居高不下阻碍了其在物流管 理方面的应用，搭建r f i d 系统需要的初期投资较大，而作为消耗品的标签，其成 本仍然在几个美分的量级，还没有低到可以附着在较低价值产品上的程度，这阻 碍了r f i d 在超市等大规模物流行业的应用。 标准 目前，r f i d 还未形成统一的全球化标准，市场上多种标准并存，r f i d 标准 之争主要表现在以下几个方面。 首先，电子标签标准全球互通的基础并不牢靠。这主要体现在编码不一致。 日本有u i d 、欧美有e p c 体系，中国有自己的g b l 8 9 3 7 2 0 0 3 ( n p c ) 。编码系统 本身呈现三足鼎立的态势。 其次，与标准的制定相关的还有r f i d 所采用的频段之争。要用r f i d 技术实 现全球物流领域的信息交换，必须有全球统一的物流r f i d 频段。当前国际上在 u h f 频段的r f i d 技术主要使用4 3 0 m h z 左右和8 6 0 m h z - 9 6 0 m h z 两段频率，目 前美国使用9 1 5 m h z ，欧洲采用8 0 5 8 m h z ，日本定在9 6 0 m h z 。2 0 0 7 年4 月中国 信产部发布了u h f 频段r f i d 技术应用规定( 试行) ，规定指出8 0 0 9 0 0 m h z 频段 r f i d 技术的具体使用频率为8 4 0 8 4 5 m h z 和9 2 0 9 2 5 m h z 。 隐私 r f i d 电子标签可以提供商品与个人信息，这在提供便利的同时也造成了隐私 泄漏的潜在风险。随着我国公众的个人意识越来越强烈，公众对个人隐私泄漏的 担忧会延缓i 江d 在某些方面的应用【2 】。 性能 重庆大学硕士学位论文1 绪论 性能决定了r f i d 技术在具体行业的应用深度。目前，r f i d 系统在性能稳定 性方面尚存在若干难点，主要包括对金属、高含水物体、玻璃等的识别准确率， 复杂环境下的持续识别准确率，多标签同时识别的并发准确率，后台数据处理能 力等。由于性能上的缺陷导致r f i d 系统的优越性难以发挥，这些难点的解决程度 与进度，直接关系到r f i d 技术在相关行业的大规模应用推广。 1 1 2 论文研究意义 目前，r f i d 技术已经成为i t 领域的热点技术，许多国家都不遗余力地推广 该技术。然而，尽管r f i d 技术在各行各业中正逐步为人们所认识和重视，但始终 还未能走向大规模应用。造成这种现状的原因在于，无论是r f i d 技术本身还是针 对这项技术所衍生出的各种应用系统都存在尚未解决的难点问题。正是由于这些 棘手问题的存在，才制约了r f i d 技术在各行业中应用的全面展开。 通过本文的研究可充分挖掘现有物流配送r f i d 识别系统性能的潜力，提高 r f i d 识别系统识读性能的稳定性，并提供了简单、可行的方法。可有效满足系统 用户对物流配送物品识别的基本应用要求，避免企业为保障识读性能而购买或升 级昂贵的r f i d 系统，降低r f i d 技术应用的成本。为建立低成本和高性价比的 r f i d 系统提供理论依据，为r f i d 识别系统识读性能及成本问题提出了一种有效 的解决思路和方法。通过该研究可为r f i d 产品供应商在进行设备布置和系统实施 时，提供科学的测试方法和理论依据。 1 2 国内外相关研究现状 r f i d 技术研究内容划分 随着r f i d 技术在各行业的逐渐推广和应用，国内外众多研究学者开始对 r f i d 技术进行了广泛和深入的研究。e wt n g a i 等【3 】通过对近年来国外主要杂志 所发表的多篇关于r f i d 研究的期刊进行统计分析，对r f i d 技术的研究现状进行 了分类。结果显示针对r f i d 技术的研究主要包括三个方面： 1 ) r f i d 技术研究。主要集中在电子标签、阅读器和天线技术的研究；如： c h o ，c 等【4 】提出了一种应用双门形振子和改良的双倍t - 匹配网络的u h f 频段 r f i d 天线。 江建军和杨彪等【5 】采用虚拟仪器和数字信号处理技术，结合i s o i e c18 0 0 0 3 m o d el 协议规范，研究了一种用软件代替硬件，实现高频射频识别读写器基本功 能的方法。 2 ) r f i d 相关政策和安全问题研究。如： 罗海勇和李锦涛【6 】等介绍并分析了e p cc l a s s 1 g e n 2 r f i d 标准所采用的关 键技术及其特点。 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 d a o u ，h o d a 掣7 】通过对四种r f i d 安全协议进行测试的方法来评估每种协议。 唐静和姬东耀【8 】对现有的基于l p n 问题的r f i d 安全协议进行了系统分析， 总结了这类协议存在的设计缺陷。并对其中一个最新版本的协议髓+ 进行改进， 设计了一个新r f i d 安全协议。 裴友林和杨善林【9 】通过分析几种现有的典型的r f i d 安全协议的特点和缺陷， 提出一种基于密钥矩阵的r i f d 安全协议。通过使用密钥矩阵来加密标签和阅读器 之间的传输数据，并在认证后更新标签中的密值，能有效抵抗多种攻击。 3 ) r f i d 技术应用研究。如： g a r ym g a u k l e r 1 0 】通过构建r f i d 技术在零售业供应链、生产装配过程等领域 应用的静态和动态经济效益模型，研究r f i d 技术在供应链中应用的经济效益。 臧传真和范玉顺【1 l 】提出了r f i d 等智能物件技术在制造企业中的应用场景，描 述了基于智能物件的制造企业信息系统层次结构以及中间件的体系结构。 随着r f i d 技术日趋成熟，如何将r f i d 技术理论研究转化为实际应用和推广 越来越受到人们的关注。 r f i d 技术应用研究现状 结合r f i d 技术在各领域的具体应用需求，国内外r f i d 技术研究人员逐渐针 对r f i d 技术在具体领域的应用进行了研究。研究内容主要包括r f i d 应用系统的 设计开发以及相关系统的集成： 首先，针对r f i d 应用系统设计开发研究，主要包括在供应链物流和过程监控 应用系统两个方面： 在供应链物流r f i d 系统设计方面，h a r r yk h c h o w 等【1 2 】设计了一个基于 r f i d 的资源管理系统，有效指导相关设备和人员进行仓储操作。 贺地求等【1 3 】设计了一个基于射频识别技术的零件分拣系统，实现了所有成品 混型输出生产线、后续处理和包装之间的无缝连接，零件分拣准确可靠。 仇建平、崔杜武【1 4 】将射频识别技术应用于供应链管理系统中，在射频识别技 术基础上构建了供应链管理系统的系统模型，并给出了供应链管理系统的系统架 构，以及基于射频识别技术的业务流程和预测算法。 孟晓明【1 5 】利用r f i d 技术和g i s 、g p s 技术构建了基于r f i d 的物流信息管理 系统模型，给出了各子系统模型的实现机理，并对提出的系统模型进行了分析和 评价。 在过程监控r f i d 系统设计方面，g e o r g eq h u a n g 等【1 6 1 【1 7 1 提出了通过无线制 造( w i r e l e s sm a n u f a c t u r i n g ，w m ) 技术实现j i t 的观念。而w m 充分依赖于无线装 置如r f i d 、a t u oi d 传感器和无线信息网络来收集实时的车间现场信息。 f a g u il i u 和z h a o w c im i a o 1 8 】提出了一个基于r f i d 的离散制造业动态监控系 重庆大学硕士学位论文1 绪论 统，并通过中间件实现与e r p 系统的通讯，满足实时控制的要求。 刘卫宁、黄文雷、孙棣华等【l9 】介绍了基于r h d 的离散制造业制造执行系统的 系统结构和主要功能模块。 戴青云等【2 0 】【2 1 】针对离散制造业的特点，设计了基于r f i d 技术的离散制造业 m e s 系统及其数据采集系统。 谭杰等【2 2 】人通过针对r f i d 技术在服装加工生产线上的应用案例研究，说明了 生产线物料监控系统的总体软、硬件架构体系。 其次，在r f i d 系统集成研究方面，p a v e lv r b a a 等幽j 分析了面向制造的i 讧i d 需求框架，通过设计工业应用的中间件实现r f i d 系统与基于代理的控制系统集 成。田景贺和范t , l 顷等 2 4 】提出了基于现场总线的r f i d 系统与生产线控制系统的集 成架构。 从目前针对r f i d 技术的应用研究来看，主要是提出如何构建相应的r f i d 应 用系统以及实现与其他系统的集成。相关系统研究都是在假设r f i d 底层采集系统 均能满足具体应用环境的基础上，通过分析企业业务流程和需求提出各种r f i d 信 息系统的体系和架构等。而针对具体的行业应用环境，如何优化r f i d 系统性能以 减少其它因素的影响，保障系统稳定性的研究则相对较少。 r f i d 系统应用测试现状 针对如何优化和配置r f i d 系统以提高系统识读的可靠性，部分研究机构和学 者在研究该问题时，主要通过两种研究方法：一是基于f r i i s 能量传输模型建立复 杂的读取操作范围模型2 5 】【2 6 】；二是构建相应的测试环境进行识读率试验【2 7 】【2 8 】，本 文主要采用测试的方法进行研究。 目前，r f i d 系统测试主要包括性能测试和应用测试两个方面。性能测试主要 由政府部门、社会公众团体、厂商或第三方企业进行，如i b m 美国马里兰州r f i d 测试中心、s u nm i c r os y s t e m sr i f d 测试中心等。此类测试主要是针对r f i d 产品 供应商等生产的产品进行检测和评估；而本文主要研究的应用测试则主要是针对 具体的行业应用特征和应用环境进行相应的模拟测试，以指导具体应用，如亚太 r f i d 应用验测中心、中国科学院自动化研究所r f i d 测试实验室和复旦大学 a u t o i d 中国实验室等【2 9 1 。目前，国内外已有少数学者针对部分影响因素对i u i d 识别系统的影响进行了相应的科学测试研究。 c l a r k e 和t a l e l a a r 等【3 0 】【3 1 】【3 2 】针对出入库应用环节构建模拟实验环境，通过测 试对天线布置、产品类别、标签种类、标签安装位置、运输速度等对r f i d 系统识 读率的影响进行应用测试分析。 d e l i aa m a u d - c o r m o s 等【3 3 】通过测试在不同电磁强度的环境下r f i d 识别系统 的读取范围，研究电磁干扰对r f i d 系统的影响。 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 a h m a dr a h m a t i 掣3 4 j 通过试验研究了影响r f i d 系统识读可靠性的因素，包括 标签之间的距离、标签与天线的距离、标签相对于天线的角度以及标签安装位置 熊 寸。 赖声礼和戴宏跃等【3 5 】采用h f s s 9 0 仿真工具，分析了工业金属环境对h f 频 段r f i d 识别系统工作性能的影响。 通过调查发现目前国内外在r f i d 应用测试研究方面主要针对单标签识别应 用环节，而多标签同时识别环节的研究则较少。具体研究也主要是分析单个影响 因素对相关性能的影响，而没有系统考虑多个影响因素的综合影响。 综上所述，目前的研究主要集中通过分析企业r f i d 技术在物流和供应链环节 的应用需求的基础上，进行相关信息系统的设计和开发。r f i d 底层数据采集系统 作为上层信息系统发挥功效的基础，其信息识别的准确性和可靠性直接影响上层 信息系统的管理。但是目前从r f i d 识别系统的角度，针对其识读性能的可靠性研 究则相对较少。因此，针对物流具体应用环节，在多种因素综合影响下如何提高 r f i d 系统的识读可靠性，为系统最终用户提供具体的应用指导还有待进一步的研 究。 1 3 论文研究目的与研究思路 1 3 1 论文研究目的 从上文中对r f i d 技术的发展和研究现状的分析可看出，r f i d 技术已经由国 家大力推动，小范围试点应用的预热期向大规模、跨行业应用的爆发期过度。因 此，如何解决r f i d 技术在大规模应用过程中存在的问题已成为系统实施企业和研 究机构十分重视的问题。 基于上述分析，本文的研究致力于解决r f i d 技术在具体行业应用过程中识读 性能的问题，从r f i d 识别系统如何满足实际应用需求的角度，对物流配送识别环 节r f i d 识别系统识读性能的优化进行深入研究。 1 3 1 论文研究思路 本文结合r f i d 技术在物流配送环节的应用，针对其识读性能的优化问题，提 出影响识读性能的可能因素，并运用控制力和技术性筛选方法确定主要影响因素； 然后运用单因素分析法分析主要影响因素对识读性能的影响显著性和规律；通过 比较多种优化方法，在正交设计的基础上提出正交渐近优化法；结合单因素分析 的结果，运用正交渐近优化法对r f i d 系统多因素综合影响下识读性能进行优化， 得出相应的因素优化水平方案；最后对得到的优化方案进行单独试验，验证该正 交渐近优化法的可行性和准确性。 本文的研究思路如图1 3 所示。 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 绪论 上 r f i d 系统识读性能影响因素分析 上 试验环境构建 堕多读 因因性 素素能 影综优 响合化 规影方 律响法 研下研 究识究 优化实例验证 上 结论 图1 3 论文研究思路 f i g1 3t h er e s e a r c ht h o u g h t so f t h i sp a p e r 1 4 论文研究内容与创新之处 本论文研究内容如下： 分析r f i d 技术的发展历程和现状；综述国内外r f i d 技术应用和测试方 面的研究和发展情况；说明论文研究的目的、意义和主要研究内容。 介绍r f i d 识别系统的构成、分类及特点，分析r f i d 技术在物流配送中 的应用；并分析影响r f i d 系统识读性能的可能因素，以及提出主要因素的筛选方 法进行因素筛选。 结合物流配送环节的典型特点，构建模拟测试试验环境，并分析单因素对 识读性能的影响显著性和变化规律。 通过比较分析各种多因素综合影响下的优化试验方法，在正交设计的基础 上提出正交渐近优化法，并应用该方法对物流配送r f i d 识别系统识读性能进行优 化，得出最终的优化方案。最后作为研究成果的验证，本文对此优化方案进行单 独的试验验证。 总结本文主要研究成果以及在研究过程中存在的局限，并对未来的研究方 向进行展望。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 本文的创新之处：针对物流配送多标签同时识别环节，分析单个因素对识读 性能的影响显著性和规律；在此基础上，对多因素综合影响下因素水平的选取提 供科学的分析方法，并具有较好的可操作性。 9 重庆大学硕士学位论文 2r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 2r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 2 1r f i d 识别系统概述 2 1 1r f i d 系统构成及原理 r f i d 系统一般由电子标签( t a g ) 、读写器( r e a d e r ) 天线( a n t e n n a ) 和中间 件组成【l 】，如图1 所示。 a n t e n n a 图2 1r f i d 系统构成 f i 9 2 1c o m p o s i t i o no fr f i ds y s t e m ( ( ( ( t a g ( ( ( ( 电子标签 电子标签由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反向散射原理 与读写器进行通信。电子标签具有智能读写和加密通信功能，通过无线电波与读 写设备进行数据交换；它工作的能量由读写器发出的射频脉冲提供。 读写器 读写器是读写标签信息的设备。作为数据采集的终端，读写器还需要与中间 件进行数据交换。在很多读写器中微处理器集成了嵌入式系统，因此，中间件的 一部分功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等功能已经可以由嵌入式 系统在读写器中完成。 天线 天线是为电子标签和读写器提供射频信号空间传播的设备。它可以内置于读 写器中，也可以通过同轴电缆与读写器接口相连。 中间件 中间件是连接盯i d 设备和企业应用程序的纽带，也是r f i d 应用系统的核心。 中间件将基于不同平台、不同需求的应用环境与r f i d 物理设备连接起来，并提供 合适的接口使之能够进行数据交换。 其基本工作原理是：读写器通过发射天线发送定频率的射频信号，当电子 标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活；电子标 签将自身编码等信息通过内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从电子标 签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解 l o 重庆大学硕士学位论文 2 r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该标签的 合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动 作。 2 1 2r f i d 系统分类和特点 根据不同的分类方式，r f i d 系统可以具有很多不同的分类方法，一般可按如 下的方式的进行分类。 根据系统工作频率分类 读写器发送无线信号时所使用的频率被称为r f i d 系统的工作频率，根据标签 的工作频率的不同，r f i d 系统可分为低频、高频、超高频和微波系统。低频系统 一般工作在1 0 0 3 0 0 k h z ，常用的工作频率为1 2 5 k h z 、1 3 4 2 k h z ；高频系统工作在 1 0 1 5 m h z ，常见的工作频率为1 3 5 6 m h z ；超高频工作频率为8 5 0 9 6 0 m h z ，常 见的工作频率为8 6 9 5 m h z 、9 15 3 m h z ；还有部分r f i d 系统工作在2 4 5 g h z 的微 波段。不同频段r f i d 系统的对比和主要应用如表2 1 所示【l 】。 表2 1 各种频率r f i d 系统比较 t a b l e2 1c o m p a r i s o n so f r f i ds y s t e m sw i t hd i f f e r e n tf r e q u e n c y 识别速度 低速 高速 环境影响迟钝 敏感 根据标签的供电形式分类 根据标签工作所需能量的供给方式的不同，r f i d 系统可分为有源、无源以及 半有源系统。有源系统的标签使用标签内部的电池供电，主动发射信号，系统识 别距离较长，可达几十米甚至上百米，但其寿命有限，并且成本较高，由于标签 带有电池，其体积比较大。无源系统的标签利用读写器发射的电磁波进行耦合来 为自己提供能量，它的重量轻、体积小，寿命长，成本低廉，可以制成各种各样 的薄卡或者挂扣卡。但是识别距离一般只有几十厘米到数十米，且需要有较大的 重庆大学硕士学位论文2r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 读写器发射功率。半有源系统标签带有电池，但是电池只起到对标签内部电路供 电的作用，标签本身并不发射信号。 根据标签的可读写性分类 根据标签可读写性的不同，系统可分为只读和可读写系统。只读系统标签内 部只有只读存储器( r e a do n l ym e m o r y ，r o m ) 和随机存储器( r a n d o ma c c e s s m e m o r y ，r a m ) ，信息只能一次写入，多次读出。可读写系统标签内部的存储器 除了r o m 、洲外，还有非易失可编程记忆存储器。这种存储器除了具有存储 数据的功能外，还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。 此外，r f i d 还有其他分类方式，比如根据数据调制方式，r f i d 系统可分为 主动式、被动式和半主动式系统；根据标签和读写器之间通信工作时序的不同， 系统可为标签先讲和读写器先讲系统。 r f i d 的基本特点是电子标签和读写器不需要直接接触，它们之间的信息交换 是通过空间磁场或电磁场耦合来实现的。这使得射频识别技术有着巨大的发展和 应用空间。同传统的条形码技术相比，r f i d 技术具有多方面的优势。通过条形码 与r f i d 的特性比较分析( 见表2 2 ) ，r f i d 系统具有如下特性【3 6 】： 表2 2 条码与r f i d 特性比较 t a b l e2 2c o m p a r i s o n so fr f i da n db a r c o d e 读取速度0 3 - 2 s ( 1 2 位) 0 3 0 5 s ( 1 2 位) 1 ) 高效性：阅读器可同时读取多个电子标签，读写速度更快； 2 ) 大容量：标签使用集成电路存储器，最大容量可达数兆字节； 1 2 重庆大学硕士学位论文 2r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 3 ) 远距离可穿透性：r f i d 信号能穿透木材、塑料等工业常用材料，识读距离 根据频率的不同可由十几厘米到数十米远； 4 ) 可重复性：可修改、删除标签内储存的数据，实现标签循环使用； 5 ) 耐久性：标签对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性，通过特殊封 装处理还可以在高温环境下工作； 6 ) 安全性：通过加密机制等技术手段保证了标签内存储信息的安全性。 由于r f i d 电子标签具有其特殊的技术优势，在未来的发展和应用中，将沿着 大容量、高速度、更小的体积、更低的价格、更具保密性及能够适用于各种应用 场合的方向不断完善。电子标签、电子产品编码( e p c ) 和互联网( i n t e 鼢岖t ) 的有效结合，将构成“物联网 。r f i d 不仅具有广阔的市场，而且r f i d 的应用将 给物流等产业带来革命性的变化，将给未来世界经济和贸易带来巨大的影响。 2 2i 江i d 在物流配送中的应用 2 2 1 传统条形码信息采集存在的主要问题 消费者需要高水平的服务和具有竞争力的价格，因此需要设置配送中心进行 集中配送，这样可以更有效的组织物流活动，控制物流费用；集中存储物资，保 持合理的库存；提高服务质量，扩大销售；防止出现不合理运输。而这一切都需 要管理者对配送中心底层基础信息和数据的实时采集和分析的基础上，因此信息 的实时性、准确性就显得十分重要。而传统的条形码采集技术主要存在以下几个 方面的问题： 条形码表面很容易被油污等污染，导致数据不可读出；此外，条形码需要 人工干预其读取过程，容易出现人为操作错误。这些因素导致配送中心存货统计 缺乏准确性，从而影响到配送中心的决策。 传统方法在清理货物时效率很低，需要工人到每个储存点进行货物扫描以 统计数量。而为了及时了解货物的库存状况又需要随时清点，为此需花费大量的 人力和物力。 出入库等信息采集点需要工人手工操作进行扫描，不仅录入速度慢、准确 性低，而且浪费大量人力和劳动成本。 2 2 2r f i d 技术在物流配送中的应用 现代物流配送涉及大量纷繁复杂的产品，对信息的准确性和及时性要求非常 高。同传统的出入库方式相比，利用电子标签可以实现无纸化作业，大大提高作 业效率和准确率，使用户的出入库时间大大减少。在日本和韩国，电子标签已成 为大部分物流配送中心的标准配置。 目前，r f i d 技术在物流配送中的应用主要针对以下几个环节【3 7 】【3 8 】： 重庆大学硕士学位论文 2r f i d 系统及其识读性能影响因素分析 入库和检验 当贴有电子标签的货物运抵配送中心时，入口处的阅读器将自动识别货物上 的电子标签，根据采集的信息，管理系统会自动更新存货清单，同时，根据订单 的需要，将相应货品发往正确的地点。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、清点等大量需要人力的工作。 整理和补充货物 装有移动阅读器的运送车自动对货物进行整理，根据计算机管理中心的指示 自动将货物运送到正确的位置，同时将计算机管理中心的存货清单更新，记录下 最新的货品位置。存货补充系统将在存货不足指定数量时自动向管理中心发出申 请，根据管理中心的命令，在适当的时间补充相应数量的货物。在整理货物和补 充存货时，如果发现有货物堆放到了错误位置，阅读器将随时向管理中心报警， 根据指示，运送车将把这些货物重新堆放到指定的正确位置。 订单填写 通过r f i d 识别系统，存货和管理中心紧密联系在一起，而在管理中心的订单 填写，将发货、出库、验货、更新存货目录整合成一个整体，最大限度地减少了 错误的发生，同时也大大节省了人力。 货物出库运输 应用r f i d 技术后，货物运输将实现高度自动化。当货品在配送中心出库，经 过仓库出口处阅读器有效范围时，阅读器自动读取货品标签上的信息，不需要扫 描，可以直接将出库的货物运输到零售商手中，而且由于前述的自动操作，整个 运输过程速度大为提高，同时所有货物都避