基于RFID技术的物流仓储管理系统.docx

江汉大学物联网课程案例基于RFID技术的物流仓储管理系统设计摘 要：本文首先简介了物联网及RFID技术在国内外的发展及现状，接着详细叙述了RFID的系统组成和基本的工作原理；之后针对仓储管理的现状，提出了一种基于RFID技术的仓储管理系统优化设计方案，并对所研发的该系统的核心部件手持电子标签条形码读写器的硬件设计原理与工程实现分模块进行了详细描述，同时简要介绍了系统软件的设计与实现，并给出了整个系统的仓储操作流程。该仓储管理系统将先进的RFID技术和条形码有机的整合在了一起，对仓储操作实行全方位的监控和管理，既提高了仓储信息的精度，又实现了仓储管理的实时自动化，非常适合应用于中小型仓库的仓储管理。关键词：RFID；电子标签；仓储管理；自动化0 引言仓储管理就是对仓库及仓库内的物资所进行的管理，是仓储机构为了充分利用其具有的仓储资源，提供高效的仓储服务所进行的计划、组织、控制和协调过程，它是现代物流最为重要、必不可少的基本环节之一。传统仓储管理模式普遍存在人力成本偏高、业务流程多、货品跟踪困难、资金和货品周转效率较低、物流管理的信息和手段落后等缺点，已不能保证正确的进货、库存控制及发货，因此会导致管理费用的增加，服务质量难以得到保证，从而影响企业的竞争力。传统的物流仓储管理系统只能实现货品信息的“静态化”管理，而无法实现对物流全过程的实时跟踪和监控。RFID技术具有无接触式、大容量、快速、高容错、抗干扰和耐腐蚀、安全可靠的信息识别等特点，其在物流仓储管理中得到了较好的应用。1 物联网发展状况RFID技术是直接继承了雷达的概念，并由此发展出的一种自动识别与数据采集的新技术。20世纪90年代，机动车高速公路电子收费应用获得了较大发展，RFID技术开始由西方发达国家向国外输出产品。进入21世纪，RFID技术开始向物流与供应链领域渗透，并逐渐成为一项全球关注并处于加速发展的新技术RFID技术在国外的发展较早也较快，尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。我国在RFID技术的研究方面也发展很快，市场培育已初步开花结果。在RFID技术研究及产品开发方面，国内已具有了自主开发低频、高频与微波RFID电子标签与读写器的技术能力及系统集成能力。与国外RFID先进技术之间的差距主要体现在RFID芯片技术方面。尽管如此，在标签芯片设计及开发方面，国内已有多个成功的低频RFID系统标签芯片面市。2 RFID系统组成和基本原理2.1 RFID系统组成典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件四部分构成，如下图1所示。图1 RFID系统组成图2.2 RFID系统工作原理RFID 系统的基本工作原理是：由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成不同的读写操作。从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分成两类：电感耦合(Inductive Coupling)系统和电磁反向散射耦合(Backscatter Coupling)系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。3 基于RFID技术的仓储管理系统设计3.1 仓储管理现状储在整个供应链中起着至关重要的作用，它作为连接生产者和消费者的纽带，对整个物流系统有很大的影响。简单、静态的传统仓储管理模式普遍存在物资库存量巨大、物资跟踪困难、资金和物资周转效率较低、人力成本偏高、物流管理的信息和手段落后等缺点，已不能保证正确的进货和库存控制及发货，因此会导致管理费用的增加，服务质量难以得到保证，从而影响企业的竞争力。目前国内的仓储管理正处在刚刚起步的阶段，而如今的仓库作业和库存控制作业已十分复杂化多样化，仅靠人工记忆和手工录入，不但费时费力，而且容易出错，给企业带来巨大损失，因此仓储管理需要一个信息化的系统平台协调各个环节的运作。3.2 需求分析为了弥补以上两种仓储管理系统的缺点，我们提出了一种基于 RFID 技术的仓储管理优化系统。根据对实际仓储管理流程的分析，该系统应满足以下几个方面的需求： (1) 具有通常信息管理系统的权限管理、数据查询、统计管理等功能； (2) 能够提高货品查询的准确性； (3) 能够改善盘点作业的质量； (4) 帮助企业降低库存管理的成本； (5) 在货品库存量低于安全库存量时，系统能够自动提供警示； (6) 系统的运行能够加快货品出入库速度，从而增大库存中心的吞吐量； (7) 能够给管理者与决策者提供及时准确的库存信息； (8) 能够对库存信息自动化收集，从而实现库存管理的无纸化作业。 3.3 基于RFID技术的仓储管理系统总体设计方案该方案中，根据每批入库货品的信息，管理系统生成了用于仓储内部管理的货品包装箱条形码，克服了原有货品条码无法反映入库信息的缺点；同时我们在仓库中的每个货架上放置了一张电子标签，用来收集该货架上所摆放的货品的信息。货架标签上的信息通过我们设计开发的手持电子标签条形码读写器，在扫描摆放在货架上的货品包装箱条形码后进行更新。主机系统通过仓库顶部的固定阅读器以无线方式收集货架标签上的信息，并进行实时处理。该方案通过在原有条形码方式下内嵌RFID技术，有效的提高了信息收集的自动化程度，实现了对出入库作业的实时监控，方便了对库存货品的定位与查询，同时避免了电子标签完全替代条形码的高额成本，从而大幅提高了仓储作业的工作效率。系统主要由手持电子标签条形码读写器、固定阅读器、货架标签、货品包装箱条形码、主机管理系统五部分组成，系统架构如图2所示。图2 系统框架图手持电子标签条形码读写器（简称手持设备）是本系统仓储出入库操作的核心设备，我们所研发的手持设备集成了条形码扫描和电子标签读写功能，并且可以通过员工卡间接与主机系统进行通信。在仓储操作过程中，操作员首先用手持设备扫描货品包装箱上的条形码信息，而后将货品入库和出库的信息通过手持设备写入货架上的电子标签，以更新货架标签上的货品库存信息。 多部固定阅读器将仓库划分为若干区域，每个区域顶部放置一部 RFID 阅读器，通过多串口卡连接到管理主机，用来监控该区域内各个货架上的电子标签，并实时读取货架标签上的库存信息，及时更新管理系统的数据库，确认货品的出入库信息。 货架标签即电子标签，仓库的每个区域中包含若干个货架，每个货架上置有一张电子标签，用来记录该货架上的货品库存信息。货架标签上的信息在每次仓储操作后，由手持设备刷新，并且接受该区域固定阅读器的实时查询。 货品包装箱条形码是管理系统自己生成的与商品入库信息相关联的内部条形码。它记录了货品信息和商家的库存信息，其中主要包括入库时间信息、入库区域编号、流水号。 主机管理系统主要由基本信息管理模块、出入库操作管理模块、手持设备管理模块、设备及标签检测模块、库存报警模块、库存信息查询模块组成，用来对整个仓储过程实施多方位、全天候的监控与管理。3.4 系统硬件设计实现为了将条码技术和射频识别技术有机的整合在一起，我们以现有的LogicScan LS-700 条形码阅读器为基础，扩展开发了集条形码阅读和电子标签读写为一体的手持设备，其实物图参见附录 A。手持设备的硬件构成如图 5.2 所示。图3 手持设备硬件框图从上图可以看出，整个硬件系统主要由单片机主控制模块、电子标签读写模块、存储器和操作时钟模块、液晶显示模块与键盘模块组成。整个系统主要实现电子标签的读和写两个功能。当整个系统处于读标签状态时，当标签进入有效工作区域，并被激活后，电子标签读写模块通过射频天线读取标签的有效数据，并将这些数据传输给主控制模块；经过控制模块处理后的数据会在显示模块中显示，同时被保存至存储器模块中。当系统处于写标签状态时，控制模块会将由键盘模块输入的数据保存到存储器模块后，在显示的同时，将数据通过电子标签读写模块写入标签。3.5 系统操作流程该系统的整个仓储操作流程分为三部分：货品入库操作、货品出库操作和库存盘点操作。1、 货品入库操作。对于商家而言，货品入库时需要进行货品信息录入、产生入库单、检验并放置货品、确认入库等多个操作，其流程如下图4所示。图4 货品入库操作流程图2、 货品出库操作。货品出库的操作是入库操作的逆过程，需要进行出库单生成、提取货品、更新标签、确认出库等操作，其流程如下图5所示。图5 货品出库操作流程图三、库存盘点操作在库存盘点时，操作员持激活的手持设备进入需要盘点的区域，以每个货架为单位进行盘点。将手持设备设置在库存盘点状态，用手持设备扫描货架上的所有货品包装箱条形码。当扫描完单个货架上的全部条码后，操作员在手持设备上对该货架盘点操作进行确认，手持设备对所获得的条码信息进行计算生成货架盘点信息，接着操作员将手持设备上的盘点信息写入货架标签。手持设备获取当时的操作时间与状态，连同区域编号、货架标签编号及盘点信息保存在其操作日志中。4 总结与展望 RFID 技术在全球掀起阵阵热潮，吸引了众多厂商参与相关技术及芯片的研究和开发。目前 RFID 技术处于迅速上升的时期，该技术被业界公认为是本世纪最有前途应用技术之一。本文针对仓储管理的现状，提出了一种基于 RFID 技术的仓储管理系统优化设计方案，并对系统的软硬件设计与工程实现进行了详细的描述。该仓储管理系统将先进的RFID 技术和条形码有机的整合在了一起，对仓储操作实行全方位的监控和管理，既提高了仓储信息的精度，又实现了仓储管理的实时自动化，非常适合应用于中小型仓库的仓储管理。同时我们所研发的基于 RFID 技术的仓储管理系统虽然实现了货品出库、入库及盘点的功能，但由于能力、时间及设备的限制，系统还不完善，还有一些需要改进的地方：手持设备尚未与主机系统实现无线通信；库存信息查询模块应该加入整体仓库的库存图示；对库存货品安全问题的解决等。而且由于采用了RFID芯片等，会加大产品的附属成本，且由于射频技术也可能导致信息的不保密性。虽然 RFID 技术还有一些不完善的地方，但随着技术的发展和 RFID 系统成本的不断降低，我们有理由相信在不久的将来，RFID 技术会最终取代传统条形码技术，成为物品自动识别最有效的方式！ 5 参考文献1 武岳山，徐玉锁. 射频识别(RFID)应用前景分析. 射频识别，2005，2. 31-32 2 田利梅，关强. RFID系统中的频段特点及主要应用领域. 计算机世界报，2005，7. 27-27 3