ＲＦＩＤ在庫存管理系統中的應用

摘要：RFID是一門新興的技術，使用電子標簽有別于傳統的條型碼。它能夠為用戶提供物流供應鏈應用方面的庫存管理優化。該類業務的特點是具有入庫、檢查、出庫3個流程，且基于傳統的手工操作方式，容易出現錯漏。該文以中國郵政郵件發運業務為例，說明類似的應用如何用RFID優化業務流程。

關鍵詞：RFID；供應鏈管理；郵件發運；電子標簽

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0980-04

Applying RFID on Stock Management

GUAN Zhi-wei

(School of Computer Software Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510006，China)

Abstract: RFID is a rising technology using e-tag， which is different from tranditional code-bar. RFID can provide user with inventory control on logistics management. The characteristic of the business includes three flows， check in， double check and check out. Meanwhile the operation is based on manual.， which is easy to result in mistake. Given China Post Mail Shipment Business as example， this paper presents how to optimize the business flow with RFID.

Key words:RFID; Logistics management; mail shipment E-tag

1 引言

RFID，英文Radio frequency identification的縮寫，即無線射頻識別技術，RFID于二戰期間就產生了，主要用在雷達。由于其成本昂貴一直沒有能在商務應用中普及。直到近些年，人們才注意到RFID。如果射頻標簽的成本能被大大降低，它就能解決條形碼所不能解決的很多問題。射頻波能夠穿透大多數的非金屬材料，因此即使在防水的塑料包裝中，它也能發揮作用。同時，射頻標簽能夠儲存任何一種產品的信息，并且具有良好的持久性[2]。

RFID在不同的環境有不同的使用方法，因此要根據具體環境和業務采用能夠用最小的成本優化最需要優化的業務流程的解決方案。

2 RFID的特點及其應用

比較RFID標簽和條型碼的一些關鍵特性，條型碼的信息存儲量很小而且還是一次性的，電子標簽存儲容量是2的94次方以上(近萬字)，傳統條形碼數量級也就1000左右。條型碼因為用過一次就無用而將其丟棄，落入其他人的手上，因而保密性差。電子標簽可以反復使用，原來的信息可以刷除掉而不會泄漏他人。智能化程度主要包含：芯片的可重復讀寫技術、芯片和識讀器之間的安全技術、高速率數據傳輸技術、在無源或低功耗情況下傳輸其他動態信息的技術等。而價格高低主要取決于芯片的大小尺寸、天線封裝成本等因素[2]。

RFID具有以下的優點：

1）非接觸：采集器不需要接觸標簽，就能識別標簽。

2）可寫標簽：一種可讀寫標簽，標簽的數據是可寫的。

3）無需瞄準線：可以從任意角度讀。

4）讀的距離可伸縮：從幾寸到100尺。

5）標簽存儲量可伸縮：最多可達10000個數字，而條形碼最多2000多個。

6）支持多標簽同時讀：將標簽放在一個范圍內，讀頭也放到這個范圍，就可以很快的全部讀到。

7）耐用的：可以在液體、金屬、固體的、有泥塵的環境下使用，比較穩定。

8）智能的：可存儲數據、測量周邊環境（溫度、氣壓）。

9）讀可靠性：100％可讀的（除非壞了），數據不會丟。

RFID具有以下的局限性：

1）應用在RF-opaque和RF-absorbent的物體不穩定：RF-opaque那么可能會反射或者散射部分的能量，能量被部分損失，而RF-absorbent就會被阻擋了。當然這些情況不單純由于材料造成，也與具體的頻率有關。也就是說某種材料在某一個頻率可能是friendly的，到下一個頻率可能就opaque了。

2）受環境因素影響：鋼鐵、金屬不能太多，有水的環境也不行。因為會影響信號，是屬于不可穿透的物質。如果是布、紙、衣服的環境，就可用。

3）同時讀的數量有限制：當有多個讀頭同時讀多個標簽的時候，有一個數量限制，超過限制可能會出錯，或者有部分讀頭讀不到。

4）RF-reader有限滲透的能量：能量滲透有一個深度限制，超過深度，能量就進不去。

5）技術不成熟：電子標簽在使用過程中可能損壞。例如被動UHF標簽在供應鏈管理中可能損壞，損壞率可達20％以上。

6）成本問題：針對某一個特定的應用，往往需要多種標簽，購買它們比較昂貴，可能要10萬美元以上。還有就是硬件更新速度太快，企業需要升級設備，成本較搞。

7）標準問題：還沒有一個全球統一的標準。

3 RFID體系結構

RFID有很多用途，標準，規范，我們不必要、也不可能知道全部的細節。我們關心的是它對我們有用的部分。開發人員會想知道它怎么樣用于系統開發，怎樣部署到我們的系統中。

3.1 基本要素

1）標簽：識別物體。

2）采集器：讀寫標簽，可內置應用邏輯，存儲數據，轉發數據(到后臺)。

3）天線：內置于采集器，用于發送和接收無線電波。

4）控制器：內置于采集器，控制采集器的讀寫操作，數據轉發。

5）傳感器、促動器、傳媒裝置：輸入輸出必須。

3.2 擴展部分

1）軟件部分：可選的，不過沒有這個部分，RFID系統就沒有什么價值了[5]。

2）通信設備：包括有線或無線網絡，一系列的連接設備，連接上面所說的全部設施。

采集器和電子標簽“如圖1所示”。

RFID系統結構“如圖2所示”。

4 中國郵政RFID解決方案

下面我們看看中國郵政原業務如何整合RFID解決方案，提高郵件中轉業務的工作效率，減少錯誤。并可以將這種解決方案應用到類似的有出庫、入庫、檢測流程的系統里。

4.1 業務背景

廣州郵件處理中心為國家一級郵件處理中心，擔負著華南地區郵件中轉及廣東省內郵件的集散、處理任務，是我國規模最大、自動化程度最高的郵件處理中心。每日可處理郵件總量15萬袋，信函300萬件，扁平郵件60萬件，包件20萬件。

中國郵政處理中心，如圖3所示。

■

圖3 中國郵政

郵件分煉房，如圖4所示”。

所有郵件要先做分煉處理，圖4中上面天花板吊下來的條形狀的東西就是郵件分煉設備，郵件通過多個這些設備按目的地過濾按按目的自動地打好包。這個過程是全自動，不需要人工干預的，郵件按目的地分好后進入圖5的“郵件自動分煉設備” ，在這里，郵件已經按目的地打好了包，不存在分煉過程，我們要做的是已經打好包放到外面的部分。如圖5所示。

基本業務流程為：

1）郵件由北面進入自動分揀系統設施后，按目的地裝入袋。郵件袋由傳送帶按城市送到裝板區，裝板員將相同城市的郵袋裝到板上；

2）叉車司機把板搬移到對應目的地的堆位暫存；

3）郵車到達后，叉車司機把堆位區的郵件搬運到相應郵車旁。郵袋由工人從板上搬入郵車；

為了便于管理，每塊板上有編號（寫在側面），板入堆位的日期及用紙登記的郵袋數量記錄。同樣板出堆位時又會有記錄。另外，會有核查人員每天兩次（日/夜）核查各堆位內板的數量及有否郵袋漏發。

4.2 涉及人員，職責和術語

涉及人員與職責，“如表1所示。”

用戶術語，“如表2所示”。

4.3 存在問題及解決方案

1）存在問題

由于某些目的地郵件太多，有的板放在相鄰堆位，發運時可能忘記這些板，造成郵件漏發;

由于編號寫在板側，而板上有很多郵袋且堆放在一起，找到并讀取編號核對，費時費力；

解析一下為什么人工核對編號費時費力：由于板的上面放滿了郵包，所以板的編號不可能寫在板上，更加沒可能寫在板下，因為板離地面只有5公分，人不可能將頭伸下去看，同樣道理不可能寫在板的內側，所以板是寫在外測的。如果堆位里面的郵件很多，就會密密麻麻，人是走不進去的，要對里面的板號必須將外面的板先拉出來。由于板與板之間，堆位與堆位很近，邊界不明顯，有可能就會將板放在兩個堆中間的，從而不知道板是哪個堆的，所以就難找費時，那些板是很重的，人不可能抬起來，如果要看編號，需要司機開著叉車先把一塊板從密密麻麻的堆位叉出來，同時叉起離開地面40公分左右，司機自己看不到，旁門還要另外有一個人看，一塊一塊板這樣重復，所以是很費力的。

2）解決方案

采用RFID（Radio Frequency Identification）無線射頻識別技術來實現對每塊板的跟蹤處理。同時通過RFID發運管理系統，隨時查詢到每塊板所處的狀態，了解到這些板定位在堆位的哪個位置，板上的郵件將發往哪個地方。

前面提到RFID讀取編號的距離可以很遠(5米)，并且可以一讀讀多個。檢查的時候，檢查人員只需要拿著RFID handle，繞某個堆位走一圈，就可以讀取和核對這個堆位的所有板號。

4.4 系統部署方案

本系統主要解決郵件經分揀后中轉發運過程中的漏發和費時費力等問題。

系統主要分為兩部份：服務器和客戶端。服務器部署在機房控制室內，主要用于客戶端入庫和出庫等數據的存儲及產生報表。客戶端部署在手持RFID讀取器上，它通過無限局域網經TCP/IP協議把數據傳回服務器。同時在辦公區還有一臺電腦聯到服務器上，供其他相關人員查詢數據用。整個部署圖“如圖6所示”。

在發運區內的每塊板兩腿的外側對角各貼上1塊RFID標簽，每塊標簽上已寫入ID等內容。其貼法，“如圖7所示”。

當板在搬移到中轉存儲堆位時，叉車司機把手持式ＲＦＩＤ的狀態調到“入庫”模式，讀取板的信息。所有板都搬移完成后，通過無限局域網經Web service把數據傳回服務器。巡檢人員用其它手持式ＲＦＩＤ讀取這些數據，調到“核查”模式，然后核查堆放區有沒放錯，漏發的板。叉車司機在把郵件搬運進郵車時會又一次讀取板上標簽的信息，查看郵件的目的地有沒出錯，所有板都搬移完成后，傳到服務器校對銷單。

4.5 用例描述

由上述分析，抽象出4個主要用例，“如圖8所示”。

用例1：拉板進堆

簡單描述：將新郵件上板，依照目的地不同，用車拉到各個堆位。

參與者：叉車駕駛員、裝板員

觸發器：有新郵件到達

基本流：

1）叉車駕駛員啟動采集器程序，將模式設為“入庫”。

2）裝板員將郵件包放在板上。

3）叉車駕駛員過來叉起這塊板。

4）叉車駕駛員手持采集器讀板上的標簽，對板上的所有郵件包，輸入一個數量，選擇一個目的地。

5）采集器顯示堆位信息（因為堆位是由目的地決定的），叉車駕駛員確認所有信息無誤后，開車到堆位，將板卸下。

6）叉車駕駛員去取另一塊板，重復2，3，4，5步。

7）當所有任務完成后，叉車駕駛員帶采取器到機房，提交采集器的數據并更新主機的數據庫。

擴展流：（略）

用例2：拉板到出口

簡單描述：根據目的地，用車把各堆位的郵件拉到各月臺（出口），準備發送。

參與者：叉車駕駛員

觸發器：運貨郵車到達

基本流：

1）叉車駕駛員打開采集器，將采集器設為“出庫”模式。

2）叉車駕駛員通過對講機得到新任務。

3）叉車駕駛員駛去到某個區，叉起一塊板，用采集器讀板上的標簽。

4）采集器顯示一些信息（例如，郵件包的目的地，存入存儲區的日期等），叉車駕駛員核實所有信息無誤。

5）叉車駕駛員將板拉到相應的月臺。

6）叉車駕駛員回到候命區，重復2，3，4，5步直到所有板都處理完或郵車滿。

7）叉車駕駛員走到機房，將采集器插入主機更新數據庫，置對應的板的信息為空，同時有專人處理并發送月臺的郵件包。

擴展流：（略）

用例3：檢查堆位

簡單描述：檢查各堆位各板郵件，如有放錯堆位的板，則將它們重新拉到正確的堆位。

參與者：檢查員

觸發器：每日兩次

基本流：

1）檢查員打開采集器并設其為校驗模式。

2）檢查員到機房，將采集器插入主機，讀取所有板的信息和狀態（例如位置）。

3）檢查員走到堆位1，從采集器選擇堆位1，按“開始”按鈕。

4）檢查員，對堆位1所有的板，用采集器一個一個地檢查。

5）采集器顯示板讀到的每個板的信息，如果所有板都正常顯示信息，亮綠燈。否則，顯示警告信息。

6）檢查員可能叫叉車駕駛員將放錯位的板放回正確的堆位，同時更新板的位置信息。

7）檢查員檢查完一個堆位后，接著檢查其他堆位。重復3，4，5，6步，直到所有堆位檢查完畢。

8）檢查員或者機房的管理員，操縱主機，生成檢查報表，內容包括遲發郵件的板數，拉錯堆位的郵件板數，重新正確歸堆的郵件板數（步驟6）。

擴展流：（略）

用例4：庫存報表

簡單描述：對各堆位和各板郵件的信息按某段時間（天，月，年）進行匯總。

參與者：管理員

觸發器：管理員

基本流：

1）管理員（在辦公室）操作主機，查詢數據庫信息。

2）管理員用程序生成一個報表，總結堆位和板的信息。（例如，在各個堆位的板數，發送時間分別延誤了1天，2天，3天...的板數，放錯堆位的板數等）

擴展流：（略）

5 小結

在物流業務中，具有入庫?檢查?出庫的業務很常見.。這類業務一般要求對號入庫和對號出庫[1]。由于物品量大，人工盤點效率低并且容易出錯，例如，在廣交會上要展覽的產品，參展人帶去展品，交展品給大會，大會要用一個本子登記這個人交了什么，展覽完后他要拿回。由于參展人多，物品多且雜，結束的時候很多人同時拿，容易搞錯，拿少了或者拿多了，或者拿了別人的東西。現在很多類似的業務都是采用人工登記的方法，人工記錄在庫存很小的時候是有效的，但規模大的時候，人工記錄的東西就是一個流水帳，很難管理。

傳統條型碼技術讀東西有距離限制，只能一個一個讀， 容易壞掉。采用無線射頻識別技術，可以加快盤點的速度，例如要點算一堆珠寶手鏈，如果人工盤點很慢。采用RFID，對每條手鏈種入電子標簽，一讀就全部讀完。并且由于RFID讀頭讀取支持非接觸式的讀，在一些無法采取接觸式讀取的情況下(例如本案例)，也可以讀得到。

本課題的中國郵政郵件中轉業務，也擁有類似的3個流程（入庫—>檢查—>出庫）

本課題成功將RFID系統應用到China post郵件中轉業務中，包括對已有業務最薄弱的環節進行分析，并用RFID技術進行優化、用最少的成本讓客戶得到最大的利益。提高郵件中轉業務的工作效率，減少錯誤。最后形成一種通用的解決方案，應用到類似的有出庫、入庫、檢測流程的系統里。

參考文獻：

[1] 金橋.RFID技術在移動電子商務中的應用[J].電子技術應用，2007(4).

[2] 吳劍敏.基于RFID技術的應用數據模型研究[J].微計算機信息，2007(26).

[3] 甘琳.RFID技術在圖書館的創新應用[J].圖書館論壇，2007(03).

[4] Mary Hayers Weier.IBM's Privacy-Friendly RFID Tag Ready For Production.Ibm.com/redbooks，2003.

[5] Klaus Finkenzeller. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification 2nd Edition. IEEE Computer Society Press，2005.

[6] James Chamberiain， Sam Bairfingame and Gary Weiss. IBM WebSphere RFID Handbook: A Solution Guide. Ibm.com/redbooks，2006.