基于RFID的廢品拆解管理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

杜兆龍 徐玉斌 李建偉 趙俊忠

(太原科技大學計算機科學與技術學院 山西 太原 030024)

?

基于RFID的廢品拆解管理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

杜兆龍 徐玉斌 李建偉 趙俊忠

(太原科技大學計算機科學與技術學院 山西 太原 030024)

廢棄電器電子產(chǎn)品拆解追溯信息系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術、計算機技術、倉儲和制造業(yè)自動化技術等多學科綜合的系統(tǒng)應用。闡述它的基本業(yè)務、系統(tǒng)架構、設計實現(xiàn)等內(nèi)容，并以PowerDesigner 12.5和Visio 2007進行規(guī)范化建模。該設計采用B/S架構與基于RFID數(shù)據(jù)采集功能的C/S架構的混合模式，利用RFID技術，實現(xiàn)拆解過程的可追溯化和管理的自動化。部署結果表明，系統(tǒng)整體穩(wěn)定可靠，可用性強，貼合廠家的實際業(yè)務需求。

廢棄電器電子產(chǎn)品 追溯化 RFID

0 引 言

隨著科學技術和經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展，電器電子產(chǎn)品滿足了人們精神物質(zhì)生活，但是也遺留了大量的廢物，導致了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。為了合理利用資源減少污染，我國已制定頒布了一系列的政策和法規(guī)。如2010年環(huán)保部發(fā)布《廢棄電器電子產(chǎn)品處理污染控制規(guī)范》，2011年施行《廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理管理條例》，2012年環(huán)保部實施拆解企業(yè)的相關處理基金補貼工作[1]，2014年底又發(fā)布了《指南2015年版》，以“應當”、“確?！?、“不得”等字眼對于資源回收中拆解操作進行詳加規(guī)范[2]，以確保合理利用資源和減少污染。

目前國內(nèi)具有相關資質(zhì)的企業(yè)有106家，有些甚至還是手工記賬，信息化管理落后。張沙清等[3]設計并實現(xiàn)了基于J2EE拆解管理系統(tǒng)，采用條碼和RFID技術提升管理水平；鄧美玲[4]在分析系統(tǒng)業(yè)務的基礎上也采用條碼技術設計實現(xiàn)了該系統(tǒng)；高芳婷[5]也是利用條碼技術實現(xiàn)了該拆解系統(tǒng)。宋若辰等[6]論述了RFID技術可以提高電子廢品處理審核的效率和有效性。國家對于拆解企業(yè)在物流(視頻監(jiān)控企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)流通)、信息流、資金流的審核方面比較嚴格，在審核過程中強調(diào)生產(chǎn)流通可追溯化、各類臺賬數(shù)據(jù)憑證真實性。重點強調(diào)企業(yè)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)、拆解信息管理系統(tǒng)的建設等方面，以提高信息化追溯的水平。

本文描述的系統(tǒng)針對佳木斯某再生資源有限公司進行設計和開發(fā)，采用條碼和RFID技術，有效提高了企業(yè)內(nèi)部物流管理的自動化水平，同時消除了以往手工記賬的弊端，提高了企業(yè)生產(chǎn)信息的管理水平。

1 業(yè)務介紹

目前企業(yè)拆解的廢棄電器電子產(chǎn)品有電視機、洗衣機、空調(diào)、冰箱、電腦等，2014年版標準增加到了14類。其回收處理過程基本相似，如圖1所示。

圖1 企業(yè)業(yè)務時序圖

(1) 運送待拆解廢品(如CRT黑白電視機)的車輛入廠，地磅員登記車輛號牌、廢品信息，并稱重(毛重)。

(2) 質(zhì)檢員按照合格或部件缺損進行廢品分類，并按照同一規(guī)格同一質(zhì)檢結果(如21寸合格CRT黑白電視機)來分類裝籠(國家環(huán)保部要求)。完全卸車后，運送廢品的車輛進行出廠登記，獲得皮重，每車廢品凈重=毛重-皮重。

(3) 叉車運送裝籠的廢品進行過磅入庫，原料庫司磅員首先選擇運送廢品的入廠記錄，其次掃描箱籠的RFID編號，記錄每個箱籠裝的廢品名稱、規(guī)格、質(zhì)檢結果、數(shù)量等信息，并綁定RFID(EPC碼)完成入庫操作。

(4) 原料庫管理員根據(jù)當天生產(chǎn)計劃選擇對應的廢品原料，掃描該箱籠RFID編碼，查詢該箱籠中廢品信息，過磅后整體出庫，并送至拆解車間拆解。

(5) 拆解產(chǎn)物根據(jù)產(chǎn)物類別選擇普通產(chǎn)物庫或危險廢物庫，并生成對應的唯一標識和條碼，完成入庫操作。條碼信息中包含RFID信息，而且條碼信息是永久保留的，可以對危險廢物進行追溯。

(6) 業(yè)務人員根據(jù)銷售計劃選擇出庫的產(chǎn)物，掃描條碼進行整體出庫，并打印出庫榜單。

(7) 出庫后，拆解產(chǎn)物進行出廠過磅登記。對于危險廢物出庫和運輸過程中可以通過條碼進行追蹤和監(jiān)測。

2 系統(tǒng)架構分析

由企業(yè)業(yè)務時序圖1，可以得到企業(yè)在回收拆解銷售處理過程的業(yè)務安排，結合文獻[3]網(wǎng)絡架構得到適應企業(yè)的系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖2所示。

圖2 企業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

從運輸廢品的車輛入廠，地磅員登記車輛信息；到原料入庫；車間下達拆解計劃；廢品出庫分配班組拆解；拆解產(chǎn)物入庫；產(chǎn)物出庫銷售；一系列的環(huán)節(jié)將系統(tǒng)中關于回收、倉儲、拆解、銷售的過程十分緊密的聯(lián)系在一起，形成了信息流上清晰的脈絡。此外網(wǎng)絡結構中還涉及到視頻監(jiān)控、財務、辦公等內(nèi)容，為以后的接口提供了擴展。

3 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能模塊

如圖3所示，系統(tǒng)主要包含以下幾個模塊：基礎數(shù)據(jù)管理、原料入廠、原料庫管理、拆解調(diào)度管理、產(chǎn)物庫管理、產(chǎn)物出廠、設備運行記錄、查詢和統(tǒng)計、權限管理等。包含的角色有出入廠地磅員、原料庫地磅員、拆解分配地磅員、產(chǎn)物庫地磅員、質(zhì)檢員、原料庫庫房管理員、車間生產(chǎn)調(diào)度員、產(chǎn)物庫房管理員、報表管理員、視頻監(jiān)控記錄員、超級管理員等。

圖3 系統(tǒng)模塊圖

3.2 系統(tǒng)技術架構

本系統(tǒng)采用B/S和C/S混合模式開發(fā)，其B/S系統(tǒng)架構如圖4所示：展示層、功能模塊、基礎架構、底層平臺和系統(tǒng)安全與規(guī)范；而C/S的架構如圖5所示：展示層、業(yè)務層、基礎架構、底層平臺。

圖4 系統(tǒng)架構圖

圖5 C/S架構

(1) 展示層

展示層提供可視化、友好化的操作界面。B/S模式采用ASP.NET網(wǎng)頁技術，結合Jquery、Ajax等技術，C/S模式則是桌面顯示，為用戶操作提供良好的界面效果，在設計過程中盡可能減少用戶的操作，提高系統(tǒng)操作自動化水平。

(2) 功能模塊

功能模塊除了系統(tǒng)中包含的業(yè)務邏輯模塊外，還有相關服務配套支撐模塊如外設接口、數(shù)據(jù)采集中間件、對時裝置、網(wǎng)絡管理等。該層次連接底層架構，同時處理相關業(yè)務邏輯，為展示層提供數(shù)據(jù)支持。

(3) 基礎架構

基于.NET Framework框架平臺，采用ODBC等組件方式訪問數(shù)據(jù)庫，同時提供SOAP(簡單對象存取服務)，結合ASP.NET的一般處理程序Handler和WebService程序進行請求與響應。

(4) 底層平臺

采用SQLSERVER 2005數(shù)據(jù)庫、微軟IIS6.0服務器等，完成底層的架構。

(5) 系統(tǒng)安全與規(guī)范

采用用戶驗證、角色驗證、數(shù)據(jù)驗證、數(shù)據(jù)備份等方式保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全。對于權限的驗證，主要采用框架模板登錄驗證和ASP.NET中的Forms驗證。Forms驗證即采用配置文件中屬性authentication和authorization，并利用全局控制程序，對于匿名訪問用戶控制、對相關角色用戶登錄后進行訪問操作網(wǎng)頁的控制或者是文件夾的控制，方便快捷。數(shù)據(jù)備份采用SQLSERVER自帶的備份維護計劃，輕松實現(xiàn)。

3.3 RFID技術

C/S架構，主要涉及RFID數(shù)據(jù)掃描操作的部分，采用協(xié)議為EPC CLASS1/GEN2 RFID標準(簡寫為EPC C1/G2)。該標準是EPCGlobal組織于2004年12月批準制定的，主要是針對物理層和標簽標識層的。

在RFID卡數(shù)據(jù)掃描的過程中，主要是由上位機通過UART或USB口向標簽讀寫器發(fā)送相關指令。標簽讀寫器接收到一條指令后開始執(zhí)行，并將執(zhí)行結果以響應數(shù)據(jù)塊形式發(fā)送給上位機，在執(zhí)行完該條指令后才開始接受下條指令。相關的上位機命令數(shù)據(jù)塊和閱讀器的響應數(shù)據(jù)塊如表1和表2所示。Len為數(shù)據(jù)塊的長度(不包括Len本身的大小)；Adr為讀寫器本身地址，范圍為0X00～0XFE;Cmd為協(xié)議下具體的命令代碼；reCmd指示應答的是哪個Cmd對應的請求；Status對應協(xié)議請求處理后的結果狀態(tài)，Data為相關數(shù)據(jù)；XXX-CRC16為從Len到Data[]的CRC冗余校驗的高低字節(jié)數(shù)據(jù)。通過響應的狀態(tài)代碼和數(shù)據(jù)信息，即可解析出相關需要的數(shù)據(jù)。

表1 上位機命令數(shù)據(jù)塊字段

表2 標簽讀寫器響應數(shù)據(jù)塊字段

根據(jù)目前倉儲業(yè)使用的射頻標準，需選用超高頻段電子標簽和相關設備。考慮到實際廠區(qū)情況，這里選用榮?？萍嫉腞RU2881LITE，它是一款高性能的帶有外接SMA天線的超高頻電子標簽讀寫器，結合專有的高效信號處理算法，在保持高識讀效率的同時實現(xiàn)對電子標簽的快速讀寫處理。

RRU2881LITE超高頻電子標簽讀寫器的輸出功率可調(diào)，根據(jù)實際的距離和干擾影響選擇合適的輸出功率，根據(jù)實際情況選取25 dBm。RRU2881LITE的參數(shù)如表3所示，參數(shù)設置如圖6所示。

表3 RRU2881LITE超高頻電子標簽讀寫器參數(shù)

圖6 RRU2881LITE超高頻電子標簽閱讀器參數(shù)設置界面

同時根據(jù)所選的EPC C1/G2協(xié)議的電子標簽，其標簽存儲器從邏輯上分為四個存儲區(qū)：EPC區(qū)、TID區(qū)、用戶區(qū)、保留區(qū)。EPC區(qū)存有唯一的EPC號，可以讀寫15字(15×2×8位)大??；用戶區(qū)可以讀寫一些為用戶自己設計的數(shù)據(jù)。對于讀寫RFID信息，可以讀取EPC號作為唯一標示號，也可以在用戶區(qū)寫入單獨的數(shù)據(jù)信息。對于佳木斯廠家則是使用的EPC號作為讀取RFID卡的信息標記RFID_ID。

重寫射頻卡掃描代碼，在有效范圍內(nèi)可能會掃描出多個RFID，這可能由于庫房或者掃描位置處放有其它射頻卡的干擾。通過一次把掃描到的所有標簽EPC號都顯示，有助于判斷出是否有干擾的標簽，防止誤掃后進行錯誤操作。判斷射頻卡EPC碼唯一有效后，選擇該標簽然后進行相關業(yè)務信息綁定工作。一旦數(shù)據(jù)和RFID標簽綁定，就能通過查詢RFID_ID(EPC碼)得到貨物信息。

涉及RFID讀寫業(yè)務的管理的對象主要包含箱籠管理(箱籠綁定RFID卡)、廢品出入庫(掃描RFID卡獲得籠子信息和原料信息)、原料分配模塊(掃描RFID獲得原料進行拆解前的信息)。

箱籠管理中每個箱籠與唯一一個RFID_ID(EPC號)的綁定。原料入庫(廢品入庫)，庫房地磅員首先掃描箱籠上的RFID卡獲得RFID_ID(EPC號)；其次輸入要入庫的廢品信息，并綁定RFID_ID(EPC編碼)，入庫成功后，原料入庫表里每一條記錄的入庫ID都會對應一個RFID_ID(EPC碼)。入庫成功以后，只需要掃描RFID的RFID_ID碼，查詢?nèi)霂毂砝锏脑趲鞌?shù)據(jù)即可獲得當前籠子里的貨物信息。原料出庫和原料拆解分配班組也是如圖7所示，只要掃描獲得RFID_ID(EPC碼)，然后根據(jù)唯一的EPC碼查詢相關表進行后臺業(yè)務處理。

圖7 EPC碼傳遞

3.4 追溯化流程

由于產(chǎn)生的危險廢物一旦處置不當，將會對環(huán)境和人體造成不同程度的危害，因此在生產(chǎn)、貯藏、運輸過程中需要對危險廢物進行監(jiān)測和追蹤。在廢品原料階段采用RFID標記，而在產(chǎn)物階段則采用條碼標記，而且條碼中含有RFID數(shù)據(jù)，只要掃描對應的條碼，就可獲得從源頭到銷售的整體信息如圖8所示。

圖8 條碼追溯

具體過程如下：

(1) 出入廠地磅員登記廢品入廠記錄，生成唯一的入廠ID，廢品入廠記錄則包括運輸車輛的車牌號、日期時間、運輸?shù)膹U品名稱、來源廠家等信息。

(2) 隨后質(zhì)檢員會對該車輛單獨質(zhì)檢裝籠，廢品入庫時針對于該箱籠的廢品來源選擇對應的入廠記錄，同時生成唯一的入庫ID,而且相應的RFID_ID(EPC碼)也會被綁定記錄到該條入庫信息中。通過EPC碼查詢?nèi)霂煊涗浘涂梢垣@得該箱籠中廢品信息，同時通過入廠記錄則可以查詢到廢品廠家信息。這里的RFID是原料在入庫出庫生產(chǎn)周期中的動態(tài)信息。

(3) RFID_ID(EPC碼)與箱籠一一對應，因此在廢品出庫時，只要掃描該RFID_ID(EPC碼)查詢在庫的廢品信息，就可以查詢到當前掃描到的廢品信息,從而進行出庫操作。

(4) 產(chǎn)物入庫生成唯一ID和條碼，其中條碼信息中包含RFID信息，從而可以查詢對應入廠批次的廠家信息。

(5) 產(chǎn)物掃描條碼整體出庫，綁定銷售廠家，即可完成出庫操作。

(6) 產(chǎn)物出廠銷售，每種產(chǎn)物都有條碼。對于危險廢物，在運輸和對方廠家生產(chǎn)的時候，掃描條碼，獲得其中RFID數(shù)據(jù)，從而就會獲得對應來源廠家的信息。

3.5 系統(tǒng)應用

廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理信息系統(tǒng)現(xiàn)已部署到佳木斯某再生資源有限公司中，通過實際運行檢測效果良好。通過在系統(tǒng)中引入RFID和條碼技術，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)流通和信息統(tǒng)計的自動化，提高了企業(yè)生產(chǎn)和管理的效率。圖9為原料出庫信息操作界面。

同時結合企業(yè)實際使用環(huán)境，系統(tǒng)還存在一定的問題：庫房位置僅僅進行區(qū)域規(guī)劃，未進行分區(qū)域分層設計，導致射頻卡無法準確定位，自動化操作水平相對較低；產(chǎn)物庫房中由于堆疊存放，無法現(xiàn)場盤庫，只能通過系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)，無法核準；原料庫房由于金屬干擾特性，也無法進行自動盤庫及其標簽定位。

圖9 原料出庫

4 結 語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展及工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷融合，RFID等技術必將廣泛應用于普通工業(yè)生產(chǎn)體系中，同時在廢棄電子電器拆解方面的標準和規(guī)范也會更加完善。本文針對佳木斯某再生資源有限公司，并結合當前已有研究簡述了廢棄電器電子產(chǎn)品拆解企業(yè)的基本業(yè)務。同時詳細介紹了廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理信息系統(tǒng)的架構、功能模塊、追溯過程等內(nèi)容，并通過企業(yè)實際部署運行，效果良好，值得推廣應用。

[1] 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會固體廢物處理利用委員會.我國工業(yè)固體廢物處理利用行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2012(7):21-25.

[2] 廢棄電器電子產(chǎn)品規(guī)范拆解處理作業(yè)及生產(chǎn)管理指南[M].中國環(huán)境出版社，2015.

[3] 張沙清，楊海東，郭建華.基于RFID的廢棄電器電子產(chǎn)品拆解管理系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動化,2014(8):58-62.

[4] 鄧美玲. 廢棄電器電子產(chǎn)品拆解信息管理系統(tǒng)研究[J]. 環(huán)境技術, 2014(12):83-87.

[5] 高芳婷.廢棄電器電子產(chǎn)品回收拆解信息管理系統(tǒng)的設計[D].廣州工業(yè)大學,2014.

[6] 宋若辰,孫笑非,鄭洋,等.射頻識別技術在廢棄電器電子產(chǎn)品處理審核中應用[J].環(huán)境污染與防治,2015,37(1):105-109.

[7] 白尚旺,黨偉超.軟件分析建模與PowerDesigner實現(xiàn)[M].北京:清華大學出版社,2011.

[8] 中華人民共和國環(huán)境保護部.關于發(fā)布《廢棄電器電子產(chǎn)品處理企業(yè)建立數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)及報送信息指南》的公告[EB/OL].[2010-4-30].[2013-10-16].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201011/t20101119_197728.htm.

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF RFID-BASED WASTE PRODUCT DISASSEMBLY MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM

Du Zhaolong Xu Yubin Li Jianwei Zhao Junzhong

(CollegeofComputerScienceandTechnology,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,Shanxi,China)

Disassembly and tracing information system for waste electrical and electronic products is a system application based on the integrated multidisciplinary of IoT, computer science, storage and manufacturing automation,etc. In this paper we describe its basic business, system architecture, design and implementation,etc.Moreover we introduce the standardised modelling using tools of PowerDesigner 12.5 and Visio 2007. The design adopts the mixed mode of B/S architecture and the C/S architecture which is based on RFID data acquisition function, and realises the traceability and the management automation of disassembly process by using RFID technology. Deployment result indicates that the whole system is stable and reliable, has strong availability, and meets the actual business requirement of manufactures.

Waste electrical and electronic products Traceability RFID

2015-07-04。杜兆龍，碩士生，主研領域：智能軟件，調(diào)度系統(tǒng)。徐玉斌，教授。李建偉，副教授。趙俊忠，副教授。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2016.11.015