基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仇皓麟++劉陽++張坤++耿璐++楊茗超++楊金玥

摘 要：在傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理中，企業(yè)通過人工進(jìn)行庫存管理，存在管理成本高和工作效率低等問題。該文提出了基于RFID的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，利用RFID技術(shù)對(duì)貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，優(yōu)化貨物的入出庫管理，實(shí)現(xiàn)了貨物的自動(dòng)盤點(diǎn)，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析貨物歷史運(yùn)行軌跡，提供貨物最佳擺放位置，提高了企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)工作效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的智能化倉(cāng)儲(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能倉(cāng)儲(chǔ) RFID 管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（b）-0094-02

倉(cāng)儲(chǔ)在企業(yè)的物流系統(tǒng)中具有重要的地位。在傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，貨物通過人工進(jìn)行入出庫管理，利用手工方式進(jìn)行貨物數(shù)量和位置的查詢，嚴(yán)重影響倉(cāng)儲(chǔ)管理效率。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用RFID技術(shù)進(jìn)行物品的定位，可以實(shí)時(shí)確定貨物的位置，倉(cāng)儲(chǔ)管理人員可以實(shí)時(shí)對(duì)貨物的入出庫、移動(dòng)和盤點(diǎn)等操作進(jìn)行控制和管理。RFID通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，實(shí)現(xiàn)了非接觸方式的數(shù)據(jù)通信。貼上電子標(biāo)簽的貨物，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物信息進(jìn)行遠(yuǎn)程和非接觸式的管理，實(shí)現(xiàn)貨物信息智能管理。在倉(cāng)庫定位系統(tǒng)中，將倉(cāng)庫空間進(jìn)行區(qū)域劃分，利用GIS系統(tǒng)對(duì)倉(cāng)庫和貨物進(jìn)行可視化管理，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)行軌跡的查詢，對(duì)貨物運(yùn)行軌跡進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)構(gòu)建的貨位利用率的熱力圖，進(jìn)行貨位的優(yōu)化調(diào)整。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的架構(gòu)分為3層，第一層為RFID識(shí)別層，包含手持移動(dòng)的RFID閱讀器和固定的門式RFID閱讀器，手持移動(dòng)的RFID閱讀器主要應(yīng)用于隨機(jī)盤點(diǎn)和單貨物定位等操作，固定門式RFID閱讀器主要應(yīng)用于倉(cāng)庫的入庫和出庫，提高大批量貨物進(jìn)出的效率；第二層為應(yīng)用服務(wù)器，部署倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用程序；第三層為數(shù)據(jù)層，部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保存整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

為了保證倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)的安全性、降低網(wǎng)絡(luò)的通信量、減少服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)采用C/S和B/S混合的結(jié)構(gòu)。在倉(cāng)儲(chǔ)的具體業(yè)務(wù)中，采用的是C/S結(jié)構(gòu)，手持移動(dòng)的RFID通過無線方式連接到應(yīng)用客戶端，固定門式的RFID通過USB連接到應(yīng)用客戶端；系統(tǒng)部署基于B/S結(jié)構(gòu)的Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和公共信息查詢與發(fā)布，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

基于RFID的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)是采用了RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，為倉(cāng)庫內(nèi)每一個(gè)貨物分配一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽記錄了貨物的條形碼和體積等信息，當(dāng)貨物通過倉(cāng)庫的入口和出口時(shí)，通過RFID閱讀器獲取貨物的信息，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)入出庫管理。同樣在倉(cāng)庫內(nèi)的各個(gè)貨架之間部署一些RFID閱讀器，管理員通過RFID手持終端可以對(duì)倉(cāng)庫內(nèi)的貨物進(jìn)行盤點(diǎn)，并將貨物的變化情況提交到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，實(shí)時(shí)進(jìn)行貨物庫存的自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)，確保能夠及時(shí)精準(zhǔn)地掌握倉(cāng)庫存儲(chǔ)的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理地調(diào)節(jié)和控制倉(cāng)庫的庫存。通過RFID和GIS技術(shù)可以對(duì)貨物和貨位進(jìn)行精確定位。利用基于GIS的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)顯示庫位熱力圖，并對(duì)庫位結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)庫位負(fù)載的均衡，避免庫位通道擁塞，減少出入庫、查詢及盤點(diǎn)的時(shí)間，進(jìn)而提高倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率。

2.2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

基于RFID的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要包括入庫管理、出庫管理、庫存管理和系統(tǒng)管理4大模塊。

2.2.1 入庫管理

（1）由于倉(cāng)儲(chǔ)貨物種類繁雜，完全靠倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)內(nèi)部自行生成分類編碼工作量巨大，而且貨物分類編碼需要體現(xiàn)出貨物的類別、單體的重量、體積、大小型號(hào)、是否是貴重物品和化學(xué)物理性質(zhì)是否穩(wěn)定等信息，因此使用商品自身的條形碼標(biāo)簽和自定義分類編碼作為貨物的最終編碼。自定義分類編碼主要記錄貨物單體的長(zhǎng)、寬、高及其他的必要信息，貨物的類別、數(shù)量和型號(hào)等信息由入庫管理員進(jìn)行錄入。

（2）將產(chǎn)生的RFID標(biāo)簽粘貼在貨物表面，貨物經(jīng)過固定門式RFID閱讀器時(shí)，管理員會(huì)將該貨物的類別、數(shù)量、型號(hào)和出入頻率等信息錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)貨物的體積等因素自動(dòng)尋找該貨物的最佳擺放位置。

（3）如果系統(tǒng)計(jì)算的擺放位置正確無誤，分揀員根據(jù)系統(tǒng)提供的擺放位置，將貨物擺放到貨架上，貨架上的RFID閱讀器采集該貨物的電子標(biāo)簽，并將貨物信息與貨架位置進(jìn)行綁定。

（4）如果系統(tǒng)計(jì)算的擺放位置不合理，則分揀員利用手持RFID閱讀器進(jìn)行掃描，當(dāng)系統(tǒng)讀到的電子標(biāo)簽尚未與貨架進(jìn)行綁定時(shí)，說明該電子標(biāo)簽的位置與貨架是不合理的，系統(tǒng)將再次進(jìn)行擺放位置的計(jì)算，直到找到該貨物的最佳擺放位置。

2.2.2 出庫管理

（1）根據(jù)出庫申請(qǐng)單的貨物信息，系統(tǒng)根據(jù)RFID標(biāo)簽直接定位所需貨物的位置，并將包含出庫的貨物、數(shù)量和貨架位置等信息，以出庫單的形式發(fā)送給分揀員，分揀員根據(jù)出庫單取貨物。

（2）貨物取出時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將該貨物的信息做預(yù)取標(biāo)志，表示該貨物已經(jīng)從貨架上取出，但尚未正式出庫。

（3）當(dāng)貨物經(jīng)過固定門式RFID閱讀器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)貨物上的電子標(biāo)簽從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中讀取該貨物的詳細(xì)信息，管理員將出庫申請(qǐng)單和貨物信息進(jìn)行核對(duì)，正確無誤后系統(tǒng)會(huì)做正式出庫操作，更新貨物的數(shù)量和當(dāng)前貨架空余空間，打印出庫單，最后回收貨物上的RFID電子標(biāo)簽。

2.2.3 貨物盤點(diǎn)

利用RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)定期對(duì)貨物進(jìn)行可視化自動(dòng)盤點(diǎn)，首先選擇盤點(diǎn)區(qū)域，通過RFID標(biāo)簽閱讀器讀出所有貨架庫位貨物的數(shù)量、分布情況、貨架的空閑情況等信息，并與當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和更新。通過盤點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)貨物的庫存調(diào)整、庫存分布查詢和貨位分析等，為貨物的入庫提供最優(yōu)分配庫位和貨架信息，提高了倉(cāng)儲(chǔ)效率。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 貨物的定位

貨物的精準(zhǔn)定位是智能倉(cāng)儲(chǔ)的核心技術(shù)，通過對(duì)整個(gè)倉(cāng)庫進(jìn)行區(qū)域劃分（A—Z—a—z/1-n），便于對(duì)貨物進(jìn)行區(qū)域性定位，并通過貨物入庫時(shí)錄入數(shù)據(jù)庫的信息，幫助倉(cāng)庫管理員更快地確定位置。

我們將倉(cāng)庫進(jìn)行（A—Z—a—z/1-n）區(qū)域劃分，選用915 MHz無源RFID電子標(biāo)簽，通過金屬封裝方式，為每件貨物寫入各自的唯一身份RFID標(biāo)識(shí)，并記錄該貨物的體積，選取超高頻段的RFID讀寫器（13.56 MHz），通過無線網(wǎng)絡(luò)與電腦數(shù)據(jù)庫相連接，利用RFID技術(shù)讀取倉(cāng)庫內(nèi)的所有電子標(biāo)簽信息，并在服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，尋找該貨物最佳的擺放位置，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)貨物的可視化管理。

3.2 倉(cāng)儲(chǔ)的優(yōu)化

3.2.1 入庫優(yōu)化

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)貨物的體積自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前貨架剩余空間的大小，并且統(tǒng)計(jì)貨物入庫出頻率，貨物入庫時(shí)，將倉(cāng)庫中單個(gè)貨位信息的長(zhǎng)、寬、高與所放貨物的長(zhǎng)、寬、高進(jìn)行比較，計(jì)算出能放進(jìn)貨物數(shù)量的最優(yōu)值，若貨物不能整組進(jìn)行放置，再將貨物與其他有空余的貨位進(jìn)行比對(duì)，盡量保證零散的貨物集中放置。

3.2.2 出庫優(yōu)化

貨物出庫時(shí)，以“少零”為原則，統(tǒng)計(jì)出庫的貨物騰出空貨位，將零散的貨物按貨物的物理信息均勻放置，保證取貨時(shí)效率達(dá)到最優(yōu)。

3.2.3 貨位優(yōu)化

利用RFID電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)貨物入出庫的全程管理，通過覆蓋整個(gè)倉(cāng)庫各個(gè)通道上的閱讀器實(shí)時(shí)采集貨物的變化軌跡，并傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)貨物歷史軌跡進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，利用基于GIS的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)顯示庫位熱力圖，對(duì)庫位結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)在某段時(shí)間段內(nèi)貨物的流通性、貨物的體積來確定存儲(chǔ)位置，并將高分揀密度的貨物放置在最佳的取貨區(qū)，減少根據(jù)傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)所帶來的錯(cuò)誤。

4 結(jié)語

基于RFID智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)結(jié)合了RFID、大數(shù)據(jù)分析和GIS技術(shù)，改變了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理中人工的貨物入出庫、貨物的定位、盤點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)的管理方式，提高了企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)的入庫和出庫的流轉(zhuǎn)速度，保障了倉(cāng)庫貨物數(shù)量和位置等信息的準(zhǔn)確性，降低了人力、物力和物流的成本，提高了企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)的工作效率，所以基于RFID的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理的重要發(fā)展方向。

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