基于RFID的水果包裝和自動配送系統研究

郭繼紅,李艷鈺

(濟源職業技術學院,河南 濟源 459000)

0 引言

物聯網應用于物流行業的10余載,推動了物流信息化的進程,使現代物流系統逐步朝著數字化、集成化、網絡化、智能化等方向發展,智慧物流成為物流領域的應用目標。筆者將水果分類包裝和RFID結合起來,使水果包裝、自動配送流水線化,可以大大減少水果損耗。另外,將RFID技術應用于配送、入庫、出庫、庫存盤點,可以自動獲取貨物的全部信息,改變了傳統人工讀取和記錄貨物信息的方式,實現了物流信息的主動感知,大大簡化了物流配送過程,提高了配送效率。

1 RFID技術和物流配送特點

1.1 RFID技術

RFID是一種新型的自動識別方法,利用射頻技術通過空間耦合實現無線信息傳遞,達到識別的目的。RFID系統一般由電子標簽、閱讀器和信息處理模塊等構成。其中,電子標簽是一種裝載應答模塊的電子微系統,內部設置了天線和芯片。天線的作用是實現和高頻模塊的無線通信,芯片則用于保存設備的ID信息。閱讀器是一種識別器,其可以通過無線的方式獲取電子標簽內的信息,并將獲取的信息發送給信息處理模塊進行數據的處理和統計,如圖1所示。

RFID的工作原理為:首先,閱讀器收到信息處理模塊的指令,將信號發送給天線,通過天線獲取電子標簽的數據信息。然后,通過天線將獲取信息發送給后臺信息處理模塊進行數據處理,具體原理如圖2所示。

圖1 RFID閱讀器示意圖

圖2 RFID的工作原理圖

1.2 物流配送概念

物流配送是指將物品和材料從供應方運輸到需求方的過程,主要包括稱重、包裝、入庫、裝載、運輸、卸載、配送及信息處理等活動。配送中心是物流配送系統的核心,基于服務行業運行方式、作業流程及物流設備,與生產制造業的作業流程相差甚大。貨物從物流中心到配送到消費者手中,物流配送中心主要實現以下3個功能:

1)匹配貨物。接收到不同賣家發送的貨物,并根據同一客戶的貨物清單將產品取出混合成一批貨物。

2)融合配送。將商品數量和運輸次數進行融合,實現貨物運輸時間的同步和運輸成本的最小化。

3)產品增值。通過專業包裝、商品匹配和處理提高產品的價格。

總之,物流運輸中心就是將貨物入庫、分揀,然后進行獲取質量檢測,最后打包運輸并配送。根據物流中心各個模塊的功能,可以進行如圖3所示的分類。

圖3 物流配送中心模塊分類

2 水果包裝模塊的設計

水果包裝模塊采用機電智能化控制系統,可以在無人條件下完成水果分類、包裝、稱重等多個功能。該模塊整體結構和實物圖分別如圖4和圖5所示。

圖4 水果包裝整體結構圖

圖5 水果包裝模塊實物圖

水果包裝模塊各個單元的功能如下:

1)供料單元。供料單元是整個系統的起始部分,為后面傳輸帶單元、分類單元和包裝單元提供原料。具體功能為:通過傳輸帶和滾輪裝置無間斷地將待包裝水果變成單排有序的隊列,再通過傳輸帶運輸到分類單元。

2)傳輸單元。傳輸單元的主要功能是將供料單元輸送過來水果有序地往下個待執行單元輸送。

3)分類單元。利用尺寸裁剪、濾波、圖像增強、特征抽取和分割等圖像預處理技術,結合K-means聚類算法和BP神經網絡算法,組成水果包裝分類模型,選取分類類別為特級、一級、二級、三級等4個等級,對等待識別分類的圖像利用分類模型進行分類識別。分類單元模型如圖6所示。

圖6 分類單元模型

4)包裝單元。包裝單元的主要功能是分別將不同種類的水果傳輸到不同的打包位置,然后將水果裝箱打包。

5)稱重單元。前一單元完成包裝的水果,在該處進行稱重和打上包裝水果等級、日期、質量的RFID標簽,最后用碼垛機器人按照水果等級完成碼垛。

3 基于RFID的自動配送系統整體方案

水果包裝模塊實現對水果的打包和貼上RFID標簽后,會被物流配送系統的搬運機器人運輸到指定的貨架,再根據客戶下單貼上物流單以后運輸出去。

物流配送系統復雜之處在于配送、入庫、出庫及庫存盤點。引入RFID實現自動化數據的讀取和處理,可以大大降低物流分揀時間,節約人力成本,提高物流配送的準確性和管理水平。基于RFID的自動配送系統包括上層應用、系統接口、數據平臺和無線感知等4層,整體方案如圖7所示,自動配送系統智能倉庫如圖8所示。

1)上層應用層。上層應用層是終端設備的UI,主要是管理人員和用戶對整個自動配送系統的交互。其中,系統管理人員和用戶可以實現平臺會員注冊、登錄、訂單修改和貨物配送跟蹤等。系統數據庫管理員則負責后臺數據的增、刪、改和查等操作。庫存管理人員則負責貨物的入庫、出庫、盤點及根據訂單分揀和包裝。配送管理人員負責配送車輛和運輸路線的管理,并根據訂單進行貨物的配送,并將結果反饋給系統。

2)系統接口層。系統接口層是上層應用層和數據平臺層之間通訊的接口,后者為前者提供數據信息,前者將后者的信息顯示在終端界面上。

3)數據平臺層。數據平臺層為整個物流管理數據格式化存儲和服務,根據不同數據,采用對應的算法和數據格式進行管理,為上層應用層提供數據支撐。

4)感知層。感知層采用RFID作為底層硬件技術,實現貨物配送、入庫、出庫及庫存盤點等信息采集。閱讀器具備多標簽識別技術,可同時對多個貨物標簽進行識別。

圖7 基于RFID的自動配送系統整體方案

圖8 基于RFID的自動配送系統智能倉庫

4 基于RFID的自動配送系統軟硬件設計

4.1 基于RFID的自動配送系統硬件設計

基于RFID的自動配送系統硬件部分包括控制系統、手持閱讀器和倉庫管理設備,硬件設計框圖如圖9所示。

4.2 基于RFID的自動配送系統軟件設計

基于RFID的自動配送系統的核心是物流配送管理單元,負責在物流配送過程中對各個環節和信息進行管理,包括配送車輛、線路規劃、訂單信息和系統等4方面的管理。自動配送管理單元軟件架構如圖10所示。

圖9 基于RFID的自動配送系統硬件設計框圖

圖10 自動配送管理單元軟件架構

5 測試結果與分析

為了驗證基于RFID的水果包裝和自動配送系統的穩定性和可靠性,在某水果種植基地配送倉庫進行了實際的測試。

測試過程中,采用自動配送模塊關鍵性指標作為基于RFID的水果包裝和自動配送系統的運行業績,即采用自動配送模塊指標參數判斷整個系統的穩定性和可靠性。性能測試參數如表1所示。

表1 自動配送模塊性能測試參數

由表1可以看出:自動配送模塊性能參數優異,具有一定穩定性。這說明,基于RFID的水果包裝和自動配送系統能夠滿足企業實際需求,具有較好的應用價值。

6 結論

基于RFID的水果包裝和自動配送系統,可以實現水果的自動包裝,也可以識別、跟蹤整個獲取和供應鏈的信息,并為供應商、生產廠商、零售商和消費者提供精確的產品配送信息,可以大大節省時間和降低人工成本,提高了配送效率。