基于RFID技術(shù)的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

陳 亮 趙 濤，2

（1.陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723000；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院城軌工程學(xué)院，陜西 渭南 714000）

0 引言

隨著中國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑項(xiàng)目的工程體量和建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大[1]，建筑工程中所需建材的種類和數(shù)目也越來越龐雜。如果采用人工或半人工這種傳統(tǒng)管理模式，建材管理工作人員常常陷入重復(fù)作業(yè)量大，業(yè)務(wù)流程多的困境。采用自動(dòng)化、信息化、智能化的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)成為目前及今后建筑材料管理的重要解決方案。在傳統(tǒng)管理方式已經(jīng)不能繼續(xù)提升管理效率的背景下，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以給工程物資管理帶來強(qiáng)有力的支撐，利用互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸便捷性和快速性可以加強(qiáng)對(duì)建材的管理[2]。

RFID技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多種標(biāo)識(shí)信息的自動(dòng)鑒別，可以極大地改變傳統(tǒng)建材管理模式下產(chǎn)生的高額管理成本和低下的作業(yè)效率，通過信息化、自動(dòng)化、智能化的管理操作可以提高建材倉庫管理工作人員的工作效率、簡(jiǎn)化管理作業(yè)流程，進(jìn)一步提高建材管控能力，使管理工作事半功倍，減少人力物力浪費(fèi)。

本文主要基于無線射頻技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱RFID），結(jié)合前端開發(fā)技術(shù)中數(shù)據(jù)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)出一種輕量級(jí)的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，以自動(dòng)化的作業(yè)方式減少建筑材料管理作業(yè)中的重復(fù)工作，提高建筑材料倉儲(chǔ)管理的作業(yè)效率，縮減建筑材料倉儲(chǔ)管理的成本。

1 建筑材料倉儲(chǔ)管理現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)建材倉儲(chǔ)管理弊端

傳統(tǒng)建筑材料倉儲(chǔ)管理模式中，建筑材料在入庫前，必須先對(duì)材料進(jìn)行抽檢試驗(yàn)然后進(jìn)行人工點(diǎn)驗(yàn)，再由人工錄入數(shù)據(jù)的方式將入庫單錄入數(shù)據(jù)表進(jìn)行記錄，在建筑材料領(lǐng)用出庫時(shí)再次進(jìn)行點(diǎn)驗(yàn)記錄，由人工錄入出庫單。

傳統(tǒng)建筑材料倉儲(chǔ)管理方式工作量大、作業(yè)流程多且出錯(cuò)率高，這種建材倉儲(chǔ)管理模式本就難以使管理人員行之有效的對(duì)建材信息進(jìn)行核對(duì)記錄，常因建材信息記錄錯(cuò)誤造成建材倉儲(chǔ)信息不實(shí)或缺失而引起復(fù)檢、返工。在一些建材倉儲(chǔ)管理粗放的施工現(xiàn)場(chǎng)不乏有建材堆放隨意、建材使用不經(jīng)記錄且隨用隨取的現(xiàn)象[3]，使得建材倉儲(chǔ)管理工作難上加難，盡管耗費(fèi)大量的時(shí)間與人力資源卻因種種原因仍然存在較高的出錯(cuò)率。

建材入庫后的存儲(chǔ)作業(yè)也時(shí)常造成大量管理人員疲于應(yīng)對(duì)的建材調(diào)度信息，引起建材出入庫信息記錄缺失、建筑材料堆放位置錯(cuò)誤、盤點(diǎn)時(shí)建材信息記錄不準(zhǔn)確等問題，造成建筑材料現(xiàn)存量統(tǒng)計(jì)匯總出錯(cuò)，造成采購部門下達(dá)加急采購訂單或者下達(dá)錯(cuò)誤的采購訂單而造成額外的成本費(fèi)用。

1.2 智能倉儲(chǔ)管理的必要性

國內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者在研發(fā)倉儲(chǔ)管理的智能化系統(tǒng)，例如基于RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)設(shè)計(jì)出的皮革倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)[4]，結(jié)合無人機(jī)和RFID技術(shù)[5]設(shè)計(jì)出的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)原型等[6-8]，都取得了良好的管理效果。

國內(nèi)建筑施工企業(yè)的發(fā)展在很大程度上只是著眼于短期經(jīng)濟(jì)效益，卻忽略了對(duì)建筑材料的有效管理[9]，如果施工單位還采用比較傳統(tǒng)的管理理念和管理手段，將無法適應(yīng)當(dāng)前施工企業(yè)發(fā)展的需要。

2 RFID技術(shù)概況

2.1 RFID技術(shù)的概念

RFID即無線射頻識(shí)別技術(shù)，通過無線射頻技術(shù)進(jìn)行非接觸式的雙向通信對(duì)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別讀寫，從而達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的[10]，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。

2.2 RFID技術(shù)的設(shè)備類型

（1）電子標(biāo)簽類型。RFID電子標(biāo)簽根據(jù)供電方式又分為無源RFID[11]、有源RFID和半有源RFID標(biāo)簽，無源RFID標(biāo)簽省去了供電系統(tǒng)，使用電磁感應(yīng)進(jìn)行短暫供電，自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、壽命長。

（2）閱讀器類型。RFID閱讀器則分為手持型和固定型，手持型RFID閱讀可以更加便捷的修改RFID電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。固定式一般作為固定點(diǎn)使用，也具有讀寫RFID電子標(biāo)簽的功能，本設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集方案主要采用手持型和固定型RFID讀寫器（分別見圖1、圖2所示）及無源RFID電子標(biāo)簽（見圖3所示）。

圖1 手持型RFID閱讀器

圖2 固定型RFID閱讀器

圖3 無源RFID電子標(biāo)簽

2.3 RFID技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)倉儲(chǔ)管理模式中條形碼、二維碼等識(shí)別技術(shù)相比RFID射頻識(shí)別技術(shù)擁有很多優(yōu)點(diǎn)。

（1）從環(huán)境影響方面進(jìn)行比較，條形碼和二維碼很容易受到環(huán)境影響，如建筑材料在運(yùn)輸過程中易將印刷在材料表面的二維碼或條形碼磨損，相比之下RFID電子標(biāo)簽有不易磨損，不受光干擾和環(huán)境影響，在惡劣環(huán)境仍可正常使用等特點(diǎn)，有效增加了依賴于識(shí)別技術(shù)的智能化管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。

（2）在識(shí)別速度和智能化方案中進(jìn)行比較，RFID射頻技術(shù)可以對(duì)RFID電子標(biāo)簽群掃描，識(shí)別速度大于50張/s，而傳統(tǒng)倉儲(chǔ)管理模式中人工計(jì)件或二維碼和條形碼一次僅能識(shí)別單個(gè)建筑材料信息。

（3）從識(shí)別距離進(jìn)行比較，傳統(tǒng)的二維碼和條形碼都只能在1~5cm內(nèi)識(shí)別數(shù)據(jù)信息，而成熟的RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)，無論手持型還是固定型閱讀器都達(dá)到了5m以上。

（4）使用壽命和可讀寫性方面，傳統(tǒng)的二維碼和條形碼都是印刷在材料或者包裝表面，僅能使用一次，且不能修改，而RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)保存最少可長達(dá)50年且可以重復(fù)使用。

3 基于RFID技術(shù)的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)的整體框架結(jié)合了軟件開發(fā)中MVC模型思想和B/S架構(gòu)方案。

如圖4所示，B/S架構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器模式，將系統(tǒng)掛載于服務(wù)器，用戶使用瀏覽器調(diào)用系統(tǒng)的方案。MVC模型分為控制層、模型層與視圖層，各層功能基于設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

圖4 MVC框架示意圖

3.2 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在建筑工程中，考慮到大多數(shù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件簡(jiǎn)陋、個(gè)別施工地點(diǎn)天氣氣候條件惡劣，應(yīng)用全自動(dòng)化、智能化倉儲(chǔ)管理技術(shù)成本高等因素，本著低成本、高復(fù)用、易部署、操作簡(jiǎn)單的原則，設(shè)計(jì)以使用少量管理人員配備手持型RFID閱讀器，管理系統(tǒng)依托于云服務(wù)器，施工現(xiàn)場(chǎng)僅需在倉庫出入口設(shè)置固定型RFID閱讀器的方式部署該建材管理系統(tǒng)。

由于RFID技術(shù)已十分成熟[12-13]，各大廠商均為出售的閱讀器配備了RFID電子標(biāo)簽讀寫軟件，方便對(duì)其二次發(fā)開，這里不再贅述和實(shí)現(xiàn)閱讀器采集數(shù)據(jù)的方法，實(shí)際案例中只需按約定好的數(shù)據(jù)格式，將數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽然后交由服務(wù)端處理即可。

在建筑材料倉庫門口分別設(shè)置兩個(gè)固定式RFID閱讀器自動(dòng)識(shí)別出入倉庫的材料并上傳至服務(wù)器進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。庫內(nèi)材料進(jìn)行調(diào)度時(shí)，由管理人員使用手持式RFID讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行修改，服務(wù)器接收到建材調(diào)度信息后自動(dòng)更新存儲(chǔ)的建材數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)材料全生命周期的追溯管控。建材上附著的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式按照施工方與供貨商雙方約定格式編寫。

3.3 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)調(diào)度信息存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySql對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程中產(chǎn)生的建材調(diào)度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫與各表關(guān)系如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖

出入庫信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，將所有被倉庫出入口的固定型RFID閱讀器掃描到的無源電子標(biāo)簽信息分別錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)表中。管理人員可以通過該數(shù)據(jù)庫，對(duì)項(xiàng)目從開工到竣工所使用的所有建材信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算和全生命周期追溯。

庫內(nèi)建材信息數(shù)據(jù)庫，僅收集由管理人員使用手持型RFID閱讀器在庫內(nèi)建材調(diào)度作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的調(diào)度信息，對(duì)于已經(jīng)出庫的建材信息不進(jìn)行存儲(chǔ)，以便于管理人員配合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的建材信息統(tǒng)計(jì)功能對(duì)庫內(nèi)建材信息進(jìn)行檢索和管理。

采 用JavaScript腳 本 結(jié) 合Echarts、JQuery以 及BootStrap框架對(duì)建材調(diào)度信息進(jìn)行自動(dòng)化、可視化處理。首先，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基于B/S構(gòu)架，使用瀏覽器結(jié)合云服務(wù)器的理念方法，使用前端展示頁面的布局方案引入了BootStrap的響應(yīng)式布局框架，使得本系統(tǒng)可以適配各種裝有瀏覽器的設(shè)備使用，采用JQuery框架對(duì)前端從后端服務(wù)器中獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Echarts框架對(duì)建材存儲(chǔ)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理，最后使用PHP語言進(jìn)行后端的收發(fā)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫交互操作。

4 基于RFID技術(shù)的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)由前端技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，在任意一臺(tái)裝有瀏覽器的設(shè)備均可適配設(shè)備屏幕使用。

4.1 出入庫管理

在建筑材料進(jìn)行初次人工點(diǎn)驗(yàn)之后，將建筑材料信息按照約定好的數(shù)據(jù)格式寫入RFID電子標(biāo)簽中后進(jìn)行入庫，入庫時(shí)庫門安裝的RFID閱讀器將自動(dòng)識(shí)別附著在建筑材料上的RFID電子標(biāo)簽，將RFID電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的建筑材料信息上傳至服務(wù)器，對(duì)建筑材料信息進(jìn)行記錄和處理。出庫時(shí)，無需進(jìn)行點(diǎn)驗(yàn)，倉庫出口處的RFID閱讀器在識(shí)別到RFID電子標(biāo)簽中的建筑材料信息后，即對(duì)服務(wù)器中相應(yīng)的建材存儲(chǔ)信息進(jìn)行修改，在材料出入庫時(shí)會(huì)自動(dòng)生成建材存儲(chǔ)信息折線圖與數(shù)據(jù)表，以便于管理人員更加直觀便捷的查詢建材調(diào)度信息和消耗情況。

4.2 庫內(nèi)材料管理

該模塊設(shè)計(jì)有建筑材料儲(chǔ)量圖、建筑材料信息查詢和建筑材料位置設(shè)定查詢?nèi)蠊δ埽康氖菫橥ㄟ^自動(dòng)化、智能化的作業(yè)方法將建筑材料管理人員從傳統(tǒng)建筑材料管理模式的重復(fù)、繁瑣、易出錯(cuò)的作業(yè)流程中解放出來，進(jìn)一步減少人力物力資源浪費(fèi)，降低項(xiàng)目施工成本，增加施工利潤。

建筑材料儲(chǔ)量圖能首先從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)獲取所有建筑材料信息，將所有建筑材料按照各自類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類，并使用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)依據(jù)建筑材料的存儲(chǔ)量信息繪制成餅狀圖，使參與項(xiàng)目的各部門可以便捷、清晰的掌握各類建筑材料存儲(chǔ)在倉庫中的總量與所占比值。

建筑材料庫內(nèi)存儲(chǔ)設(shè)定功能僅需使用持有RFID手持型閱讀器更改存儲(chǔ)在RFID電子標(biāo)簽中相應(yīng)字段即可對(duì)建筑材料在庫內(nèi)的位置信息進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，建筑材料庫內(nèi)位置查詢功能將通過獲取存儲(chǔ)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中RFID電子標(biāo)簽內(nèi)的位置信息，并采用Echarts框架對(duì)其進(jìn)行可視化處理，動(dòng)態(tài)生成二維的位置圖，展示各類建筑材料在庫內(nèi)的存儲(chǔ)位置及建筑材料基本信息。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于RFID技術(shù)的建筑材料倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)具有易部署、低成本、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使中小型工程也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、智能化的建筑管理模式。該系統(tǒng)以自動(dòng)化和智能化的管理方式簡(jiǎn)化了建材管理作業(yè)流程，將建材調(diào)度信息進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理，在采購、施工、倉儲(chǔ)管理部門之間架起了有效溝通橋梁，進(jìn)一步增強(qiáng)了建筑企業(yè)內(nèi)部溝通交流能力。使用在線交互查詢方式，可以使建筑材料信息實(shí)時(shí)展示給所有參與項(xiàng)目的人員，能夠避免因材料管理失當(dāng)而造成的不必要損失，使用該管理系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)管理模式有效提高了建筑企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，值得推廣。