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    基于RFID技术的智能仓储管理系统架构方案

      信息来源:   发布时间:2021-12-11  点击数:

    0 引言

    仓储管理是商品供应链环节非常重要的组成部分, 它是连接生产商、分销商、零售商和消费者的重要纽带。仓储的对象不仅仅是成品, 还有原材料和半成品[1]。仓储管理为企业的管理者提供了库存物品的存货状态、出货状态、存货条件、市场流向等相关信息, 仓储已经不是简单的货物存储, 而是影响企业生产经营及发展的重要因素。

    1 传统仓储管理的特点

    传统的仓储管理主要是依靠人工管理或者半自动化管理, 通信方式多以有线通讯为主[1], 通过手持的激光扫描设备以及商品自身所采用的条形码技术来实现对商品的管理。传统的仓储管理主要有以下四个特点:

    1) 操作方式主要依靠人工, 物品数据的采集通过二维码来实现, 但是由于二维码技术条件的限制, 工作效率低, 无法对物品信息进行快速、准确、全面地采集、区分和管理[2], 库存管理的实现需要耗费大量的人力物力。

    2) 物品出入库、盘点、调度、配货业务流程多, 效率低且容易出错[2]

    3) 仓储管理主要依靠手工报表、人工统计的方式来实现, 无法实时更新信息, 容易造成物流、信息流的不对称[2], 进而影响企业的生产和销售。

    4) 部分规模较大的物流仓储企业虽然通过信息化建设在很大程度上减少人力的投入, 但是仍然不能完全实现仓储系统的自动化、智能化管理。

    传统的仓储管理模式已经应用多年, 技术成熟且投入的费用较低, 比较适合于小规模的仓储管理, 但是在面对规模较大的仓储管理时, 这种管理模式的弊端就会凸显出来, 这样就需要一种全新的仓储管理模式来解决这些问题, 而基于RFID技术的智能仓储管理系统就应运而生了。

    2 RFID技术

    RFID技术的基本工作原理是:由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号, 当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流, 从而获得能量被激活, 使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去;阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号, 经天线调节器传送到阅读器信号处理模块, 经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理;主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 最终发出指令信号控制阅读器完成不同的读写操作[3]

    RFID无线射频识别技术具有通信速率快, 安全性高的特点, 其在国内的产业链已经形成, 同时由于国家对物联网产业的支持, 使得物联网的核心技术RFID技术得以迅速发展, 其生产规模在不断扩大, 生产成本也在逐渐下降, 这些都为其在智能仓储管理方面的应用打下了很好的基础。

    RFID无线射频识别技术在仓储管理上的应用主要体现在:

    1) 根据应用需要我们一般采用高频13.56MHz无源电子标签, 此种类型标签重量轻、体积小、寿命长、成本低廉, 有效读写距离在1m左右, 并在工程实现中得到了广泛地应用[2]。由于标签所具备的特点使其能够稳定的应用于物品的仓储管理。

    2) 每个电子标签都有全球唯一的编码, 且在存储区可以写入相关的数据信息。在入库前每一件物品都会配备相应的电子标签, 电子标签内会详细的记录每件物品的详细信息, 这样每件物品就具有了其唯一的电子身份。

    3) 根据实际需要可以把RFID电子标签封装成不同的类型和形状, 这样便于实际应用, 同时电子标签具有重复使用的特点, 可以实现多次擦写, 大大降低了标签的使用费用。

    4) RFID电子标签具有加密功能, 可以在RFID电子标签与读写设备之间设立相对应的唯一密钥, 只有专用的读写设备才可以读取标签中的信息, 这样可以有效是保障仓库货品的信息和数据安全。

    3 智能仓储管理系统整体架构方案

    仓储管理主要由入库、物品进货位、盘点、配货、出库等几个环节组成, 基于RFID技术的仓储管理系统改变了传统的仓储管理模式, 从技术和管理模式上带来了新的变革。

    3.1 智能仓储系统整体流程图

    如图1所示, RFID技术贯穿于整个仓储系统, 从入库前的粘贴电子标签写入物品数据信息到出库装车, RFID技术都起着至关重要的作用。在整个系统的设计中主要涉及到三个模块:模块1是货物入库前的电子标签粘贴及相关的数据信息写入环节;模块2主要是货物进库、叉车搬运货物进货位、盘点环节;模块3主要是仓库配货及货物出库环节。

    模块1:这个模块主要涉及到三个工作步骤:

    1) 对单位物品的电子标签粘贴;

    2) 电子标签初始化及货物数据信息的写入;

    3) 对写入标签的数据信息与供应商提供的货物数据信息核对, 检查无误后入库。

    模块2:这个模块主要涉及到叉车搬运货物入库和货物盘点2个环节。

    1) 当电子标签信息和供应商提供的货物数据信息核对无误后, 入库处的仓库服务器会根据需要入库的货物类型自动分配空货位信息给叉车, 叉车在接到货位指令后, 会按照其指令将货物搬运到需要存放的位置, 同时该货位RFID读写器会将进入该货位的货物信息上传至仓库服务器, 确认无误后确认货物入库。

    图1 智能仓储系统整体流程图

    图1 智能仓储系统整体流程图  下载原图


    2) 盘点主要由货位固定的RFID读写器和手持RFID读写器来实现, 根据仓库的盘点需要, 通过货物的信息读取和仓库服务器的数据核对来实现对仓库的货物盘点。

    模块3:这个模块主要是配货出库, 仓库信息中心在收到下游分销商的订单后, 下达配货指令, 叉车在收到配货指令后从相应的货位搬运货物, 同时RFID读写器会自动将当前货位的出库情况上传至仓库服务器。货物出库时, 仓库门口的RFID读写器会自动读取出库货物信息, 同时会和仓库服务器数据库核对, 确认无误后出库。同时在装车前会对货物上的电子标签进行回收, 核对无误后对装车运输。

    3.2 收货入库流程图

    图2 收货入库流程图

    图2 收货入库流程图  下载原图


    收货入库环节是仓储管理非常重要的一个部分, 在这个环节中主要涉及到以下三个方面的内容:

    1) 仓库根据库存情况安排订单, 供货商接受订单, 安排货源。库存物品会设置相应的库存报警值, 仓库在完成盘点后会对需要补充的物品安排订单, 同时公司的采购部门还会根据下游分销商的需求制定新的采购需求。对于仓库物品固定的供应商, 物资采购部门可以直接在线上实现物资采购, 而对于新的物品或者同类物品但是需要需找新的供应商, 可采用招标或者线下采购的模式来实现物资的采购。在完成采购后供应商应向仓库提供详细的物资信息, 包括物品名称、原料、生产商、产地、生产日期、执行标准、生产标准等等相关信息, 以便于RFID电子标签的数据写入。

    2) 货物运至卸货区, 进行电子标签的粘贴、数据写入。当货物完成卸货后, 可根据货物的品种和类型对其进行分类, 完成分类后对其进行电子标签的粘贴 (注:电子标签应设计成具有便于粘贴、回收特点和外观的芯片) 。一般电子标签的粘贴以成箱物品或者托盘为单位, 这样便于管理。完成电子标签的粘贴工作后统一对其进行初始化, 结合产品包装二维码及供应商提供的数据信息使用固定RFID读写器或者手持RFID读写器实现对货物电子标签的数据录入。

    3) 质检。质检流程主要是实现对货物的数量及电子标签信息的核对, 通过质检区域固定的RFID读写设备分批分类对货物的数量及电子标签的信息与供应商的供货数据和仓库采购数据进行核对, 确认无误后允许入库, 若有误, 则发出警报, 需进一步检验核对, 方可入库。

    3.3 货物进货位流程图

    图3 货物进货位流程图

    图3 货物进货位流程图  下载原图


    当质检完成后, 叉车搬运货物进库, 在物品进货位这个流程中主要涉及下面两个步骤:

    1) 入库口设有RFID读写区域, 当叉车搬运货物至此区域时, RFID读写器会自动读写货物的标签信息, 并将信息上传至仓库服务器, 同时仓库服务器会将货位RFID读写器上传的货位信息与标签信息进行物品类别及货位匹配, 若无误, 仓库服务器会分配货位并将货位信息通过入库口的RFID读写器写入货物的电子标签, 同时将叉车发出入库指令。

    2) 叉车得到入库指令后搬运货物到达指定货位, 并按照入库指令将货物放在指定的地方, 同时通过货位处的RFID读写器将入库货物的信息上传至仓库服务器确认, 确认无误后叉车出库, 完成入库流程。

    3.4 货物盘点流程图

    图4 货物盘点流程图

    图4 货物盘点流程图  下载原图


    货物盘点是仓储管理的核心工作之一, 在货物盘点流程中可以通过固定式RFID读写设备和手持RFID读写设备来实现对全库的整体盘点和单货位的盘点。

    1) 固定式RFID读写设备全库和单货位盘点。仓库在得到货物盘点任务后, 通过仓库服务器向货位固定RFID读写设备发送盘点指令, 根据盘点任务来实现单货位盘点、多货位盘点和全库盘点。RFID读写设备接收到盘点指令后会对货位的数据信息进行读取, 同时将读取到的信息上传至仓库服务器, 通过与原始数据库及出库情况核对来实现货物的盘点工作。

    2) 手持RFID读写设备货位盘点。手持RFID读写器的优点在于其的可移动性, 主要针对小面积或者单货位盘点。仓库在得到货物盘点任务后, 仓库工作人员可以使用RFID手持读写器来对需要盘点的物品或者货位来实现盘点, 同时通过仓库的无线设备将数据上传至仓库服务器, 通过与原始数据库及出库情况核对来实现货物的盘点工作。

    通过盘点可以实时监控仓库物品的进库、存货、报损、出库状态, 以便于仓库管理人员快速、准确的处理下游经销商需求及仓库的采购需求。

    3.5 配货出库流程图

    配货出库是仓储管理的最后一个环节, 这个流程主要涉及配货、出库、回收电子标签及装车运输四个方面的内容。

    1) 配货。下游分销商订单到达仓库后, 仓库服务器通过仓储管理系统自动分析订单, 同时控制货位RFID读写器读取货位物品信息, 通过分析计算出订单所需物品所在的货位并生成配货指令。配货指令生成后, 仓库服务器会向叉车发送配货指令, 叉车接收到配货指令后会前往相应货位搬运货物, 确认无误后搬运货物出货位。

    2) 出库。当叉车搬运货物出库时, 在出库口经过RFID读写区域, RFID读写器会自动读取货物RFID标签信息, 同时将数据上传至仓库服务器, 仓库服务器通过核对订单和数据信息, 确认无误后出库。同时仓库服务器会根据出库情况自动变更货物库存量。

    图5 配货出库流程图

    图5 配货出库流程图  下载原图


    3) RFID电子标签回收。货物出库后会有一个RFID电子标签的回收程序, 通过专人回收RFID电子标签, 回收、登记、核对数量、初始化, 检查无误后货物装车。

    4) 装车运输。经过上面的一系列程序, 货物装车运输到达各地的分销商。

    从以上流程可以看到, RFID技术在收货、入库、盘点、配货、出库这几个环节都起到了非常重要的作用, 通过RFID技术的应用大大降低了仓库在人力、物力上的投入, 在现代化的大型仓储建设中具有重要的作用。

    4 经济效果评价

    本方案在技术上可行, 在经济上的投入也是可以接受的。相对传统的仓储管理模式, 本方案可以实现以下功能:

    1) 操作方式基本实现自动化、智能化, 改变了传统的主要依靠人工操作的仓储管理模式, 大大减少了企业人力、物力的投入, 降低了企业成本, 提高了工作效率。

    2) RFID技术的应用打破了传统二维码技术的限制, 能够实现对物品信息更为全面的采集和存储, 以便于对其进行详细的区分和管理。

    3) 物品出入库、盘点、调度、配货等业务流程全部实现自动化、智能化, 不仅减少了业务流程, 提高了工作效率, 同时也改变了过去依靠人工处理所造成的低效率、高出错率的状况。

    4) RFID技术的应用使得仓储管理人员能够实时、精确的掌握库存物资情况, 对于合理优化库存与货位, 实现资源的合理利用具有重要意义[4]

    5) RFID技术的应用使得盘点更为便捷, 可以通过控制货位RFID读写设备实现实时的单货位盘点、多货位盘点和全库盘点, 改变了过去依靠人工盘点费时、费力、高错误率的状况。

    6) RFID技术的应用使得仓储信息能够实时更新, 提高了数据的实时性、动态性, 实现了对库存货物的可视化管理[4], 使得企业的物流、信息流更为精确, 进而更有利于企业生产和销售工作的开展。

    经济上, RFID芯片价格低廉, 在仓储管理中可以重复使用, 同时RFID读写设备可以采用租赁的形式使用, 免去了大量购进读写设备的费用, 而RFID技术的引进可以在很大程度上降低企业的成本, 为企业带来了可观的经济效益, 相对RFID技术和设备上的投入是值得的。

    可以看到, RFID技术的应用, 彻底改变了传统的仓储管理模式, 在很大程度上减少了企业人力、物力的投入, 极大的降低了企业的仓储管理成本, 提高了库存周转率, 降低了库存损耗, 节省了时间, 提高了效率, 并在一定程度上提高了企业对市场反应的灵活度, 对提高企业效益, 提升品牌形象, 增强企业的竞争力具有重要的意义。

    但是本文的设计也存在一定的局限性, 由于目前RFID电子标签的价格问题, 其并不能像二维码一样实现大规模的应用, 仅限于仓储环节的设计使用, 但是随着RFID技术的逐步成熟和芯片生产的规模化, 其必然能像二维码一样实现从生产到消费全过程的管理和应用。

    5 结论

    RFID技术目前在仓储行业的应用较少, 但随着RFID技术的发展, 在未来几年势必会在仓储物流行业实现广泛的推广应用。从技术和投入的成本角度来看, RFID技术目前较适用于大型的仓储物流企业。本论文的主要观点在于:第一, 详细介绍了收货、入库、盘点、配货、出库各个环节的设计和解决方案, 在技术上具有可行性。第二, 从经济的角度分析了RFID技术的投入成本和使用后能为企业带来的效益, 使得RFID技术更具应用和投入价值。RFID技术的应用将会为物流仓储行业带来巨大的技术和管理上的变革, 对整个行业的发展具有重要的意义。

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