基于RFID技术在物资供应仓储系统的应用研究

根据现在各单位仓储物资的发货、物流、入库、堆放、盘点、出库都是通过供应链管理系统（Supply Chain Management, SCM）人工录入数据信息和手动操作具体物资各环节，给仓储物资管理带来了很多弊端，同时也增加了企业管理的成本。例如供应商或生产厂商依据SCM系统中生成的各单位所需物资采购审批后的清单进行人工操作备货，外部物资供应厂商发货后对具体发出物资信息和配送车辆不能进行实时一致确认和物流车辆定位，在入库前还需人工对车辆进行核验；库管员依照SCM系统入库物资打印清单对接收物资过程进行逐一对照，无形中增加了复杂度和差错率；待当班所有物资出库完毕后，库管员还要将出库的物资录入终端计算机并将数据信息上传到SCM系统。

随着RFID系统技术的成熟，针对物资数据信息采集、用户端和单位服务器之间数据交换存储，包含物资基本信息、配送过程定位、物资出入库走向、数量数据等整个供应链过程都可以进行精准的操作，使企业更有效地服务于集团公司的各生产单位，保障物资的正常供应[1]。对于供应链管理系统上最后的物资供应仓储的智能化实现是我们急需改进升级的环节，这样可以提高企业劳动力和设备的生产效率。所以将此RFID技术尽可能完善的应用到现有SCM系统上是物资供应企业此后的必走之路[2]。

RFID系统主要包括阅读器、无线射频电子标签和网络信息数据交换设备等，在实现和供应链管理系统进行数据交换过程需要有RFID中间件等组成。

阅读器选用的是固定式和手持便携式，主要以物资出入库和盘点应用。它以阅读器射频源通过天线来发射电磁波为无源电子标签提供工作能量，对识别收集到的信息进行预处理，并且在多种设备共用情况下有自组网和处理冲突的能力；使用天线调制、多路复用、动态自适应等技术；为保证通信安全，防止通信数据修改可对通信过程进行加密。因在物流这种环境下，阅读器的识别要快而且有效。

无线射频标签在企业物资仓储选用的是特高频无源标签型电子标签，工作频率在860MHZ—960MHZ是EPCglobal标准规定的阅读器和射频标签通信的标准频段。射频标签由天线和芯片两部分组成。RFID阅读器和射频标签无线电频率根据中华人民共和国无线电频率划分规定划分[3]范围，如表1所示。

  
表1 RFID阅读器和射频标签频率范围  下载原图


表1 RFID阅读器和射频标签频率范围

网络信息数据交换设备主要有无线AP、交换机和路由器组成，无线AP也就是无线接入点，将网络信号通过双绞线传送过来，经过无线AP的编译，将电信号转换成为无线电讯号发送出来，形成无线网络的覆盖。路由器是用于远程或各单位之间连接多个逻辑子网，数据通过光纤从某个供应商或采购单位子网传输到另一个子网或是集团物资信息服务器和物资数据库服务器，是网络层的一种互联设备。

RFID中间件是在公司SCM供应链管理系统与供应链各用户终端之间布置开发相应的软件和应用接口，是为实现采集物资数据信息的传递而开发的中间件，用来加工和处理来自读写器的所有物资、配送数据信息和现场操作事件流，同时还需开发一组通用的应用程序接口（API），对电子标签数据进行过滤、分组和计数，目的是要减少在发往供应链系统数据库的数据量，同时还要保证数据的完整性，防止错误读写物资信息等。RFID系统应用各组件形成的结构如图1所示。

图1 RFID系统应用组件结构图  下载原图
 

RFID技术是阅读器利用无线射频识别通信来识别RFID电子标签的一种方式，库管员终端向阅读器发出查询命令，阅读器对查询命令进行编码和调制，并通过阅读器天线发送出去；阅读器天线将查询数据信号利用无线射频电磁信道发送给标签，RFID电子标签内嵌的环状天线接收到信号，电子标签在接收到的射频信号强度高于识别规定的值后，电子标签的功能将被激活，它要对阅读器的信号进行解调和解码[4]，根据阅读器的查询信号，无源电子标签生成带有不同于其他通信的返回信号，编码调制后返回给阅读器天线；经阅读器端采用阅读器天线循环扫描识别该区域而获得标签返回的标识信息符，阅读器对电子标签信号进行解调和解码，并将其解码后的数据信息传输给后台中间件应用程序进行进一步处理[5]。

特高频采用的是电磁发射原理，能量是按照距离平方的速度进行衰减的，在进行识别通信期间连续传播电磁能量，同时交换数据。阅读器和RFID芯片数据传输采用负载调制方法[6]，而通过数据存储控制电路负载来控制电压的通断进行传输数据。同时具有接收标签数据和射频源发射功能，在同一载波信号上需要将两个同步调制分离[7]。在处理FDMA时阅读器将频率分成多个频道，每个频道上下在300KHz频率范围，阅读器通过和电子标签在指定频率范围内通信来减少和其他信号之间的冲突。在应用到单位实际中，要合理布置阅读器天线，做到减少周围环境的频率信号对布置频段内的信号干扰，保证读写电子标签物资数据信息的可靠性、完整性。

电感耦合电子标签以物资电子数据信息为载体，由单个数据存储控制电路微芯片以及由线圈组成的识别天线构成。阅读器中V为射频信号源，L1和C1构成谐振回路（谐振于信号的频率），R是射频源的内阻，R1是电感线圈L1的的损耗电阻。V在L1上产生高频电流i，谐振时高频电流i最大，高频电流产生的磁场穿过线圈，并有部分磁力线穿过距离读写器电感线圈L1一定距离的电子标签线圈L2。穿过电感线圈L2的磁力线通过感应，在L2上产生电压，将其通过VD（二极管）和C0整流滤波后，可产生电子标签工作所需的直流电压。电容器C2的选择应使L2和C2构成对工作频率谐振的回路，以使电压V1达到最大值[8]。电感耦合型RFID原理如图2所示。

图2 电感耦合RFID原理  下载原图
 

供应链管理系统在正式上线后，结合供应链整体职能权限情况，分配给各供应商或生产商和物资采购各单位用户名，按照分工不同使用相应的应用模块[9]。

电子标签标识是按照EPC规则进行编码的电子标签，并遵循EPCglobal制定的EPC标签与阅读器的无接触电磁通信规则设计的标签。供应商或生产厂商所供物资RFID电子标签标识遵循集团物料编码的统筹管理，各使用物资单位也采用相同的编码规则，由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字；在序列号字段写入料号、名称、规格等数据，并上传至物资信息数据库。RFID电子标签标识信息如表2。

  
表2 RFID电子标签标识信息  下载原图


表2 RFID电子标签标识信息

供应商收到供应链管理系统分配物资供应通知后，利用RFID阅读器写入物资数据信息进行装车，阅读器写入物资供应商、物资仓储单位或直接供应到集团下属采购单位（目的地）字段，通过供应商操作控制端应用模块实时上传数据到供应链管理系统；对配送车辆安装电子铅封来监测物资的安全状态，它是通过安装在车箱内的传感器来获取箱门是否被开启或关闭状态；如非正常解封，货箱自动上传实时GPS地理位置信息到供应链管理系统；电子铅封采用非接触式识别，可以自动识别目标，获取数据，车辆的实时地理信息通过GPS都及时形成完整的动态信息上传供应链管理系统配送信息数据应用模块。配送车辆进入仓储单位大门时，通过二道门RFID阅读器读取车辆电子铅封信息，实时得到供应链管理系统确认短消息后，放行车辆进入库区，配送车辆出库和入库模式一样。

库管员接收到供应链管理系统物资到库区信息后，刷卡标记操作人员身份，RFID阅读器进行读取物资数据信息入库，叉车进行RFID技术改进后，读取托盘上的RFID标签，还能够读取货架标签信息，实现托盘和货位的绑定, 托盘RFID标签存储有该批次物资料号、名称、规格、单位、数量等信息，叉车经过仓库有安装阅读器天线入口，RFID阅读器读取到托盘标签信息，实时为该批次物资分配货位，通过无线接入点传输数据方式将分配到的货位信息传送到叉车显示终端，同时货架上的信号灯闪烁，为叉车司机提示物资入位。钢材上用金属RFID标签料进行标识。RFID阅读器布置在过磅称旁边，阅读器天线分别安装在磅称两端的地面上，通过天线标号读取电子标签的顺序判断出入库。入库完成后，物资供应链管理系统将实时接收到该批次所有物资数据信息。

库管员盘点库存物资信息时，通过手持便携式RFID阅读器进行操作，对每个仓库、每个货位上的货架标签和托盘标签进行扫描，通过无线接入点网络发送到物资供应链管理系统盘点应用模块进行比对，如果出现货位与物资不符或物资数量不符时报警。通过报警提示，重新正确归置物资。

供应链管理系统在物资计划审批后物资数据信息实时显示入库后，系统按照各单位所需物资自动分配数量，并发系统消息通知各单位，领料员在接收到系统物资分配领料通知后，安排安装RFID电子标签车辆配送物资，车辆进入库区二道门RFID阅读器识别正确通过后放行进入库区。库管员接收到供应链管理系统某单位所需物资领取出库信息后，刷卡标记操作人员身份，随后叉车终端收到系统提示并按照出库物资清单信息，同时货架上的信号灯闪烁，为叉车司机提示物资货位位置信息，叉车运送物资通过库房RFID阅读器出口时，读取托盘上的RFID标签，并读取托盘RFID物资电子标签信息，包括出库物资料号、名称、规格、单位、数量等信息，在领料物资全部出库装车后，点击叉车出库物资装车结束提交，系统得到提交数据信息，通过采购计划和到库物资自动比对成功后，自动发信息到领料员，领料员提交确认完成后，至此，整个物资供应、仓储入库、出库流程结束。物资供应仓储出入库RFID系统如图3。

图3 物资供应仓储出入库RFID系统  下载原图
 

RFID系统还需与SCM供应链管理系统兼容和对接，信息平台与供应链各单位相结合，共享生产计划物资和采购物资信息，现软件公司已具备和系统对接的开发经验。经公司和软件公司初步讨论研究认为，以现有的SCM系统平台集成RFID技术需求的是基于复杂事件处理（complex event processing, CEP）的技术，将SCM系统数据当作不同类型的事件，分析各事件间的关系，建立多个事件关系库，要利用好事件关联、事件分层和提取事件的这些技术，对各事件的认真分析来提取供应链中的各种真正有用的复杂事件，来满足集团公司、各供应商（生产厂）、集团下属各生产物资计划单位的使用需要。SCM系统应用模块如图4示。

图4 SCM系统应用模块  下载原图
 

随着物联网和大数据技术的不断发展，进一步实现企业经营管控成本和智能物流建设规划目标，本文主要针对现在各集团下属的物资供应系统的传统供应链模式的手工操作物资供应和仓储出入库环节进行RFID技术的应用研究，在现有SCM供应链管理系统基础上新增RFID系统，并应用于物资供应管理环节RFID电子标签的标识、配送车辆的定位和物资仓储入库、出库的智能化操作。如该RFID系统建设完成，那么对单位现有人员成本和物资流通环节成本有更好的可控性和效率性。虽然现在的应用研究还未使用到各单位，相信不久的将来会真正应用到集团的各物资采供系统。