一、国内外RFID技术应用动态
RFID是Radio Frequency Identification的缩写, 即射频识别, 俗称电子标签。近一两年来由于受到以沃尔玛为代表的大型零售商的推动, RFID技术在全球掀起阵阵热潮, 吸引了众多厂商参与相关技术及芯片的研究和开发。目前RFID技术处于迅速上升的时期, 该技术被业界公认为是本世纪最有前途应用技术之一, 同时也引起了许多国家的重视, 欲将其培育成国家的一项重要产业。
在国外RFID技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、军事国防、安保门禁以及交通物流等领域, 诸如:汽车、火车等交通监控, 高速公路自动收费系统, 物品管理, 流水线生产自动化, 门禁系统, 金融交易, 仓储管理, 畜牧管理, 车辆防盗等。当前, RFID技术在我国的应用正处于起步阶段。2001年7月上海市虹桥国际机场组合式电子不停车收费系统 (ETC) 试验开通, 该项目被国家经贸委和交通部确定为“高等级公路电子收费系统技术开发和产业化创新”项目的示范工程。目前, 北京已在其所有的公交、地铁、城铁系统采用IC卡的记票方式;对2005年大范围更换和推广的中国居民二代身份证, 大家也印象颇深。这些应用都采用了射频识别技术, 这只是RFID在目前广泛应用的一小部分。
在物流信息系统中位置管理是一个非常重要的管理, 无论是静态的还是动态的位置, 通过RFID技术, 可对货物的静态位置和动态位置进行很好的管理。与信息系统及RFID手持终端配合, 可以在人库上架环节自动完成库存数量、仓位更新, 避免人工错误。出货时可以判别是否取货、是否拿错货;在出货验收过程中RFID阅读器可以一次读取多个标签, 极大地提高拣选正确率及出货验收速度。特别可以用在移库移仓、盘点等操作, 尤其能避免错误, 提高效率。
RFID技术将彻底解决物流管理中信息采集的自动化问题。贴在单个商品、包装箱或托盘上的RFID标签, 可以提供供应链管理中产品流和信息流的双向通信, 并通过互联网传输从标签采集到的数据。同条形码技术相比, RFID技术可以大大削减用来获取产品信息的人工成本, 使供应链许多环节操作自动化。
二、RFID简介
RFID是Radio Frequency Identification的简称, 又称为无线射频标识技术, 俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。
埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术:“第一, 可以识别单个的非常具体的物体, 而不是像条形码那样只能识别一类物体;第二, 其采用无线电射频, 可以透过外部材料读取数据, 而条形码必须靠激光来读取信息;第三, 可以同时对多个物体进行识读, 而条形码只能一个一个地读。此外, 储存的信息量也非常大。”RFID射频标识关键技术包括:
1. 射频技术:
需要小型高效的天线设计技术。RFID模块是先进的射频技术和IC卡技术相结合的产物, 对射频卡的设计首先需解决无源设计, 需由读写器向射频卡发一组固定频率的电磁波, 通过卡内电器产生芯片工作所需直流电压;其次是卡内需有经特殊设计的天线, 并埋装在卡内或相应的设备上;而且必须保证有良好的抗干扰性能和设有“防冲突”电路。
2. 低功耗技术:
无论是有源方式还是无源方式设计的RFID模块, 一个最基本的要求都需要具备低功耗的特点, 以提高卡片的寿命和扩大应用场合, 可以说降低功耗, 同保证一定的有效通信距离是同等的重要。因此卡内芯片一般都采用非常苛刻的低功耗工艺和高效节能技术, 如电路设计中采用“休眠模式”设计技术。RFID模块采用使用低功耗设计, 甚至是无源 (不需要外部电源或电池供电) , 无源工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能, 一般可达2V以上, 在读写器提供的一定磁场强调的作用下, RFID模块应能够不间断地工作。
3. 防冲撞技术:
RFID射频卡, 由于采用无线方式进行通信, 在读写器有效通信范围内, 可能存在多个标签 (射频卡) 的问题, 这就需要读写器具有防冲撞处理的能力。当有多张RFID射频卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时, 读写器的防冲撞模块的防冲撞功能将被启动。在防冲撞处理程序的控制下, 卡片读写器将会首先与每一张卡进行通信, 并取得每一张卡的标签号 (UID) 。由于每一张RFID射频卡都具有其惟一的标签号, 因此读写器将根据RFID卡的标签号来识别, 区分已选的卡片。读写器中的防冲撞功能配合卡片上的防冲撞功能模块, 执行防冲撞循环选卡流程, 最终读写器将根据卡片的标签号用“Select”指令选定其中的一张卡。被选中的卡片将直接开始与读写器进行数据交换, 而未被选中的卡处于等待状态, 等待读卡器对它的下一次操作。
4. 封装技术:
由于RFID射频IC卡中需要埋装天线、芯片和其它特殊部件, 为确保卡片的大小、厚度、柔韧性和高温高压工艺中芯片电路的安全性, 需要特殊的封装技术和专门设备。
5. 安全技术:
由于采用无线射频技术, 卡与读写器之间的通信更加方便, 但这也对RFID射频卡与RFID读写器之间的通信安全技术提出了更高的要求。另外在安全性方面, 还要提供卡用芯片的物理安全技术和卡片制造的安全技术, 这几个方面的技术的实现才能构成RFID卡强大的安全体系。
三、RFID系统组成及其工作原理
RFID系统在具体的应用中, 根据不同的应用目的和应用环境, 系统的组成会有所不同, 但基本都由电子标签 (Tag) 、阅读器 (Reader) 和数据交换与管理系统 (Processor) 三大部分组成。阅读器将要发送的信息, 经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送, 进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号, 卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密, 然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令, 控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息, 经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器, 阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理;若为修改信息的写命令, 有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压, 提供擦写EEPROM中的内容进行改写, 若经判断其对应的密码和权限不符, 则返回出错信息。
1. RFID技术的分类。
RFID技术的分类方式常见的有下面四种: (1) 根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频 (3 0 k H z~300k Hz) 、中频 (3MHz~30MHz) 和高频系统 (300MHz~3GHz) 。 (2) 根据电子标签的不同可分为可读写卡 (RW) 、一次写入多次读出卡 (WORM) 和只读卡 (RO) 。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多, 如电话卡、信用卡等;WORM卡是用户可以一次性写入的卡, 写入后数据不能改变, 比RW卡要便宜;RO卡存有一个唯一的号码, 不能逐改, 保证了安全性。 (3) 根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。 (4) 根据电子标签调制方式的不同还可分为主动式和被动式。
2. RFID应用优势。RFID应用于物流仓储中的技术特点:
(1) 非接触式的信息采集, 可实现自动识别和自动化管理。
(2) 提供供应链管理中物流和信息流的双向通信。
(3) 可以任意书写, 满足信息量不断增大和信息处理速度不断提高的需求;大大提高物流管理中信息采集的自动化程度。
(4) 解决了在运动过程中对货物的相关信息进行管理的问题。
(5) 具有拣货速度快、错误率低等优点。
(6) 采用RFID集成中间件, 较好地解决了数据错误及过滤问题, 同时可以与现有ERP系统无缝集成。
四、智能仓储系统设计
1. 系统的性能分析。
(1) 系统的有效性。包括两个方面:一是集装箱信息采集的有效性。集装箱货场是在露天环境下工作的, 在工作过程中, 数据采集设备周围的环境变化比较大。
(2) 系统的实时性。要求作业指令的完成是实时性的, 不能有任何的耽搁和延误, 确保系统运行的效率。
(3) 系统的经济性。系统的成本是进行系统结构设计考虑的一个极其重要的因素。自动调配系统设计的一个目的就是提高集装箱货场的运行效率、取得良好的效益。而取得良好效益的一个关键就是降低系统的成本。
将电子标签用于智能仓库货物管理有效地解决了传统库管得以上问题。RFID标签贴于仓库内的货位、托盘、集装箱甚至单品上, 标签内包涵元件规格、序列号等信息, 用电子标签来代表货位、托盘、集装箱等, 物资的物理移动的结果由标签与读写器进行记录、自动处理, 这样几乎省掉了一大半机械重复性劳动。对于大型仓储基地来说, 管理中心可以实时了解货物位置, 货物存储的情况, 可以实现货物自动进库、自动出库, 实现自动化管理。
2. 系统的功能。
RFID智能仓库管理系统是现代化仓库管理系统, 能有效的对仓库流程和空间进行管理, 实现信息实时更新、快速准确出入库管理和动态盘点。
(1) 入库管理:处理信息中心发来的各种调度指令, 并进行相应入库处理。主要包括入库类型、货物验收、收货单打印、库位分配、预入库信息、直接入库等功能。
(2) 出库管理:对货物的出货进行管理, 主要有出库类型、货物调配、检货单打印、检货配货处理、出库确认、单据打印等功能。
(3) 库存管理:对库存货物进行内部操作处理, 主要包括库位调整处理、盘点处理、退货处理、掉换处理、包装处理、报废处理等功能。
(4) 货位导航:出、入、盘库时可查看所有要操作器材的所在位置;系统根据车载天线返回的信息, 自动判断车所在位置, 并在画面中显示出自己所在的位置。某一器材操作完成后, 系统去除改器材在货位导航中的显示。
(5) 智能判断:系统会根据天线返回的货位号自动判断附近是否有要操作的货位, 并给予到达货位、附近有可操作货位等提示。
(6) 查询:提供对现有仓库库存情况的各种查询方式, 如货物查询、货位查询等等。
五、总结
本文主要对RFID技术与其在物流仓储管理系统中的应用进行了前瞻性研究, 包括业务方案的初步设计和验证。这阶段研究内容主要侧重于系统的需求分析、业务设计、项目初步验证等方面。需要指出的是, 虽然RFID技术在提升供应链绩效上具有诱人的前景, 但这并不意味着RFID技术的应用就是一片坦途。还有一个问题就是如何优化内部管理。供应商在资源协调方面也同样有挑战, 尤其是在托盘运输和拖车运输中, 利用RFID技术就可以定位资源的位置, 供应商也可以更有效的利用资源。例如, M e n l o Worldwide公司利用RFID技术可以确定一个拖车是否在场地里, 工作人员可以确定场地的利用情况。此外, 利用三维RFID技术, 工作人员可以确定资源在场地的位置, 使司机在最快的时间内找到所需要的货物。本文在对RFID物流仓储管理系统基础性研究之余, 如何使项目满足市场需求进行方案策划以至于进入市场应用, 仍然存在许多问题需要进一步探讨, 比如RFID技术的相关问题 (如用户的隐私权问题, RFID技术标准问题, 标签的频率选择问题, 采用RFID技术企业需要承担价格问题等) ;由此可以看出, RFID技术的广泛应用还需要克服诸多障碍。
