RFID技术在烟草仓储物流管理系统中的应用研究

2 0 1 0年国家烟草专卖局在全行业局长经理座谈会上, 明确提出了建设烟草行业物联网的目标, 在全国物流现场会上明确了“全面覆盖、全面感知、全程控制、全面提升”的总体要求。国家烟草专卖局希望通过物联网[1]的建设, 加强行业内部管控能力, 实现打造“面向未来”和“不可替代”的烟草物流体系、提升行业核心竞争力的战略目标[2]。

传统的烟草行业在营销管理、仓储物流管理、专卖管理及日常办公中都或多或少存在着信息不共享、业务流转速度慢、人工成本过高、生产效率低下等问题[3]。本文以引入现代企业管理思想和方法、提高我国烟草企业的管理水平和企业核心竞争力为出发点, 根据我国烟草企业传统的信息管理系统的现状及特点, 针对烟草公司的具体情况, 提出了基于物联网技术的烟草物联网系统。

现存的特高频RFID[4]协议有三个, ISO 18000-6Type A、Type B和Type C。2004年8月15日ISO/IEC宣布ISO/IEC 18000-6包括Type A和Type B两类协议, 2006年EPC C1G2正式进入ISO/IEC 18000-6, 成为ISO/IEC 18000-6C, 从此ISO/IEC 18000-6包括Type A、Type B和Type C三类协议[5], 本系统采用的器件支持后两种协议。

整个系统主要由两个核心部分构成:基于特高频RFID数据采集系统;后台数据存储分析控制系统。其中RFID数据采集系统为最核心部分, 是整个系统中需要完全重新构建的部分;后台系统可以以烟草行业固有的信息系统为基础进行相应改进即可, 既节约资源, 也节省时间。

(1) 基于RFID的数据采集系统

一般RFID系统主要由三部分构成:阅读器、天线和电子标签。本系统的阅读器包括两种:一种是安装在各个车间的固定阅读器, 通过以太网传输信息;一种是工人手中的手持阅读器, 通过Wi-Fi传输信息。天线是根据现场环境定制的基于超高频的面天线, 具有方向性强、阅读距离远的特点;电子标签是根据车间生产环境定制的RFID抗金属超高频标签。

1) SAAT-F805型固定式读写器

S A AT-F 8 0 5型读写器是针对I S O 1 8 0 0 0-6 B和I S O18000-6C (EPC Class1 Gen2) 协议标准研发的RFID读写设备。该系列读写器具有读写距离远、稳定可靠、操作方便、功能强大和扩展性强等特性, 适用于物流控制、交通管理、资产管理及生产管理等多个领域。该读写器同时提供2路I/O输入信号检测和4路I/O信号可控输出的功能。SAAT-F805型读写器在设计时考虑到RFID系统集成应用的需求差异, 在硬件上采用模块化设计, 除已有的硬件接口外, 也可为用户单独定制其他类型接口。

2) C5000U特高频手持移动终端

C5000U采用ARM9高速处理器, 支持EPC C1 GEN2/ISO 18000-6C协议标准;采用先进的Windows CE 6.0操作系统;可采集超高频 (840~960MHz) 射频标签及IC卡等载体数据;支持GPRS/Wi-Fi多种通讯模块传输方式;符合IP64工业级密封标准, 防水、防摔、防尘功能更强;其坚固耐用的结构, 保障极端的环境下的正常使用, 显著减少停机时间和维修成本。

3) ORT-PL系列电子标签

采用ORT-PL系列UHF频段的RFID无源电子标签, 符合ISO 18000-6B/6C标准, 主要用于仓储和物流管理, 具有识别率高、读写距离远、可靠性高等特点。

(2) 后台数据存储分析控制系统

后台的工作主要体现在软件应用方面。以前烟草后台数据系统只有简单的数据存储和查询功能, 与现今的信息化精细化要求相差甚远;而且其相关信息采集基本上都停留在烟草成品流通环节上, 缺乏对烟草生产加工过程相关信息的采集, 不能完整体现整个烟草行业的动态信息, 无法为整个行业发展决策提供支撑信息。

因此, 后台的改进主要体现在以下几个方面:增加实时收集烟草生产过程中相关信息的功能;根据烟草行业生产物流的特色开发相应服务软件以供中控室调用, 协助做出相应决策, 并实施监控;有关数据存储在数据服务器中, 通过云技术实现与远程用户的数据共享。

Tobacco Effi cient Responses System (烟草物联网信息系统, TERS) 是一套以信息服务为核心, 提供从原料、辅料跟踪到最后成品的完整信息化服务, 并以物品的流通与信息沟通为基本元素, 实现沟通多方的信息化平台。该系统特点如下:是针对烟草行业特性和企业特点的定制化解决方案;高效、精准, 提高物品流通效能, 规范作业流程;实现人员与人员、人员与物品的责任关联;是功能完善、行之有效、信息化的企业解决方案。

系统的核心服务包括:各厂的规范化服务、各部门间的通信服务以及为中烟物资流通做系统化的服务。该系统通过特高频RFID技术获取关键资产在关键生产环节中的动态信息, 通过网络进行传输, 汇聚于高性能数据库中, 做到深度挖掘、科学分析、快速反馈, 形成对整个生产流程的可视、可控管理。系统平台建设本着硬件可靠节约、软件切合实际、管理手段有效的原则, 并充分考虑未来建设“高架库”等现代仓储管理模式的构想, 使企业信息化投入长效化。

本系统主要由三部分构成:基于特高频RFID技术的终端信息采集系统;数据传输汇聚系统;后台服务器及中控室。系统结构如图1所示。

(1) 终端信息采集系统:使用特高频RFID技术的固定设备和手持设备将生产车间、挑选车间、库房以及成料包装间的相关信息传送到各自车间的工控机内, 这些信息包括叉车出入信息、叉车正在工作数量信息、叉车所在工作区域信息、叉车携带烟筐信息、烟筐所在区域信息和烟筐所装货物信息等。

(2) 数据传输汇聚系统:将各个工控机所收集信息汇聚于应用服务器和数据服务器, 供中控室调用;同时也承担中控室控制命令的传输, 将相应指令传输到工作区域的LED显示屏上。

(3) 后台服务器及中控室:服务器主要收集相关终端返回的信息, 同时也具有相应服务程序可以供中控室调度;中控室通过调用相关服务器的信息, 对相关信息进行分析处理, 实时监控整个烟草生产流程, 根据数据分析结果下达相应指令, 通过数据传输汇聚系统将指令传送到工作现场, 指导现场工人作业。

根据系统相应的功能采用如下三层架构设计方案:

(1) 第一层是物理层, 主要包括:RFID读写器、RFID手持机、RFID标签和二维码等设备。

(2) 第二层是管理软件层, 包括:仓储管理系统、查询系统。仓储管理系统主要完成数据采集、数据处理、数据统计、数据查询等功能;查询系统主要实现各种报表的汇总查询功能。

图1 系统框架图  下载原图
 

(3) 第三层是数据库管理层, 主要完成数据存储、数据控制等功能。

图2 系统整体实现流程图  下载原图
 

烟草物联网信息系统主要包括烟草从原叶到成品的生产流程管控、生产过程相关数据的采集、中控室的数据分析以及后台的信息统计四个部分。具体实现流程如图2所示。

从时间先后顺序和生产工序先后角度来分析, 系统具体实现流程如下:

(1) 原料入库:扫描烟筐RFID标签;输入原料生产厂商、批次号、产地、等级、作业单位、重量和库存位数;叉车通过电子拱门入库, 系统扫描货物及叉车电子标签, LED大屏幕提示放置货区位置;倒库、异常回库同样进行如实记录。

(2) 原料出库:生产计划录入系统;根据生产计划LED屏幕通知叉车司机所需原料的产地、代号、库位和数量等信息;叉车司机接到指令, 找到原料, 携带原料通过感应门;叉车信息、烟筐及烟叶信息、时间、经手人等信息发送至数据库;此时烟筐及烟叶状态在途。

(3) 库房巡检:库管员利用手持设备扫描烟筐上的RFID标签;给出该筐的信息:产地、等级、批号、供应商、件数、重量、垛型、库存位置、作业单位、入库员和入库时间;对其不实的信息, 可以直接在手持设备上进行修改;库管员实时监督, 精准管理库位。

(4) 挑选车间:叉车携烟筐进入挑选车间, 通过感应门;记录入场时间、入场烟筐;生产线用户扫码, 记录挑选生产线、生产批次;烟叶挑选后入烟筐, 扫描烟筐上RFID, 输入挑选的烟叶等级、烟叶担数;称重后, 扫描烟筐上标签, 输入总重。

(5) 入配叶库:挑选后装烟叶烟筐, 叉车叉走;叉车离开挑选车间, 通过感应门, 感应门扫描叉车及烟筐上电子标签, 记录配叶离开车间;进入配叶库时, 叉车经过感应门, 感应门扫描叉车、烟筐电子标签;系统记录配叶入库;LED大屏幕调度叉车, 通知叉车司机该配叶存放配叶库位置。

(6) 在途烟叶管理:系统根据生产计划与“在途烟叶”总量调度叉车;感应门扫描叉车及烟筐电子标签;拖车司机扫描放在拖车上的烟筐电子标签, 在烟筐未被“备料间”扫描电子标签时, 整车货物被认为是“在途”状态。

(7) 入备料间:叉车进入备料间, 过感应门, 将烟筐的“在途”状态改为“备料”状态;工作人员判断是否需要回潮时, 扫描烟筐标签, 记录重量;真空回潮出口加感应门, 扫描烟筐电子标签;系统记录烟叶回潮时间及状态。

(8) 传送:成品下自动生产线装入烟筐, 对烟筐进行扫码;系统记录批次号、时间、成品类型;并将已经打印好的带有U码的标签贴在对应的包装上;片烟标签采用防污防水不干胶标签, 烟梗标签采用水洗标标签;烟末纸箱与片烟同, 烟末麻袋与烟梗同;系统将成品与烟筐关联起来。

(9) 成品入库:叉车携成品烟筐通过电子拱门;系统记录烟筐入库, 系统自动将已经对应的成品记录入库;LED屏幕展示其应放位置。

(10) 成品出库:叉车通过电子拱门;记录出库烟筐、叉车, 库管员输入目的地;烟筐已经对应了每个包装成品的二维码标签;系统自动记录每个包装成品出库;当下游厂商扫描二维码时, 系统知道成品正被使用。

整个烟草物联网信息系统以物联网技术为基础、RFID技术为核心, 通过全程跟踪卷烟加工流转过程, 实现烟草仓储物流的信息化管理。系统特点如下:

(1) 将整个仓库管理与射频识别技术相结合, 能够高效地完成各种业务操作, 改进仓储管理, 提升效率及价值;

(2) 提高物品出入库过程中的识别率, 可不开箱检查, 并同时识别多个物品, 提高出入库效率;

(3) 缩减盘点周期, 提高数据实时性, 实时动态掌握库存情况, 实现对库存物品的可视化管理;

(4) 采用射频技术能大大提高拣选与分发过程的效率与准确率, 并加快配送的速度, 减少人工、降低配送成本;

(5) 精确掌握物资情况, 优化合理库存。