基于RFID技术的智能仓库管理系统

基于RFID技术的智能仓库管理系统

第一章概述

仓库管理在企业的整个管理流程中中起着非常重要的作用，如果不能保证及时准确的进货、库存控制和发货，将会给企业带来巨大损失，这不仅表现为企业各项管理费用的增加，而且会导致客户服务质量难以得到保证，最终影响企业的市场竞争力。

传统的仓库管理，一般依赖于一个非自动化的、以纸张文件为基础的系统来记录、追踪进出的货物，完全由人工实施仓库内部的管理，因此仓库管理的效率极其低下，所能管理的仓库规模也很小。

随着计算机的应用普及，目前大多数企业的仓库管理数据资料已开始采用计算机数据系统管理，但数据还是采用先纸张记录、再手工输入计算机的方式进行采集和统计整理。这不仅造成大量的人力资源浪费，而且由于人为的因素，数据录入速度慢、准确率低。

随着企业规模的不断发展，仓库管理的物资种类机数量在不断增加、出入库频率剧增，仓库管理作业也已十分复杂和多样化，传统的人工仓库作业模式和数据采集方式已难以满足仓库管理的快速、准确要求，严重影响了企业的运行工作效率，成为制约企业发展的一大障碍。

基于RFID的仓库管理系统是在现有仓库管理中引入RFID技术，对仓库到货检验、入库、出库、调拨、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化的数据采集，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。通过科学的编码，还可方便地对物品的批次、保质期等进行管理。利用系统的库位管理功能，更可以及时掌握所有库存物资当前所在位置，有利于提高仓库管理的工作效率。

采用RFID技术后，将为企业带来以下效益：

（1）节省人工采集数据成本；

（2）自动化的仓库管理作业，提高工作效率；

（3）减少管理成本和人为差错；

（4）更精确的进、销、存控制；

（5）增进合作伙伴关系；

（6）快速响应顾客需求，扩大产品销售量。

据自动识别中心会员Accenture咨询公司分析，采用RFID可以：

＊减少库存10～30%；

＊库存空间利用率提高20%；

＊降低劳动力成本10～40%；

＊加快拣货、送货速度10%；

＊减少因偷盗、保管不善造成的损失50%；

＊增加销售额2～10%；

＊运输成本降低2～13%。

第二章RFID技术简介

2.1、RFID技术

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。

RFID技术是一种非接触式自动识别技术，它是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。它能对相距几厘米到几十米范围内的物体进行识别，而且可以批量读取、可识别静止和运动状态下的物体、设备、车辆和人员，从而成为了自动识别领域一颗耀眼的新星。

条形码是一种已经应用非常广泛的自动识别技术，但RFID与之相比优势非常明显：

（1）快速扫描

每次只能有一个条形码受到扫描；RFID读器可同时辨识读取数个RFID标签。

（2）体积小型化、形状多样化

RFID不需要为读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质，更适合往小型化与多样形态发展，以方便嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；

（3）抗污染能力和耐久性

传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

（4）可重复使用

现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签内储存的数据可以动态的更新，可以回收并多次使用。（5）穿透性和无屏碍阅读

条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属和非透明的材质，进行穿透性通信，不需要光源，读取距离更远。但不透过金属等导电物体进行识别。

（6）数据的记忆容量大

一维条形码的容量是50Bytes，手持数据采集器二维条形码最大容量可储存2到3000字符，RFID最大的容量则有数MegaBytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对标签所能扩充容量的需求也相应增加。

（7）安全性

由于RFID承载的是电子信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变编造，安全性更高。

2.2、RFID系统

最基本的RFID系统由三大部分组成：

（1）电子标签（Tag）

电子标签又称为射频标签、应答器，一般由耦合元件（天线）及专用芯片组成。

电子标签是射频识别系统真正的数据载体，每个标签具有唯一电子编码（ID号），而且标签一般保存有约定格式的电子数据。

在实际应用中，RFID标签通常贴在不同类型、不同形状的物体表面，甚至嵌入到物体内部，因此会根据需要做成不同形状（见下图）。

（2）阅读器（Reader）

读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取标签信息被传到电脑上进行下一步处理。

台式读写器手持式读写器

（3）天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。

天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号接收或辐射出去的装置。

低频天线超高频天线

2.3、RFID的工作原理

阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入天线辐射场时，产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息，被阅读器读取并解码后发送至电脑主机进行有关处理。

2.4、RFID的应用

射频识别可以用来跟踪和管理几乎所有物理对象，因此可广泛应用于各行各业，典型应用包括：

（1）供应链与物流管理

（2）生产制造与装配

（3）行李、邮件和包裹处理

（4）身份识别、防伪、门禁和防盗系统

（5）文档追踪/图书馆管理

（6）交通管理与城市规划

（7）服务体验与CRM

（8）空间定位与跟踪

（9）普适计算

第三章系统方案

3.1对象和任务

3.1.1仓库管理对象

仓库管理的主体是仓库管理员，其管理对象包括：

（1）库存品：放在仓库中保管的物品，它是仓库管理的根本对象；库存品按存在形式分为：托盘、箱体和散装三种形式，限于目前RFID还不适合管理到每一个细小的单件物品，因此使用RFID管理物品的单位是整箱和整个托盘（含大件单品）；

（2）库位：仓库中用来摆放库存物品的、在空间上互不重叠的区域，一般一个库位可以摆放多个库存品；也可以一个较大的库存品占用几个库位。

（3）库管设备：用于仓库管理的设备，如叉车、手推车等；在大型、繁忙仓库中需要对这些设备进行合理调度、实时定位，以提高设备的利用率。

3.1.2仓库管理的作业任务

仓库管理的主要作业任务有：

（1）入库（进货检验）

（2）出库（拣选）

（3）移库（补货）

（4）盘库

（5）根据需要，产生各种库存报表

3.2总体设计

3.2.1基本思路

（1）给每一库位贴电子标签，该标签称为库位标签。在进行库房管理作业时，读取该标签编号，就可判定当前作业的位置是否正确。

（2）在物品入库时，给每个库存管理物品贴电子标签，该标签为货物标签。贴放标签的物品应该是整托盘、整箱或便于安装标签的大件物品。在进行库房作业时，读取标签的编号，确定作业物品是否正确。为了节省运行成本，货物标签设计成可重复使用。在货物出库时取下，送到入库处再重新使用。

（3）架设无线网络，覆盖整个仓库作业区，所有作业数据实时传输。在叉车上安装固定无线数据终端，手工作业人员配手持式无线数据终端。无线数据终端具有接受作业指令、确认作业位置与作业货物是否准确、返回作业实况等功能。

（4）使用自动导引车AGV（Automatic Guided Vehicle）肯

作为平台，在上面安装RFID识读器、控制设备、无线通信设备。安装识读器设备的AGV车，每天在设定时间自动对库房进行盘点，并把盘点结果传输给系统管理中心。

3.2.2系统架构

仓库管理系统设计采用如下三层架构：

第一层是采集（Capture），主要是通过射频识别设备以及其它自动识别设备采集数据，包括库位标签、货物标签、无线数据终端、AGV车等；

第二层是移动（Movement），即通过无线通信技术，把采集来的数据传递到中央数据库，包括无线接入设备和相关的网络设备。

第三层是管理（Management），对采集的数据进行管理，包括数据库服务器、网络服务器等设备和仓库管理系统软件。

3.3系统构成

仓库管理信息系统由三部分组成：

（1）仓库管理中心子系统

负责仓库管理数据库的集中管理与维护，负责进货计划、出库计划的制定和指令下达；打印生成各种管理报表。

（2）仓库管理现场子系统

发行入库标签、进行实时库存管理（库位管理）、通过无线网络发布仓库管理作业指令。

（3）仓库管理执行子系统

完成入库、出库、移库、盘库等作业具体操作，并返回执行实况。

3.4系统信息流

系统的信息流程如下：

3.5作业流程

3.5.1库位标签的制作与安装

除非库位调整或标签损坏，一般库位标签只需制作安装一次。操作步骤如下：

＊先对库位进行编码

＊使用仓库管理现场子系统计算机和RFID读写器把库位编码等信息写入电子标签；

＊使用标签打印机，在纸标签上打印库位编码文字和条码信息；

＊把纸标签贴在电子标签上生成库位标签；

＊把库位标签安装到库位上。要求安装牢固，以防脱落；并要求标签尽量统一安装在库位正下方的支撑横梁上。

3.5.2入库作业流程

入库作业流程见下图：

（1）收货检验

重点检查：

＊送货单与订货单是否一致；

＊实到货物与送货单是否一致；

如果不符拒绝接收。

（2）制作和粘贴标签

具体方法如下：

＊采用选定的物品编码方案对入库物品进行编码；

＊制作货物标签：把编码信息写入电子标签，同时打印纸质标签（方便人工校核），再把纸质标签和电子粘合在一起就成为货物标签。

＊在库存品上固定标签：考虑到目前标签成本较高，为了方便电子标签的回收，一般采用悬挂的方式把标签固定到物品上。如果不回收则可以采用粘贴方式固定。

（4）现场计算机自动分配库位，并逐步把每次操作的库位号和对应物品编号下载到无线数据终端（手持终端或叉车终端）上；

（5）作业人员运送货物到指定库位，核对位置无误后把货物送入库位（如有必要，修改库位标签中记录的货物编号和数量信息）；

（6）无线数据终端把入库实况发送给现场计算机，及时更新库存数据库。

3.5.3出库作业流程

出库作业流程见下图：

（1）中心计算机下达出库计划；

（2）现场计算机编制出库指令，并下载到数据终端；

（3）作业人员按数据终端提示，到达指定库位；

（4）从库位上取出指定数量的货物，改写库位标签内容；

（5）货物运送到出口处，取下货物标签；

（6）向现场计算机发回完成出库作业信息；

（7）更新中心数据库。

3.5.4移库作业流程

移库作业流程如下：

（1）根据需要，现场计算机编制移库指令，并下载到数据终端；

（2）作业人员按数据终端提示，到达指定库位；

（3）从库位上取出指定数量的货物，并改写库位标签内容；

（4）把货物运到目的库位，货物送入库位，修改库位标签内容；

（5）向现场计算机发回移库作业信息。

3.5.5盘库作业流程

盘库作业流程如下：

（1）现场计算机根据盘库计划，向盘库机器人（装备有RFID识读设备的AGV车）发出盘库指令；（2）盘库机器人按照事先设定的路线和行驶速度行进，在行进过程中读取库位标签和物品标签编码，如发现两者不能互相匹配，则向现场计算机发出报警提示；

（3）盘库机器人按照指定路线行驶一遍后，向现场计算机发出盘库结束信息。

3.6关键问题探讨

下列问题，需要与用户方的业务和技术人员进行讨论后，来共同解决。

3.6.1与ERP系统的连接

目前大型企业都已开始使用ERP系统，该系统一般包含有仓库管理子系统。比较简单的仓库管理系统仅仅只是一个仓库管理的数据库管理系统，而先进的系统已经开始采用条码来自动录入数据。因此引进基于FRID 技术的新系统需要对现有系统作充分了解，对可以利用的已有基础尽量利用，以保证系统的顺利实施。

从3.3节系统构成图可以看出：FRID仓库管理系统的特色主要体现在“现场子系统”和“执行子系统”两部分，而“中心子系统”与一般的仓库管理系统没有太大的区别。

3.6.2电子标签的选择

适合仓库管理应用的电子标签主要是UHF频段的无源电子标签，这是因为：

a)UHF无源标签的读写距离远，一般为3～9米；

b)UHF无源标签的芯片价格比较便宜，随着使用数量的增加，其价格还会下降；

c)UHF无源标签的体积较小，适合做成各种不同的形式。

3.6.3贴放标签的货物单元

货物在仓库中存放有下列几种形式：

（1）单品（Unit or Item）：就是每件商品独立存放。在仓库中单独存放的商品一般是体积较大的物品；（2）箱体（Case）：多个商品用一个箱子包装后存放；

（3）托盘（Pallet）：多个箱子堆放在一个托盘上，以托盘形式存放；

我们认为最适合贴标签的单元在箱体，在箱子上粘贴的标签中记载箱子内部物品数量。大件单品上应采用悬挂的方式粘贴标签；如没有特别需要托盘上不粘贴标签。

3.6.4库位与货物编码方案

＊尽量沿用企业内部已经使用成熟的编码方案；

＊如果没有现成的编码方案，则采用国际标准的物品编码方案（EAN/UCC）。

3.6.5标签上存储的信息（格式）

＊库位标签主要存放：标签类别（库位类）、库位编号、存放的货物编码及数量；

＊货物标签上主要存放：标签类别（货物类）、货物编码及数量、入库时间、批次等。

3.6.6关于AGV车

用于自动盘库的AGV车的选用应考虑下列问题：

（1）尽量选用已有的AGV车，有利于调度、使用与维护。

（2）便于在AGV车上安装自动识别设备；

（3）易于自动识别设备，可随意控制其行进速度、起步、停止、甚至倒退；

（4）能够给自动识别设备提供电源（+24VDC）；

价格尽量低，有利于系统普及应用。