1 引 言
目前，國(guó)內(nèi)物流中心大多采用條碼掃描技術(shù)作為倉(cāng)庫(kù)管理中貨物流和信息流同步的載體，但是隨著企業(yè)對(duì)信息化要求的不斷提高，條碼技術(shù)由于存在信息無(wú)法更改、存儲(chǔ)容量小、讀取信息不方便等缺點(diǎn)已無(wú)法滿足要求。RFID(Radio Frequency Identification)射頻識(shí)別技術(shù)以其非接觸、可重復(fù)使用、快速掃描、湊取方便快捷、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)獲得越來(lái)越多的重視川。本文研究在倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)中引入RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)貨物的先進(jìn)先出，電子貨位管理，作業(yè)流程監(jiān)控管理，以期解決條形碼帶來(lái)的不足，從而在數(shù)字化和信息化的基礎(chǔ)上最大限度提升倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)效益。
2 系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基于RFID的數(shù)字化倉(cāng)庫(kù)是在現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)管理中引入RFID技術(shù)，對(duì)信息的準(zhǔn)確性和流程的自動(dòng)化要求非常高，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和保證倉(cāng)庫(kù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性，確保及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫(kù)存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理保持和控制倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存。
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)由硬件設(shè)備及軟件功能模塊兩方面組成，主要思想即在倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一維條碼和RFID相結(jié)合。托盤貼RFID電子標(biāo)簽，利用RFID電子標(biāo)簽町重復(fù)使用、數(shù)據(jù)容量大、無(wú)需人工介人等優(yōu)點(diǎn)，以提高倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化水平和實(shí)現(xiàn)基于托盤的整存整取;貨物貼一維條碼，利用一維條碼成本明顯低于RFID電子標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)以降低成本，實(shí)現(xiàn)基于貨物的零存零取和貨物追蹤。一維條碼和RFID相結(jié)合。不僅可以取得對(duì)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)信息的精確掌控也可以降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本。
2.1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成。基于RFID的數(shù)寧化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)應(yīng)至少具有以下硬件設(shè)備：
①主控系統(tǒng)。包括主控計(jì)算機(jī)、出/入庫(kù)口的RFID識(shí)讀器、組盤區(qū)RFID讀寫器等。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與出/入庫(kù)口的RFID識(shí)讀器、組盤區(qū)RFID讀寫器以及服務(wù)器進(jìn)行連接。
②服務(wù)器。服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接器與主控機(jī)以及叉車進(jìn)行連接。
③義車及車載平板電腦：車載平板電腦上安裝叉車導(dǎo)航子系統(tǒng)用于貨位導(dǎo)航。車載導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行連接。
④手持單元。包括一維條碼掃描槍和移動(dòng)RFID識(shí)讀器。一維條碼掃描槍用于貨物一維條碼的讀取操作，通過(guò)有線(或無(wú)線)網(wǎng)絡(luò)與主控計(jì)算機(jī)連接。移動(dòng)RFID識(shí)讀器用于讀取托盤RFID標(biāo)簽信息，用于庫(kù)存盤點(diǎn)。
⑤倉(cāng)庫(kù)設(shè)施。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，包含貼有RFID電子標(biāo)簽的托盤、環(huán)形分揀線、堆垛機(jī)以及WinCC監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的貨物托盤上/下架。
倉(cāng)庫(kù)硬件設(shè)備布置圖如圖1所示，圖中顯示了主要硬件設(shè)備的布置位置和硬件之間的通信鏈路。
圖1 倉(cāng)庫(kù)硬件設(shè)備布置圖
2.1.2 系統(tǒng)軟件功能模塊構(gòu)成。基于RFID的數(shù)字化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)功能的是對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展，包括以下功能：入庫(kù)管理、電子貨位管理、出庫(kù)管理、貨物組盤等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)主功能模塊
①入庫(kù)管理。實(shí)現(xiàn)貨物入庫(kù)操作，可完成人庫(kù)單據(jù)的錄入、修改、刪除，入庫(kù)貨位自動(dòng)分配、手動(dòng)分配，已分配貨位單據(jù)指令發(fā)送等作業(yè)。
②出庫(kù)管理。和入庫(kù)管理類似。實(shí)現(xiàn)貨物出庫(kù)操作，可完成出庫(kù)單據(jù)的錄入、修改、刪除，出庫(kù)貨位自動(dòng)分配、手動(dòng)分配，已分配貨位單據(jù)指令發(fā)送等作業(yè)。
③電子貨位圖管理。主要用來(lái)奩詢和顯示倉(cāng)庫(kù)貨位存儲(chǔ)狀況及進(jìn)行可視化的貨位調(diào)整操作，包括庫(kù)區(qū)適時(shí)庫(kù)存貨位信息顯示、貨物(托盤)的庫(kù)存地址查詢、調(diào)整等操作。
④貨物組盤。實(shí)現(xiàn)貨位入/出庫(kù)托盤組盤操作。本倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)支持非整托盤入，出庫(kù)，所以入/出庫(kù)作業(yè)需要組盤功能模塊以實(shí)現(xiàn)入庫(kù)組盤、出庫(kù)拆盤的操作。組盤功能模塊主要實(shí)現(xiàn)了讀寫托盤RFID標(biāo)簽信息(主要是一維條碼信息)、托盤貨物調(diào)增/減、組盤撤銷等功能。
⑤查詢及報(bào)表。倉(cāng)庫(kù)管理員通過(guò)查詢及報(bào)表對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中庫(kù)存盤存狀態(tài)、單據(jù)以及貨物、貨位狀態(tài)進(jìn)行管理。其中包括：貨位調(diào)整單查詢、出庫(kù)單查詢、入庫(kù)單查詢等。
⑥基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)。對(duì)本系統(tǒng)中貨物、人員、叉車等信息進(jìn)行查看、添加、刪除和修改等操作，方便其他功能中對(duì)數(shù)據(jù)使用。
2.2 系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)
系統(tǒng)工作流程主要包括入庫(kù)作業(yè)流程、出庫(kù)作業(yè)流程及庫(kù)存管理作業(yè)流程。
2.2.1 入庫(kù)作業(yè)流程。入庫(kù)作業(yè)主要步驟如下：
①貨物入庫(kù)時(shí)，倉(cāng)庫(kù)管理人員人工錄入入庫(kù)單據(jù)生成電子單據(jù)。
②庫(kù)管人員在主控機(jī)上選擇當(dāng)前入庫(kù)單據(jù)明細(xì)執(zhí)行入庫(kù)操作，完成入庫(kù)貨位分配并生成入庫(kù)作業(yè)指令。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器上。
③義車收到服務(wù)器廣播的入庫(kù)作業(yè)指令，到組盤處進(jìn)行貨物組盤。
④組盤完成，叉車執(zhí)行托盤入庫(kù)操作f將托盤放到入庫(kù)分揀口)，根據(jù)車載平板電腦I二的貨位導(dǎo)航地圖確定貨位地址。
⑤WINCC管理人員運(yùn)行WINCC系統(tǒng)將入庫(kù)分揀口上的托盤放入指定貨位(堆垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行)。
⑥叉車裝載托盤入庫(kù)時(shí)通過(guò)固定式RFID閱讀器提取標(biāo)簽信息，進(jìn)行入庫(kù)監(jiān)控。
⑦叉車司機(jī)完成入庫(kù)操作確認(rèn)后，更新叉車指令列表。庫(kù)管系統(tǒng)自動(dòng)更新庫(kù)存、貨位狀態(tài)以及庫(kù)區(qū)顯示系統(tǒng)(入庫(kù)時(shí)間、品牌規(guī)格、入庫(kù)數(shù)量和已完成數(shù)量)。
入庫(kù)流程如圖3所示。
圖3 入庫(kù)流程
2.2.2 出庫(kù)作業(yè)流程。出庫(kù)作業(yè)主要步驟如下：
①庫(kù)管人員人工錄入出庫(kù)單據(jù)生成電子單據(jù)。
②庫(kù)管人員在主控機(jī)上選擇當(dāng)前出庫(kù)單據(jù)明細(xì)執(zhí)行出庫(kù)操作，完成出庫(kù)貨位分配并生成出庫(kù)作業(yè)指令，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器上。
③叉車收到服務(wù)器廣播的入庫(kù)作業(yè)指令，根據(jù)車載平板電腦上貨位導(dǎo)航地圖確定貨位地址。
④WINCC管理人員運(yùn)行WINCC系統(tǒng)將托盤從庫(kù)管系統(tǒng)選定的貨位取出。送至指定的出庫(kù)分揀口。
⑤叉車從出庫(kù)分揀口取出托盤，托盤出庫(kù)時(shí)通過(guò)固定式RFID閱讀器提取標(biāo)簽信息，進(jìn)行出庫(kù)監(jiān)控。
⑥如果是非整托盤出庫(kù)，則叉車將托盤運(yùn)載到組盤處進(jìn)行出庫(kù)拆盤操作，出庫(kù)拆盤完成，叉車將仍有剩余貨物的托盤放回原貨位。
⑦叉車司機(jī)完成出庫(kù)操作確認(rèn)后，更新叉車指令列表。庫(kù)管系統(tǒng)自動(dòng)更新庫(kù)存、貨位狀態(tài)以及庫(kù)區(qū)顯示系統(tǒng)(出庫(kù)時(shí)間、品牌規(guī)格、出庫(kù)數(shù)量和已完成數(shù)量)。
出庫(kù)流程如圖4所示。
圖4 出庫(kù)流程
2.2.3 庫(kù)存管理作業(yè)流程
①庫(kù)內(nèi)盤點(diǎn)。倉(cāng)庫(kù)管理員接到盤點(diǎn)指令后攜帶手持單元進(jìn)入庫(kù)區(qū)時(shí)，依次遍歷全部貨位并將所收集到的全部貨品信息與電子貨位圖中庫(kù)存信息進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)盤點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行庫(kù)內(nèi)移位、補(bǔ)貨、調(diào)撥等操作。
②庫(kù)內(nèi)貨佗調(diào)整。倉(cāng)庫(kù)管理員選擇貨物地址調(diào)整單據(jù)進(jìn)行庫(kù)內(nèi)貨位調(diào)整作業(yè)，此作業(yè)不對(duì)庫(kù)存貨物進(jìn)行增減。在主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，僅處理調(diào)整貨物所處的貨位信息，這樣做可以避免貨物出入庫(kù)的不便。利用電了貨位網(wǎng)町進(jìn)行可視化的貨位調(diào)整操作。在電子貨位圖界面完成貨位調(diào)整后生成貨位調(diào)整指令信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將貨位調(diào)整指令通過(guò)廣播的方式發(fā)送給義車，叉車選擇調(diào)整單據(jù)在導(dǎo)航系統(tǒng)支持下執(zhí)行貨位調(diào)整作業(yè)。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)基于eclipse平臺(tái)采用C/S模式開(kāi)發(fā)阿，所有功能模塊都需與數(shù)據(jù)庫(kù)相火聯(lián)。主界面采用JAVA語(yǔ)言編程，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer2000。在與數(shù)據(jù)庫(kù)連接過(guò)程中，采用idbc技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹入庫(kù)流程的實(shí)現(xiàn)。完整的入庫(kù)需要實(shí)現(xiàn)入庫(kù)單管理、入庫(kù)貨位分配、入庫(kù)指令監(jiān)控、組盤、叉車導(dǎo)航等功能。
(1)入庫(kù)單管理實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)單據(jù)到電子單據(jù)轉(zhuǎn)換。電子單據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。本模塊用于將紙質(zhì)單據(jù)生成電子單據(jù)，完成入庫(kù)單據(jù)的錄入、修改、刪除等操作，每個(gè)入庫(kù)單至少包含如下信息：?jiǎn)螕?jù)號(hào)、入庫(kù)時(shí)間。每個(gè)入庫(kù)單可包含多個(gè)明細(xì)，每一條明細(xì)至少包含如下信息：品牌規(guī)格、數(shù)量、單位等，生成了電子單據(jù)，庫(kù)管人員就町選擇單據(jù)執(zhí)行入庫(kù)操作。
(2)入庫(kù)貨物分配實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)貨物倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存地址的分配。在入庫(kù)貨位分配模塊選擇入庫(kù)單明細(xì)進(jìn)行貨位分配，入庫(kù)貨位可進(jìn)行自動(dòng)分配或者手動(dòng)分配，系統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)分配，分配根據(jù)設(shè)計(jì)的既定原則(先進(jìn)先出、分類存放等)進(jìn)行，由后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程完成貨位地址分配。本模塊將貨物位置最優(yōu)化，可以減少貨物搬運(yùn)的成本，降低貨物在存儲(chǔ)過(guò)程及搬運(yùn)過(guò)程中的損耗，從而提高效益。入庫(kù)貨位分配主界面如圖5所示。
圖5 貨位分配主界面
(3)入庫(kù)指令監(jiān)控實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)指令的實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)控。已分配貨位單據(jù)選擇生成指令或者直接在貨位分配界面生成指令將進(jìn)入入庫(kù)指令監(jiān)控界面。以對(duì)作業(yè)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控(入庫(kù)門的RFID識(shí)讀器返回托盤標(biāo)簽信息)。在入庫(kù)指令監(jiān)控界面將指令信息發(fā)送給服務(wù)器(服務(wù)器廣播指令信息給叉車以完成組盤和入庫(kù)操作)。本模塊可讓庫(kù)管人員對(duì)已分配貨位的作業(yè)信息以及入/出庫(kù)口的托盤信息進(jìn)行監(jiān)控，提高整個(gè)作業(yè)進(jìn)程管理的可視化程度
(4)入庫(kù)組盤實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)零散貨物入庫(kù)到托盤入庫(kù)的轉(zhuǎn)換。支持非整托盤入/出庫(kù)，實(shí)現(xiàn)人庫(kù)組盤、出庫(kù)拆盤的操作。組盤功能模塊實(shí)現(xiàn)讀寫托盤RFID標(biāo)簽信息、托盤貨物調(diào)增/減、組盤撤銷等功能：依靠人工手持條碼掃描槍掃描貨物一維條碼，系統(tǒng)根據(jù)條碼從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取貨物品牌規(guī)格等信息，實(shí)現(xiàn)可視化的托盤貨物組盤操作。完成寫托盤RFID標(biāo)簽信息后，系統(tǒng)更新后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中托盤ID與入庫(kù)羊據(jù)號(hào)、貨物條碼、數(shù)量等關(guān)聯(lián)信息(便于以后追溯貨物源和操作人員核對(duì)作業(yè))。本模塊是零散貨物入/出庫(kù)的必需環(huán)節(jié)，利用RFID技術(shù)極大地提高了貨物信息數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化程度，確保系統(tǒng)準(zhǔn)確地掌握貨物的真實(shí)數(shù)據(jù)。組盤模塊主界面如圖6所示。
圖6 組盤模塊主界面
(5)叉車貨位導(dǎo)航子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)入庫(kù)貨位地址的導(dǎo)航顯示。本系統(tǒng)安裝在叉車車載平板電腦上，主要界面是電子貨位圖，用于叉車出入庫(kù)及貨位調(diào)整作業(yè)中貨位導(dǎo)航，導(dǎo)航系統(tǒng)接受服務(wù)器以廣播的方式發(fā)送的指令，根據(jù)指令查詢電子貨位以可視化的方式顯示入庫(kù)貨位地址、出庫(kù)貨位地址及貨位調(diào)整中的起始地址、目標(biāo)地址。本模塊的實(shí)現(xiàn)可方便叉車司機(jī)查找貨位，防止出現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤貨位的操作并且節(jié)省貨位查找時(shí)間，提高了入庫(kù)作業(yè)效率。
4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)采用RFID加上貨物一維條碼的方案，這是現(xiàn)階段RFID在倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用中一個(gè)比較實(shí)用的方法。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用RFID技術(shù)后可取得較好的效果，主要表現(xiàn)在：①節(jié)省人工成本：電子貨位圖和入/出庫(kù)口RFID有效降低了傳統(tǒng)人工檢查、查賬的勞動(dòng)量;②極大地提高對(duì)出入庫(kù)貨物信息記錄采集的準(zhǔn)確性：貨物組盤模塊RFID可以避免傳統(tǒng)人工組盤時(shí)清點(diǎn)錄人貨物時(shí)的人為錯(cuò)誤，提升貨物信息記錄采集的準(zhǔn)確性;③可隨時(shí)顯示當(dāng)前庫(kù)存狀態(tài)：庫(kù)區(qū)電子貨位圖可實(shí)時(shí)顯示庫(kù)存狀態(tài)，避免人工清點(diǎn)和檢查;④實(shí)現(xiàn)貨物動(dòng)態(tài)出入庫(kù)管理：入/出庫(kù)口RFID可對(duì)出入庫(kù)口貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免人工檢查，節(jié)省核對(duì)時(shí)間;⑤易操作性的界面設(shè)計(jì)將降低陣存管理的難度：電子貨位圖有效地提高了庫(kù)內(nèi)盤點(diǎn)和庫(kù)內(nèi)貨位調(diào)整效率，叉車貨位導(dǎo)航子系統(tǒng)提高了叉車司機(jī)作業(yè)效率。設(shè)計(jì)存在的不足為沒(méi)有實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的連接，堆垛機(jī)的運(yùn)行需要人工介入，如何實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)與組態(tài)軟件WINCC的通信，從而使PLC控制器控制軌道輸送機(jī)、堆垛機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的操作是系統(tǒng)未來(lái)改進(jìn)的目標(biāo)。
本系統(tǒng)為筆者團(tuán)隊(duì)為華中科技大學(xué)控制系物流自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的演示系統(tǒng)，主要用于RFID相關(guān)應(yīng)用科研及教學(xué)演示，對(duì)于RFID在倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用有一定的借鑒價(jià)值。
