叉车定位应用案例

一、项目概述 

　　1.1 项目背景


　　随着企业规模的不断发展，仓库管理的物资种类不断增加，叉车出入库的频率剧增，仓库管理作业已十分复杂和多样化，传统的，依赖于一个非自动化的，以纸张文件为基础，完全由人工实施仓库内部叉车管理的系统，因其调度管理效率的低下，已越来越不能满足当今大型仓库管理的快速、准确的要求，严重影响了企业的运行效率，成为制约企业发展的一大障碍。

由于仓库内部格局一致，叉车在仓库内部作业时行驶路线固定而统一，从而为叉车的统一调配、出入监控、实时定位提供了基础。为了满足企业的业务要求和未来发展的需要，及时处理仓库管理和叉车调度过程中亟待解决的问题，提高企业在复杂的市场环境中的竞争能力，我公司运用RFID技术建设一套完善的，可行的叉车定位调度监控系统，并编制了改系统的解决方案——《叉车定位调度监控RFID管理系统解决方案》


　　1.2 技术背景


　　射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。射频识别系统主要由RFID读写器和天线以及RFID电子标签组成。

　　电子标签中保存有约定格式的数据信息，应用中将其嵌入或附着在物品的表面，通过读写器进行识别和读写；读写器读取标签中的信息并将其输入网络信息系统的设备，与电子标签之间利用无线感应方式进行信息交换，读取电子标签中的数据信息或向电子标签中编程写入约定格式的数据信息，建立通信并且在应用软件和标签之间传送数据，与信息系统相连实现数据的交换。

　　射频自动识别技术与其他如IC卡、磁卡、条形码、摄像等识别技术相比，具有阅读距离远、快速移动识别、多目标同时识别、快速读写、重复使用、信息处理量大且准确等优点，近年来已成为自动识别技术的主要发展方向。射频自动识别技术解决了信息采集的难题，已成为推动国民经济信息化发展的重要基础和手段，是各行业信息化应用系统的重要组成部分。特别是RFID技术与互联网、通讯等技术相结合后，广泛应用于物流、制造、交通管理、军事应用、公共信息服务等领域，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享，对于大幅度提高管理和运作效率、降低成本、提升社会信息化水平、促进经济可持续性发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面具有深远影响和重要战略意义。


　　1.3项目总体目标




　　本项目的目标是建设一个综合性的叉车定位调度监控RFID管理系统，将仓库人员调度、仓库叉车调度、任务发放管理、叉车出入监控、叉车实时定位、人员出勤、叉车使用时间的数据查询等工作，综合到统一的平台上、进行统一处理，以适应“数据集中、平台综合”的发展思路。

综合性的叉车定位调度监控RFID管理系统需要在设计时充分考虑不同业务的构成比例变动的影响，具有较强的适应性，另外在软硬件设计、网络传输性能和数据容量以及备份和可靠安全性方面要进行全面考虑，以满足企业仓库内部管理要求。

为了加强对仓库内部的管理，完善制约监督机制，减少叉车作业事故，防止作业怠工，系统实现人员管理、叉车管理、作业时长、交班记录等数据电子化，数据采集自动化，杜绝人为因素的影响，保证仓库管理的准确性和任务执行的及时性。


　　二、项目需求分析


　　2.1 需要概述


● 叉车出入仓库时，其出入信息需及时判断出并上传至管理系统，以便后台切换定位数据源。
● 任务下达时，需及时统计出没有任务的叉车和人员信息，以便调度管理员分配叉车及人员。
● 叉车任务执行完成后，其任务执行状态需及时切换，以便调度管理员统计。人员出勤记录保存到数据库中，以便月底形成报表并打印。


● 叉车的使用时长及维护记录保存到数据库中，以便管理员及时通知相关人员维护。

● 叉车在仓库内部行驶时，每前进二十米，其位置信息需及时上传至管理系统，比便调度管理员调配。

● 叉车执行任务前，系统自动计算出其最佳行驶路线，叉车在仓库内作业时，行驶至目标位置前，其行驶路线及行驶速度需及时计算并上传至管理系统，以便叉车超速、越界或员工怠工时，调度管理员对其发出警告。

　　2.2系统性能指标要求

● 门禁系统叉车识别、人员识别准确率达到99.99%；
● 定位系统叉车自动识别成功率达到99.99%；
● 系统所有设备性能可靠，连续工作平均无故障时间大于6000小时；
● 每辆叉车使用时长，进出仓库时间，每个人员的出勤记录必须保证完全正确地记录到系统数据库中，数据记录有后备方案；
● 叉车、人员身份数据保证其唯一性，不可复制；
● 线路上每隔二十米安装一读写器天线，同时工作，相互不干扰，互相不串读；
● 门禁系统中，使用分体式读写器，安装两个天线，保证两个天线的读卡区域不重合
● 所有的超高频RFID电子标签自动识别系统，每天晚上重新启动，保证系统软件运行可靠，确保平均运行1年无故障。

● 电子标签自动识别失败，系统提供人工纠错功能，保证100%完成叉车人员的识别。


　　三、系统总体设计


　　3.1概述


　　叉车调度定位监控管理系统是一个基于国际先进的RFID技术进行数据采集的长期不间断运行的局域网环境的闭环实时信息处理系统，需要高性能的处理效率 、高度可靠的安全策略、灵活方便的系统配置，易于安装维护、升级、推广、使用。因此该系统需要在RFID读写系统设备、软件系统架构、主机平台，数据库平台、应用服务器平台等方面从先进性、稳定性、安全性、开放性、可扩展性等方面综合进行考虑。

　　我公司根据对本期工程目标的理解，基于RFID的WEB 服务体系，在核心框架设计的基础上进行了叉车调度定位监控的RFID管理信息系统的总体方案的设计。系统采取集中的部署模式，包括覆盖叉车出入、行、停等全过程的数据采集、数据存储、数据库、应用服务和接口应用。系统综合运用.NET和C++为核心技术体系框架，采用了灵活配置及业务与流程控制的分离，保证叉车调度定位RFID管理信息系统的高效运行。

　　我公司认为一个集中式的叉车调度定位RFID管理信息系统在建设时应遵循如下原则：

　　适应性：满足企业现有的网络组织、业务管理、服务质量等要求，在设计和建设时要考虑和适应企业的现状以及现代物流流程管理的现状。

　　灵活性：系统能够企业的发展，灵活的设计、调整业务处理流程和组织结构，能适应未来业务的发展变化，使系统具有前瞻性。

　　高度的可靠和稳定性：本系统作为企业仓储物流运营支撑的RFID管理系统，系统的可靠性和安全性和准确性非常重要。采用RFID技术和计算机技术是为了提高调度管理能力，RFID设备的选型、配置、安装以及计算机网络的部署都是为了改善客户管理的水平，提高信息处理的及时性，如果系统的可靠性无法保证，就大大降低了该系统的可用性。因此，该系统应具有较强的容错、容灾能力、完善的系统安全机制、可靠的纠错恢复能力。

　　先进性：系统的RFID读写系统设备、主机系统、网络平台、数据库系统、应用软件均应使用目前国际上先进、成熟和适用的技术，采用符合国际的标准和规范。其中，RFID读写系统设备采用的是先施科技拥有自主产权、产品性能可与国外同类产品相媲美并可以取代国外产品的UHF RFID读写系统设备。

　　实效性：对押运综合业务信息处理准确、快速的押运综合业务RFID管理信息系统而言，高灵敏度高性能的RFID读写系统设备和多进程的并发操作可以大大增强系统数据采集的高效性、准确性、实时性以及采集数据的处理能力。RFID读写系统设备在应用实践中体现出较强的数据采集能力，系统应用平台具备并行机制，通过并行处理数据，提高大数据量的处理效率。

　　开放性：系统应采用统一系统平台、统一的RFID读写系统设备接口、统一的数据字典、统一的数据格式和统一的模块间接口。系统的建设充分考虑开放性，适应仓储物流业务的迅速发展。

　　可维护性：系统采用标准接口设计、模块化设计，使其具有良好的可维护性。同时，提供友好的应用操作维护界面，维护操作简单。

　　易操作性：统一风格的友好的操作界面，完整的操作流程及操作手册，易于操作人员学习掌握。系统的建设应注重满足叉车调度管理的科学性、方便性以及合理的习惯。

　　叉车调度定位监控RFID管理信息系统设计是在充分分析仓储物流管理业务现状和发展方向基础上进行高度的抽象概括。设计时综合考虑各方面因素，通过合理取舍，达至系统数据采集准确率、数据处理效率和灵活性间的平衡折衷。


　　3.2系统组成


　　根据仓库管理的要求，叉车调度定位监控管理系统框架可分为四个层次，分别为设备层、采集层、集成层和应用层：


　　设备层

　　设备层构造RFID的应用环境，包括标签（标识人员、叉车等）、天线、读写器、计算机硬件、服务器、网络设备、终端设备等。


　　采集层

　　基于RFID技术的叉车、人员信息采集，通过读写器采集RFID标签中的信息，进行解码、防冲撞、多通道信息去重、信息过滤、分类等信息预处理后，将信息传送到集成层。


　　集成层

　　集成层是RFID应用的支撑平台，支持RFID信息的输入、获得、传输、处理及协同。包括RFID中间件、集成平台、信息传输等。

●RFID中间件解决信息语义定义、读写器信息采集、信息写入（一次写入或分段写入）和数据库接口。

●集成平台在中间件基础上增加与第三方应用的接口（为各个应用系统提供数据接口），使各种应用软件与RFID兼容。

●信息传输完成异地点到点之间信息的传输架构，异地系统信息传输的安全架构，实现信息的分发和流转。

　　应用层
　　应用层为RFID后端软件系统及应用系统界面，形成可定制的应用系统。叉车调度定位监控管理系统由任务发放系统、叉车调度查询系统、人员调度查询系统、叉车定位系统、叉车出入监控系统等应用系统组成。 

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　　3.3系统流程设计


　　3.3.1叉车出入监控


● 每个仓库出入口安装一台分体式读写器，每个读写器安装两个8dbi天线，天线编号分别为1号和2号。1号天线安装在门框外侧，2号天线安装在门框内侧，两个天线的读卡区域确保不会重合。
● 叉车进入仓库时，其标签ID号首先被1号天线读取，标签的ID号、读写器编号连同天线号一起被上传至调度系统，软件自动记录其读取时间；然后叉车进入仓库门框内侧，其标签ID号被2号天线读取，标签的ID号、读写器编号连同天线号再次被上传至调度系统，系统自动记录其读取时间。
● 根据天线读取标签的先后顺序，软件判断叉车进入仓库，系统自动切换定位数据源，并同时更改叉车的位置状态。

● 叉车出仓库时同上。


　　3.3.2人员考勤


调度管理员桌上配一台桌面式读写器，每一名员工发一张电子标签制成的员工卡，每天员工上岗前，至调度管理员处刷卡考勤，软件自动记录其上班时间。


　　3.3.3任务发放


管理员发放任务时，打开任务发放界面，填写任务单号，选择任务执行仓库编号，选择调度管理人员，在任务描述栏描述任务信息（必要时可添加附件），就绪后，点击任务发放，相应的调度管理员调度管理界面将弹出提示框，提示调度管理员执行调度任务。


　　3.3.4叉车人员调度


　　调度员接到调度任务后，点击提示框上的任务单号，进入资源配给界面。选择叉车时，软件自动罗列出空闲的叉车编号及其物理位置；选择人员时，已考勤且不在执行任务的人员名单也将出现在下拉列表中；输入任务执行地点，系统自动生成一条最佳的叉车行驶路线，调度员选好叉车、人员、打印好任务单后，即可通知任务执行人员前来领取任务单执行任务。

人员领取任务单后，调度员启动任务，数据库任务状态切换为任务执行中，该叉车及人员将被锁定，下一个任务调配时，将不能选取该叉车和人员。


　　3.3.5叉车定位


　　仓库内部叉车的作业路线上按20米粒度安装阅读器天线，读写器和天线的物理位置事先在定位软件中有标注，叉车在仓库中作业时，每前进20米，其标签ID号连同读取的读写器编号、天线号一起被上传至定位系统，定位系统根据读写器编号和天线号即可确认该叉车当前位置


　　3.3.6叉车越界、超速、怠工判断 


　　叉车在执行任务前，系统根据叉车当前位置和任务执行的位置，系统将自动生成一条最佳的行驶路线，叉车执行任务时只能在这条线路上行驶，一旦叉车越界，被线路以外的读写器读取其标签号码，系统将自动提醒调度管理员，由调度管理员对驾驶员发出警告。

叉车每经过一个天线，其标签号码被上传至定位系统时，软件自动记录其上传时间，下一个天线上传时，软件再次记录其上传时间，以两个天线间的距离和上传数据的时间差，系统自动计算出叉车的行驶速度，并判断其是否超速，若有超速，则系统自动提醒调度管理员，由调度管理员对驾驶员发出警告。

叉车执行任务时，在到达任务执行位置前，其在某一位置停留时间过长时，即叉车标签被上一天线读取后，长时间未被下一天线读取，系统可判断驾驶员怠工，将自动提醒调度管理员，由调度管理员对驾驶员发出警告。


　　3.3.7历史数据查询


　　叉车每执行一个任务，其任务信息都将被保存在数据库中，需要时，按叉车编号即可调出，任务信息包含任务单号、驾驶员姓名编号、开始时间、结束时间、时长、行驶路线简图、调度员姓名编号等

人员从上班考勤开始其所有任务信息也将被保存到数据库中，信息包含任务单号、叉车编号、开始时间、结束时间、时长、行驶路线简图、调度员姓名编号、违规信息、考勤状况等。



    四、项目预算


　　仓库中，在日字形路线按20米粒度安装阅读器天线，可使用S1864E四通道读写器，为避免馈线过长导致衰减过大，每个读写器连接2个天线，读写器处于2个天线的中间位置，这样在叉车作业的线路上需要安装17台读写器和34个天线
1个仓库区和1个车间区，共16个进出口，每台个进出口需安装1台读写器和2个天线，需要16台读写器和32个天线
这样1个装卸区和1个装卸区总共需要33台读卡器、66个天线、66根12米馈线。