基于RFID技术的仓储管理系统解决方案

一、项目概述

　　仓储在物流系统中一直扮演着最主要的角色 。随着现代制造业的快速发展以及对信息化的迫切需求，对于仓储作业的出库、入库、库房内部管理等提出了更高的要求。现代化的仓库储备，不仅仅是完成对货物进出的简单批次处理，还要对库内货品的种类、数量、生产属性、垛位等信息作出清晰的数据库记录。以便在物流环节的各个阶段得到准确的货品数据和供应链信息。

　　1.1 现代仓储管理需要解决的问题

　　仓储管理在物流管理中占据着核心地位，传统的仓储业中存在诸多问题，如：进出库人员操作混乱、库存报告不及时、仓库货品属性不清晰、堆放混乱、盘点不准确等，都需要一个基于信息化管理的技术进行彻底的改造。

　　在仓储管理方面，一维条码、二维条码标识技术在物品分类贴标管理方面得到了广泛的应用。但是其条码技术依赖于可见光扫描反射、识别率低、容易折损玷污、对水和油污等介质敏感，而且存储信息量很有限，从而影响了其在大规模物流管理中的应用。

　　RFID射频识别技术是射频自动识别技术的典型代表。其识别准确度高、性能可靠、存储信息量大、耐油污水洗等，特别适用于极端工作环境下的自动识别需求。采用 RFID 标签替换条码等标识货品，可有效的完成对仓储的自动化管理，实现货品信息的自动采集、自动处理和信息报告。

　　1.2 仓储管理系统的建设目标

　　现代化的仓储管理系统主要针对传统的仓储管理中所面临的诸多问题，采用RFID射频识别技术、计算机技术、互联网应用技术等信息化技术，对仓库物资的管理实现自动化识别、库存准确定位、仓储物资调拨管理、自动化/ 半自动化盘点、实时报表输出等一系列自动化操作。

　　采用RFID射频识别技术管理仓储物资的主要目标是实现：

　　● 非接触自动识别仓储物资属性

　　● 管理仓储物资的准确属性及数量

　　● 实现仓储物资在调拨过程中的全方位实时管理

　　● 采用自动化/半自动化的识别方式，提高盘点的准确性和操作效率

　　● 实现仓储物资数据的网络实时共享和管理，根据需要完成报表输出

　　● 准确定位仓储物资的存放情况

　　● 建立一个统一的资产数据库，为资产的整个监管提供可靠的依据

1.3 仓储管理系统的设计依据

　　仓储管理系统的主要设计依据如下：

　　①《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

　　②《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）

　　③《计算机软件开发规范》（GBJ566-88）

　　④《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168-92）

　　⑤《电业安全工作规程》（DL408-91）

　　⑥《电力通信网监测系统技术规范》

　　⑦《数字工程管理专题规划》

　　⑧《数字工程管理需求分析》 

　　⑨《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 》

　　⑩《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79－85）

二、基于RFID（射频芯片）的仓储管理给企业带来的经济效益

　　2.1 传统仓储管理中心存在的问题

　　消费者要求高水平的服务和具有竞争力的价格，因此需要配送中心集中配送，这样可以更有效的组织物流活动，控制物流费用；集中存储物资，保持合理的库存；提高服务质量，扩大销售；防止出现不合理运输。为了完成这些目标，传统的仓储管理面临以下几个方面的问题：

　　（1）存货统计缺乏准确性：由于某些条码不可读或者存在一些认为错误，存货统计常常不是十分精确，从而影响配送中心做出正确决定。

　　（2）订单填写不规范：很多订单没有正确填写，因此很难保证配送中心每次都可以将正确数量的所需货物发送到正确的地点。

　　（3）货物损耗：运输过程中的货物损耗始终是困扰配送中心的问题，损耗是由于货物存放错了位置引起的，也有货物被偷盗而损失的，还有因为包装或者发货时出错误的。根据一项美国的调查表明。零售业的货物损耗可以达销售量的1.71%。

　　（4）清点货物：传统方法在清点货物时效率很低，而为了及时了解货物的库存状况又需要随时清点，为此需花费大量的人力、物力。

　　（5）劳动力成本：劳动力成本已经成为一个比较严重的问题，统计表明，在整个供应链条成本中，劳动力成本所占比重已经上升到30%左右。

　　现代化的仓储管理需要配备自动化和省力化的物流装备与技术，还应具备现代化的物流管理信息系统和现代化的管理手段，射频芯片技术在仓储管理中的应用将会带来革命性的变化。

图1 传统库房的面貌

　　2.2仓储管理系统采用RFID射频芯片（技术）带来的效益

　　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，目前大多属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，而且由于认为的因素，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和数量在不断增加、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。

　　基于射频识别（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、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。

　　人工登录、条码识别与RFID识别所耗费的时间对比表

　　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，采用射频芯片技术可以：

　　减少库存10~30%；

　　库存空间利用率提高20%；

　　降低劳动成本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%；

　　发货准确率达到95%（托盘运输的公司可以超过99.9%的准确度）；

　　计费性退货减少80%；

　　图2 采用RFID技术后的库房面貌

三、基于RFID的仓储管理系统

　　3.1系统设计原则

　　仓储管理系统建设应统一数据标准、统一软件、统一硬件，采用成熟、可靠技术，以整体性、实用性为主，兼顾先进性和可扩充性等等

图3 系统的设计原则

　　（1）继承性：保证系统与现有测试系统、设备和结构的兼容性，最大限度利用现有系统。

　　（2）先进性：系统采用 RFID 技术与资产管理系统相结合，能有效的提高资产查验人员的效率，而且能实现资产的实时、精确、有效的集中管理。

　　（3）实用性：根据系统需求出发，最大限度满足业务上的各项功能要求，确保实用性。软件应操作简便、易于掌握。管理、维护和维修具有简易性。对于仓储及物资调运过程中的不同的环境和业务需求，能方便有效的完成对仓储物资的管理，不同的产品要有较强的针对性设计。

　　（4）安全性：对系统软件和应用软件方面必须注意系统安全保密工作，设计安全网络结 构方式。RFID标签及其相关软件要对安全性做全面的设计和规划，电子标签要防止恶意变更和作弊。 

　　 （5）开放性：系统要求在数据库和软件开发方面应支持符合国际标准和行业规范的相关接口标准。在应用开发中，要使用相应国家标准和业务标准。开放系统内部标准 ，提供接口类型说明。 RFID 超高频读写器、电子标签应符合 ISO / EPC 等相关国际规范标准，并提供开放的二次开发接口，支持主流 RFID 中间件产品的开发。

　　（6）高效性：能保证系统的收集、传输和使用具有快速、有效的运作效率，整个业务流程简洁易用。

　　（7）可扩充性：在系统设计方面，具有良好的可扩充能力，可以根据信息需要对系统进行必要的调整 、扩充，包括存储器容量和系统功能等方面的扩充。在系统软件全面升级的情况下，能最大的保证现有投资设备的可用性。在业务需求方面，基本数据项目可以扩展，可以有使用单位根据需要 ，自行添加相关内容。设备可根据业务的需要扩展数量，而整体的技术方案结构无需交大的更改变 。

　　（8）可靠性和容错性：在设计中要整体考虑系统的可靠性，根据设备的功能、重要性分别采用冗余、纠错等技术，以确保局部的错误不影响整个网络系统的运行。 RFID读写器及电子标签等设备要充分考虑使用环境、干扰因素、邻近干扰、介质因素、错卡/坏卡等不确定性因素，提供各种针对性的方案。

　　（9）紧急应变性：中心监管系统和定期设备检测监督系统的设计必须考虑到潜在的应急 故障失败情况，必须设计有效、快速和可靠的应急管理系统和对应的服务保障系统。对仓储管理系统中出现的紧急故障能及时有效的处理 ，能提出一套有效的解决方案。

图4 系统的主要功能

　　① 自动地、精确地更新各种信息：

　　当货物出入库时，只需要通过手持机读取标签得到相应数据即可完成货仓的更新。

　　② 查询和追踪货物信息：

　　登录系统软件终端，搜索将要查询货物的具体信息，将搜索到的信息传输数据到PDA，从而可以轻易找到标识牌，进行货物的追踪。

　　③ 货位查询，动态分配货位，实现随机存储，从而最大限度地利用仓储空间：

　　登录系统软件终端，查询货位信息，根据货位仓储空间信息，实现货物的动态分配，从而最大限度地利用仓储空间。

　　④ 实现人力、物力资源的动态综合分配：

　　仓储管理流程中，不仅需要系统终端数据库的支持，需要人工手持PDA进行操作，从而实现了人力、物力资源的动态综合分配。

　　⑤ 仓库系统综合盘点功能：

　　当进行仓库系统盘点时，可通过手持PDA读取标识牌上的无源标签，进行货物的统计，将数据返回系统终端进行处理和盘点。

　　 ⑥ 仓库内部随机抽查盘点：

　　登陆系统终端，随即搜索某一种类的货物，获取此货物的相关信息，将数据传输到手持PDA上，工作人员可根据传输数据找到相应货位，完成仓库内部随即抽查盘点工作。

　　⑦ 实时统计报表，汇总各类信息：

　　通过手持PDA对仓库标识牌进行读取，获取信息，传输到系统终端，可实现仓库的系统汇总，做出统计报表。

　　3.3仓库管理

　　3.3.1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；限于目前本系统还不适合管理到每一个细小的单件物品（单品级管理），因此使用RFID管理物品的单位是整件物品（箱级管理）。

　　（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。

　　3.3.2仓库管理的作业任务

　　仓库管理的主要作业任务如下：

　　（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

　　图5 仓库管理的作业任务

　　3.4系统总体设计

　　3.4.1基本思路

　　仓储管理系统的总体架构如图 6所示。

　　在仓储管理中，主要采用可移动的 RFID 手持机和固定式读写器来完成实现对仓库物资（贴有电子标签）进行仓储管理。在实际应用中，除了仓储的仓库管理外，还会涉及货物调拨及实时货物的信息查询情况，以便对物资进行跟踪。

　　如果采用手持机对物资进行盘点效验等，其基本的操作是：用手持机扫描贴放在物资上的电子标签，手持机通过无线方式（wifi 无线通信或 GPRS 数据通信）与后台数据库进行数据交互，并完成相应的数据服务请求。 如果采用固定式读写器对物资进库 、出库等进行管理，其基本的操作是：物资搬运时，通过装有固定式读写器射频覆盖区域，读写器读取到贴放在物资上的电子标签信息。固定式读写器通过 COM 口/以太网口等通信，将数据上传到仓库工作站的 PC 机上，终端 PC 机通过网络与后台数据库完成数据的交互，终端PC 可同时完成各种的服务请求 。

图 6 仓储管理系统总体架构图

　　在物品入库时，首先粘贴RFID电子标签，通过标签发放管理软件将标签的 ID 信息与物资的属性信息（名称、数量、质量、生产厂家、生产日期、保质期限 、仓库堆放位置等）进行关联，上传到后台数据库中，以便日后进行管理。

　　需要货物移库时，登录系统软件终端，系统发移库指令到PDA，移库人员找到指定的货位，从库位上取出指定数量的货物，并把货物运到目的库位，货物送入库位，修改货架标签内容；向现场系统发回移库作业信息。

　　作业员手中的PDA对库存标识牌进行扫描，并且将扫描数据实时发送到终端计算机中，监控人员进行盘点统计，做出统计报表。

　　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。此外，只要输入某一货架的ID号即可从网上数据库调取该ID的相关信息，从而实现物资保管功能，并能实现网上浏览查询。

　　3.4.2系统组成

　　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。

　　3.5系统软件组成

　　基于 RFID 技术的仓储管理系统的软件系统，主要是针对仓储管理的实际需求，按照日常的业务流程规范，开发出的具有稳定的、具有可操作性的、容易集成和扩展的软件系统 。

　　基于 RFID 技术的仓储管理系统的软件系统，主要是针对仓储管理的实际需求，按照日常的业务流程规范，开发出的具有稳定的、具有可操作性的、容易集成和扩展的软件系统 。

　　3.5.1软件总体架构

　　3.5.2系统软件主要功能

　　基于 RFID 仓储管理系统软件的功能框架图如图所示，包括电子标签发放管理模块、物资入库管理模块、物资出库管理模块、物资巡检和盘点模块、防盗报警功能模块、物资查询及定位模块、用户权限管理模块7 个功能模块，如图 8 所示。下面对各功能模块进行的具体功能进行描述。

　　3 .5.3 软件主要模块设计

　　(1) 标签发放管理

　　电子标签作为仓储物资（如托盘垛位、纸箱物资、单独设备等）的身份标识，在标签贴放到物资前，完成对电子标签的编码、物资属性信息的录入等操作。将标签的 ID 信息与物资的属性信息（名称、数量、质量、生产厂家、生产日期、保质期限 、仓库堆放位置等），通过标签发放管理软件进行关联后， 上传到后台数据库中，以便日后进行管理 。

　　标签贴标模块的操作包括 ：

　　•统计贴标物资的全部属性，并录入标签发放管理系统内；

　　•读写器读取标签的 ID 信息，上传到系统后，系统自动关联两者信息；

　　•读写器将关键信息写入电子标签的存储器中；

　　•按照规定，将标签贴放到物资制定的位置；

　　通过标签发放软件操作后 ，标签里记录了物资的关键基本属性信息，也即完成了标签 ID 与物资属性的绑定，在随后的操作中，这一信息将唯一存在。

　　(2) 物资入库管理

　　这里的物资入库，指贴有电子标签的物资进入仓库。 当物资进入仓库大门时，贴放在物资的电子标签被固定式读写器读取到标签信息，物资的信息显示在仓库工作站（PC）的仓库管理系统上，由仓管人员确认入库信息后上传到后台数据库中，并完成物资入库信息录入操作。

　　如果采用手持机对入库进行管理，则类似于固定式式读写器的操作流程：仓管员用手持机读取物资上的电子标签，标签信息，仓管员确认物资与信息相符后，通过无线通信链路将数据上传到后台操作系统 。 仓库的进/出动作的判断，可以使用红外对射、地感触发等技术进行自动判别，也可以通过仓管员的手动操作确认进出来获得。根据现场的应用环境可以灵活的处理。软件处理上对入库动作的设计也会由应用情况的不同。

　　(3) 物资出库管理

　　与物资入库管理类似，出库属性与入库信息会有不同，但基本的思路相同这里不再遨述。

　　(4) 物资巡检和盘点

　　仓储物资的巡检是指：工作人员佩戴 RFID 手持机逐一扫描仓库内的物资标签，当扫描到贴放在设备上的电子标签时，电子标签内的设备信息显示在RFID手持机显示屏上。工作人

　　3.6系统硬件设计

　　3.6.1硬件总体描述

　　仓储管理硬件系统的总体架构图如图 9 所示。在一个成熟的 UHF RFID 应用系统中，主要的硬件设备包括：UHF 电子标签、UHF 固定式读写器、手持式读写器、电子标签打印机（可打印条码）、应用PC、WEB 服务器、数据库服务器等。以单个仓库为单位，仓库出入管理可以采用固定式读写器来管理、仓库物资的盘点定位等可以采用手持式读写器来管理、电子标签的发放则采用电子标签打印机来完成。

　　3.6.2硬件布局

　　3.6.2.1标签的贴放方案

　　电子标签作为标识仓库货物的唯一标志，在贴放时要特别注意。因为标签的贴放直接关系到读写器天线的安装方式和标签读写效果。为了获得最佳的读写效果，读写器的极化方向要与标签的极化方向一致。

　　这里将标签主要分为抗金属标签和非抗金属标签，来标识不同介质的货物。抗金属标签是贴放在金属货物表面的，抗金属标签（包括卡片、不干胶、Inlay等）主要贴放在非金属货物标签。像木箱、帆布包、塑料袋子、纸箱等货物均可以通过非金属标签来标识 。
在仓储管理中，主要采用托盘级管理，即一个托盘上的货物作为一个单位来完成入库、出库、盘点等操作。标准托盘的大小为 120cm*100cm*15cm。因此，一般在贴放标签时，一个托盘贴放一张标签来标识，贴放的位置根据具体的托盘货物堆放方式来确定。通常，货物在托盘上的堆放高度不大于 80cm，也即托盘与货物一起堆放的最大高度不大于1m。下面以托盘的仓储方式为例，来分析标签的贴放方式。

　　3.6.2.2仓库大门固定式读写器的硬件系统设计

3.6.2.3仓库内手持机巡查盘点的硬件系统设计

　　如图 16 所示，手持机通过wifi 网络来完成数据交互。操作人员通过手持机读取到物资上的电子标签，电子标签的信息显示在显示屏上。手持机通过wifi无线网络将标签信息上传到无线 AP，无线 AP 通过有线或无线网络将数据上传到后台 PC，PC 通过 VPN 网络与后台服务器进行数据交互。