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在“中國制造2025”的牽引下, 各企業(yè)都在展開智能制造的應(yīng)用和研究, 倉儲物流技術(shù)的提升是其中很重要的一個環(huán)節(jié)。倉儲貫穿于貨物生產(chǎn)、銷售、流通的各個環(huán)節(jié)中, 對于保障加工或運輸?shù)捻樌M行起了關(guān)鍵作用, 為貨物最終順利流入市場保駕護航。

多年來, 倉儲物流的行業(yè)專家均在展開相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用研究, 他們通過整合相關(guān)技術(shù), 如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、條碼技術(shù)、無線通訊技術(shù)、GPS/GTS技術(shù)等升級和融合, 并針對倉儲物流管理軟件開展研究, 成功開發(fā)面向產(chǎn)品的采購、倉儲、銷售、配送的全業(yè)務(wù)管理平臺的產(chǎn)品, 最終實現(xiàn)項目的應(yīng)用。有些企業(yè)在倉儲物流中采用純?nèi)斯さ募堎|(zhì)作業(yè)模式, 通過紙質(zhì)表單進行業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn), 需要安排大量人力用于保證倉儲物流的數(shù)據(jù)完整性。但由于人工操作易導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、信息錯誤, 因此無法進行事故追溯。也有些企業(yè)在倉儲物流中應(yīng)用條碼技術(shù), 針對各倉儲物流物品均貼上條碼, 利用手動掃描記錄貨物的出入庫信息, 保證數(shù)據(jù)的完整性。但是, 條碼容易磨損、內(nèi)容無法更改、存儲容量較小, 且需要逐個掃描產(chǎn)品上的條碼, 掃描時工作量大, 掃描工作效率較低, 還易發(fā)生漏掃、重復(fù)掃描的情況, 因此并不適用于物流大數(shù)據(jù)的信息管理。

RFID是一種無線通信技術(shù), 其利用射頻信號對貼有RFID標簽的產(chǎn)品進行自動識別:閱讀器發(fā)送電磁波能量, 感應(yīng)到的標簽驅(qū)動其內(nèi)部電路, 從而反射回自身編碼攜帶的數(shù)據(jù), 閱讀器對接收到的數(shù)據(jù)進行分析, 再傳給RFID中間部件進行數(shù)據(jù)的處理。與傳統(tǒng)的條碼識別技術(shù)相比, RFID電子標簽具有傳輸速度快、存儲數(shù)據(jù)量大、不受環(huán)境影響、可重復(fù)使用等優(yōu)點。采用RFID技術(shù)可以降低人為操作的錯誤, 又提高物流倉儲管理水平, 從根本上解決倉儲過程中效率低下的問題, 而且有助于減少庫存積壓, 縮短貨物的周轉(zhuǎn)周期。

基于RFID的倉儲物流系統(tǒng)從下到上劃分為以下四個層次, 如圖1所示。

圖1 倉儲物流系統(tǒng)的四個層次   下載原圖

(1) RFID物理層。主要設(shè)備有標簽、庫區(qū)、立體貨架/平庫、庫位、托盤、叉車等?，F(xiàn)場作業(yè)包括貨物出入庫、盤點、揀貨、移庫等。倉庫所有的庫位、托盤和貨品均要求安裝RFID電子標簽, 從而使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精細化管理。

(2) RFID數(shù)據(jù)采集層。主要包括各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和用戶交互設(shè)備, 如門禁固定讀寫器、RFID手持終端、RFID固定式閱讀器、RFID車載閱讀器、叉車車載電腦、帶RFID閱讀功能的無線條碼掃描槍等。其主要實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)錄入功能, 提供給用戶進行操作指引, 完成數(shù)據(jù)信息的打通。

(3) RFID數(shù)據(jù)監(jiān)控層。主要對系統(tǒng)中所有涉及RFID的物品及相關(guān)設(shè)備進行管理, 對數(shù)據(jù)進行收集、緩存、過濾和分析, 控制指令及相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、分發(fā)方式。同時, 通過監(jiān)控電腦對數(shù)據(jù)和信息進行數(shù)據(jù)監(jiān)控, 通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的存儲, 最終提供對各個層次之間的RFID數(shù)據(jù)及相關(guān)控制指令的數(shù)據(jù)服務(wù)。

(4) 經(jīng)營管理層。為供應(yīng)鏈調(diào)度管理中心、遠程管理中心提供用戶管理交互界面, 通過與數(shù)據(jù)監(jiān)控層的對接, 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的報表制作及數(shù)據(jù)查詢服務(wù)、電子看板等服務(wù)。調(diào)度中心人員利用管理平臺, 可實現(xiàn)對入庫任務(wù)單、出庫任務(wù)單、移庫任務(wù)單、盤點計劃的制定、管理控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控等業(yè)務(wù)的集中管理和維護。

在軟件層面, 倉儲物流系統(tǒng)提供一套業(yè)務(wù)管理平臺, 提供給RFID數(shù)據(jù)監(jiān)控層和經(jīng)營管理層進行應(yīng)用, 定義為WMS-倉庫管理系統(tǒng) (Warehouse Management System) , 如圖2所示。倉庫管理系統(tǒng)是整體管理平臺軟件, 通過入庫作業(yè)、出庫作業(yè)、補貨作業(yè)、移庫作業(yè)、虛倉管理等功能, 對庫位的信息進行全面管理, 實現(xiàn)批次管理、費用管理、品質(zhì)管理、物料盤點、質(zhì)檢管理、虛倉管理和即時庫存管理等功能, 從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)的多元化管理, 有效控制并跟蹤倉庫業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程, 實現(xiàn)或完善的企業(yè)倉儲信息管理。該系統(tǒng)需要較強的擴展功能, 提供便捷二次開發(fā)平臺, 實現(xiàn)多設(shè)備聯(lián)動, 包括叉車車載電腦、ERP、MES等平臺軟件。在此基礎(chǔ)上, 面向不同客戶的具體需求, 開發(fā)出多業(yè)務(wù)、多行業(yè)的業(yè)務(wù)管理功能。

圖2 WMS-倉庫管理系統(tǒng)   下載原圖

在傳感器層面, 射頻識別系統(tǒng)的組成如圖3所示, 主要由讀寫器、標簽和讀取標簽內(nèi)部信息的后臺服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成。

圖3 射頻識別系統(tǒng)   下載原圖

RFID智能倉儲管理系統(tǒng)分為八個子系統(tǒng), 主要包括:理貨放置標簽、入庫掃描、入庫確認、庫存管理、盤點管理、出庫登記、出庫掃描、出庫裝車, 如圖4所示。

系統(tǒng)主要目標如下:

(1) 采用RFID技術(shù), 將物料編碼、供應(yīng)商編碼、物料數(shù)量、時間等信息與RFID電子標簽進行關(guān)聯(lián), 然后通過讀寫器對電子標簽的檢測, 使用固定式和手持式RFID讀寫器實時自動遠距離準確和可靠地采集物料出入庫信息和物料數(shù)量的變動信息;

(2) 實現(xiàn)物料入庫自動儲位分配, 并對物資出入庫進行智能監(jiān)控和可視化管理, 提升倉庫的操作和管理效率, 使公司對倉庫物資進出和庫存實現(xiàn)實時動態(tài)的管理, 從而使管理能力得到質(zhì)的提高;

(3) 借助RFID技術(shù)和無線通訊技術(shù)快速、準確地進行倉庫盤點工作;

(4) 可以實現(xiàn)與公司現(xiàn)有信息系統(tǒng)如ERP系統(tǒng)的無縫連接, 達到信息資源共享;為公司其它專業(yè)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)和本系統(tǒng)的后續(xù)擴充預(yù)留接口。

圖4 RFID智能倉儲管理系統(tǒng)   下載原圖

在該系統(tǒng)中RFID標簽實現(xiàn)對所有產(chǎn)成品和原材料的標簽記錄功能, RFID標簽按應(yīng)用場合可分為地理位置標簽、庫位標簽、貨品標簽等, 而按照實現(xiàn)方式不同, 又分為有源、半有源和無源。RFID標簽是整個倉儲物流系統(tǒng)核心的信息載體, 承載貨物的到貨、入庫、移庫、出庫時的數(shù)據(jù), 對貨物的貨名、數(shù)量、位置等信息分析及整合, 可以指定提高企業(yè)物流管理效率的方案。以下將圍繞幾個主要的流程進行說明。

倉儲部門接到收貨指令后, 通過倉儲管理模塊, 結(jié)合Pick-to-light應(yīng)用, 實現(xiàn)對于物料與倉庫儲位的精準匹配、庫存信息可實時統(tǒng)計, 同時支持入庫操作的信息追溯。根據(jù)產(chǎn)品屬性來進行合理的分配和處理。主要流程: (1) 在入庫口將貨品進行電子標簽的粘貼; (2) 通過手持器、電腦等設(shè)備, 將此貨品相關(guān)種類信息、數(shù)量信息進行自動的采集歸類, 并將結(jié)果實時傳輸?shù)奖O(jiān)控電腦上進行數(shù)據(jù)存儲和分析。將驗收合格的貨品送至倉庫按照貨位進行碼放入庫。操作流程如圖5所示。

圖5 入庫操作流程圖   下載原圖

倉庫保管員以出庫單為基礎(chǔ)開展工作。管理人員根據(jù)出庫單上提貨的計劃, 對出庫的貨物進行分揀處理, 并進行出庫管理, 此時RFID系統(tǒng)將自動記錄出庫的相關(guān)動作和信息。出庫操作流程如圖6所示。

圖6 出庫操作流程圖   下載原圖

倉庫保管員將定期或臨時對內(nèi)部貨品的實際數(shù)量進行清點作業(yè)。按照倉庫管理的要求, 目前主要是分為人工盤點、堆垛機盤點和RFID讀寫盤點三種方式。RFID讀寫盤點利用RFID手持式的終端進行貨品信息掃描, 然后無線網(wǎng)絡(luò)傳入后臺服務(wù)器, 實時判斷信息的正確性和準確性, 且實時顯示在RFID手持器上供盤點工作人員核查。此方法與傳統(tǒng)的模式相比, 會大大提高效率和盤點的準確性, 盤點操作流程如圖7所示。

圖7 盤點操作流程圖   下載原圖

在實際應(yīng)用中, 由于涉及到大量的倉儲硬件產(chǎn)品, 多數(shù)為金屬材質(zhì)構(gòu)成, 所以如何應(yīng)用好RFID技術(shù)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。涉及的關(guān)鍵技術(shù)有:天線技術(shù)、低功耗技術(shù)、安全技術(shù)。

(1) 天線技術(shù)。由于在倉儲環(huán)境中, 存在大量的金屬框架, RFID標簽需要貼在各式各樣的物體表面或者嵌入到物體內(nèi)部, 這些物體可能是金屬, 而金屬對電磁信號有衰減和發(fā)射作用, 因此標簽和閱讀器之間的通信需要通過天線發(fā)射和接收電磁波能量, 如何有效地設(shè)計符合不同應(yīng)用場景的天線成為RFID技術(shù)的應(yīng)用時的關(guān)鍵。由于應(yīng)用場合的不同, 對天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了不同的嚴格要求。

(2) 低功耗技術(shù)。在倉庫應(yīng)用場合, 對閱讀器和標簽的低功耗有著很高的要求, 如手持式閱讀器、手機集成閱讀器、主動標簽等。因此, 低功耗的閱讀器和標簽芯片的研究是RFID實際應(yīng)用中的關(guān)鍵。在本系統(tǒng)中所應(yīng)用的RFID技術(shù)為低功耗技術(shù), 確保閱讀器在長時間工作時仍然能夠正常運行。

(3) 安全技術(shù)。由于RFID系統(tǒng)中的閱讀器和標簽之間是無線的通信信道, 存在監(jiān)聽、欺騙、重傳、篡改和拒絕服務(wù)等攻擊, 可造成標簽信息和用戶隱私信息泄露等威脅。為了RFID應(yīng)用的安全性, 其安全機制研究也是實際應(yīng)用中的關(guān)鍵點。本系統(tǒng)中使用了多次CRC校驗算法, 來加強數(shù)據(jù)的可靠性, 保障數(shù)據(jù)真實有效, 又不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄密。

RFID技術(shù)的應(yīng)用使得物流倉庫管理達到了動態(tài)化選擇和控制的水平。筆者在某公司的具體項目中, 將基于RFID技術(shù)的倉儲物流管理系統(tǒng)在某化工企業(yè)進行了應(yīng)用并推廣, 將原有倉庫的貨品及庫位進行改造, 如圖8所示。

圖8 應(yīng)用案例   下載原圖

通過對整個供應(yīng)鏈的改造, 對倉庫的貨品可識別化、倉庫庫位可識別化進行RFID標簽的安裝, 同時部署了一套倉儲管理平臺軟件, 為該企業(yè)初步建立了“數(shù)字倉儲物流系統(tǒng)”。新舊倉儲方式對比具體可見表1。

表1 新舊倉儲方式對比     下載原表

本系統(tǒng)的應(yīng)用, 使得該企業(yè)的供應(yīng)鏈管理部門更加高效, 其倉儲物流業(yè)務(wù)在工作效率、物品的追蹤溯源、庫存和成本的降低上都得到很大的進步。具體如下:

(1) 信息數(shù)據(jù)溯源制度的建立:通過RFID編碼的設(shè)計, 實現(xiàn)對貨品來源的全生命周期管理, 針對原料、包材和輔料等信息, 便于追蹤采購、供貨過程的相關(guān)信息;對于成品的發(fā)貨情況, 進行全方位的了解, 使得數(shù)據(jù)管理透明化, 能夠?qū)ξ锲返馁|(zhì)量進行很好的控制。

(2) 工作效率的提升:通過對ERP、MES和其他軟件的集成應(yīng)用, 實現(xiàn)了多套系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)交互, 降低工作強度, 提高數(shù)據(jù)采集的準確性, 有效提高工作效率, 實現(xiàn)庫存的出入口管理和盤點管理, 業(yè)務(wù)有效處理時間提高了30%, 盤點效率提高了150%。

(3) 庫存和管理成本的降低:該系統(tǒng)與財務(wù)系統(tǒng)進行對接, 使得企業(yè)實時掌握倉庫的財務(wù)情況, 實現(xiàn)庫存的合理優(yōu)化和供應(yīng)鏈精確管理, 縮短倉儲周期, 降低企業(yè)的庫存和管理成本, 呆滯庫存降低了200%。

(4) 整體倉儲物流管理水平的提高:利用系統(tǒng)整體監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)能力, 對于倉儲物流各個環(huán)節(jié)的情況進行實時掌握, 也可進行數(shù)據(jù)后追溯。倉儲管理人員不再依靠原有人工表單的記錄, 而是通過手持終端對各環(huán)節(jié)進行業(yè)務(wù)操作和巡檢, 數(shù)據(jù)真實性得到了保證。同時, 在供應(yīng)鏈總部, 設(shè)置調(diào)度大廳, 采用云倉技術(shù)進行多倉庫、多地的分布式管理, 各個倉庫調(diào)度管理更為合理, 決策更為準確。

在倉儲物流系統(tǒng)中采用RFID技術(shù), 可實現(xiàn)產(chǎn)品物流跟蹤, 在原料、輔料、包裝材料、產(chǎn)成品等各個物品部署RFID技術(shù), 以及時、方便了解物品在物流端的實時狀況, 追逐產(chǎn)品在市場端的品質(zhì)狀況。基于RFID技術(shù)的倉儲物流系統(tǒng)可滿足制造企業(yè)供應(yīng)鏈物流生產(chǎn)制造和售后服務(wù)過程智能化、精益化以及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管、產(chǎn)品全生命周期追蹤的需求, 實現(xiàn)企業(yè)設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理的實時高效管控。