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在“中國(guó)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(cāng)儲(chǔ)物流技術(shù)的提升是其中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。倉(cāng)儲(chǔ)貫穿于貨物生產(chǎn)、銷售、流通的各個(gè)環(huán)節(jié)中, 對(duì)于保障加工或運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行起了關(guān)鍵作用, 為貨物最終順利流入市場(chǎng)保駕護(hù)航。

多年來, 倉(cāng)儲(chǔ)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(jí)和融合, 并針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流管理軟件開展研究, 成功開發(fā)面向產(chǎn)品的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售、配送的全業(yè)務(wù)管理平臺(tái)的產(chǎn)品, 最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的應(yīng)用。有些企業(yè)在倉(cāng)儲(chǔ)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(jìn)行業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn), 需要安排大量人力用于保證倉(cāng)儲(chǔ)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(cuò)誤, 因此無法進(jìn)行事故追溯。也有些企業(yè)在倉(cāng)儲(chǔ)物流中應(yīng)用條碼技術(shù), 針對(duì)各倉(cāng)儲(chǔ)物流物品均貼上條碼, 利用手動(dòng)掃描記錄貨物的出入庫(kù)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(chǔ)容量較小, 且需要逐個(gè)掃描產(chǎn)品上的條碼, 掃描時(shí)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(hào)對(duì)貼有RFID標(biāo)簽的產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別:閱讀器發(fā)送電磁波能量, 感應(yīng)到的標(biāo)簽驅(qū)動(dòng)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(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 再傳給RFID中間部件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。與傳統(tǒng)的條碼識(shí)別技術(shù)相比, RFID電子標(biāo)簽具有傳輸速度快、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大、不受環(huán)境影響、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。采用RFID技術(shù)可以降低人為操作的錯(cuò)誤, 又提高物流倉(cāng)儲(chǔ)管理水平, 從根本上解決倉(cāng)儲(chǔ)過程中效率低下的問題, 而且有助于減少庫(kù)存積壓, 縮短貨物的周轉(zhuǎn)周期。

基于RFID的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)從下到上劃分為以下四個(gè)層次, 如圖1所示。

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的四個(gè)層次   下載原圖

(1) RFID物理層。主要設(shè)備有標(biāo)簽、庫(kù)區(qū)、立體貨架/平庫(kù)、庫(kù)位、托盤、叉車等?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)包括貨物出入庫(kù)、盤點(diǎn)、揀貨、移庫(kù)等。倉(cāng)庫(kù)所有的庫(kù)位、托盤和貨品均要求安裝RFID電子標(biāo)簽, 從而使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化管理。

(2) RFID數(shù)據(jù)采集層。主要包括各種現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jìn)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(duì)系統(tǒng)中所有涉及RFID的物品及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管理, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí), 通過監(jiān)控電腦對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控, 通過數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ), 最終提供對(duì)各個(gè)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(yíng)管理層。為供應(yīng)鏈調(diào)度管理中心、遠(yuǎn)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(duì)接, 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的報(bào)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(tái), 可實(shí)現(xiàn)對(duì)入庫(kù)任務(wù)單、出庫(kù)任務(wù)單、移庫(kù)任務(wù)單、盤點(diǎn)計(jì)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(hù)。

在軟件層面, 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)提供一套業(yè)務(wù)管理平臺(tái), 提供給RFID數(shù)據(jù)監(jiān)控層和經(jīng)營(yíng)管理層進(jìn)行應(yīng)用, 定義為WMS-倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng) (Warehouse Management System) , 如圖2所示。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)是整體管理平臺(tái)軟件, 通過入庫(kù)作業(yè)、出庫(kù)作業(yè)、補(bǔ)貨作業(yè)、移庫(kù)作業(yè)、虛倉(cāng)管理等功能, 對(duì)庫(kù)位的信息進(jìn)行全面管理, 實(shí)現(xiàn)批次管理、費(fèi)用管理、品質(zhì)管理、物料盤點(diǎn)、質(zhì)檢管理、虛倉(cāng)管理和即時(shí)庫(kù)存管理等功能, 從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的多元化管理, 有效控制并跟蹤倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程, 實(shí)現(xiàn)或完善的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)信息管理。該系統(tǒng)需要較強(qiáng)的擴(kuò)展功能, 提供便捷二次開發(fā)平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)多設(shè)備聯(lián)動(dòng), 包括叉車車載電腦、ERP、MES等平臺(tái)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(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)   下載原圖

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

圖3 射頻識(shí)別系統(tǒng)   下載原圖

RFID智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)分為八個(gè)子系統(tǒng), 主要包括:理貨放置標(biāo)簽、入庫(kù)掃描、入庫(kù)確認(rèn)、庫(kù)存管理、盤點(diǎn)管理、出庫(kù)登記、出庫(kù)掃描、出庫(kù)裝車, 如圖4所示。

系統(tǒng)主要目標(biāo)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(shí)間等信息與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián), 然后通過讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的檢測(cè), 使用固定式和手持式RFID讀寫器實(shí)時(shí)自動(dòng)遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確和可靠地采集物料出入庫(kù)信息和物料數(shù)量的變動(dòng)信息;

(2) 實(shí)現(xiàn)物料入庫(kù)自動(dòng)儲(chǔ)位分配, 并對(duì)物資出入庫(kù)進(jìn)行智能監(jiān)控和可視化管理, 提升倉(cāng)庫(kù)的操作和管理效率, 使公司對(duì)倉(cāng)庫(kù)物資進(jìn)出和庫(kù)存實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)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(zhǔn)確地進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)盤點(diǎn)工作;

(4) 可以實(shí)現(xiàn)與公司現(xiàn)有信息系統(tǒng)如ERP系統(tǒng)的無縫連接, 達(dá)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(kuò)充預(yù)留接口。

圖4 RFID智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)   下載原圖

在該系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)所有產(chǎn)成品和原材料的標(biāo)簽記錄功能, RFID標(biāo)簽按應(yīng)用場(chǎng)合可分為地理位置標(biāo)簽、庫(kù)位標(biāo)簽、貨品標(biāo)簽等, 而按照實(shí)現(xiàn)方式不同, 又分為有源、半有源和無源。RFID標(biāo)簽是整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)核心的信息載體, 承載貨物的到貨、入庫(kù)、移庫(kù)、出庫(kù)時(shí)的數(shù)據(jù), 對(duì)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(gè)主要的流程進(jìn)行說明。

倉(cāng)儲(chǔ)部門接到收貨指令后, 通過倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊, 結(jié)合Pick-to-light應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)對(duì)于物料與倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)位的精準(zhǔn)匹配、庫(kù)存信息可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì), 同時(shí)支持入庫(kù)操作的信息追溯。根據(jù)產(chǎn)品屬性來進(jìn)行合理的分配和處理。主要流程: (1) 在入庫(kù)口將貨品進(jìn)行電子標(biāo)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(jìn)行自動(dòng)的采集歸類, 并將結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析。將驗(yàn)收合格的貨品送至倉(cāng)庫(kù)按照貨位進(jìn)行碼放入庫(kù)。操作流程如圖5所示。

圖5 入庫(kù)操作流程圖   下載原圖

倉(cāng)庫(kù)保管員以出庫(kù)單為基礎(chǔ)開展工作。管理人員根據(jù)出庫(kù)單上提貨的計(jì)劃, 對(duì)出庫(kù)的貨物進(jìn)行分揀處理, 并進(jìn)行出庫(kù)管理, 此時(shí)RFID系統(tǒng)將自動(dòng)記錄出庫(kù)的相關(guān)動(dòng)作和信息。出庫(kù)操作流程如圖6所示。

圖6 出庫(kù)操作流程圖   下載原圖

倉(cāng)庫(kù)保管員將定期或臨時(shí)對(duì)內(nèi)部貨品的實(shí)際數(shù)量進(jìn)行清點(diǎn)作業(yè)。按照倉(cāng)庫(kù)管理的要求, 目前主要是分為人工盤點(diǎn)、堆垛機(jī)盤點(diǎn)和RFID讀寫盤點(diǎn)三種方式。RFID讀寫盤點(diǎn)利用RFID手持式的終端進(jìn)行貨品信息掃描, 然后無線網(wǎng)絡(luò)傳入后臺(tái)服務(wù)器, 實(shí)時(shí)判斷信息的正確性和準(zhǔn)確性, 且實(shí)時(shí)顯示在RFID手持器上供盤點(diǎn)工作人員核查。此方法與傳統(tǒng)的模式相比, 會(huì)大大提高效率和盤點(diǎn)的準(zhǔn)確性, 盤點(diǎn)操作流程如圖7所示。

圖7 盤點(diǎn)操作流程圖   下載原圖

在實(shí)際應(yīng)用中, 由于涉及到大量的倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中, 存在大量的金屬框架, RFID標(biāo)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(duì)電磁信號(hào)有衰減和發(fā)射作用, 因此標(biāo)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(jì)符合不同應(yīng)用場(chǎng)景的天線成為RFID技術(shù)的應(yīng)用時(shí)的關(guān)鍵。由于應(yīng)用場(chǎng)合的不同, 對(duì)天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了不同的嚴(yán)格要求。

(2) 低功耗技術(shù)。在倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用場(chǎng)合, 對(duì)閱讀器和標(biāo)簽的低功耗有著很高的要求, 如手持式閱讀器、手機(jī)集成閱讀器、主動(dòng)標(biāo)簽等。因此, 低功耗的閱讀器和標(biāo)簽芯片的研究是RFID實(shí)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(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)仍然能夠正常運(yùn)行。

(3) 安全技術(shù)。由于RFID系統(tǒng)中的閱讀器和標(biāo)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(biāo)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(jī)制研究也是實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)。本系統(tǒng)中使用了多次CRC校驗(yàn)算法, 來加強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性, 保障數(shù)據(jù)真實(shí)有效, 又不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄密。

RFID技術(shù)的應(yīng)用使得物流倉(cāng)庫(kù)管理達(dá)到了動(dòng)態(tài)化選擇和控制的水平。筆者在某公司的具體項(xiàng)目中, 將基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)在某化工企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用并推廣, 將原有倉(cāng)庫(kù)的貨品及庫(kù)位進(jìn)行改造, 如圖8所示。

圖8 應(yīng)用案例   下載原圖

通過對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的改造, 對(duì)倉(cāng)庫(kù)的貨品可識(shí)別化、倉(cāng)庫(kù)庫(kù)位可識(shí)別化進(jìn)行RFID標(biāo)簽的安裝, 同時(shí)部署了一套倉(cāng)儲(chǔ)管理平臺(tái)軟件, 為該企業(yè)初步建立了“數(shù)字倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)”。新舊倉(cāng)儲(chǔ)方式對(duì)比具體可見表1。

表1 新舊倉(cāng)儲(chǔ)方式對(duì)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(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)務(wù)在工作效率、物品的追蹤溯源、庫(kù)存和成本的降低上都得到很大的進(jìn)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(jì), 實(shí)現(xiàn)對(duì)貨品來源的全生命周期管理, 針對(duì)原料、包材和輔料等信息, 便于追蹤采購(gòu)、供貨過程的相關(guān)信息;對(duì)于成品的發(fā)貨情況, 進(jìn)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(jìn)行很好的控制。

(2) 工作效率的提升:通過對(duì)ERP、MES和其他軟件的集成應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)了多套系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互, 降低工作強(qiáng)度, 提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性, 有效提高工作效率, 實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的出入口管理和盤點(diǎn)管理, 業(yè)務(wù)有效處理時(shí)間提高了30%, 盤點(diǎn)效率提高了150%。

(3) 庫(kù)存和管理成本的降低:該系統(tǒng)與財(cái)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接, 使得企業(yè)實(shí)時(shí)掌握倉(cāng)庫(kù)的財(cái)務(wù)情況, 實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的合理優(yōu)化和供應(yīng)鏈精確管理, 縮短倉(cāng)儲(chǔ)周期, 降低企業(yè)的庫(kù)存和管理成本, 呆滯庫(kù)存降低了200%。

(4) 整體倉(cāng)儲(chǔ)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(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)物流各個(gè)環(huán)節(jié)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握, 也可進(jìn)行數(shù)據(jù)后追溯。倉(cāng)儲(chǔ)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(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行業(yè)務(wù)操作和巡檢, 數(shù)據(jù)真實(shí)性得到了保證。同時(shí), 在供應(yīng)鏈總部, 設(shè)置調(diào)度大廳, 采用云倉(cāng)技術(shù)進(jìn)行多倉(cāng)庫(kù)、多地的分布式管理, 各個(gè)倉(cāng)庫(kù)調(diào)度管理更為合理, 決策更為準(zhǔn)確。

在倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中采用RFID技術(shù), 可實(shí)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(gè)物品部署RFID技術(shù), 以及時(shí)、方便了解物品在物流端的實(shí)時(shí)狀況, 追逐產(chǎn)品在市場(chǎng)端的品質(zhì)狀況?；赗FID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)高效管控。