物流信息自动采集技术讲义(PPT 54页).ppt

物流信息自动采集技术物流作业效率的提高 在很大程度上取决于物流信息的通畅程度与管理系统的先进程度 在物流系统的运行过程中 时刻都会产生这样或者那样的数据 这些数据包括人员的 物质的 财务的 并存于采购 生产和销售过程中 这些数据的采集与分析对于生产决策来讲是十分重要的 如果没有这些实际工况的数据支持 生产和决策就将成为一句空话 将缺乏现实基础 可以用来作为物流信息采集的技术非常多 包括各种自动识别技术和物流应用的电子信息技术 自动识别技术自动识别技术就是应用一定的识别装置 通过被识别物品和识别装置之间的接近活动 自动地获取被识别物品的相关信息 并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术 例如 商场的条码扫描系统就是一种典型的自动识别技术 售货员通过扫描仪扫描商品的条码 获取商品的名称 价格 输入数量 后台POS系统即可计算出该批商品的价格 从而完成顾客的结算 当然 顾客也可以采用银行卡支付的形式进行支付 银行卡支付过程本身也是自动识别技术的一种应用形式 自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术 它是信息数据自动识读 自动输入计算机的重要方法和手段 归根到底 自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展 初步形成了一个包括条码技术 磁条磁卡技术 IC卡技术 光学字符识别 射频技术 声音识别及视觉识别等集计算机 光 磁 物理 机电 通信技术为一体的高新技术学科 完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统 AutoIdentificationSystem 简称AIDS 应用程序接口 ApplicationInterface 简称API 或者中间件 Middleware 和应用系统软件 ApplicationSoftware 自动识别系统模型图 自动识别系统完成系统的采集和存储工作应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理 而应用程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通讯接口包括数据格式 将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递 条码技术条码技术简称条码 是由一组规则排列的条 空以及相应的数字组成 这种用条 空组成的数据编码可以供条码阅读器识读 而且很容易译成二进制数和十进制数 这些条和空可以有各种不同的组合方法 构成不同的图形符号 即各种符号体系 也称码制 适用于不同的应用场合 条码成本最低 适于大量需求且数据不必更改的场合 例如商品包装上就很适宜 但是较易磨损 且数据量很小 而且条码只对一种或者一类商品有效 也就是说 同样的商品具有相同的条码 光学字符识别OCR光学字符识别OCR ImageCharacterRecognition 人眼可视读 可扫描 但输入速度和可靠性不如条码 数据格式有限 通常要用接触式扫描器 OCR的主要的应用领域是 办公室自动化中的文本输入 邮件自动处理 与自动获取文本过程相关的其它领域 这些领域包括 零售价格识读 定单数据输入 单证 支票和文件识读 微电路及小件产品上状态特征识读等 由于在识别手迹特征方面的进展 目前探索在手迹分析及鉴定签名方面的应用 磁条 卡 技术磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理 对自动识别设备制造商来说 磁条就是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料 也称为涂料 用树脂粘合在一起并粘在诸如纸或者塑料这样的非磁性基片上 磁条技术的优点是数据可读写 即具有现场改写数据的能力 数据存储量能满足大多数需求 便于使用 成本低廉 还具有一定的数据安全性 它能粘附于许多不同规格和形式的基材上 这些优点 使之在很多领域得到了广泛应用如信用卡 银行ATM卡 机票 自动售货卡 会员卡 现金卡 如电话磁卡 磁卡的价格也很便宜 但是很容易磨损 磁条不能折叠 撕裂 数据量较小 IC卡识别技术IC是将可编程设置的IC芯片放于卡片中 使卡片具有更多功能 通常所说的IC卡多指接触式IC卡 和磁卡相比较 IC卡 接触式 具有安全性高 存储容量大 抗干扰能力强 可靠性高 使用寿命长等特点 但由于其触点暴露在外面 有可能因人为的原因或静电损坏 IC卡的应用也比较广泛 有电话IC卡 购电 气 卡 手机SIM卡 牡丹交通卡 一种磁卡和IC卡的复合卡 以及即将大面积推广的智能水表 智能气表等 声音识别技术声音识别的迅速发展以及高效可靠的应用软件的开发 使声音识别系统在很多方面得到了应用 这种系统可以用声音指令实现 不用手 的数据采集 其最大特点就是不用手和眼睛 这对那些采集数据同时还要完成手脚并用的工作场合 以及标签仅为识别手段 数据采集不实际或不合适的场合尤为适用 如汉字的语音输入系统就是典型的声音识别技术 但是误码率很高 再如 GSM手机上的语音电话存储也是一个典型的语音识别的例子 但电话号码的语音准确呼出距实用还有一段相当长的 视觉识别视觉识别系统可以看作是这样的系统 它能获取视觉图像 而且通过一个特征抽取和分析的过程 能自动识别限定的标志 字符 编码结构或可作为确切识断的基础呈现在图象内的其它特征 随着自动化的发展 视觉技术可与其他自动识别技术结合起来应用 射频识别技术 RFID 射频标签最大的优点就在于非接触 因此完成识别工作时无须人工干预 适于实现自动化且不易损坏 可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签 操作快捷方便 射频标签不怕油渍 灰尘污染等恶劣的环境 短距离的射频标签可以在这样的环境中替代条码 例如用在工厂的流水线上跟踪物体 长距离的产品多用于交通上 可达几十米 如自动收费或识别车辆身份 RFID识别的缺点是标签成本相对较高 而且一般不能随意扔掉 而多数条码扫描寿命结束时可扔掉 常用的自动识别技术的属性比较表7 2 物流电子信息技术所谓物流电子信息技术可以理解为应用在物流系统中的以电子通信手段为基础的物流一系列信息技术 物流电子信息技术的种类很多 而且大多也得到了比较广泛的应用 从比较广义的意义上看 物流电子信息技术包括卫星定位系统 GPS 电子数据交换技术 EDI 地理信息系统 GIS 智能交通系统 ITS 短信呼叫系统 SMS 电子自动订货系统 EOS 销售实点系统 POS 等 此外 还包括电子商务手段等等 RFID概述无线射频识别技术 RFID RadioFrequencyIdentification 是一种非接触的自动识别技术 其基本原理是利用射频信号的空间耦合 电感耦合或者电磁耦合 实现对被识别物体的自动识别 其基本工作方法是将无线射频识别标签安装在被识别物体上 粘贴 插放 挂佩 植入等 当被标识物体进入无线射频识别系统阅读器的阅读范围时 标签和阅读器之间进行非接触式信息通讯 标签向阅读器发送自身信息如ID号等 阅读器接收这些信息并进行解码 传输给后台处理计算机 完成整个信息处理过程 图7 3所示为典型的RFID系统配置示意图 RFID系统配置示意图 为了完成RFID系统的主要功能 RFID系统具有两个基本的构成部分 即电子标签 Tag 和阅读器 Reader 图7 4为RFID系统的工作原理示意图 RFID系统工作原理简图 RFID系统工作原理简图 表7 3RFID系统的分类 RFID基本参数可以用来衡量无线射频识别技术的技术参数比较多 包括使用的频率 读头的发射功率 识别距离的远近 执行的协议标准 识别速度 数据传输速率 芯片内存大小 标签封装标准 识别速率 可同时识别的标签数 防冲撞性能及其他一些非量化性能如可读写性能 接口形式等等 有的参数是针对标签的 有的是针对读头的 有的是共同的 这些技术参数有的相互影响和相互制约的 如识别距离就可以表示成若干个其他参数的集合函数 工作频率RFID系统工作频率的选择在很大程度上决定了射频标签的应用范围 技术可行性以及系统成本的高低 在无线通讯信道中 射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来 因此 射频系统的工作性能必定要受到电磁波空间传输特性的影响 射频识别系统属于无线电的应用范畴 因此 其使用不能干扰到其他系统的正常工作 工业 科学和医疗使用的频率范围 ISM Industrial Science Medical 通常是局部的无线电通讯频段 因此 通常情况下 无线射频识别使用的频段也是ISM频段 电磁波在物理特性上 从识别距离 穿透能力等特性来看 不同射频频率的表现存在较大的差异 特别是在低频和高频两个频段的特性上 具有很大的不同 即 低频具有较强的穿透能力 能够穿透水 动物包括人的躯体等导体材料 同时对金属具有较好的绕射效果 但是在同样功率下 传播的距离非常近 另外 由于频率低 可以利用的频带窄 数据传输速率较低 并且信噪比低 容易受到干扰 相对低频段而言 得到相同传输效果 高频系统发射功率较小 设备较简单 成本较低 和低频相比 高频系统数据传播速率较高 无低频的信噪比限制 但是 其 绕射 能力或者 穿透 较差 很容易被水等导体媒介所吸收或者反射 因此 对于可导障碍物的敏感性很强 超高频系统具有较远的识别距离 很高的速度 可达500公里 小时 和很好的防冲撞能力 但同样能够被液态可导介质吸收和被金属介质反射 如何利用他们各自的长处来设计识别距离较远又具有较强穿透能力的产品 这就用到了所谓的双频技术 即将低频和高频两个频率特征集成到一枚芯片上 使其具有低频的穿透能力 又有高频的识别距离和通信速度 能够广泛地运用在动物识别 导体材料干扰的环境及潮湿的环境等 作用距离无线射频识别系统的作用距离指系统的有效识别距离 读头可以识别到标签的距离的影响因素很多 包括读头的射频发射功率 系统工作的频率 标签的封装形式等等 其他条件相同时 低频系统识别距离最短 其次是高频 微波 最远的是超高频系统 标签芯片可以设计成全频段的 因此 只要读头频率发生改变 系统工作频率随之改变 RFID系统的有效识别距离和读头模块的射频发射功率 通过天线发射 成正比 发射功率越大 识别距离越远 但是电磁波产生的辐射超过一定的范围就会对环境和人体产生有害的影响 称之为电磁污染 因此 在电磁功率方面必须遵循一定的功率标准 标签的封装形式也是影响系统识别距离的主要因素之一 标签天线越大 即标签穿过读头有效识读区域时所获取的磁通量越大 储存的能量越多 对电磁场边缘的空洞越不敏感 所以 即使在读头识读区域边缘也能有效识别场区内的标签 RFID组件与系统构成1 RFID组件 1 读头读头也称为阅读器 它在射频识别 RFID 系统中在起到举足轻重的作用 首先读头的频率决定了射频识别系统的工作频段 其次 读头的功率直接影响到射频识别的距离 固定式读头是最常见的读头形式 将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中 完全集成射频识别的功能 就构成了固定式读头 有时 为了减少设备尺寸 降低设备制造成本 便于搬运与运输 也可以将天线与射频模块封装在一个外壳单元中 就构成了集成式读头或者一体化读头 固定式读头分为固定式读头 OEM模块和工业读头等 手持机 HandheldReader 简称HH 是便携式读头的简称 是将RFID读头模块和天线 掌上电脑集成在一起 来执行标签识别的功能 手持机常常用在动物识别 巡检 付款扫描 测试等工况中得到使用 手持机带有液晶显示屏并配有键盘来进行操作或者输入数据 手持机也可以通过RS232等可选接口来实现与微机或者服务器之间的通信 与固定式阅读器不同的是 手持机可能会对系统本身的数据存储量有所要求 手持机根据工作环境的不同 可以具有其它的特性 如防水 防尘等 由于条码的大量应用 可以在RFID手持机上加上一个条码扫描模块 使手持机同时具有RFID识别和条码扫描的功能 发卡器 CardIssuer或者RegistrationReader 或称读卡器 发卡机 发卡管理机等 主要用来对射频卡进行具体内容的操作 包括建立档案 消费纠错 挂失 补卡 信息修正等等 它通常与计算机放在一起 从本质上看 发卡器实际上是小型的射频卡读写装置 发卡器经常同发卡管理软件联合起来使用 同一厂家的发卡器同其读头相比 具有发射功率较小 读写距离短等特点 图7 5是典型的读头实物图片 2 标签 电子标签概述电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的大小如芝麻粒的无线通信IC和天线组成的模块超微型的小标签 系统工作时 阅读器发出微波查询 能量 信号 电子标签 无源 收到微波查询能量信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作 另一部分微波能量信号被电子标签内保存的数据信息调制 ASK 后反射回阅读器 阅读器接收反射回的幅度调制信号 从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息 系统工作过程中 阅读器发出微波信号与接收反射回的幅度调制信号是同时进行的 反射回的信号强度较发射信号要弱得多 因此技术实现上的难点在于同频接收 标签的封装形式与材质根据射频识别系统不同的应用场合以及不同的技术性能参数 考虑到应用系统的标签成本 环境要求等等 可以将射频识别标签封装成不同的厚度 不同的大小 不同的形状的标签 有圆形 线性 信用卡形 半信用卡形 此外还有各种挂件标签等 为了保护标签芯片与天线 也便于使用者的使用方便 射频电子标签必须利用某种基材进行封装 不同封装形式的标签针对不同的应用场合 根据标签封装材质的不同 可以将标签制成以纸 PP PET PVC等材料作为封装材质的标签 电子标签系统的主要功能 拣货资料的上传与下载 拣货资料即时监控 硬件自我监测 跳跃式拣货 提早离开 紧急插单功能 缺货通知 货号与标签对应维护 查询作业 报表作业 next 电子标签系统的主要功能 拣货资料的上传与下载 拣货资料即时监控 硬件自我监测 跳跃式拣货 提早离开 紧急插单功能 缺货通知 货号与标签对应维护 查询作业 报表作业 2 RFID系统对于RFID应用系统来讲 包括前端的RFID数据采集系统 中间件以及根据一定的业务规则进行的数据传输 后台的和RFID数据系统相关的业务系统 如CRM ERP WHM以及SCM等等 典型的RFID应用系统结构示意图 3 网络RFID网络系统包括读头网络系统和数据网络系统 其中读头网络系统一般为本地网络系统 而数据网络系统经常是远程的系统 无论是何种RFID网络系统 所要实现的基本功能都是要求系统能够对存在于较大型RFID应用系统中的多个RFID读头进行网络化 集成化管理 这多个读头需要连接成一个网络 通过统一的管理指挥系统对多个读头进行操控 这种情况需要前端软件支持对多个读头的操控 一般来讲 RFID网络系统的选择应该根据用户的现有网络布线情况和网络操控功能需求来进行选择 比如 对于不具备网络条件的应用环境 可选的方案是通过多串口卡或者中间件将系统联入网络 对于网络条件比较便利 又不太考虑投资的情况 则可以考虑每台读头和计算机分别连接 每台计算机均单独接入计算机 进行数据传输和共享 1 RFID系统软件系统RFID软件系统主要包括设备供应商提供的系统演示软件 开发平台或者接口软件 为模拟其系统性能而开发的仿真软件 集成商或者客户自身开发的RFID前端操作软件 为实现采集的信息的传递与分发而开发的中间件软件系统以及处理这些采集的信息的后台应用软件 MIS系统 集成商或客户自身开发的RFID前端操作软件主要是提供给RFID设备操作人员使用的前端软件 如手持设备上使用的RFID识别系统 超市收银台使用的结算系统 门禁系统使用的监控软件等 此外还应当包括将RFID读头采集到的信息向软件系统传送的接口软件 对于较大型的RFID应用系统来讲 读头数量较多 系统采集的信息较大 需要将系统所采集的数据进行过滤和向后台MIS系统分发或者进行远程传输 因此 就需要用到所谓的RFID中间件 这种中间件包括软件的和硬件的 信息是为生产决策服务的 因此 RFID系统所采集的信息最终要向后台MIS分发 MIS系统就需要具备相应的处理RFID数据的功能 MIS系统的具体数据处理功能需要根据客户的具体需求 决策的支持度来进行具体的软件结构与功能设计 2 RFID仿真系统RFID系统是一个非常复杂的电磁系统 对其性能测试设计到很多方面 电磁的 环境的 空间的等等 因此 我们有必要建立一个RFID仿真环境来对其基本运行规律进行系统仿真 RFID仿真系统可以模仿RFID系统在不同通信速率 不同的标签运动速度 不同的系统频率 多组标签 每组多个标签情况下的系统仿真情况 RFID在物流与供应链领域的应用概述RFID识别系统和其他自动识别技术相比 具有无需接触 自动化程度高 耐用可靠 识别速度快 适应各种工作环境 可实现高速和多标签同时识别等特点 具有比其他识别技术更加广泛的用途 如供应链管理 门禁安防系统 物流系统 矿山跟踪系统 智能家电 运动计时 电子支付 生产线自动化 物品监视 汽车监控等 可以说 RFID将是用途最广泛的自动识别技术之一 RFID识别技术在物流与供应链管理上也得到了非常广泛得应用 供应链包括从原材料到最终用户的所有实物的移动过程 包括供货商选择 采购 产品计划 材料加工 订单处理 存货管理 包装 运输 仓储与客户服务 同时也包括供应链中的产品 货主 位置和时间 以便供货商和客户之间更好地沟通 在这些环节中 采用RFID技术对产品 集装箱 车辆和人员进行自动识别与跟踪 所有的信息都在企业MIS系统或者ERP系统得到实时的传递和反应 1 运输与配送 车辆RFID在车辆管理上的应用不仅仅存在于交通管理部门对车辆的管理上 也广泛用于物流 供应链作业中的车辆的管理 基于RFID技术的实时交通督导和最佳路线电子地图很快将成为现实 用RFID技术实时跟踪车辆 通过交通控制中心的网络在各个路段向司机报告交通状况 指挥车辆绕开堵塞路段 并用电子地图实时显示交通状况 能够使得交通流向均匀 大大提高道路利用率 还可用于车辆特权控制 在信号灯处给警车 应急车辆 公共汽车等行驶特权 自动查处违章车辆 记录违章情况 另外 公共汽车站实时跟踪指示公共汽车到站时间及自动显示乘客信息 给乘客很大的方便 用RFID技术能使交通的指挥自动化 法制化 有助于改善交通状况 RFID在铁路运营跟踪管理上也取得了很大的应用 2 制造与加工 生产自动化制造业传统的做法是对在制品或者产品的组装实行看板管理即目视管理 目视管理的特点是人工目视进行 比较直观 但是错误的几率较大 往往需要专门的人工来进行管理 需要耗费一定的劳动力成本 如果对于自动化生产线采用RFID技术实现自动控制 监视 则可以记录和跟踪生产线上产品的实时情况 消除人工劳动 减少错误的发生 提高生产率 改进生产方式 节约了成本 例如在PC组装线上 就可以采用RFID来进行管理 标签可以 记录 PC机的现有组装情况和库存情况 其后 可以直接根据标签信息进行发货处理并开具发票 标签所记录的信息还可以用来为以后的安装和维护提供标识依据 此外 在工厂应用环境下 当单位价值较高的产品如汽车 农用车等通过生产线时 可以采用RFID来进行产品的自动识别 采用RFID系统进行制造业的管理的好处 计划下达 工艺指令的自动化 对于复杂产品和客户化产品 可以及时进行数据信息维护 取消人工纸笔工作 产品或者加工过程完毕 系统自动通知中心数据库 及时进行数据更新 按照订单实现批次管理 现场工作人员可以利用RFID标签系统定义产品参数 制造信息 版本号等 及时 完成工艺反馈校正 缩短工艺纠正周期 库存 配件和半成品的自动跟踪与管理 完成质量信息采集与质量分析 为质量追溯和产品维护提供基础 物流管理功能 产品RFID标签和条码的使用可能会从并存到部分替代 RFID在制造业上的应用包括RFID在制造业上的应用包括信息管理 制造实施 质量控制 标准控制 追踪追溯 资产管理 可视化库存管理 提高劳动生产率 3 邮包物流跟踪可以采用隧道式天线和一次性无源标签来进行邮件处理 一次性标签被粘贴在传递中的邮袋上 在邮袋被送达各个国家和地区的机场后 这些厚重的邮袋将利用输送带来转运到目的邮局并被送上飞机 而隧道式天线设置在转运的输送带上以确保邮袋是被送往正确的目的地 当附有RFID标签的邮袋经过隧道式天线后不管邮袋在输送带上的位置与方向有何不同 天线还是能正确无误的把数据接收 当RFID标签上的数据被接收后 这些信息都被传递到主要的控制系统 此时系统确认的机制将被启动 如果邮袋被送错输送带 警示灯马上启动并立刻指示将错误的邮袋导入到正确的输送带上 RFID产品可以保证数据能100 被精确接收到 即使是需要高速传递的重要信件输送带也没问题 并且不需要耗费人力来监督输送带和系统的运行 当无线射频标签经过接收范围时数据可以方便与快速的被读写 大量的无线标签被粘贴或放置在这类信件上并被寄到世界各地 也因此才能被追踪并记录在各地转运的时间和抵达时间 而这些信件将被放在同样也粘有无线标签的邮袋内 此时多重读取的功能就能发挥作用 天线和读写器可轻松的同时读取大量标签和它的数据 当紧急邮件的标签通过每一个转运站的接收范围时 数据便会被实时纪录到系统中 而邮局就能轻易的知道信件目前的状态 所花费的传递时间和抵达目的地的时间 如果信件在寄送的过程中发生任何状况将会被实时知道并被快速的排除 4 航空行李跟踪航空行李经常发生丢失或者延误的情况 采用RFID可以对航空行李进行管理 保证行李安全准时达到 并可以进行全程跟踪 节省了人力资源与管理成本 提高了工作效率 解决了行李误送 丢失等问题 并使客户得到了更优质的服务 香港国际机场的行李处理系统是这样实现RFID识别的 1 在每行李上贴上电子标签 电子标签上分别记录好行李的所属人 机票号 存放的具体位置和要到达的目的地等资料 2 提取行李时会与相应客户有信息联系 方便寻找和提取 3 利用追踪功能和指示功能 解决行李丢失的问题 5 RFID在军事物流上的应用RFID的另一个特别应用领域就是造军事物流上的应用伊拉克战争期间 联军在军用物品的管理 医院伤病员 战俘 平民等的管理上等都采用了RFID管理 受战争检验效果的鼓舞 美国军方宣布 美国军方所有物资除了散料与液态物资之外 全部需要采用RFID来进行管理 其他国家的军方物资供应部门都在开始研究RFID在军用物资管理上的应用 如结合GPS和RFID的空投物资搜索系统等 2 RFID仿真系统RFID系统是一个非常复杂的电磁系统 对其性能测试设计到很多方面 电磁的 环境的 空间的等等 因此 我们有必要建立一个RFID仿真环境来对其基本运行规律进行系统仿真 RFID仿真系统可以模仿RFID系统在不同通信速率 不同的标签运动速度 不同的系统频率 多组标签 每组多个标签情况下的系统仿真情况 物流条码物流条码是货运单元的唯一标识 货运单元是由若干消费单元 销售包装 组成的稳定的和标准的产品集合 是收发货 运输 装卸 仓储等项物资业务所必需的一种物流包装单元 是多个或多种商品的集合 应用于现代化的物流管理中 物流条码的码制是指条码符号的类型 每种类型的条码符号都是由符合特定编码规则的条和空组合而成 都有固定的编码容量和条码字符集 国际上常见的物流条码有EAN 13码 交叉二五条码 EAN UCC 128条码 以及39码 物流条码的种类 每一组完整的条码由下列几部分组成 每一组完整的条码由下列几部分组成 1 起始符一组特定的条码 一般位于完整条码的头部 阅读时 首先扫过起始符 表示