基于RFID技术的自动化仓储管理系统的应用研究

1、设施规划与物流分析课程论文基于RFID技术的自动化仓储管理系统的应用研究摘要：针对目前效率不高的人工管理和半自动化管理下的仓储管理状态，以RFID技术为核心，设计基于RFID的自动化仓储管理系统，实现仓储管理自动化和智能化。对系统进行了需求分析，给出了系统架构和功能模块，通过无线射频技术自动采集仓储人库、分拣、盘点、出库等环节数据，实现数据的实时传递，提升仓储管理水平。关键词：自动化立体仓储；仓库管理系统；RFID技术中图分类号：0224 文献标识码：AStudy on Application Automatic Warehouse Management System Based on RFI

2、DAbstract: based on the current efficiency is not high under the artificial management and half automation management of warehouse management state of the RFID technology as the core, design of automated warehouse management system based on RFID, warehouse management automation and intellectualizati

3、on. On the system requirements analysis, system architecture and function module are given, through radio frequency technology, automatic collection, sorting, take inventory, warehousing, outbound data, realize the data real-time transmission, enhance the level of warehouse management.Key words: aut

4、omatic stereoscopic warehouse; Warehouse management system; RFID technology1 引言自动化立体仓储管理系统是一种高效率、大容量，以计算机控制技术为主，采用高层立体货架和成套搬运方式的仓储系统。RFID(射频识别，Radio Frequency Identification)是一种无线自动识别技术，它与传统的条码技术相比，具有明显的优越性。将RFID技术应用到自动化立体仓库中，不仅可以提高立体仓储系统的效率，还可以提高物资的管理水平，减少错误率。本文详细阐述了介绍自动化仓储系统和RFID技术，然后基于RFID技术设计了自动

5、化立体仓储管理系统。该系统能够高速、准确地传递货物信息，还能够在一定程度上降低物资管理成本、增加整体效益，同时也为RFID技术在自动化立体仓库管理的应用中提供了有效的解决方案。1 自动化仓储系统自动化仓储系统是现代物流技术的核心，它集高架仓库及规划、管理、机械、电气于一体，是一门学科交叉的综合性技术。按自动化的程度分为五个阶段：1）人工仓储阶段，仓储过程各环节的作业主要靠人工来完成。可以面对面地接触仓储全过程，初期的设施设备投资少。2）机械化仓储阶段，作业人员通过操纵机械设备来实现物品的装卸搬运和储存等作业活动。机械化程度的提高大大提高了劳动生产率，提高了装卸搬运的工作质量，改善了作业人员的劳

6、动条件。3）自动化仓储阶段，在仓储系统中采用了自动输送机械、自动导引小车(AGV)、货品自动识别系统、自动分拣系统、巷道式堆垛机等。随着计算机技术的发展，信息自动化技术逐渐成为自动仓储系统的核心技术。4）集成自动化仓储阶段，将仓储过程各环节的作业系统集成为一个有机结合的综合系统，货品的仓储过程几乎不需要人的参与，完全实现仓储的自动化。5）智能自动化仓储阶段，人工智能技术的发展推动了自动化仓储技术向智能化方向发展。系统可以完全自动的运行，并根据实际运行情况，自动地向人们提供许多有价值的参考信息1。目前智能化仓储技术阶段还处于初级发展阶段，在这一技术领域还有大量的工作需要人们去做，具有广阔的发展空

7、间。1.1 仓储货架自动化仓库一般包括货架、搬运机械、输送机、托盘或货箱、控制系统、物料识别系统、计算机数据管理系统等设备。仓储货架是存储设备，是基于包装、运输、装卸、分拣、信息管理是物流的六大基本功能。货架是仓储的主要设施之一，可以说，货架是现代工业仓库、物流中心、配送中心必不可少的组成部分。1）移动式货架：移动式货架易控制，安全可靠。每排货架有一个电机驱动，由装置于货架下的滚轮沿铺设于地面上的轨道移动。其突出的优点是提高了空间利用率，一组货架只需一条通道，而固定型托盘货架的一条通道，只服务于通道内两侧的两排货架。所以在相同的空间内，移动式货架的储存能力比一般固定式货架高得多。2）货格式货架

8、：这种货架最常见，在我国也比较多，多用于容量较大的仓库。如以集装箱为单位存储的立体仓库。3）水平或垂直旋转式货架：这是一种旋转或循环的存储装置，它适合于存储体积小、重量轻的物品。4）悬臂货架：多用于存储长料，如金属棒、管等。1.2 巷道式堆垛机搬运设备是自动化仓库中的重要设备，它们一般是由电力来驱动的，通过自动或手动控制，实现货物从一处搬到另一处。设备形式可以是单轨的、双轨的、地面的、空中的、一维运行(水平直线运行或垂直直线运行)、二维运行、三维运行等。典型设备有升降梯、搬运车、巷道式堆垛机、双轨堆垛机、无轨叉车和转臂起重机等2。巷道式堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备。巷道式堆垛机是随着立体

9、仓库的出现而发展起来的专用起重机，如图1-1所示。它的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将位于巷道口的货物存于货格；或者相反，取出货格内的货物运送到巷道口。这种使用工艺对巷道式堆垛机在结构和性能方面提出了一系列严格的要求。图1-1 堆垛机构成示意图有轨巷道堆垛起重机通常简称为堆垛机。它是由叉车、桥式堆垛机演变而来的。桥式堆垛机由于桥架笨重因而运行速度受到很大的限制，它仅适用于出入库频率不高或存放长形原材料和笨重货物的仓库。其优点在于可以方便地为多个巷道服务。目前的AS/RS中应用最广的是巷道式堆垛机。巷道式堆垛机由运行机构、起升机构、装有存取货机构的载货台、机架(车身)和电气设备五部分

10、组成。(1)机架堆垛机的机架由立柱、上横梁和下横梁组成一个框架。(2)运行机构在堆垛机的下横梁上装有运行驱动机构和在轨道地轨上运行的车轮。(3)起升机构堆垛机的起升机构是由电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮以及柔性件组成，常用的柔性件有钢丝绳和起重链等。(4)载货台及存取货机构载货台是货物单元的承载装置。对于需要搬运整个货物单元的堆垛机，载货台由货台本体和存取货装置组成。(5)电气设备电气设备主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。(6)安全保护装置堆垛机是一种起重机械，它要在又高又窄的巷道内高速运行。为了保证人身及设备的安全，堆垛机必须配备有完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采取

11、一系列联锁和保护措施。1.3 控制与管理系统自动化仓库中的电气与电子设备主要指检测装置、信息识别装置、控制装置、通信设备、监控调度设备、计算机管理设备以及大屏幕显示、图像监视等设备。(1)检测装置为了实现对自动化仓库中各种作业设备的控制，并保证系统安全可靠地运行，系统必须具有多种检测手段能够检测各种物理参数和相应的化学参数。对货物的外观检测及称重、机械设备及货物运行位置和方向的检测、对运行设备状态的检测、对系统参数的检测和对设备故障情况的检测都是极为重要的。通过对这些检测数据的判断、处理为系统决策提供最佳依据，使系统处于理想的工作状态。(2)信息识别装置信息识别设备是自动化仓库中必不可少的，它

12、完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、目的地、生产厂，甚至货位地址的识别。在自动化仓库中，为了完成物流信息的采集，通常采用条形码、磁条、光学字符和射频等识别技术。条形码识别技术在自动化仓库中应用最普遍。(3)控制装置控制装置是自动化系统运行成功的关键。没有好的控制，系统运行的成本就会很高，而效率很低。为了实现自动运转，自动化仓库内所用的各种存取设备和输送设备本身必须配备各种控制装置。这些控制装置种类较多，从普通开关和继电器，到微处理器、单片机和可编程控制器(PLC)，根据各自的设定功能，它们都能完成一定的控制任务。如巷道式堆垛机的控制要求就包括了位置控制、速度控制、货叉控制以及方向控制等。所

13、有这些控制都必须通过各种控制装置去实现。(4)监控调度设备监控系统是自动化仓库的信息枢纽，它在整个系统中起着举足轻重的作用，它负责协调系统各个部分的运行。有的自动化仓库系统使用了很多运行设备，各设备的运行任务、运行路径、运行方向都需要由监控系统来统一调度，按照指挥系统的命令进行货物搬运活动。通过监控系统的监视画面可以直观地看到各设备的运行情况。(5)计算机管理设备计算机管理系统(主机系统)是自动化仓库的指挥中心，相当于人的大脑，它指挥着仓库中各设备的运行。它主要完成整个仓库的账目管理和作业管理，并担负着与上级系统的通信和企业信息管理系统的部分任务。一般的自动化仓库管理系统多采用微型计算机为主的

14、系统，对比较大的仓库管理系统也可采用小型计算机。随着计算机的高速发展，微型计算机的功能越来越强，运算速度越来越高，微型计算机在这一领域中将日益发挥重要的作用。(6)数据通信设备自动化立体仓库是一个复杂的自动化系统，它是由众多子系统组成的。在自动化仓库中，为了完成规定的任务，各系统之间、各设备之间要进行大量的信息交换。(7)大屏幕显示自动化仓库中的各种显示设备是为了使人们操作方便、易于观察设备情况而设置的。在操作现场，操作人员可以通过显示设备的指示进行各种搬运、拣选；在中控室或机房人们可以通过屏幕或模拟屏的显示，观察现场的操作及设备情况。(8)图像监视设备工业电视监视系统是通过高分辨率、低照度变

15、焦摄像装置对自动化仓库中人身及设备安全进行观察，对主要操作点进行集中监视的现代化装置，是提高企业管理水平，创造无人作业环境的重要手段3。1.4 货物寻址技术立体仓库的自动寻址就是自动寻找存放提取货物的位置。计算机控制的自动化仓库都具有自动寻址的功能。在同一巷道内的货位地址由三个参数组成：第几排货架，第几层货格，左侧或右侧。当自动仓库接收到上级管理机的存取命令和存取地址后，即向指定货位的方向运行。运行中，安装在堆垛机上的传感器不断检测位置信息，计算判断是否到位。认址装置由认址片和认址器组成。认址器即某种类型的传感器。目前常用的是红外传感器。发送与接收红外光在同侧时，用反射式的认址片，否则用透射式

16、的。传感器通过认址片时会接收到0或1的信息。0表示未接收到红外光，1表示接收到红外光。由0，1组成的代码可以用于地址的判断。认址检测方式通常分为绝对认址和相对认址两种。绝对认址是为每一个货位制定一个绝对代码。为此，需要为每个货位制作一个专门的认址片。显然，绝对认址方法可靠性高，但是认址片制作复杂，控制程序的设计也十分复杂。相对认址时，货位的认址片结构相同。每经过一个货位，只要进行累加就可以得到货位的相对地址。与绝对地址相比相对地址可靠性较低，但认址片制作简单。编程也较简单。为了提高相对认址的可靠性，可以增加奇偶校验。2 射频识别技术RFID最早的应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞

17、机的“敌我辨识”系统。RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并有着广阔的应用前景。射频识别技术已逐渐成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强竞争能力不可缺少的技术工具和手段。并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。2.1 射频技术的发展与应用现状在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一，RFID技术的发展可按20年期划分如下：1）1941-1960年，雷达的改进和应用催生了RFID技术，奠定了RFID技术的理论基础，开启RFID技术早期的探索阶段，主要处于实验室实验研究。2）1961-1980年，RF

18、ID技术的理论得到了发展，并出现了一些最早的RFID应用。3）1981-2000年，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。4）从2001年至今，标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实4。2.2 RFID系统的构成RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，RFID系统

19、的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由读写器、电子标签和计算机通信网络组成。(1)读写器：它是通过射频技术完成标签信息识别的一种设备，并将识别的信息通过网络传输给计算机控制中心来管理。(2)电子标签：电子标签一般被安装在需要识别的货物上，它存储了关于货物需要识别的所有相关信息，并被读写器通过非接触的方式来识别。(3)计算机通信网络：它的主要功能是管理利用通信传输的数据，并利用标准接口与读写器进行连接5。如下图2-1RFID系统的结构框图所示。电源时钟读写模块计算机通讯网络射频模块天线天线控制模块储存器射频模块射频识别标签射频读写器图2-1 RFID系统的结构框图2.3

20、RFID的技术原理与工作流程1.RFID的技术原理一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份组成，其基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。如下图2-2 RFID技术原理图所示。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种式，而较

21、高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。应答器是RFID系统的信息载体，应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元6。收发模块控制模块通信模块计算机天线天线收发模块控制模块储存器射频卡读写器图2-2 RFID技术原理图2.RFID的技术流程射频识别系统的基本工作流程如下：(1)读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；(2)当电子标签进入发射天线的工

22、作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；(3)系统的接收天线接受电子标签发出的信号，经天线的调节器传输给读写器；读写器对接收到的信号进行调节解码，送往后台的电脑控制器；(4)电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；(5)执行机构按照电脑的指令动作；(6)通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目可以设计不同的软件来完成要达到的功能7。3 基于RFID的自动化仓储管理系统分析3.1 系统需求分析根据对实际仓储管理流程的分析，基于RFID技术的自动化仓储管理系统应能够实时地从RFID

23、标签中采集数据，将收集到的信息经无线网络WLAN传输给中央服务器，并根据服务器的计算结果实时地完成货物的统计、物流的追踪以及货物最合理的摆放。具体需求分析如下：(1)自动地、精确地更新各种信息。当货物出人库，需要更新时，只需通过手持无线数据采集器或进出口RFID阅读器读取相应RFID数据即可完成货仓的更新；或者通过查询实时数据库，找到相应型号的货物进行数据的更新即可。(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，将搜索到的信息数据传输到PDA，从而可以轻易找到标识牌，进行货物的追踪8。(3)动态分配货位。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

24、动态分配，从而最大限度地利用仓储空间。(4)仓储系统盘点。通过手持无线数据采集器或智能盘点推车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；登陆系统终端，随机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，完成仓库内部随机抽查盘点工作。(5)实时统计报表。通过手持无线数据采集器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9。3.2 系统构架分析基于RFID技术的自动化仓储管理系统采用C/S和B/S结构相结合的系统架构，结合先进的高速无线网络技术，使得仓库的计划、操作、调度、

25、控制和管理全部具有实时性，提高仓储管理效率与准确率，确保仓储各业务流程高效运转。系统由前端硬件设备和后台管理系统两部分组成。前端硬件设备包括电子标签发行设备和电子标签识别模块。电子标签发行设备由RF1D打印机和标签制作管理软件组成，通过标签制作管理软件为仓库、仓储货物、库位、货架生成唯一的电子标签，并自动完成信息写人和标签打印工作。因标签不良而导致信息无法写人时，RFID打印机会在标签表面自动打印图案，以防止不良标签的误用。电子标签识别采集设备主要包括手持式无线数据采集器、固定式RFID阅读器和智能盘点推车。采集设备自动读取有效距离范围内的数据，通过WLAN将数据传输至仓储区服务器，实现仓储移

26、动数据终端与仓储管理应用系统平台数据信息的输入、更新、统计等功能。后台管理系统是整个系统的核心理部分，由用户终端、具有信息实时处理能力的中央服务器和分布在仓库核心区域的仓储区服务器组成10。中央服务器负责日常业务处理，仓储区服务器负责与采集设备通讯，将采集设备上传的数据转换并插人到中央服务器的数据库中，用户可通过Internet访问管理系统。管理员PC查询PC报表单证打印机数据库服务器库房PC条码标签打印机无线手持数据终端车载终端图3-1 RFID技术原理图4 基于RFID技术的自动化立体仓储管理系统设计客户管理基于RFID仓储管理信息系统系统管理基本数据管理财务管理RFID动态管理统计分析库

27、存管理系统管理系统管理系统管理产品账务管理库存帐务管理入库管理盘点管理出库管理报损管理库存帐务管理仓库管理货物管理设备管理员工管理基于RFID技术的仓储管理信息系统通过利用RFID技术强化企业仓储功能，优化作业流程，灵活配置项目，为客户提供更好的管理和数据分析依据。本文通过对基于RFID仓储流程的优化分析，将系统功能划分为六大模块：系统管理、基本数据管理、仓储管理、RFID动态管理、统计分析和财务管理。如图4-1所示。图4-1 基于RFID仓储管理信息系统功能结构(1)系统管理系统管理模块主要包括以下功能：l)合同管理。通过此项功能，管理合同的查询、增加、修改和作废等内容。2)角色管理。通过此

28、功能可以将系统具体的权限关联到指定的角色中，通过角色与权限关联，并将角色与具体的操作员关联，实现对操作员的权限管理。3)预警管理。包括仓库容量预警、库存货物量预警和保质期预警。根据不同的仓储类型，对仓库的库存预警条件进行设置和监控。(2)基本数据管理l)客户管理。通过此项功能，可以增加、修改和删除客户信息。2)员工管理。通过此项功能，可以增加、修改和删除员工信息。3)仓库管理。通过此项功能，可以对仓库的名称、承重能力、容积、类别、成本费用等信息进行添加、修改和作废功能的处理。4)储位管理。包括储位类型管理、储位规则管理和储位预约。5)货物管理。包括货物类别维护和货物档案管理。通过货物类别维护可

29、以新建、保存和删除货物类别。通过货物档案管理可以增加、修改和删除货物的详细信息，对货物档案进行管理11。6)设备管理。包括消耗类设备管理、机械设备管理和电子设备管理。对仓库设备的信息进行增加、修改和删除的处理。(3)库存管理库存管理是系统中最主要的管理模块，复杂对整个仓储流程进行控制，其功能模块包括：l)入库管理。该模块的主要功能是：根据采购部门签订的合同制造预入库单。根据预入库单，查询库位空余情况，确定有足够库位，否则推迟入库。货物入库时将货物明细单与预入库单核对，检查有无输入的错误或遗漏等，货物的品名，数量等是否一致，并对一些错误进行常识的判断。2)货物盘点管理。包括盘点计划、盘点单制作、

30、盘点报告单制作等功能。通过此项功能可以进行新增、审核、查询盘点计划等操作。3)异动数据管理。异动数据是指表明托盘在库期间承载物品数量增减的数据，主要是针对在库物品不满一托盘需要进行调整时涉及到的一些问题。主要处理托盘中物品数量增减情况，及时更新托盘电子标签中物品的数据信息，同时更新相应的数据表。4)出库管理。该模块最重要的功能是对出库货物的审核。系统需对出库货物进行仔细审核，将出库通知书及出库通知书货物明细与由扫描仪读取的货箱上的货物标签的条码信息或商品的条码信息对照，看有无输入的错误或遗漏等，货物的品名，数量等是否一致等，若一致，则利用设施设备及仓库区域规划系统确定出库月台，并由叉车完成装车作业，将实际作业进度及其他修正数据输入备用数据库，作为出库数据库的加项、库存数据库的减项，并打印出库凭证单据及各类实际工作报表12。5)报损管理。通过此项功能可以生成货物报损单，对其是否已处理的状态进行查询、修改等操作。(4)RFID动态管理。本模块包括对待管理的物流对象基本信息的安装、植入，同时利用读写装置对其RFID标签内所存储的信息进行跨地域的采集、流通，然后通过数据接口层传入整个物流信息系统数据库。本模块是整个RFID物流信