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RFID自动化仓库管理系统解决方案

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RFID自动化仓库管理系统解决方案

1  企业如何选择仓库自动化 
仓库自动化的效益是显而易见的：自动化能够加快处理速度，提高精确度，降低劳动力成本，提高可靠性，达到库房面积和空间的更有效利用。但是，这些优势并不是免费得来的。自动化需要很昂贵的成本投入，只有通过运营成本的节减才能收回投资。这并非一朝一夕之功，需要从中长期综合考虑。 

    1.1  仓库自动化的优劣 
一般说来，自动存储系统(AS／RS)每小时能在每个巷道运送40～50个托盘，这和巷道的高度和宽度、托盘的物理特性、货架高低间距等因素相关。如果升降机需要更换巷道，单次转换的时间和转换频率会影响作业速度。 

轻型货架可用来存放货箱，通过自动存储，每小时可以在每巷道内存取80～100个货箱。尽管如此，通过一些专门的设备，还可进一步提高作业速度。如果设备和产品物理特性允许，又有加大仓库作业量的现实需要，每次作业可以搬运两个或是更多的货箱。 

高速分拣机每小时可以完成2万次拣选，一些制造商甚至宣称有更高的拣选速度。但务必要注意，处理速度和物件大小、重量及物件特性密切相关。当RF(射频)终端上安上条形码浏览器，并和WMS连接时，利用RF终端就可以提高拣选速度。尽管很难确切地说出RF终端对库房作业改善的幅度，但这种改善很容易就能被看出来，拣货员的作业活动得到了更多监督，拣货更加精确，拣货过程中还能获得更多的实时信息。RFID标签在货物追踪上更具优势。想象一下，一个托盘上承载20个货箱，每个货箱里面都是不同的货物。利用RFID，这些货物的信息一次就能扫描完毕，而条形码则需要逐个扫描才能确定货物的性质，扫描速度被极大地提高了。 

除了上面提到的能感受到的益处外，自动化还可以减少工伤和货损、改善公司形象、降低对操作工的依赖，尤其是库房里有特殊需要、操作工短缺的时候。但是，与此同时，自动化也有缺点：对变化的货物吞吐量和货物种类缺乏弹性、冗长的项目实施周期、项目实施中间服务质量的下降等。 

可以看出，自动化带来了更高的物流作业水准，同时也带来了更多的执行成本。因此，所有的优劣条件都让是否采用自动化难以抉择，那么，如何选择仓库自动化的可行性呢?自动化需要很昂贵的成本投入，只有通过运营成本的节减才能收回投资。这并非一朝一夕之功，需要从中长期综合考虑。因此，在选择仓库自动化时应该考虑以下几方面的问题。 

1.2  选择仓库自动化项目需要考虑的四个问题 

    1．要对项目进行审视，着眼于实际业务需要，而不是为自动化而自动化。在考虑自动化的时候，还要考虑与它相配套的手工作业。事实上，基本上没有哪一个立体仓库是真正的立体仓库，任何立体仓库都是自动化与手工的结合。确定项目的时候，需要建立计划数据库。一般情况下，需把未来3～5年内仓库的吞吐量、存储容量、订单货物的类别等要素考虑进去。 

2．进行技术评估，确定自动化是否适当。根据库房吞吐量和存储需要，可以确定是否需要自动化和自动化要达到的程度。 

按照作业水平，可以把库房作业分成由低到高的四个层次：简单手工操作——例如托盘堆垛、货箱上架、根据纸定单拣选等；机器辅助作业——借助升降机，把托盘送上货架，或用直式输送机辅助运输货箱；简单自动化作业——例如，在全托盘进出的库房里，利用自动起重机和简单的输送系统；复杂自动化作业——包括指示灯辅助拣选系统、复杂的输送系统、高速分拣系统等。随着库房作业复杂程度和库房容量的增长，我们的选择也会跟着变化。例如，当库房每小时处理的定单超过500个时，自动化作业就被提上议事日程了。 

3．当确定有必要实施自动化以后，下一步就要对设备的性能进行详细的审视。每个被选设备的可选特性只需通过“是／否”备选框就可以挑选出来。例如，对严格实行先进先出的库房来说，单倍深自动存储系统就足够了，无须采用双倍深的存储系统或密集的起重机系统。对设备的特性进行如此细致的评估后，就能理直气壮地得出弃用某些设备的结论了。 

这个过程结束后，可能只有两三种比较适合的方案留下来，进而对剩下的两三种方案进行全面成本比较。比较的时候要把相关的成本都考虑进去。例如，在考虑设备资金投入的基础上，把占用的空间、操作工的数量、维修与保养等都考虑进去。可能发生的具体成本支出包括：设备占用面积的租金、税费、水电冷气、消防设备、运转养护成本和人工成本等。同时，由于这些支出有的是一次性支出的，有的是分期支付的，要确切衡量每一种方案的确切年度运营支出。较为妥当的办法是，把与库房自动化项目相关的支出根据设备的折旧年限和期望的报酬率进行折现，比较每种方案的折现现金流出，就像住房按揭一样，把一次性或周期性的成本支出换算成一定年限内的平均支出。 

4．根据计划阶段设定的作业环境参数和意外情况，做敏感度分析。通过分析作业环境改变之后，最终选中的方案是否会发生改变，可以发现方案的潜在缺陷。这时，计算机仿真测试就派上用场了。例如测试自动存储系统的一个起重机发生故障后对整体作业的影响，只需输入相关参数就可以了。在重大自动化项目中，这是很有必要的，在计算机上对设计进行测试是非常容易的，当进入签约阶段，发现不适合再掉头就积重难返了。 

通过逐渐缩小选择范围的方法，能把各个型号的自动化设备都考虑进去。只有通过这样彻底的分析，才能选中一个合适的自动化系统。 

    1.3  自动化仓库的实施与安装 

明显地，关于实施的一个很重要的话题是安装和调试需要多长时间。建造一个标准的库房并进行通用设备安装通常所需的时间不超过一年。如果能找到适合的建筑用房，工期还会进一步缩短。 

但是，全自动化系统的实施就需要相当长的时间了，通常耗时最久、也是至关重要的一步是开发WMS(仓库管理系统)。不要低估可能耗费的时间，制定不切实际的时限。在项目实施的过程中，确保库房和物料搬运设备和WMS的兼容性是至关重要的。这个协调任务从最初流程设计的时候开始，贯穿项目实施的始终。 

信息系统和公司的运营需求不配套，最常见的原因往往是，物料搬运设备和WMS的不相契合，或是设计阶段中没有完全摸清公司的运营需要。还有十分重要的一点是，库房布局设计可能与你以往的经历不同。例如，在通过叉车进行托盘搬运的仓库里，在有足够的指示标志和隔离物的情况下，在巷道中设立连接其间的人行步道是可以的。但是很难想象，在自动存储系统里，会有在巷道中开设连接通道的情况。在工程的早期阶段就向技术专家请教，可以有效避免相关错误的产生。 

总之，避免自动化项目失败的工作从项目的制定初期就开始了。做细致周密的数据分析，在作业目标和顾客服务水平上达成一致，大家共同努力，才能确保自动化项目的最终成功。 

2  RFID技术在仓库管理中的应用 

随着RFID技术的迅速发展，因其不易污染、磨损、划伤，以及标签本身是无源件、体积小、耐用可靠、操作迅速方便等优点，正被广泛地应用于公路收费、考勤、门禁、餐厅记账及身份识别等系统中，给人民生活带来了前所未有的方便。 

目前，仓库管理主要是基于相应规范的手工作业及电脑半自动化管理实现的。其弊病显而易见，即需要投入大量人力进行规范物品的放置、定期整理盘点以及出／入库登记等工作，这使得仓库管理问题十分繁琐，浪费大量时间。因此，把RFID技术应用于仓库管理比较理想，这也是RFID技术一个新的应用领域。 

    2.1  基于RFID技术的仓储管理系统 

基于RFID技术的仓库管理系统设计的目的是实现物品出／入库控制、物品存放位置及数量统计、信息查询过程的自动化，方便管理人员进行统计、查询和掌握物资流动情况。为达到方便、快捷、安全、高效等要求，系统设计如下。 

    1．系统组成 

基于RFID技术的仓库管理系统硬件包括：主机、打印机、出／入库读写器、位置读写器、移动读写器、RS-485接口卡、电动控制门、报警检测装置等。其中主机安装了管理软件，通过RS-485接口卡与出／入库读写器及所有的位置读写器相连接并对它们进行控制，如设置权限、读取记录及统计查询等；位置读写器记录物品的放置，出／入库读写器控制电动控制门、采集物品出入库记录等。系统结构如图12.6所示。本系统使用RFID电子标签作为物品的标识，存储其型号、生产日期、数量等资料。 

本系统管理软件是在Windows 98环境下，采用VB 6.0开发的，主要包括：系统设置、入库管理、出库管理、物资管理以及数据库管理五大模块。 

系统设置包括密码修改、仓库区域、读写器地址、串口及报警规则设置等功能； 

出／入库管理包括读／写电子标签，添加、删除记录，生成报表等功能； 

物资管理包括物资定位、盘点、统计及生成报表等功能； 

数据库管理对数据库进行浏览、查询、排序等操作，只能修改或编辑部分信息，如损坏程度、备注等，无权添加或删除任何记录。 

2．系统主要功能及其实现 

    (1) 物资定位 

物品进出仓库中的某区域时需经过该区的位置读写器，读写器记录此物品，由逻辑电路判断出物品进出方向，如图12.7所示。主机接收记录及进出标识，对数据库进行修改。若物品进入某区，就在数据库中将记录添加到该区；反之则删除记录。这就实现了仓库物资的实际位置与主机数据库内的信息一一对应，为管理人员查询、点验、寻找物资带来了很大的方便。 

(2) 出／入库管理 

物资出／入库登记是仓库管理中的重要环节。一旦物品种类、数量过多，工作量就很大，而且容易出错，可能造成国家财产或企业财产的损失。系统本着谨慎小心的原则，采用人工检查和自动化办公双重管理。出入库管理子系统的工作流程如图12.8所示。该系统的优点是物资出／入库与数据库的添加／删除同步，并最终生成报表，大大减少了管理人员的工作量。 

需要说明的是，该系统中的出／入库读写器与位置读写器类似，装配有两个红外线接收器用来判断是入库操作还是出库操作。另外，正常情况下，电动挡板是在人工指令和出／入库读写器指令相“与”的控制下工作的，在读写器工作异常时可人为强制打开或合上。 

(3) 物资清点 

在仓库管理中，定期进行盘点是必不可少的工作。本系统还配置了移动读写器，工作人员手持它在仓库中巡视一圈即可迅速完成物资清点任务。具体流程是：分区域进行；读写器读取RFID电子标签的信息，输送到主机作为记录存入新数据库；一个区域读取完毕后，主机进行该区域的新旧数据库比较并记录结果；进入下一区域重复以上过程。仓库盘点结束后，生成物资统计报表和差异报表，便于及时发现问题。 

3．接口通信设计 

主机通过RS-232串行口或RS-485串行接口卡(联网)与出／入库读写器、位置读写器及移动读写器相连。    

    (1) 读写器接口协议 

命令／应答格式“长度 命令字 地址 参数 校验数”，其中，长度为从“命令字”到“校验数”的字节数，地址分配如下：主机地址为00H，出／入库读写器地址为FFH，位置读写器地址为01～F0H，移动读写器地址为FEH；校验为偶校验。 

串口参数波特率为9600，8位，1位停止位，无校验。 

(2) 接口函数 

系统采用Windows API通信接口函数来实现主机与各读写器之间的数据通信。 

4．系统安全性分析 

随着RFID技术的迅速发展，各个RFID电子标签生产厂家为用户提供的安全体系也越来越完善。首先，每张标签的序列号都是惟一的，在生产过程中已被固化，不可以更改。在通信安全上采用符合ISO 9798国际标准的3次互感校验技术，以对电子标签和读写器的合法性进行相互校验；在数据通信上采用DSA算法对数据进行加密，确保数据不被非法修改。在读写控制上采用授权方式，即读写设备必须先获得“设备授权标签”的授权后才能读写本系统的电子标签，而电子标签的初始化又必须经过上级授权标签的授权，并且只能在指定的授权设备上进行。因此，授权方式不存在密码被破解问题，只要保证授权标签不被盗用，即可保证系统的安全性。 

    因此，正确规范RFID电子标签的管理制度，妥善保存和使用各授权卡，将确保本系统的高安全性。 

5．两点说明 

(1) 由于RFID电子标签的读写距离较短，所以需要规范仓库管理人员的操作，以保证数据读写有效； 

(2) RFID电子标签的价格较贵，仓库内的物品种类、数量众多，因此要求合理配置电子标签，以使系统的性价比最佳。 

    2.2  总结 

    基于RFID技术的仓库管理系统的设计及实现，是RFID技术的一个新的应用。随着RFID技术的不断发展，相信在不久的将来，其读写距离会不断改善，这将为仓库管理带来更大的方便，从而产生更加积极的社会效益。