1、基于RFID技術的自動化倉儲管理系統的應用研究摘要：針對目前效率不高的人工管理和半自動化管理下的倉儲管理狀態，以RFID技術為核心，設計基于RFID的自動化倉儲管理系統，實現倉儲管理自動化和智能化。對系統進行了需求分析，給出了系統架構和功能模塊，通過無線射頻技術自動采集倉儲人庫、分揀、盤點、出庫等環節數據，實現數據的實時傳遞，提升倉儲管理水平。關鍵詞：自動化立體倉儲；倉庫管理系統；RFID技術中圖分類號：0224 文獻標識碼：AStudy on Application Automatic Warehouse Management System Based on RFIDAbstract: ba

2、sed 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 intellectualization. On the sy

3、stem 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: automatic stereo

4、scopic warehouse; Warehouse management system; RFID technology1 引言自動化立體倉儲管理系統是一種高效率、大容量，以計算機控制技術為主，采用高層立體貨架和成套搬運方式的倉儲系統。RFID(射頻識別，Radio Frequency Identification)是一種無線自動識別技術，它與傳統的條碼技術相比，具有明顯的優越性。將RFID技術應用到自動化立體倉庫中，不僅可以提高立體倉儲系統的效率，還可以提高物資的管理水平，減少錯誤率。本文詳細闡述了介紹自動化倉儲系統和RFID技術，然后基于RFID技術設計了自動化立體倉儲管理系統。該系統

5、能夠高速、準確地傳遞貨物信息，還能夠在一定程度上降低物資管理成本、增加整體效益，同時也為RFID技術在自動化立體倉庫管理的應用中提供了有效的解決方案。1 自動化倉儲系統自動化倉儲系統是現代物流技術的核心，它集高架倉庫及規劃、管理、機械、電氣于一體，是一門學科交叉的綜合性技術1。自動化倉庫一般包括貨架、搬運機械、輸送機、托盤或貨箱、控制系統、物料識別系統、計算機數據管理系統等設備。1.1 倉儲貨架倉儲貨架是存儲設備，是基于包裝、運輸、裝卸、分揀、信息管理是物流的六大基本功能。貨架是倉儲的主要設施之一，可以說，貨架是現代工業倉庫、物流中心、配送中心必不可少的組成部分。1）移動式貨架：移動式貨架易控

6、制，安全可靠。每排貨架有一個電機驅動，由裝置于貨架下的滾輪沿鋪設于地面上的軌道移動。其突出的優點是提高了空間利用率，一組貨架只需一條通道，而固定型托盤貨架的一條通道，只服務于通道內兩側的兩排貨架。所以在相同的空間內，移動式貨架的儲存能力比一般固定式貨架高得多。2）貨格式貨架：這種貨架最常見，在我國也比較多，多用于容量較大的倉庫。如以集裝箱為單位存儲的立體倉庫。3）水平或垂直旋轉式貨架：這是一種旋轉或循環的存儲裝置，它適合于存儲體積小、重量輕的物品。4）懸臂貨架：多用于存儲長料，如金屬棒、管等。1.2 巷道式堆垛機搬運設備是自動化倉庫中的重要設備，它們一般是由電力來驅動的，通過自動或手動控制，實

7、現貨物從一處搬到另一處。設備形式可以是單軌的、雙軌的、地面的、空中的、一維運行（水平直線運行或垂直直線運行）、二維運行、三維運行等。典型設備有升降梯、搬運車、巷道式堆垛機、雙軌堆垛機、無軌叉車和轉臂起重機等2。巷道式堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設備。巷道式堆垛機是隨著立體倉庫的出現而發展起來的專用起重機，如圖1-1所示。它的主要用途是在高層貨架的巷道內來回穿梭運行，將位于巷道口的貨物存于貨格；或者相反，取出貨格內的貨物運送到巷道口。這種使用工藝對巷道式堆垛機在結構和性能方面提出了一系列嚴格的要求。圖1-1 堆垛機構成示意圖有軌巷道堆垛起重機通常簡稱為堆垛機。它是由叉車、橋式堆垛機演變而來的。

8、橋式堆垛機由于橋架笨重因而運行速度受到很大的限制，它僅適用于出入庫頻率不高或存放長形原材料和笨重貨物的倉庫。其優點在于可以方便地為多個巷道服務。目前的AS/RS中應用最廣的是巷道式堆垛機。巷道式堆垛機由運行機構、起升機構、裝有存取貨機構的載貨臺、機架(車身)和電氣設備五部分組成。（1）機架堆垛機的機架由立柱、上橫梁和下橫梁組成一個框架。（2）運行機構在堆垛機的下橫梁上裝有運行驅動機構和在軌道地軌上運行的車輪。（3）起升機構堆垛機的起升機構是由電動機、制動器、減速機、卷筒或鏈輪以及柔性件組成，常用的柔性件有鋼絲繩和起重鏈等。（4）載貨臺及存取貨機構載貨臺是貨物單元的承載裝置。對于需要搬運整個貨物

9、單元的堆垛機，載貨臺由貨臺本體和存取貨裝置組成。（5）電氣設備電氣設備主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護。（6）安全保護裝置堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內高速運行。為了保證人身及設備的安全，堆垛機必須配備有完善的硬件及軟件的安全保護裝置，并在電氣控制上采取一系列鏈鎖和保護措施。1.3 控制與管理系統自動化倉庫中的電氣與電子設備主要指檢測裝置、信息識別裝置、控制裝置、通信設備、監控調度設備、計算機管理設備以及大屏幕顯示、圖像監視等設備。（1）檢測裝置為了實現對自動化倉庫中各種作業設備的控制，并保證系統安全可靠地運行，系統必須具有多種檢測手段能夠檢測各種物理參數和相應的化學參數。

10、對貨物的外觀檢測及稱重、機械設備及貨物運行位置和方向的檢測、對運行設備狀態的檢測、對系統參數的檢測和對設備故障情況的檢測都是極為重要的。通過對這些檢測數據的判斷、處理為系統決策提供最佳依據，使系統處于理想的工作狀態。（2）信息識別裝置信息識別設備是自動化倉庫中必不可少的，它完成對貨物品名、類別、貨號、數量、等級、目的地、生產廠，甚至貨位地址的識別。在自動化倉庫中，為了完成物流信息的采集，通常采用條形碼、磁條、光學字符和射頻等識別技術。條形碼識別技術在自動化倉庫中應用最普遍。（3）控制裝置控制裝置是自動化系統運行成功的關鍵。沒有好的控制，系統運行的成本就會很高，而效率很低。為了實現自動運轉，自動

11、化倉庫內所用的各種存取設備和輸送設備本身必須配備各種控制裝置。這些控制裝置種類較多，從普通開關和繼電器，到微處理器、單片機和可編程控制器（PLC），根據各自的設定功能，它們都能完成一定的控制任務。（4）監控調度設備監控系統是自動化倉庫的信息樞紐，它在整個系統中起著舉足輕重的作用，它負責協調系統各個部分的運行。有的自動化倉庫系統使用了很多運行設備，各設備的運行任務、運行路徑、運行方向都需要由監控系統來統一調度，按照指揮系統的命令進行貨物搬運活動。通過監控系統的監視畫面可以直觀地看到各設備的運行情況。（5）計算機管理設備計算機管理系統(主機系統)是自動化倉庫的指揮中心，相當于人的大腦，它指揮著倉庫

12、中各設備的運行。它主要完成整個倉庫的賬目管理和作業管理，并擔負著與上級系統的通信和企業信息管理系統的部分任務。一般的自動化倉庫管理系統多采用微型計算機為主的系統，對比較大的倉庫管理系統也可采用小型計算機。隨著計算機的高速發展，微型計算機的功能越來越強，運算速度越來越高，微型計算機在這一領域中將日益發揮重要的作用。（6）數據通信設備自動化立體倉庫是一個復雜的自動化系統，它是由眾多子系統組成的。在自動化倉庫中，為了完成規定的任務，各系統之間、各設備之間要進行信息交換。（7）大屏幕顯示自動化倉庫中的各種顯示設備是為了使人們操作方便、易于觀察設備情況而設置的。在操作現場，操作人員可以通過顯示設備的指示

13、進行搬運、揀選；在中控室或機房人們可以通過屏幕或模擬屏的顯示，觀察現場的操作及設備情況。（8）圖像監視設備工業電視監視系統是通過高分辨率、低照度變焦攝像裝置對自動化倉庫中人身及設備安全進行觀察，對主要操作點進行集中監視的現代化裝置，是提高企業管理水平，創造無人作業環境的重要手段3。1.4 貨物尋址技術立體倉庫的自動尋址就是自動尋找存放提取貨物的位置。計算機控制的自動化倉庫都具有自動尋址的功能。在同一巷道內的貨位地址由三個參數組成：第幾排貨架，第幾層貨格，左側或右側。當自動倉庫接收到上級管理機的存取命令和存取地址后，即向指定貨位的方向運行。認址裝置由認址片和認址器組成。認址器即某種類型的傳感器。

14、目前常用的是紅外傳感器。發送與接收紅外光在同側時，用反射式的認址片，否則用透射式的。傳感器通過認址片時會接收到0或1的信息。0表示未接收到紅外光，1表示接收到紅外光。由0，1組成的代碼可以用于地址的判斷。認址檢測方式通常分為絕對認址和相對認址兩種。絕對認址是為每一個貨位制定一個絕對代碼。為此，需要為每個貨位制作一個專門的認址片。顯然，絕對認址方法可靠性高，但是認址片制作復雜，控制程序的設計也十分復雜。相對認址時，貨位的認址片結構相同。每經過一個貨位，只要進行累加就可以得到貨位的相對地址。與絕對地址相比相對地址可靠性較低，但認址片制作簡單。編程也較簡單。為了提高相對認址的可靠性，可以增加奇偶校驗

15、。2 射頻識別技術RFID最早的應用可追溯到第二次世界大戰中用于區分聯軍和納粹飛機的“敵我辨識”系統。RFID應用領域日益擴大，現已涉及到人們日常生活的各個方面，并有著廣闊的應用前景。射頻識別技術已逐漸成為企業提高物流供應鏈管理水平、降低成本、企業管理信息化、參與國際經濟大循環、增強競爭能力不可缺少的技術工具和手段。并將成為未來信息社會建設的一項基礎技術4。2.1 RFID系統的構成RFID系統在具體的應用過程中，根據不同的應用目的和應用環境，RFID系統的組成會有所不同，但從RFID系統的工作原理來看，系統一般都由讀寫器、電子標簽和計算機通信網絡組成。（1）讀寫器：它是通過射頻技術完成標簽信

16、息識別的一種設備，并將識別的信息通過網絡傳輸給計算機控制中心來管理。（2）電子標簽：電子標簽一般被安裝在需要識別的貨物上，它存儲了關于貨物需要識別的所有相關信息，并被讀寫器通過非接觸的方式來識別。（3）計算機通信網絡：它的主要功能是管理利用通信傳輸的數據，并利用標準接口與讀寫器進行連接5，如下圖所示。電源時鐘讀寫模塊計算機通信網絡射頻模塊天線天線控制模塊儲存器射頻模塊射頻識別標簽射頻讀寫器圖2-1 RFID系統的結構框圖2.2 RFID的技術原理與工作流程1.RFID的技術原理一套完整的RFID系統，是由閱讀器與電子標簽也就是所謂的應答器及應用軟件系統三個部份組成，其基本工作原理并不復雜：標簽

17、進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(無源標簽或被動標簽)，或者由標簽主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)，解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。如下圖2-2 RFID技術原理圖所示。以RFID卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看大致上可以分成：感應耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀

18、器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。應答器是RFID系統的信息載體，應答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元6。收發模塊控制模塊通信模塊計算機天線天線收發模塊控制模塊儲存器射頻卡讀寫器圖2-2 RFID技術原理圖2.RFID的技術流程射頻識別系統的基本工作流程如下：（1）讀寫器將無線電載波信號經過發射天線向外發射；（2）當電子標簽進入發射天線的工作區時，電子標簽被激活，將自身信息的代碼經天線發射出去；（3）系統的接收天線接受電子標簽發出的信號，經天線的調節器傳輸給讀寫器；讀寫器對接收到的信號進行調節解碼，送往后臺

19、的電腦控制器；（4）電腦控制器根據邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構的動作；（5）執行機構按照電腦的指令動作；（6）通過計算機通信網絡將各個監控點連接起來，構成總控信息平臺，根據不同的項目可以設計不同的軟件來完成要達到的功能7。3 基于RFID的自動化倉儲管理系統分析3.1 系統需求分析根據對實際倉儲管理流程的分析，基于RFID技術的自動化倉儲管理系統應能夠實時地從RFID標簽中采集數據，將收集到的信息經無線網絡WLAN傳輸給中央服務器，并根據服務器的計算結果實時地完成貨物的統計、物流的追蹤以及貨物最合理的擺放。具體需求分析如下：（1）自動

20、地、精確地更新各種信息。當貨物出入庫，需要更新時，只需通過手持無線數據采集器或進出口RFID閱讀器讀取相應RFID數據即可完成貨倉的更新；或者通過查詢實時數據庫，找到相應型號的貨物進行數據的更新即可。（2）查詢和追蹤貨物信息。登錄系統軟件終端，搜索將要查詢貨物的具體信息，將搜索到的信息數據傳輸到PDA，從而可以輕易找到標識牌，進行貨物的追蹤8。（3）動態分配貨位。登錄系統軟件終端，查詢貨位信息，根據貨位倉儲空間信息，實現貨物的動態分配，從而最大限度地利用倉儲空間。（4）倉儲系統盤點。通過手持無線數據采集器或智能盤點推車讀取標識牌上的無源標簽，進行貨物的統計，將數據返回系統終端進行處理和盤點；登

21、陸系統終端，隨機搜索某一種類的貨物，獲取此貨物的相關信息，將數據傳輸到手持PDA上，工作人員可根據傳輸數據找到相應貨位，完成倉庫內部隨機抽查盤點工作。（5）實時統計報表。通過手持無線數據采集器對倉庫標識牌進行讀取，獲取信息，傳輸到系統終端，可實現倉庫的系統匯總，做出統計報表9。3.2 系統構架分析基于RFID技術的自動化倉儲管理系統采用C/S和B/S結構相結合的系統架構，結合先進的高速無線網絡技術，使得倉庫的計劃、操作、調度、控制和管理全部具有實時性，提高倉儲管理效率與準確率，確保倉儲各業務流程高效運轉。系統由前端硬件設備和后臺管理系統兩部分組成，如圖3-1所示。前端硬件設備包括電子標簽發行設

22、備和電子標簽識別模塊。電子標簽發行設備由RFID打印機和標簽制作管理軟件組成，通過標簽制作管理軟件為倉庫、倉儲貨物、庫位、貨架生成唯一的電子標簽，并自動完成信息寫人和標簽打印工作。因標簽不良而導致信息無法寫人時，RFID打印機會在標簽表面自動打印圖案，以防止不良標簽的誤用。電子標簽識別采集設備主要包括手持式無線數據采集器、固定式RFID閱讀器和智能盤點推車。采集設備自動讀取有效距離范圍內的數據，通過WLAN將數據傳輸至倉儲區服務器，實現倉儲移動數據終端與倉儲管理應用系統平臺數據信息的輸入、更新、統計等功能。后臺管理系統是整個系統的核心理部分，由用戶終端、具有信息實時處理能力的中央服務器和分布在

23、倉庫核心區域的倉儲區服務器組成10。中央服務器負責日常業務處理，倉儲區服務器負責與采集設備通訊，將采集設備上傳的數據轉換并插人到中央服務器的數據庫中，用戶可通過Internet訪問管理系統。管理員PC查詢PC報表單證打印機數據庫服務器庫房PC條碼標簽打印機無線手持數據終端車載終端圖3-1 系統構架圖4 基于RFID技術的自動化立體倉儲管理系統設計客戶管理基于RFID倉儲管理信息系統系統管理基本數據管理財務管理RFID動態管理統計分析庫存管理合同管理預警管理角色管理產品賬務管理庫存帳務管理入庫管理盤點管理出庫管理報損管理庫存帳務管理倉庫管理貨物管理設備管理員工管理基于RFID技術的倉儲管理信息系

24、統通過利用RFID技術強化企業倉儲功能，優化作業流程，靈活配置項目，為客戶提供更好的管理和數據分析依據。本文通過對基于RFID倉儲流程的優化分析，將系統功能劃分為六大模塊：系統管理、基本數據管理、倉儲管理、RFID動態管理、統計分析和財務管理。如圖4-1所示。圖4-1 基于RFID倉儲管理信息系統功能結構（1）系統管理系統管理模塊主要包括以下功能：1）合同管理。通過此項功能，管理合同的查詢、增加、修改和作廢等內容。2）角色管理。通過此功能可以將系統具體的權限關聯到指定的角色中，通過角色與權限關聯，并將角色與具體的操作員關聯，實現對操作員的權限管理。3）預警管理。包括倉庫容量預警、庫存貨物量預警

25、和保質期預警。根據不同的倉儲類型，對倉庫的庫存預警條件進行設置和監控。（2）基本數據管理1）客戶管理。通過此項功能，可以增加、修改和刪除客戶信息。2）員工管理。通過此項功能，可以增加、修改和刪除員工信息。3）倉庫管理。通過此項功能，可以對倉庫的名稱、承重能力、容積、類別、成本費用等信息進行添加、修改和作廢功能的處理。4）儲位管理。包括儲位類型管理、儲位規則管理和儲位預約。5）貨物管理。包括貨物類別維護和貨物檔案管理。通過貨物類別維護可以新建、保存和刪除貨物類別。通過貨物檔案管理可以增加、修改和刪除貨物的詳細信息，對貨物檔案進行管理11。6）設備管理。包括消耗類設備管理、機械設備管理和電子設備管

26、理。對倉庫設備的信息進行增加、修改和刪除的處理。（3）庫存管理庫存管理是系統中最主要的管理模塊，復雜對整個倉儲流程進行控制，其功能模塊包括：1）入庫管理。該模塊的主要功能是：根據采購部門簽訂的合同制造預入庫單。根據預入庫單，查詢庫位空余情況，確定有足夠庫位，否則推遲入庫。貨物入庫時將貨物明細單與預入庫單核對，檢查有無輸入的錯誤或遺漏等，貨物的品名，數量等是否一致，并對一些錯誤進行常識的判斷。2）貨物盤點管理。包括盤點計劃、盤點單制作、盤點報告單制作等功能。通過此項功能可以進行新增、審核、查詢盤點計劃等操作。3）異動數據管理。異動數據是指表明托盤在庫期間承載物品數量增減的數據，主要是針對在庫物品

27、不滿一托盤需要進行調整時涉及到的一些問題。主要處理托盤中物品數量增減情況，及時更新托盤電子標簽中物品的數據信息，同時更新相應的數據表。4）出庫管理。該模塊最重要的功能是對出庫貨物的審核。系統需對出庫貨物進行仔細審核，將出庫通知書及出庫通知書貨物明細與由掃描儀讀取的貨箱上的貨物標簽的條碼信息或商品的條碼信息對照，看有無輸入的錯誤或遺漏等，貨物的品名，數量等是否一致等，若一致，則利用設施設備及倉庫區域規劃系統確定出庫月臺，并由叉車完成裝車作業，將實際作業進度及其他修正數據輸入備用數據庫，作為出庫數據庫的加項、庫存數據庫的減項，并打印出庫憑證單據及各類實際工作報表12。5）報損管理。通過此項功能可以生成貨物報損單，對其是否已處理的狀態進行查詢、修改等操作。（4）RFID動態管理。本模塊包括對待管理的物流對象基本信息的安裝、植入，同時利用讀寫裝置對其RFID標簽內所存儲的信息進行跨地域的采集、流通，然后通過數據接口層傳入整個物流信息系統數據庫。本模塊是整個RFID物流信息系統的運行基石，同時承載著信息流轉和傳遞的載體功能。（5）統計分析。統計分析模塊主要對日常業務進行匯總分析，包括：費用統計、業務統計、產品統計、客戶統計