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        基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統研究及實現

          信息來源:   發布時間:2021-09-01  點擊數:

        0 引言

        隨著企業生產規模不斷擴大,客戶需求急劇增長,倉儲行業承擔的業務量急劇上升,與此同時,生產方式也由大批量生產方式轉變為多品種、小批量的生產方式,商業方面也開始對企業的倉儲管理重視起來,這使得倉儲行業得到了快速發展,此時,引起國內外學者的廣泛關注,提高倉儲基礎設施的技術含量成為關注焦點[1,2]

        而傳統的倉庫管理系統采用手工操作的方式錄入數據,這種方式不僅處理速度慢,影響信息的及時性,而且還容易出現錯誤,影響信息的精確性,不便于查詢。雖然有些企業已采用較為先進的條碼掃描技術,隨著企業規模的不斷擴大,企業對信息化的要求也不斷提高,條碼技術存在信息容量小、儲存信息無法修改和讀取不方便等缺點,無法滿足企業要求,因此,目前很有必要將射頻識別技術(RFID)[3]引入倉庫管理系統中[4,5],RFID可通過無線射頻自動識別目標并獲取數據,無需人工進行干預,能識別快速移動的目標,并且能同時對多個標簽進行識別,且能在各種惡劣環境下工作[6]。RFID實現了準確的非接觸式的信息采集,能夠對目標狀態進行實時追蹤,目前已廣泛應用在物流業和工業生產領域[7,8]。但在與倉儲業結合方面尚顯不足,如何將RFID技術與倉庫管理系統契合地綁定、融合[9],用以提高對出入庫產品信息的記錄采集速度和準確性[10,11],減少庫存盤點時的人為失誤,提升盤點速度和準確性是本文研究問題的關鍵。

        因此,本文以工業倉庫中物資的儲存管理為主要研究對象,在分析儲存管理難點、系統需求基礎上,設計包括硬件配置、軟件開發兩部分在內的智能倉庫管理系統方案,實現收貨管理、入庫管理、出庫管理、盤點管理四部分的系統功能,以滿足系統任務需求、系統用戶需求、系統功能需求等,實現在倉庫中對倉儲物資收貨、入庫、出庫和盤點的實時移動管理,提升倉庫管理的效率,提高現代企業倉儲系統的現代化、信息化程度。

        1 系統關鍵問題分析

        傳統的倉儲行業依靠操作員用紙和筆在表格上記錄倉儲信息,然后錄入電腦統計整理。這種方式費時費力,效率低下,容易出現數據錯誤。在如今倉庫物資種類和數量不斷增加,出入庫頻率不斷提高的情況下,該方式已難以滿足倉庫管理要求。所以,當今倉庫管理中存在的問題是:傳統的倉庫管理引入RFID后在應用方面可能遇到的技術問題,以及如何構建一個基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統,以實現倉庫用戶管理、入庫管理、出庫管理、盤點管理等功能。

        1.1 問題描述

        本文重點研究港口碼頭已卸貨物的出入庫及盤查過程。首先,倉庫經理拿到入庫單,經過整理將任務下達給搬運工,搬運工收到任務后將貨物運送至碼頭特定位置,待倉庫管理員收到入庫單后指派搬運工執行入庫操作,與入庫類似,倉庫經理根據出庫單指派搬運工執行出庫操作,同時倉庫經理做倉庫盤點工作,任務結束。

        以上倉庫管理過程中存在的問題有:

        (1)整個倉庫管理過程采用手工填寫,易出現數據遺漏、錯誤、重復等,人力成本高;

        (2)未使用RFID技術導致信息傳輸速度極為緩慢,倉庫管理效率低下。

        因此,本文重點研究以下幾個方面:

        (1)對倉庫管理系統做了詳細的需求分析,為RFID技術在倉庫管理系統的開發提供參考;

        (2)提出基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統的信息架構、功能和作業流程;

        (3)實現在倉庫對倉儲物資收貨、入庫、出庫和盤點的實時移動管理,提升倉管理效率。

        1.2 系統需求分析

        智能倉庫管理系統的需求分析根據角色和業務等方面的不同,可分為業務需求分析、用戶需求分析、功能需求分析三方面,如圖1所示。各方面分析的主要內容是:

        (1)業務需求分析

        智能倉庫管理系統的主要業務為對貨物的入庫、出庫、盤點進行操作及管理,系統滿足以下需求:

        ①RFID標簽作為整個系統中重要硬件的配置,必須在具備靈活性的同時具備規范性和安全性,能儲存一定的數據,且倉庫管理系統能對RFID標簽內容進行閱讀、修改;

        ②系統必須具備倉庫管理基礎功能。其中包括庫位管理、庫存管理、入庫管理、出庫管理以及盤點管理等倉庫管理基礎功能;

        ③系統必須具備用戶管理功能。企業常有人事變動,員工離職或入職須在系統中刪減或新增賬戶,其他情況如升遷、調職等,也需要對用戶的信息、權限進行修改。

        (2)用戶需求分析

        倉庫中的工作人員有兩類,包括倉庫經理、搬運工。系統應滿足兩類操作人員以下需求:

        ①倉庫經理:可捕捉實時的倉儲資源和流程的信息以制定實時倉庫管理決策。倉庫經理在系統中應具備可隨時查看庫存信息、倉位信息、入出庫執行情況,查看及修改RFID標簽內容,導出物資資料表等權限;

        ②搬運工:負責多樣化的對象(如不同的托盤負荷)和復雜的操作過程,例如托盤的拆分與合并。

        (3)功能需求分析

        功能需求確定用戶任務所需要的系統功能。在基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統中,用戶需要以下的系統功能以完成任務:

        ①庫存操作管理:庫存操作管理主要包括物品入庫、出庫、盤點等操作;

        ②倉庫信息管理:倉庫信息管理主要是對倉庫的面積、位置、數量、編號和倉位的編號、排位、數量、大小等相關信息進行操作;

        ③安全可靠性:系統應考慮到數據安全和自修復能力。對于手持終端等硬件應可在各種惡劣環境下保持正常工作,且需提高系統中數據安全性,用權限管理和加密方式防止惡意篡改、刪減數據。

        圖1 系統需求分析各組成部分示意圖

        系統需求分析各組成部分示意圖   下載原圖


        2 基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統設計方案

        2.1 基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統實施

        (1)硬件配置

        硬件配置的詳細情況如表1所示。

        表1 硬件配置表     下載原表

        表1 硬件配置表

        應當指出的是,在這個系統中使用二合一標簽,即封裝RFID標簽的封面上印有條形碼。這不僅是為滿足不同應用的需求,同時也為防止其中一個出錯而做的雙重保障。

        (2)軟件開發

        如圖2所示,該系統包括兩大模塊,RFID手持執行模塊(供搬運工貨物操作時使用),智能倉庫規劃模塊(供倉庫經理制定各種任務時使用)。為具備靈活的部署與訪問,RFID手持執行模塊采用C-S即Client/Server(客戶端/服務器)結構實現,智能倉庫規劃模塊采用B-S即Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構。

        圖2 軟件開發

        軟件開發   下載原圖


        2.2 基于AUTOM的智能倉庫信息架構

        本系統的開發將采用AUTOM來表示信息架構[12]。AUTOM是一個標準的、可擴展的RFID信息架構,不僅符合ISA-95標準,還提供一套標準RFID硬件數據接口與其他RFID設備相連接。因此,當其他的RFID信息架構或設備被采用時,無論是取代或是采用AUTOM方案,建立基于RFID倉庫在以下的討論中是普遍適用的。

        圖3闡述AUTOM解決方案的主要技術水平。最高的水平為傳統的企業信息系統(EISs),如ERP,MPR等;第二層為基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統,包括應用層和服務層;其余兩個層級組成一個基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統的作業環境,包括智能網關層和智能對象層。

        圖3 基于AUTOM的智能倉庫信息架構

        基于AUTOM的智能倉庫信息架構   下載原圖


        2.3 基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統各模塊操作流程

        基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統的核心主要由收貨管理、入庫管理、出庫管理以及盤點管理四個模塊組成,其各組成模塊的操作流程如下:

        模塊1:收貨管理

        如圖4中步驟1所示,供應商交付的貨物已卸到卸貨碼頭。每個商品都有一個獨立的已和托盤標簽綁定的RFID標簽,綁定信息已被供應商發送到倉庫管理系統,此時倉庫需要對貨物進行接收,倉庫管理員在倉庫管理系統中導入了入庫單,并將此任務發布給搬運工,搬運工將貨物從卸貨碼頭運往收貨區,并將托盤標簽與位置標簽進行綁定,任務完成。

        模塊2:入庫管理

        如圖4中步驟2所示,貨物接收完成之后,倉庫經理將對貨物進行入庫管理,倉庫管理員在倉庫管理系統中對入庫單進行分配,并將此任務發布給搬運工,搬運工將貨物由收貨區運往倉儲區域,根據任務選擇上架方式,并將托盤標簽與位置標簽進行綁定,任務完成。

        模塊3:出庫管理

        如圖4中步驟3所示,出庫管理過程與入庫管理過程相類似,倉庫管理員在倉庫管理系統中對出庫單進行分配,并將此任務發布給搬運工,搬運工將貨物從儲存區下架后與新托盤進行綁定后運往發貨區,并將托盤標簽與位置標簽進行綁定,任務完成。

        模塊4:盤點管理

        如圖4中步驟4所示,對于倉庫盤點來說,搬運工將使用手持RFID檢查每一個儲存位置中儲存的貨物是否與系統中的記錄數量相匹配。所有的活動都是通過RFID手持終端方式執行,因此這些數據也很實時。倉庫經理有意從兩個角度查看統計數據,即位置統計(在給定位置儲存了什么)和商品統計(給定的貨物儲存在哪里),倉庫經理發布盤點任務后(如步驟1所示),搬運工根據盤點任務進行盤點,對盤點的內容進行逐一掃描確認,完成任務。

        圖4 基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統各模塊操作流程示意圖

        圖4 基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統各模塊操作流程示意圖   下載原圖


        3 結論

        本文圍繞解決傳統倉庫管理系統中存在的手工操作速度慢、影響信息傳輸處理及時性、準確性等問題,重點分析了傳統倉庫管理的需求,提出在倉庫管理系統中引入RFID技術和移動數據終端,構建一個基于RFID手持終端的智能倉庫管理系統,并指出倉庫管理系統核心的各個功能模塊,實現對儲存物資收貨、出庫、入庫和盤點的管理,提高了倉庫管理的效率,本系統對于企業現代倉庫管理及推動企業信息化具有一定的實用價值和指導意義。

        下一步,作者將在如下方面進行深入研究:

        (1)倉庫管理系統的實現,由于采用的是手持終端,在搬運工使用搬運工具時會造成一定不便。因此,在后續開發中會研究在搬運工具上搭載RFID設備;

        (2)本系統并無過多實現資源方面的共享,系統數據針對倉庫層次,對于企業的其他部門并不能很好地實現資源共享。因此,后期應當對如何實現企業不同部門共享數據進行研究.

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