應(yīng)用無線射頻識別技術(shù)的配送中心系統(tǒng)設(shè)計
1 引言
隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長和客戶需求的不斷提升,配送中心的管理也面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。如何更快地完成每天都要重復(fù)進行的大批量貨物的快速核對、收取、出庫、復(fù)核;如何降低庫存成本、加強庫存控制、提高空間、人員和設(shè)備的使用率;如何快速地找到指定的貨物;如何在不停業(yè)情況下實現(xiàn)配送中心的自動盤點等,已經(jīng)成為各個配送中心共同關(guān)心的熱點和難點問題[1] 。
目前的條碼技術(shù)一定程度上提高了配送中心的自動化水平。但是,由于條碼本身不可逾越的缺陷,使其在解決配送中心上述問題時收效甚微,無法滿足企業(yè)現(xiàn)有的應(yīng)用[2]。無線射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù)因為其特有的遠距離、非接觸識別、防沖撞,以及大容量、識別速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點,為進一步實現(xiàn)配送中心的完全自動化提供了可能。電子標簽全球唯一的UID序列號,為每一個最小單位的流通商品建立一個全球性的標志,從而實現(xiàn)對整個供應(yīng)鏈的物品進行實時的跟蹤和管理[3]。
本文提出基于RFID技術(shù)的配送中心系統(tǒng)架構(gòu),采用分層的方式進行系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計,同時提出一種新的數(shù)據(jù)采集過濾方法,并通過建立小型配送中心實驗室,模擬配送中心各流程,從而驗證系統(tǒng)方案的正確性和可靠性,大大提高配送中心效率。
2 配送中心系統(tǒng)集成設(shè)計
2.1 配送系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
配送中心的工作流程通常包括收貨、入庫、補貨、揀選、分揀、復(fù)核、出庫,如圖1所示。
一般來講,在以上配送中心的各個工作區(qū)域,相應(yīng)安裝RFID閱讀器用于數(shù)據(jù)采集并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至中心計算機系統(tǒng)進行分析處理,然后根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)工作區(qū)域采取下一步動作。考慮到配送中心操作中對識別距離的要求,系統(tǒng)應(yīng)采用超高頻硬件設(shè)備。但是,由于配送中心內(nèi)不同工作區(qū)域相鄰較近或可能存在重疊區(qū)域,如果全部應(yīng)用超高頻的RFID系統(tǒng),將不可避免地發(fā)生不同功能區(qū)域之間的“串讀”現(xiàn)象。為了避免因串讀而導(dǎo)致的射頻屏蔽困難,我們嘗試把高頻(13.56MHz)和超高頻(915MHz)RFID設(shè)備統(tǒng)一規(guī)劃于系統(tǒng)之中,在數(shù)據(jù)庫中關(guān)聯(lián)高頻(UH)和超高頻(UHF)電子標簽數(shù)據(jù)信息,并通過中間件使之協(xié)調(diào)工作。
具體來講,在出入庫區(qū)域、庫存區(qū)域以及分揀區(qū)域,系統(tǒng)采用超高頻閱讀器,可以在大范圍內(nèi)一次讀取多個電子標簽,以提高配送中心出入庫速度、自動化程度以及庫存準確度。在補貨時,閱讀器讀取周轉(zhuǎn)箱標簽進行數(shù)據(jù)庫信息更新,此時系統(tǒng)一次只需讀取一個電子標簽,故在補貨區(qū)采用高頻閱讀器避免串讀。這些部分構(gòu)成了整個RFID系統(tǒng)中的固定式數(shù)據(jù)采集終端,如圖2所示。
以叉車為載體的移動式RFID數(shù)據(jù)采集終端在該配送中心系統(tǒng)中擔(dān)負著重要的角色。其作用包括:在叉車終端承載貨物人(出)庫時,系統(tǒng)根據(jù)人(出)貨單和實際人(出)貨情況進行復(fù)核,并將復(fù)核結(jié)果反饋于叉車終端以提示其下一步動作;通過叉車車載RFID閱讀器讀取貨架上的貨位標簽,以確認貨物(托盤)在倉庫中的具體位置,方便事后貨品定位和盤點;可在地面安置一系列RFID標簽(地標),通過讀取地標以確定和跟蹤叉車在配送中心的行駛路線和位置。該移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由RFID閱讀器和顯示終端組成,并通過無線局域網(wǎng)(802.11b/g)和中心計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。由于移動終端在執(zhí)行業(yè)務(wù)操作時只需讀取一個貨位標簽,故移動終端也采用高頻RFID系統(tǒng),同時可避免串讀。目前的RFID閱讀器硬件接口通常有串口和網(wǎng)口兩種形式,單套RFID應(yīng)用系統(tǒng)只需串口就可以滿足需求,而多套復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)接口以便于設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)根據(jù)不同閱讀器所提供的通訊接口的不同,設(shè)計集成多種通訊方式,通過集線器和多串口卡和主機通信。
2.2 配送系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計
配送系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由前端各個區(qū)域的RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中間件、以及后端的倉儲管理系統(tǒng)(wMS)構(gòu)成。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
在圖3中,前端的RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成對電子標簽數(shù)據(jù)的采集;中間件把采集到的數(shù)據(jù)進行加工處理和格式匹配,并且封裝不同頻率設(shè)備以及不同的通信方式,提供接口給后端的WMS系統(tǒng);WMS統(tǒng)一管理配送中心各項業(yè)務(wù)操作。其中,入庫管理模塊完成貨位分配、進貨復(fù)核和定制訂貨單操作;庫存管理模塊完成托盤貨物查詢、貨位貨物查詢、流利式貨架管理和貨位貨物盤點操作;出庫管理模塊完成出庫方案選擇、分揀顯示、出庫復(fù)核和定制訂單操作;資源管理模塊完成托盤管理、貨位管理和叉車管理操作;報表管理模塊對入庫管理、庫存管理、出庫管理和叉車管理過程中使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)表格進行定制、查詢、修改和刪除等管理操作。系統(tǒng)運行時,WMS首先對入庫區(qū)域采集的數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計,完成收到貨品的貨位分配,并通過顯示終端指導(dǎo)叉車完成貨品的正確入庫,WMS同時對其他區(qū)域的RFID系統(tǒng)上傳的信息進行相關(guān)操作,實現(xiàn)貨物單品、周轉(zhuǎn)箱、托盤以及叉車的高效管理。
3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方法研究要實現(xiàn)配送中心高效、自動地正常運轉(zhuǎn),需要在配送中心的各個工作環(huán)節(jié)獲取指定數(shù)據(jù)信息,需要采集的詳細信息如表1。
為保證上述各項信息采集的可靠性,在硬件特性充分發(fā)揮的前提下,系統(tǒng)從軟件上采用多次讀取方式來進一步克服電子標簽漏讀現(xiàn)象,確保以后用于所有數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)源的完整性。從表1可知,配送中心的不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)所需采集的數(shù)據(jù)信息并不相同,如何區(qū)分不同類型標簽,從而過濾無用數(shù)據(jù)信息,經(jīng)過研究分析解決的方案有如下幾種:
(1)不同類型的標簽以不同頻率的設(shè)備讀取。這種方法數(shù)據(jù)處理速度快,但成本較高;
(2)采用同種頻率標簽,規(guī)定標簽UID范圍作為不同類型的標簽。這種方法簡單易用,但系統(tǒng)可擴展性差。
(3)采用同種頻率標簽,在標簽的數(shù)據(jù)塊中設(shè)置標志符來加以區(qū)分,這種方法硬件投入成本低,操作方便,同時,此方法不受標簽協(xié)議標準的限制,既可用于ISO類型標簽也可用于EPC類型標簽。但由于需讀取標簽數(shù)據(jù)塊信息,所以標簽讀取速度稍低。
綜合考慮各種因素,本文認為第三種方法最為恰當(dāng),雖然標簽讀取速度稍有犧牲,但對于通常配送中心的物流速度而言不會構(gòu)成負面影響。通常ISO電子標簽內(nèi)部存儲容量為2048bits,被分成256個字節(jié),每個字節(jié)有一個對應(yīng)地址0~255。設(shè)置標簽的數(shù)據(jù)格式如表2所示。
4 RFID配送中心操作流程模擬
4.1 RFID配送中心實驗室建設(shè)
為支持此項研究,我們在實驗室中特建立一套小型配送中心,其基本物流設(shè)備包括橫梁式貨架、流利式貨架、可變速傳輸線以及叉車等,并依據(jù)配送中心典型布局設(shè)置了出入口、分揀區(qū)、補貨區(qū)、倉儲區(qū)等不同的功能區(qū)域。按照本文的系統(tǒng)設(shè)計思想,我們在各個RFID通道配置了相應(yīng)的RFID設(shè)備并分別與中心計算機相連進行數(shù)據(jù)通訊。RFID設(shè)備基本信息如表2。其中為節(jié)省設(shè)備資源,出入庫區(qū)域用同一設(shè)備的不同天線分別用作入庫和出庫操作。
系統(tǒng)設(shè)備選型靈活、兼容性好,其中,庫存區(qū)域和補貨區(qū)域的RFID閱讀器采用TCP/IP方式和中心計算機通訊,出入庫區(qū)域和分揀區(qū)域的RFID閱讀器采用RS232串口方式和中心計算機通訊,車載(叉車)RFID閱讀器通過RS232串口方式與車載計算機相連,再通過無線局域網(wǎng)實現(xiàn)與中心計算機的通訊[4~7] 。
配送系統(tǒng)運行之前預(yù)先在貨物單品、周轉(zhuǎn)箱、托盤、貨位、叉車等物流單元分別貼附電子標簽,并在標簽內(nèi)寫入相應(yīng)代碼以進行快速識別。當(dāng)物流單元經(jīng)過各個RFID通道時,系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎MS進行過濾、比對和分析,最后相應(yīng)對中心系統(tǒng)或移動終端做出反饋或指令,從而實現(xiàn)對入庫、庫存、盤點、補貨、揀選、分揀、出庫等基本業(yè)務(wù)進行統(tǒng)一調(diào)度管理。
配送中心的全部作業(yè)流程都在WMS的統(tǒng)一調(diào)配之下。入庫時,加載了標簽的貨品通過收貨RFID系統(tǒng),WMS系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前貨位情況分配貨位,同時采集記錄貨品、周轉(zhuǎn)箱、托盤上標簽信息。
車載RFID系統(tǒng)確認貨品進入正確的貨位后,主機和叉車終端相互通信,完成人庫操作。進行盤點作業(yè)時,分布在貨架上的RFID系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)信息,并與數(shù)據(jù)庫信息進行核對,以提供準確的庫存查詢。當(dāng)流利式貨架上的貨品量低于設(shè)定的最低值時,系統(tǒng)提示進行補貨作業(yè)。從橫梁式貨架上向流利式貨架補充貨品,安裝于傳送線下方的RFID系統(tǒng)采集相關(guān)標簽信息,同時流利式貨架上貨品數(shù)據(jù)即時進行更新,提供最新的庫存信息。配送中心根據(jù)訂單進行出庫時,首先WMS系統(tǒng)自動生成出庫方案,整托盤的貨品直接經(jīng)出庫RFID系統(tǒng)采集信息后到指定區(qū)域,散件貨品經(jīng)流利式貨架區(qū)域揀選,由分揀區(qū)域的RFID系統(tǒng)根據(jù)貨品目的地信息分揀到指定的出口,經(jīng)出庫RFID系統(tǒng)采集貨品信息,WMS系統(tǒng)根據(jù)訂單標簽信息統(tǒng)一復(fù)核完成出庫操作。
4.2 配送系統(tǒng)模擬結(jié)果
WMS系統(tǒng)是整個配送中心的心臟,統(tǒng)一控制管理著配送中心各個業(yè)務(wù)流程,實現(xiàn)配送中心的連續(xù)自動入庫、貨位分配核對、庫存實時查詢、補貨及時報警、出庫方案生成、自動分揀分流、出庫自動復(fù)核、以及相關(guān)報表的管理。
在該系統(tǒng)中,各個業(yè)務(wù)流程所涉及的數(shù)據(jù)采集全部通過RFID技術(shù)實現(xiàn)。測試表明,相對于傳統(tǒng)的條碼支持的配送系統(tǒng),該基于RFID技術(shù)的配送中心系統(tǒng)庫存透明度和準確率大大提高,可以根據(jù)需要實時對貨架上的貨物進行盤點;出入庫實現(xiàn)自動貨物訂單復(fù)核,提高配送精度;數(shù)據(jù)采集速度快,實現(xiàn)不停頓的自動出入庫,解決了條碼系統(tǒng)中由于對單個貨品逐一掃描而造成的效率瓶頸,同時也驗證系統(tǒng)所采用的電子標簽數(shù)據(jù)信息過濾方法的可靠性。
5 結(jié)論
配送中心是物流供應(yīng)鏈中承上啟下、必不可少的環(huán)節(jié),配送中心的效率直接影響到企業(yè)的市場競爭力。本文論述的RFID配送中心實驗室以配送中心的實際流程為模板,無論是煙草配送、醫(yī)藥配送或其他貨品的配送本系統(tǒng)都同樣適用。系統(tǒng)同時集成高頻和超高頻設(shè)備,免除電磁屏蔽的困擾。系統(tǒng)對RFID技術(shù)的應(yīng)用雖然是面向配送中心,但只要有數(shù)據(jù)采集和自動識別的場合都有RFID技術(shù)的用武之地,同樣適用于供應(yīng)鏈中的其他環(huán)節(jié)和其他各行各業(yè),可以實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)的信息共享?;赗FID的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)拓展到商場等銷售環(huán)節(jié)能有效降低商場產(chǎn)品脫銷率,附有電子標簽的商品補充的速度遠比條碼的快。RFID技術(shù)的應(yīng)用實施目前來說成本略高,但為企業(yè)帶來的巨大收益也顯而易見,相信隨著技術(shù)的不斷成熟以及硬件成本的進一步降低,RFID技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。
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