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条码技术
条码技术及其在物流中的应用研究
方绳岚秦小燕
摘要：
条形码技术作为物流信息系统中的数据自动采集单元技术，是实现物流信息自动采集与输入的重要技术。
其实质是把计算机所需的数据用条码符号来表示，用自动识读设备将条码符号转变为计算机可阅读的数据。
随着商品多样化的发展和流通速度的加快，条形码作为商品的通行证，包含着一切重要的与该商品相关的信息，其在经济发展中起着举足轻重的作用。
本文就以条码技术为研究对象，围绕世界流通范围较广的几种条码，介绍了其概念、特点和适用范围并结合案例分析了条码技术在物流中的应用，同时也简单介绍了阅读器的选择问题，最后对条码技术的现状和未来发展趋势做了总结。
关键词：
一维条码；二维条码；复合码
1.引言
物流管理信息系统是技术IT技术在物流管理领域的具体应用。
根据决策层次进行划分，包括适用于业务处理、运行控制、管理控制和战略决策四个层面的系统应用。
例如，电子数据处理（EDP）系统、前台电子收款机系统（POS）、后台管理信息系统（MIS）、电子订货系统（EOS）、电子转账系统（EFT）、电子数据交换系统（EDI）、非支付型电子商务系统、支付型电子商务系统、辅助决策支持系统（DSS）、商业智能系统等等。
物流信息管理基础技术，包括条码与自动识别技术、GPS定位技术、立体仓库技术、EDI技术及IC卡数据采集技术等，主要用来实现数据的自动、快速、批量采集、满足业务处理层面的应用需要，因而构成整个物流管理信息系统的基础。
应用这些技术所采集的数据将用于业务的处理和满足决策的需要，例如在仓储管理中，出、入库数据用来更新库存状态与统计商品库存等，并实现盘点处理；在零售业务中，POS终端采集的商品条码信息用于后台信息管理系统的查询并作为自动订货系统的输入；在运输管理中，GPS所采集的数据用作车辆调动的决策分析依据。
自动辨认与识别技术正在蓬勃发展中，包括条形码、光学特性识别、无线射频标签、磁条、机器视觉（电子眼）。
在这些识别技术中条形码应用最广，
下面我们将详细的讨论这种技术。
2.条码概述
条形码简称条码，最早出现于20世纪40年代，但是得到实际应用和迅速发展还是在近20年。
美国20世纪50年代就有关于铁路车辆采用条码的报导，目前美国所有的铁路车厢上都有ACI（AutomaticCarIdentification）条码标志。
早在20世纪40年代后期，美国乔·伍德兰（JoeWoodLand）和贝尼·西欠弗（BenySilver）两位工程师就开始研究用代码表示食品项目和相应的自动识别设备，并于1949年获得了美国专利。
这种代码图案很像微型射箭靶，称为“公牛眼”代码。
靶的同心环和空白绘成。
在原理上，“公牛眼”代码与后来和条形码符号很相近，遗憾的是当时的商品经济不十分发达，而且工艺上也没有达到印制这种代码的水平。
20年后，乔·伍德兰作为IBM公司的工程师成为北美地区的统一代码——UPC码的奠基人。
吉拉德·费伊赛尔（Giradhissel）等人于1959年申请了一项专利，将数字0-9中的每个数字用七段平行条表示，但是这种代码机器难以阅读，阅读不方便。
不过，这一构想促进了条形码的码制产生与发展。
不久，E·F·布林克尔（E·F·Brinker）获得了将条形码标识在有轨电车上的专利。
20世纪60年代后期，西尔韦尼亚（Sylvania）明了一种被北美铁路系统所采纳和条形码系统。
条码是由一组黑白相间、粗细不同的条状符号组成，条码隐含着数字信息、字母信息、标志信息、符号信息，主要用以表示商品的名称、产地、价格、种类等，是全世界通用的商品代码的表示方法。
条码的条纹由若干黑色的“条”和白色的“空”单元组成，其中，黑色条对光的反射率低而白色的空对光的反射率高，在加上条与空的宽度不同，就能使扫描光线产生不同的反射接收效果，在光电转换设备上转换成不同的电脉冲，形成了可以传输的电子信息。
由于光的运动速度极快，所以，可以准确无误地对运动中的条码予以识别，近年来随着计算机应用的不断普及，条码的应用得到了很大的发展。
3.条码分类
根据编码方式和维度的不同，条码可以分为一维条码和二维条码。
3.1一维条码
目前，国际上广泛使用的一维条码主要有UPC码、EAN码、Code39码、Code93码、Code128码、交插25码等。
其中，EAN码是当今世界上广为使用的商品条码，已成为电子数据交换（EDI）的基础；UPC码主要在美国和加拿大使用。
在各类条码应用系统中，Code39码因其可采用数字与字母共同组成的方式而在各行业内部管理上被广泛使用。
3.1.1UPC码
UPC码是最早被大规模应用的条码，其特性是一种长度固定、连续性的条码，目前主要在美国和加拿大使用。
由于其应用范围广泛，故又被称万用条码。
UPC码仅可用来表示数字，故其字码集为数字0~9。
UPC码共有A、B、C、D、E五种版本。
各版本的UPC码格式与应用对象如表3-1所示。
表3-1UPC码格式与应用对象
其中UPC-A码和UPC-E码是比较常用的商品条码，如图3-1所示。
UPC-A码是标准的UPC码，其数字代码有12位，第1位是系统字符，用以标识商品类别，如：
带有规则包装的商品，其系统字符一般为“0、6或7”。
第2~6位是厂商识别代码，第7~11位是商品项目代码，第12位是校验码。
UPC-E码是UPC-A码的缩短版，是UPC-A码系统字符为0时通过一定的规则消0压缩而得到的。
图3-1UPC-A码和UPC-E码示意图
3.1.2EAN码
1977年，英、法、德等12个国家发起建立欧洲物品编码协会（EAN）,1981年更名为国际物品编码协会。
但由于习惯，至今仍沿用EAN名称。
该协会在研究UPC码的基础上，开发了兼容UPC码的EAN码。
因此，EAN码是在吸取UPC码的经验基础上而确立的商品标识符号。
迄今为止，使用EAN码的协会成员国已有数十个，普及率达95%以上。
除欧洲外，亚洲许多国家也使用此码，我国于1991年7月参加该协会。
由于国际上存在这两种编码系统，因此，我国产品销往美国、加拿大应使用UPC码，而出口到其他国家和地区则需使用EAN码。
EAN13码和EAN8码是EAN码中常用的条码。
EAN8码是EAN13码的缩短码，当包装面积太小时常常申请使用该条码。
下面我们重点研究一下EAN13码。
3.1.2.1EAN13码的结构
EAN13码由代表12位数字的产品代码和1位数字校验码组成。
产品代码的前3位为国别码，中间4位数字为制造商号，后5位数字为产品代码。
如图3-2所示EAN码的国别码由EAN总部分配管理，我国的国别代码为“690”。
制造商号代码由EAN在各国的分支机构分配管理。
我国由“中国物品编码中心”统一分配企业代码。
产品代码由制造商根据规定自己编制。
例如“6915324882406”则表示该商品是中国妮维雅公司生产的清新润肤露。
（a）（b）
图3-2EAN-13码示意图
3.1.2.2EAN13码的绘制原理
以妮维雅清新润肤露的条码“691532488240X1”为例，来了解一下EAN-13码的绘制原理。
EAN-13码的左边第一位数字为前置码。
1）计算校验码X1
a.我们将条码中的13位数字从右到左依次标号，编排代码位置顺序。
如表3-2所示：
表3-2“691532488240X1”的代码位置顺序
b.偶数位的数字代码求和M
0+2+8+2+5+9=26
c.M×3=E1
26×3=78
d.奇数位的数字代码求和E2
4+8+4+3+1+6=26
e.E1+E2=R
78+26=104
f.用10减去R的个位得到校验码
X1=10-4=6
2）逻辑值的计算
EAN-13码的左侧数据符（6位）的组合由前置码决定，右侧数据符（5位）及校验码所对应的逻辑值用C组。
表3-3EAN-13左侧数据符组合
表3-4EAN-13码所对应的逻辑值
数字
左侧数据符
右侧数据符
A组
B组
C组
0
0001101
0100111
1110010
1
0011001
0110011
1100110
2
0010011
0011011
1101100
3
0111101
0100001
1000010
4
0110001
0011101
1011100
5
0110001
0111001
1001110
6
0101111
0000101
1010000
7
0111011
0010001
1000100
8
0110111
0001001
1001000
9
0001011
0010111
1110100
注：
“0”为空白，“1”为线条
条码标签为“6915324882406”前置码为“6”由上述所得数字码的组合及逻辑值表示如表3-5所示。
表3-5数据符对应的逻辑值
3）起始符、终止符的二进制表示均为“101”
4）中间分隔符的二进制表示为“01010”
5）制图
由于，在EAN13码中，条的逻辑模块表示“1”，空的逻辑模块表示“0”，将上述13位数字、起始符、中间符对应的逻辑值用条和空所代替，就得到了图3-2（a）所示的条形码。
3.1.3Code128码
Code128码简称128码，最初是在1981年推出，是一种长度可变、连续的字母与数字混合条码，可表示从ASCII0到ASCII127共128个字符，故称128码。
其中包含了数字、字母和符号字符，被广泛应用在企业内部管理、生产流程、物流控制系统方面的条码码制，由于其优良的特性在管理信息系统的设计中被广泛使用。
与其他条码比起来，Code128码较为复杂，而其所能支持的字符也较其他一维条码多，并且可以与其他编码方式混合使用，故而应用弹性较大。
128码由起始码、资料码、终止码、校验码四部分组成，其中校验码是可选的。
其实例如图3-3所示。
Code128码与Code39码有很多的相近性，都广泛运用在企业内部管理、生产流程、物流控制系统方面。
不同的在于Code128比
Code39能表现更多的字符，单位长度里的编码密度更高。
当单位长度里不能容下Code39编码或编码字符超出了Code39的限制时，就
可选择Code128来编码。
所以Code128比Code39更具灵性。
图3-3code128码示意图
3.1.4Code39码和code93码
Code39码是一个由不同长度的字符数字组成的离散码，用44个字符来代表，这44个字符包括0~9的10个数字，A~Z的26个字母以及“+”、“-”、“*”、“/”、“%”、“$”、“.”、7个特殊符号，再加上空白字元“”。
Code39码的起始码和终止码必须固定为“*”，且长度没有限制，可随着需求作调整，但在规划长度的大小时，应考虑条码阅读器所能允许的范围，避免扫描时无法读取完整的资料。
Code39码的校验码可有可无，因其自身具有自我检查能力。
但Code39码的主要缺点是它的信息密度不高，Code93码的出现弥补了这一不足。
而code93码与39码具有相同的字符集，但它的条码密度要比39码高，所以在面积不足的情况下，可以用93码代替39码。
Code39码和Code93码如图3-4所示。
图3-4code39码和code93码示意图
3.1.5交叉25码
交插25码又称ITF25码，只能表示数字0~9，可变长度，为连续性条码，所有条形与空都表示代码，第一个数字由条开始，第二个数字由空组成，空白区比窄条宽十倍。
在一个交插25码符号中，组成条码符号的字符个数为偶数，当字符是奇数个时，应在左侧补0变为偶数。
条码字符从左到右，奇数位置字符用条表示，偶数位字符用空表示。
其实例如图3-5所示。
该条码主要应用于商品批发、仓库、机场、生产/包装识别、工业生产中。
条码的识读率高可适用于固定扫描器，在所有一维条码中该条码的密度最高。
图3-5交叉25码示意图
3.1.6库德巴码
库德巴码出现于1972年，为非定长非连续型自校验数字式码制。
字符集为数字0一9和6个特殊字符（一、：
、/、·、+、￥）及只能用作起始和终止符的A、B、C、D四个字符。
每一个字符由7个单元组成（4个条单元和3个空单元），其中2个或3个是宽单元（用二进制“1”表示），其余是窄单元（用二进制“0”表示）。
其实例如图3-6所示。
库德巴码常用于仓库、图书馆、血库和航空快递包裹等的跟踪管理。
图3-6库德巴码示意图
3.1.7一维条码的缺点
1）信息容量低
一维条码最多能表示128个ASCII字符，很难表示其他语言文字（如汉字、日文等）。
2）依赖数据库
只能作为对物品的标识（即分配一个代码），不能对产品进行描述。
要知道产品的有关信息，必须利用代码通过识读设备和应用程序访问数据库才能得到。
3）纠错能力差。
一维条码识读时拒读（即读不出）要比误读（读错）好。
当条码受到损坏（如污染、脱墨等）时，可以通过键盘录入代替扫描条码。
一维条码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管引入了校验字符的概念，但仅限于防止读错。
3.2二维条码
一维条码所携带的信息量有限，如商品上的条码仅能容纳13位阿拉伯数字，更多的信息只能依赖商品数据库的支持，离开了预先建立的数据库，这种条码就没有意义了。
基于这个原因，在20世纪90年代发明了二维条码。
二维条码作为一种新的信息存储和传递技术，从诞生之时就受到了国际社会的广泛关注。
经过几年的努力，现已应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等多个领域。
二维条形码最早发明于日本。
它是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的[1]；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息。
如图3-6所示，其通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。
它具有条码技术的一些共性：
每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。
同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。
二维条码依靠其庞大的信息携带量，能够把过去使用一维条码时存储于后台数据库中的信息包含在条码中，可以直接通过阅读条码图3-6二维条码示意图
的到相应的信息，并且二维条码还有错误修正技术及防伪功能，
增加了数据的安全性。
在我国部分地区，注册会计师证和汽车销售及售后服务等方面，二维条码
也的到了初步的应用。
目前国际上常用的二维条码主要分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码。
3.3一维条码与二维条码的比较
一维条码所携带的信息量有限，更多的信息只能依赖商品数据库的支持，离开了预先建立的数据库，这种条码就没有意义了，二维条码除了具有一维条码的优点外，同时还有信息量大、可靠性高，保密、防伪性强等优点。
两者不同之处如表3-6所示。
表3-6一维条码与二维条码的比较
4.条码阅读器
4.1条码阅读器的分类
条码阅读器是用于读取条码所包含的信息的设备。
条码阅读器的结构通常包括以下几部分：
光源、接收装置、光电转换部分、译码电路、计算机接口。
它们的基本工作原理为：
由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生一模拟电压，它与照射到条码符号上被反射回来的的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。
普通的条码阅读器通常有以下三种形式：
光笔、CCD、激光枪，它们都有各自的优缺点，没有一种阅读器能够在所有方面都具有优势如表3-7
表3-7各种阅读器的比较
4.2条码阅读器的选择
选择什么样的条码阅读器是一个综合问题。
目前，国际上从事条码技术产品开发的厂家很多，提供给客户选择的条码阅读器种类也很多。
一般来说，开发条码应用系统时，选择条码阅读器可以从以下几个方面来考虑。
1）适用范围
条码技术应用在不同的场合，应选择不同的条码阅读器。
例如开发条码仓库管理系统时，往往需要在仓库内清点货物，相应要求条码阅读器能方便携带，并能把清点的信息暂存下来，而不局限于在计算机前使用。
因此，选用便携式条码阅读器较为合适。
这种阅读器可随时将采集到的信息供计算机分析处理。
在生产线上使用条码采集信息时。
一般需要在生产线的某些固定位置安装条码阅读器，而且生产线上的零部件与条码阅读器保持一定距离。
在这种场合选择非接触固定式条码阅读器比较合适，如固定式激光枪。
2）译码范围
译码范围是选择条码阅读器的又一个重要指标。
目前，各家生产的条码阅读器其译码范围有很大差别，有些阅读器可识别几种码制，而有些阅读器可以识别十几种码制。
开发某一条码应用系统应选择对应的码制，同时在为该系统配置条码阅读器时，要求阅读器具有正确识读码制符号的功能。
例如，在邮电系统内，我国目前使用交叉25码，选择阅读器时应保证阅读器能正确阅读码制的符号。
一般来说作为商品出售的条码阅读器都有一个阅读几种码制的指标，选择时应注意是否能满足要求。
3）对首读率的要求
首读率是条码阅读器的一个综合性指标，它与条码符号印刷质量、译码器的设计和光电扫描器的性能均有一定关系。
在工业生产、自动化仓库等应用中，则要求有更高的首读率。
条码符号载体在自动生产线或传送带上移动，并且只有一次采集数据的机会，如果首读率不等达到100%，将会发生数据丢失现象，造成严重的后果。
因此在这些应用领域中要选用高首读率的条码阅读器，如激光扫描器等。
5.条码技术的特点及应用
5.1条码技术的特点
条码技术是电子信息、激光、计算机和自动化技术综合发展的结晶。
其实商品的自动辨识方法还可以采用磁卡、IC卡等其他方法来达成。
但以物流仓储配送作业而言，由于大多数的储存货品都备有条形码，所以用条形码做自动识别与资料收集是最便宜、最方便的方式。
商品条形码上的资料经条形码读取设备读取后，可迅速、正确、简单地将商品资料自动输入，从而达到自动化登陆、控制、传递、沟通的目的。
它用于现代信息管理有以下特点:
1）操作简便。
条码技术可将原始信息规范编码,且具有自校验功能,使数据输入操作简便,通过条码识读器即可阅读,极易掌握,无需专门训练。
2）准确可靠。
据有关统计,条码输入与普通键盘输入相比,键盘输入平均每300个字符出现差错,而条码输入平均每15000个至36亿个字符出现差错,误读率甚低,且差错主要取决于采用的编码方法和识读设备。
3）处理迅速。
和键盘输入相比,在1·6s内输入的字符或字符串改用条码仅需0·3s,加之条码已将原始信息规范编码,仅需扫描识读直接进行数据处理,不仅速度快,而且劳动强度也大为降低。
4）确保所载信息的同一性和连续性。
和通常光学字符识别系统（OCR）相比,条码识读设备和条码标签相对位置的自由度要大得多,且条码仅在一维方向表达信息,使同一条码所载编码信息完全相同且连续,即使条码标签有部分缺陷,仍可以从正常部分读入正确信息。
5）实用灵活。
条码技术既可作为一种识别手段而单独使用,也可和有关设备联用组成自动识别系统,还可和控制设备联用实现自动化管理和监控。
即使没有自动识别设备,通过键盘输入也可进入信息管理系统。
6）易于普及。
由于条码识别设备结构简单、价格低廉、准确可靠、易于操作、且条码标签易于制作,对印刷技术、设备和材料均无特殊要求,故易于推广普及。
5.2条码技术的应用
案例：
企鹅书局是一家很知名且历史悠久的英国出版公司，1992年底时，该公司共已出版7500种平书及3000种精装书。
由于市场需求型态的转变，书的进货量逐渐转向多样少量，虽然制版时已用一维条码将每本书的ISBN印在书上，但企鹅书局更希望能不打开箱子就知道箱内所有书籍，以降低盘点的成本，且加快进出货的速度。
研究的结果发现二维条码是一项可以包含整箱书的基本资料的条码，因此企鹅书局在1993年1月开始采用此项条码技术，结果证明了二维条码确实能有效帮助书局降低产销成本。
当企鹅书局接到经销商通过EDI传来的订单后，就通知仓库依订单拣货，然后就开始装箱，作业员会在装箱的同时，顺便扫描每本书的ISBN（一维条码），所以每装一箱，该箱内每一本书的ISBN也都进了电脑，同时由电脑系统自动将扫描入的资料编码成一个二维条码并印出标签，作业员此时再将二维条码标签贴于纸箱上，就完成了仓库拣货工作。
此时企鹅书局会在出货的同时，再以EDI回出货单给其经销商，达到信息流的自动化。
在货物流的部分，当经销商收到企鹅书局寄来的纸箱时，只要使用扫描器来扫描纸箱上的二维条码标签，即可知道该箱有哪些书，同时该箱内所有书的作者、书名、书号、书价、出版社等资料亦可自动输入电脑，免去人工开箱、检查、登记等繁琐的人工作业。
6.条码技术发展现状与趋势
国际上，条码技术与应用取得了长足的发展：
符号表示已由一维条码发展到二维条码，目前又出现了将一维条码和二维条码结合在一起的复合码；条码介质由纸质发展到特殊介质；条码的应用已从商业领域拓展到物流、金融等经济领域，并向纵深发展，面向企业信息化管理的深层次的集成；条码技术产品逐渐向高、精、尖和集成化方向发展。
我国条码自动识别技术虽然发展较晚，但进展很快。
1991年和1997年我国以中国物品编码中心和中国自动识别技术行业协会名义分别参加了国际物品编码协会和国际自动识别制造商协会，促使我国条码自动识别技术推广应用和条码自动识别技术装备生产得到了迅速发展。
[2]目前，我国商品条码用户有十余万家，使用条码标识的产品超过100万种，条码自动扫描商店（POS）数万家。
商品条码用户主要集中在食品和日化行业，在医疗保健、服装服饰、农副产品、化工、建材、家具、玩具、机械与电子、服务等行业，商品条码的应用仍有很大的发展空间。
在标准发展方面，根据企业的实际需求和国际发展趋势，我国制定了一些码制标准和编码标准，对推动我国条码技术的发展发挥了积极的作用，但也存在不足，标准比较零散，没有形成体系，标准的版本也比较陈旧。
我国已成立了自动识别与数据采集技术标准化分技术委员会，专门负责我国自动识别技术方面的标准化工作。
另外，条码技术的应用必须以信息分类编码为基础，而当前我国的物品编码体系很不完善，除了正在应用的商品条码的代码体系外，其他编码系统大都拓展性差，互不兼容，缺乏通用交换平台，影响了行业、企业间的信息交换。
当前，中国物品编码中心正在积极筹建全国物品编码标准化技术委员会，并致力于建立我国物品编码体系，这将极大地推动我国信息化的建设。
7.结语
条码技术是现代物流系统中应用最广泛的自动识别技术之一，为数据采集、输入提供了快捷、准确及有效的手段。
条码技术经过几十年的发展，已经形成各种各样的条码，大的方面如广泛应用的一维EAN码，UPC码，二维PDF417等，虽然一维二维条码都在各自领域发挥重要作用，其优缺点也是明显的。
融合两者的复合码兼具两者优点是切合实际的。
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