RFID技术在物流仓储管理系统中的研究讲解学习.docx
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RFID技术在物流仓储管理系统中的研究讲解学习
项目任务
1.本项目应达到的目的
本项目主要研究RFID技术在物流仓储管理系统中的应用。
通过研究RFID技术及其在物流仓储管理系统中的应用，使得我们初步掌握RFID在物流系统中的应用技术与方法，并对有关RFID产品在Googol立体仓库出入库控制和库存盘点等方面的应用进行系统开发，以进一步完成该实验系统的功能。
2.二本项目任务的内容，原始数据、技术指标等方面的定量与定性要求
要求在物流工程实验室的物流仓储实验系统中配备RFID射频识读器，将其安装在托盘进出立体仓库通道口附近，每个托盘上都安装一个射频标签，当物料传输线装载着托盘货物通过时，计算机通过识读器了解货物出入立体仓库的情况。
本课题要求学生通过研究RFID技术及其在立体仓库物流仓储系统中的应用，使得学生初步掌握RFID在物流系统中的应用技术与方法，并对有关RFID产品在Googol立体仓库出入库控制和库存盘点等方面的应用进行系统开发，以进一步完善该实验系统的功能。
项目研究过程中所提交的项目研究报告等技术应当符合国家标准GB7713-87《科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》的要求，并按本任务书的要求，提交相应的系统需求分析报告、程序流程图和软件使用说明等技术文档。
3.项目组任务的分解
1、学习并了解RFID技术的基本工作原理、系统开发方法与应用领域
2、仓储管理系统中的物料信息分类与编码
3、射频标签数据存储格式分析与读、写控制
4、RFID在立体仓库出入库控制中的应用与开发
5、RFID在立体仓库盘点中的应用与开发
RFID技术在物流仓储管理系统中的研究
摘要：
现代物流业快速发展中已经采用了大量信息及自动化技术来提高效率，但有很多工作仍主要依靠人工来完成，例如数据录入、货物的清点和盘库等，而手持式条形码识别器等辅助工具对上述问题也不能根本有效解决，本质的解决办法还是要靠先进的技术手段。
而无线射频识别技术（RFID）在数据采集、数据传递方面，具有独到的优势。
在仓库中采用RFID作为信息传递的载体,可以大大提高入库、出库、验货、盘点、补货等工作的效率。
本文通过研究RFID技术及其在物流仓储管理系统中的应用，运用RFID在物流系统中的应用技术与方法，并对有关RFID产品在立体仓库出入库控制和库存盘点等方面的应用进行系统开发，进一步完善该实验系统的功能。
关键词：
物流仓储管理系统；RFID；立体仓库。
1.引言
几年前，条型码——纸带在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛应用。
今天，这种条型码——纸带在越来越多的情况下已经不能满足人们的需求了。
条型码员然很便宜，但它的不足之处是存储能力小以及不能改写。
一种技术上最佳的解决方案是将数据存储在一块硅芯片里。
在日常生活中，具有触点排的IC卡（电话IC卡、银行卡等）是电子数据载体的最普遍的结构。
然而，对IC卡来说，在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的。
数据载体与一个所属的阅读器之间的数据进行非接触传输将灵活得多。
电子数据载体工作时所需要的能量通过阅读器非接触地传输来获取。
根据使用的能量和数据传输方法，我们把非接触的识别系统称作射频识别系统（RFID—RadioFrequencyIdentification）。
2.RFID技术介绍
RFID（RadioFrequencyIdentification，RFID）是应用无线电波来自动识别单个商品的技术的总称。
它是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。
从概念上来讲，RFID类似于条码扫描。
对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。
RFID单元中载有关于目标物的各类相关信息，如：
该目标物的名称，目标物运输起始终止地点、中转地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。
RFID单元，如标签、卡等可灵活附着于从车辆到载货底盘的各类物品。
2.1结构及主要参数
射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签（或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签），三是数据管理系统。
另外还应包括天线等。
读写器用来读写电子标签中的信息，读写器通过网络和其他计算机或系统通信，从而完成对电子标签的信息获取、解释以及数据管理。
电子标签即RFID芯片，每个芯片都含有唯一的识别码，用来表示电子标签所附着的物体。
数据管理系统主要完成数据信息的存储及管理、数据管理系统可以由简单的小型数据库担当，也可以是集成了RFID管理模块的大型ERP数据库管理软件。
天线在标签和读取器间传递射频信号
RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。
下面分别加以说明：
a）信号发射机
在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（tag）。
标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。
b）信号接收机
在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。
根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。
阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。
另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。
标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。
识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。
阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。
一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是"命令响应协议"。
使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止"欺骗问题"的产生。
c）编程器
只有可读可写标签系统才需要编程器。
编程器是向标签写入数据的装置。
编程器写入数据一般来说是离线（off-line）完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。
也有一些RFID应用系统，写数据是在线（on-line）完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。
d）天线
天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。
在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。
其主要参数如图2.1：
图2.1RFID芯片主要参数
2.2射频识别（RFID）系统的分类
RFID根据不同的标准有不同的分类方式。
按射频识别（RFID）系统中的电子标签获得能量的方法来分，可分为无源电子标签和有源电子标签两大类。
无源电子标签自身不带有电源，通过用天线从读写器的发出的能量中产生工作电压，其特点是重量轻、体积小，寿命长，但工作距离短；有源电子标签通过自身带有的电池供电，特点是识别距离长，但价格较高且寿命短。
按射频识别（RFID）系统的工作频率来分，主要有125kHz、13.56MHz、400MHz、860～960MHz、2.45GHz、5.8GHz等多个频段。
这里要说明的是不同的国家和地区的对频率分配和最大发射功率的规定是不同的。
在某些地区，某些频段的RFID产品可能是被禁止使用的。
按射频识别（RFID）系统中电子标签的存储器类型来分，还可以有只读电子标签、可读可写电子标签两种类型。
按照发生在阅读器和电子标签之间的射频信号可分为两种类型：
电感耦合和电磁反向散射耦合。
2.3工作原理
电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器（取决于电子标签是否可以改写数据）。
电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。
如图2.3.1
图2.3.1能量的传递和数据的交换示意图
标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即passivetag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即activetag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
射频识别系统的基本模型如图2.3.2所示。
图2.3.2RFID的基本模型图
图2.3.3RFID读头工作原理与接口关系图
图2.3.3为典型的读头原理框图以及读头与电子标签、读头与应用系统之间的接口关系图。
该图中，标签物理内存的逻辑映射通过标签结构以及标签读写命令与映射规则表示出来；逻辑内存中的所有信息通过逻辑内存映射表示出来。
在射频识别系统的工作过程中，始终以能量为基础，通过一定的时序方式来实现数据的交换。
因此，在RFID工作的空间通道中存在三种事件模型：
以能量提供为基础的事件模型，以时序方式实现数据交换的实现形式事件模型和以数据交换为目的的事件模型。
3.RFID技术的应用
射频识别技术提供快速、灵活和可靠的电子方式来检测、跟踪和管理各种物品。
该技术能够很好地配合各类行业内的许多运作。
受到频率和物理属性的影响，不同频段RFID系统的应用领域千差万别。
在低频段，常见的应用是航空与航海导航系统、定时信号系统以及军事上的应用。
此外，在普通门禁、产品检测方面，低频系统也得到了非常广泛的应用。
高频应用范围为新闻广播、电信服务、公共交通、高速路收费站、停车场、加油站等。
目前国内较多的是为二代身份证的应用和学生火车优待证的应用。
超高频RFID产品被推荐应用在供应链管理上。
例如，在新鲜食品的外包装或者邮政速递的包裹等等。
微波主要应用于射频识别、遥测发射器与计算机的无线网络。
最典型的应用是飞利浦和索尼提出的NFC（NearFieldCommunication）技术，它可以用短距离无线通信方式把电子设备连接起来。
当然，采用双频技术的射频识别系统更为可行，可以同时保证低频和高频系统各自的优点，从而能够广泛地运用在动物识别，导体材料干扰及潮湿的环境，诸如集装箱、水果箱、食品罐头等物流供应链场合、动物识别、人员门禁、运动计时等。
4.物流仓储管理系统介绍
仓储作为物流系统的一部分,它在原产地、消费地或者在这两地之间存储管理物品,并且向管理者提供有关存储物品的状态、条件和处理情况等信息。
从物流发达国家来看,仓储在物流战略中的重要性日益提高,在物流管理中占据着核心的地位,并已成为供应链管理的核心环节。
仓储管理的作用是实现物流活动中流程的集合，它主要是利用计算机和相关计算机输入输出设备，对货物进行验货、入库、盘点、出库、理货、流通加工等操作管理，进行账目处理，结算处理，提供实时的查询，进行货位管理、存量控制，制作各种报表和单据，甚至进行立体仓库自动化控制等。
通过仓储管理，按照一定的运作模式读仓储各项业务活动进行组织和安排，可使整个仓储过程有条不紊地持续进行。
在物流配送企业中，物流人员怎样才能从堆积如山的信息中找到自己关注的信息呢？
如果没有可靠地物流信息支持，企业将失去市场中稍纵即逝的机会。
一个现代化的物流配送企业除了具备自动化的物流设备和物流技术之外，还应具备现代化的物流管理信息系统，这样才能提升企业的运作效率。
仓储管理系统作为现代配送企业不可缺少的一部分，是在上世纪70年代中期温室的，此后迅速发展。
它源于传统的进销存库存管理系统，在此基础上拓展增加了各种新型功能。
仓储管理系统是一个实时的计算机管理信息系统，它能按照物流运作的规律和运算法则，对物流配送企业的信息、资源、存库、和分销运作进行优化，使其最大化满足有效产出和精确管理的要求。
5.RFID技术在物流仓储管理系统中的应用研究
5.1概述
RFID的应用是在现有仓储管理的到货、验收、入库、移动、拣货、出库等作业环节中进行货品、数量、位置、载体等信息的实时自动采集,并通过与WMS的信息文互在操作现场提供下一步的操作指示和执行情况校验从而提高一线运作效率和准确性,实现物流仓储业务的智能化、自动化管理。
通过应用RFID可实现以下目标:
仓库内物品、货架、搬运工具的可视化管理；降低库存平,提高库存管理能力加快企业信息化进程提高客户服务水平；增加供应链的可视性，提高供应链的适应性能力。
如图5.1是仓储管理系统模拟实验室。
图5.1仓储管理系统模拟实验室
射频识别系统在立体库的运作过程有以下三个步骤：
（l）贴附于存货单元的充电标签，将以有规律的时间间隔发生射频
（2）识别者接收有用信号，辨认几英尺范围内的存货位置，并将该信息输入中心数据库
（3）管理者识别特定时间的所有存货的位置。
基于RFID技术的仓库管理系统设计的主要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，满足工程中心立体仓库的需要。
它是利用射频识别卡作为产品识别信息采集的技术纽带，通过在仓库出入口设置的固定读写器或手持式读写器对货物进行自动识别，同时结合数据管理信息中心，对产品的详细信息进行实时查询，以达到自动化库存的目的。
一个典型的基于射频识别技术的自动化立体仓库管理系统的结构图如图5.2所示。
图5.2基于RFID的自动化立体仓库管理原理图
5.2读、写控制
5.2.1通信协议
计算机通过RS-232口给读写器下传命令，读写器响应命令后回传结果。
RFID读写模块内含RS232接口电路，采用标准的RS232通信协议：
1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位数据传输速率固定为：
9600BPS，也可根据用户的要求定制波特率为57600。
TTL电平RS232通信协议
RFID系列模块亦提供TTL电平的RS232通信方式，其通信协议与标准RS232方式相同。
1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位数据传输速率固定为：
9600BPS
标准RS232通信采用两次握手协议。
该协议简单易懂，可靠性高。
现表达如下：
（A方表示主控板或者PC机，B方表示RFID读写模块，所有通讯字符使用16进制表示）
通讯时，A方与B方通过握手字符进行连接，A方与B方在发送命令和接收数据时，两次握手，第一次的握手字符是23H（16进制的23，以下同）、45H，即A方在发送命令序列前，先发送23H，B方接收到23H后给A方回应45H，A方接收到45H认为是第一次握手成功，然后给B方发送命令序列；第二次的握手字符为67H、89H，即B方接收完A方的命令序列并进行相应的处理，将结果数据发送给A方前，B方先发送67H，A方接收到67H后给B方回应的89H，B方接收到89H认为是第二次握手成功，然后给A方发送数据序列。
5.2.2读卡器及卡片介绍
读卡器为方形壳体，如图5.3所示，直立放于实验室的货架处，信号从它的前表面放出。
卡片是83×54mm的内含记忆片的塑料片如图5.4所示，右下角为该卡片的编号。
卡片被安放在货物箱上，并置于实验室另一面的库位上，以实现上面的各种操作。
图5.3读卡器图5.4卡片
5.3系统配置及其结构
基于RFID技术的仓库管理系统硬件包括：
主机、打印机、频率为13.56M的出入库读写器、902～928M的固定式读写器、13.56M的移动式读写器、无源电子标签、RS-232接口卡等。
其中主机安装了管理软件，通过RS-232接口卡与出入库读写器及固定式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；固定式读写器统计在库数量等。
本系统中采用RFID电子标签作为物品的标识，存储其物品名称、数量，日期等资料。
本系统管理软件是在WindowsXP环境下，采用VisualC++6.0开发的，主要包括系统设置，入库管理，出库管理，物品盘库管理以及数据库管理五大模块。
根据已有RFID管理软件与设备，采用EAN.UCC编码规则，采用GTIN（全球贸易项目代码）的编码方式，同时结合应用标识符，将存储过程中的批号、入库日期、数量等信息进行连接，行程最终的RFID代码。
该系统的系统结构如图5.5。
图5.5系统结构
5.4入库操作信息管理
产品从生产流水线下来，入库管理人员根据产品名称和属性，将存储有该种产品的电子标签粘贴产品表面在入库区，通过读取装置，将货物信息数量自动采集，传入计算机控制中心，进行数据处理，实现产品入库。
利用射频技术增强了作业的准确性和快捷性，提高了服务质量，降低了成本，节省了劳动力和库存空间。
入库管理的方式是通过选择入库货品的客户类型、客户单位、入库类型等详细信息，填写入库货品的数量与单价后，系统会自动搜索空闲的货架产生货品入库单，同时产生内部标准的条码，用来标识入库后的货品。
其中内部标准条码上包含了此批货品建议摆放位置、入库时间及流水号码等信息。
根据入库单对进入仓库的产品进行分类、核对和登记，必须输入产品的物品名、单价、厂家、日期、数量等信息，并将这些信息更新到库存记录。
入库管理的核心在于产品信息的录入。
这项工作准确性要求高、工作量大，人工作业强度和难度都十分巨大。
对于商家而言，货品入库时需要进行货品信息录入、产生入库单、检验并放置货品、确认入库等多个操作，其操作流程如下图5.5所示。
图5.5货品入库操作流程图
5.5在库操作信息管理
5.5.1在库位移。
货物在仓库内移动时,可以在叉车上安装固定读写器。
当货物被运往其他区时,叉车上的阅读器自动读取货物或托盘和包装箱上的电子标签,并将固定读写器所获得的操作时间、货物移动轨迹等信息发送到PC机,通过PC机传送到后台系统,从而准确记录货物在库内的位移活动信息。
5.5.2在库盘点。
不同类型的仓库，有不同的盘点方式和不同的盘点要求，这也决定了采用不同的设备和不同的作业流程。
平面仓库、立体仓库等不同类型的仓库均支持手持移动式和固定式盘点设备，支持人工、堆垛机和高位叉车等自动、半自动盘点方式，支持分货区、分货架的实时盘点。
在本系统中，设计了三种盘点的方式，它们为人工盘点、堆垛机盘点以及固定式读写器远距离盘点。
人工盘点方式：
在库存盘点时，操作员手持激活的移动读写器进入需要盘点的区域，以每个货架为单位进行盘点。
将手持设备设置在库存盘点状态，用手持设备扫描货架上所有托盘箱的RFID标签。
此时，将条形码扫描器也和移动读写器集中到一起，当扫描RFID标签的时候，扫描每个货架上的条码，从而获取相应的货位号。
移动读写器获取当时的操作时间与状态，连同区域编号、货架标签编号及盘点信息保存在其操作日志中。
按以上步骤依次盘点每个货架，直至完成整个目标区域的盘点工作。
之后将手持设备上的盘点操作日志上传至信息管理系统，记录在主机系统的操作日志中，关闭并归还手持设备。
仓储管理系统将获取的最新盘点信息与原始库存信息相比较，产生库存差额信息，从而进一步做出相应的处理。
堆垛机盘点方式：
在堆垛机两侧安装天线并通过反馈线连接到一台移动式读写器，该读写器通过无线网络与RFID管理系统通信。
堆垛机定位到需要进行盘点的货位后，RFID管理系统通过无线网络控制读写器开始工作，天线读取托盘标签中的数据并由读写器通过无线网络传送到RFID管理系统。
因为托盘标签中记录了该托盘承载的商品的实际数量，因此通过RFID技术的自动采集方式，可以实现无人工干预的全自动实时、分区盘点，并保证盘点操作的快速进行和盘点数据的准确。
固定式读写器远距离盘点方式：
在立体仓库中，在适当的位置放置一定数量的固定式读写器，一般采用902～928M的中远距离的固定式读写器。
它的识别距离比较远，而且具有越过一定障碍物的优点。
它的功能可以检测到库存中所有的物品信息，对仓库中的物品实行实时的在库统计。
对于维持仓库中物品的安全性、操作的规范性和减少错误率有很大的作用。
5.5.3在库查询。
工作人员可以通过PC机对在库货物进行查询,获得货物的种类、数量、位置、在库位移、货物出库频率等信息,便于分析安全库存和进行货物货位管理。
5.6出库操作信息管理
仓库管理人员根据出库单要求完成相应的物品出库，并将出库数据上传到数据中心，系统根据出库情况自动更新实际库存，保留出库信息，并提供相应出库信息查询功能，为管理人员及时了解每一笔出库情况提供方便采用射频识别技术后，在出库区增加出库校对功能，对从仓库内按订单拣选的物品再次校对，减少出错率当有货品需要出库时，通过选择货品类别及货品名称和数量，系统会自动搜索仓库的库存货品信息，产生出库单，出库单上有指定的仓库与货架，指引出库操作人员进行出库的操作。
6.RFID系统最基本的软件实现
RFID相关设备准备就绪后，开始启动RFID的控制系统。
系统启动之后，点击“打开读写器”按钮，激发读写器进行工作，此时就可以进行RFID系统的操
作了。
如果是入库操作需要将物品的相关信息写入到电子卡片中，在如图6.1所示的界面中，输入相应的卡号与数据，然后点击写卡按钮就实现了写卡的操作。
图6.1写入数据界面
仓库中盘库操作的时候，设计中包含三种盘库方式，在这里给出其中的自动盘库的操作方式。
几个读写器在不同的位置一起读卡，然后将相关的数据联合到一起，保证所有的货位物品信息都可以检测的到。
它的操作界面如图6.2所示。
图6.2盘库操作界面
数据表之间的关系和各主要字段不仅要包括对材料信息的常用描述字段，还应包括有关该物品信息的统计数据。
在物品代码数据表中，根据各种材料的出入库频率可以统计分析出它所属的分类，以确定这种材料在入库时的货位分配区域，规范仓库存储，提高出入库的效率。
在库材料物品表中，记录了所有在库材料的信息。
由于表中的货箱号字段值可以重复，所以在库材料的表示方法中可以让货箱中放入不同的多种材料物品，起到了拼箱存储功能。
货位信息主要存放在货位信息状态表中，它是有关货位信息的最重要的数据表。
在该界面中实现所有的操作设置，并通过Word和Excel的形式打印出相关的报表，从而实现了信息的查询，库存的可视化管理。
Excel的信息报表如图6.3所示。
图6.3Excel的信息报表
7.总结及心得体会
随着仓储管理中货物的数量、种类越来越多,合理控制库存,最大化地满足顾客需求,是许多企业的当务之急。
基于RFID技术的各种优势，它将可以在物流仓储领域发挥巨大作用。
射频识别技术的无需人为看管和不依靠方位的读取能力,对仓储运作具有高度的价值。
我们可以建立读取区域来自动监视设施的某些区域，比如货架位置、安全存储区域或货柜场等，并自动记录所有的物品转移操作。
我们还可以制定业务规则，在出现某些情况时发出警报。
通过在企业网络与应用中整合射频识别系统，我们可以把监视和警报数据自动传达给经理或保安人员。
另外还可以把射频识别系统与仓储管理系统（WMS）、资产管理以及其他软件应用程序进行整合。
对于物品提取的运作来说，工人可以用射频识别读取器来扫描货架和货箱，自动检测所要寻找物品的存储位置。
系统还可以检测到存储位置错误的物品，并针对该问题来提醒操作员。
在这些应用当中使用射频识别技术，可以使物品“自己报告”它们的位置，而不是要求人为介入来查找，这样可以减少错误、节省人力并降低成本。
用射频识别技术跟踪库存也将大大改善精确度水平，使众企业得以减少安全库存储备，并通过改善产品供应能力来增加销售。
这次科研训练，使我们系统的了解了RFID的技术及其指标，并且通过收集RFID的应用资料，了解了它具体的应用和并注意到一些在应用中遇
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