基于RFID的物流管理系统解决方案.docx

1、基于RFID的物流管理系统解决方案 基于RFID的物流信息管理系统（云天化）解决方案 1需求分析项目背景云天化集团有限责任公司（简称云天化集团）的前身是云南天然气化工厂，始建于1974年，经历三十年的建设发展，云天化集团已从产品单一的氮肥生产企业，发展成为以化肥为主业，以有机化工、玻纤新材料、磷精细化工、盐及盐化工为重要发展方向的母子公司体制的企业集团。云天化联合商务有限公司（简称联合商务）是由云天化集团有限责任公司联合相关子公司共同设立的一个集商贸、物流为一体的商务有限公司。天马物流有限公司（简称天马物流）是联合商务的控股子公司，其主要业务是依托南昆铁路干线，开展防城港到昆明的集装箱循环运输

2、，为云天化集团下属磷肥企业的进出口物资提供稳定的集装箱物流服务。目前，围绕南昆铁路干线，天马物流正在加快集装箱物流网点建设，以期尽快形成一个区域性的集装箱多式联运循环网络，实现更大规模的集装箱散装循环运输。同时，围绕设立在广西防城港和云南昆明等地的集装箱作业点，天马物流决定引入一套现代化的物流管理系统，以改善物流运作流程，提高对客户的服务质量。系统涵盖集装箱管理、运输运输、仓库管理、堆场管理、以及票据管理等多个方面，并与无线射频识别（RFID）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、电子计量控制等先进技术有效的结合，在国内化工行业的物流自动化管理领域处于领先位置。该系统建成后将大大提

3、高天马物流的信息处理能力和管理水平，实现物流信息的实时、准确和系统化，更好地满足来自云天化集团内部以及其他各方对物流信息的需求。用户需求描述随着化工企业规模的不断扩大，产成品结构越来越复杂，且整个市场对产品的个性化要求也日益提高，随之而来的问题是如何提高产品的运输效率，如何降低运输工具的空置率，如何利用有限的仓储面积存储更多的物品，如何在需要这些产品的时候迅速地找到他们，以及如何合理配置产品品项以最低的品项数和库存量来满足市场的需要，如何合理安排仓储出入口的装卸作业，使该作业能够迅速准确地被完成。在激烈市场竞争环境下，化工企业必须不断改进生产管理模式，以适应供应链和销售环节的竞争需要。现代化的

4、物流和仓储管理系统必须满足物流和仓储环节在时间方面的动态需求，同时还要满足不同的地区的物流需求。物流包括产品的运输、库存、包装、交叉转运/在途合并、装卸搬运、流通加工和动态客户服务等各个环节，既涉及到产品的时间效用，如存贮，又涉及到产品的空间效用，如运输、中转等。作为一个物流管理者不仅需要知道物流需求随时间的变化规律，还要知道其空间的需求，如运输的距离、仓库的分布与库容，并根据企业物流的预计需求量规划仓库的位置等等。通过多次的现场实地调研以及和天马物流的需求讨论会后，我们了解到，天马物流公司目前在广西防城港有一个码头，主要处理从国外进口的硫磺原料以及成品化肥出口装船；进口的硫磺原料利用铁路运输

5、到昆明南场站和读书铺场站，在昆明南场站和读书铺场站附近设有集装箱堆场，进行货物的装卸箱等作业处理；堆场与化肥加工厂的作业模式根据彼此的距离采用A（富瑞化工厂）、B（天湖化工厂）两种运输模式，由化工厂制造的成品化肥又通过铁路运输到广西防城港进行出口。整个集装箱物流的业务模型图如下图所示。集装箱物流的业务模型图详细的业务模型描述如下： 硫磺进口（散货船运输）云天化集团下属的化肥厂所需要的生产原料-硫磺主要来自国外进口，主要采用散货船运输。当散货船到达防城港后，将硫磺卸到码头的硫磺仓库，并灌入干散集装箱中集结到集装箱铁路专用线旁等待火车运输到昆明。进口贸易由联合商务负责；天马物流只负责防城港到昆明集

6、装箱专线的运输和配送。 化肥出口（散货船运输）云天化集团下属的化肥厂生产的成品化肥经天马物流用铁路集装箱的方式运抵防城港，并卸到码头的化肥仓库，等待装船海运。同样，出口贸易由联合商务负责，并采用散货船运输。 硫磺装箱（铁路运输至昆明方向）进行完4以后会经过集装箱的清洗，然后靠近硫磺输送带进行硫磺装箱；装箱完成并经地磅称重后由拖车运到铁路站台龙门吊上火车，或放置于铁路站台等待火车到达。在装箱过程中集装箱经过电子地衡称重，RFID获取箱号，将重量计量于系统中以便于集装箱到达目的堆场站时卸货验证。 化肥拆箱（铁路运输至防城港方向）当集装箱专列到达码头，港口龙门吊将集装箱吊到中转的拖车上，由拖车将集装

7、箱运到化肥仓库拆箱入库，由输送带完成在仓库中的流转（包括装船）。拖车中转途中经地磅称重，在记录于系统之前和系统中的数据进行检查验证。（注：化肥在始发地装箱时要称重）如火车停留时间有限或用于中转的拖车数量有限，则龙门吊也可将集装箱放置在铁路站台上，等待后续作业。 硫磺拆箱（堆场A模式富瑞化工厂）当火车到达堆场站，龙门吊将依次完成硫磺集装箱的卸箱作业和化肥集装箱的上箱作业。天马物流的操作模式是实现集装箱的交替式作业，即卸一个硫磺箱就装一个化肥箱，如此交替操作避免空操作提高作业效率。当硫磺集装箱被龙门吊卸下后，即用拖车将此集装箱运到原料仓库入口处，然后打开集装箱将硫磺卸出；途中拖车必须经过一个地磅进

8、行称重，并和系统中的装箱重量比较核对，无误后进行下步操作，实际重量记录于系统中。 化肥装箱（堆场A模式）在5作业完成以后，拖车即进入洗箱区进行集装箱清洗；完成后进入化肥装箱区，在计量控制子系统的控制下进行化肥装箱作业；装箱过程中计量系统要对该箱化肥进行称重，由RFID获取箱号，所有数据记录于系统中；化肥装箱完后即由拖车将集装箱拖到指定堆场位置或铁路站台待运。 硫磺拆箱（堆场B模式天湖化工厂）此模式同5的区别在于中间的拖车距离较长（约80公里），因此对拖车运输阶段的管理要加入进来，9即描述了拖车运输的过程。 化肥装箱（堆场B模式）此模式同6的区别在于中间的拖车运输距离较长（约80公里），因此对拖

9、车阶段的管理要加入进来，10即描述了拖车运输的过程。 硫磺运输（拖车）在B模式下，拖车完成集装箱从铁路堆场站到目标化肥厂的运输。 化肥运输（拖车）在B模式下，拖车完成集装箱从化肥厂到铁路堆场站的运输。 铁路运输整个运输的主体，连接港口和昆明的干线运输，也是系统管理的一部分。项目备注：a) 1和2由联合商务负责处理，天马物流则负责内陆运输与配送。b) 3和4是天马物流在码头的操作，与5和6的作业流程相对应。c) 7和8同5和6的操作均属于内陆堆场操作，最大区别在于堆场站是否和工厂同在一地，是否需要用拖车运输。d) 整个运输过程的一大特点是：昆明至港口运输的是化肥；港口至昆明运输的是硫磺。本系统必

10、须支持多个码头和多于2个以上堆场站加入系统参与操作；在系统中区分进出口货物的码头和堆场。不仅不能影响每个地方的操作，同时要让天马物流可以控制全局。需求满足程度1.3.1 业务需求满足程度本方案以“可视化物流运输管理系统（VLTMS）”软件为系统运行的基础平台；在数据采集方面，选用RFID有源标签、RFID固定式读写器、以及RFID手持式读写器，实现对所有参与物流运输的集装箱、货运列车全程跟踪管理；在软件界面方面，采用DMGIS数字地理信息技术，达到图文并茂、生动直观的显示效果，为企业对分布式节点的统一管理提供了灵活的可视化手段。以上三类产品，全部为大唐高鸿公司自主研制开发的软硬件产品，分别在国

11、内多个项目中实现正式商业化应用。“可视化物流运输管理系统（VLTMS）”可以很好的满足云天化物流管理系统的各项业务需求。系统采用B/S与C/S结合的应用架构，后台共享同一个数据库，实现整个物流环节的统一管理。系统涉及的业务流程包括：（1） 联合商务货运计划的制定；（2） 天马物流货运车皮的申请；（3） 实际货运计划制定；（4） 各个堆场收发货管理；（5） 堆场作业管理；（6） 货运列车管理；（7） 集装箱管理；（8） 货物出入库管理；（9） 单据管理；（10） 结算管理；“可视化物流运输管理系统（VLTMS）”包括了五大业务模块：运输调度管理模块、堆场作业管理模块、资源管理模块、数据统计模块、

12、系统配置模块。系统采用统一的身份认证管理，无论是各个单元的一线工人，还是机关的管理人员，甚至集团的高层领导都可以登录本系统，从不同角度监控物流系统的实时状况，最大限度的满足天马物流的业务需求。本方案选用的主要软硬件产品均是大唐高鸿自主研制开发、拥有独立自主知识产权的成熟产品，是大唐高鸿核心技术的创新和发展。VLTMS软件是在大唐高鸿整合多年在电信、政府和企业领域大型软件开发的成功经验，全新开发的系列行业应用软件，包括仓储管理、物流配送、车辆/船舶定位等系统的基础上，增加了可视化堆场作业、财务统计结算以及实时统计显示等功能模块。值得关注的是VLTMS系统首次建立在J2EE/Oracle的系统架构

13、下，更有效的支持B/S管理系统跨平台、跨数据库运行的需求。大唐高鸿自主研制开发的RFID相关设备已被应用在煤矿井下人员定位、空港物资管理以及重要物资仓储管理等多个项目中，RFID相关设备的品种齐全，性能稳定可靠，完全可以满足天马物流管理系统中数据采集的所有需求。由于天马物流管理系统主要基于铁路运输和露天堆场，应用环境较其它物流管理系统要复杂许多，因此在设计开发天马物流管理系统时，大唐高鸿将针对实际的应用条件和环境因素，侧重提高和改善RFID设备在雷雨、高温、低温、以及潮湿等恶劣环境下的工作表现，确保整个标签系统能够全天候24小时正常工作。近几年，大唐高鸿在RFID标签低功耗设计、天线设计、读写

14、器工业总线组网等方面一直处于业内领先地位。在从今年8月份开始，研发中心技术人员在成都南站集装箱堆场对RFID标签和读写器的性能作了若干次全面的现场测试，并根据测试结果对RFID读写器天线、标签封装工艺等关键环节进行了改进和优化。从最近几次的现场测试结果来看，选用配备大唐高鸿最新研发的微带定向天线的读写器以及特殊封装工艺的电子标签可以取得很好的读写效果，无论标签安装在集装箱侧面、顶部、或是背面，堆场天气是大晴天还是雷雨天，标签是暴晒在日光下还是浸泡在雨水中，读写器均能快速准确的读写标签数据，出错概率均小于万分之一。相比之下，配备普通全向天线的读写器的工作性能较差，不能很好的满足集装箱物流的工作环

15、境需求。在集装箱电子标签方面，我们已经向国家专利局提交了2项专利申请。电子标签的防水性测试在成都南站集装箱堆场进行的现场测试标签数量测试条件测试距离平均读取速率正确率8个晴天顶部5米2秒100%10米2.5秒99.9%20米3秒99.5%侧面5米1秒100%10米1.5秒99.9%20米2秒99.8%背面5米2秒100%10米2.5秒99.9%20米3秒99%8个雨天顶部5米2秒100%10米3秒99.5%20米4秒99%侧面5米1秒100%10米1.5秒99.9%20米2秒99.5%背面5米3秒100%10米3.5秒99%20米4秒98%定向读写器现场测试结果DMGIS数字地理信息系统平台是

16、公司拥有自主知识产权的另一项核心软件产品，该产品已经成功应用于智能交通、市政工程、城市网格化、城市应急救援等系统中，具有性能稳定，人机界面友好，数据接口丰富等特点。基于DMGIS数字地理信息系统技术开发的操作界面，为货运列车动态跟踪管理，集装箱全程跟踪管理，堆场集装箱管理等环节提供了一个灵活直观的可视化管理手段。综上所述，大唐高鸿设计的可视化物流运输管理系统不仅能够满足天马物流公司的业务需求，而且在一些细微环节上，还根据实际情况进行了创新和改进，通过客户化的定制开发，使整个系统的效率更加优化和可靠。除了满足招标书中的业务需求，本系统还从以下几个方面增强业务流程的可扩展性：1. 支持业务流程的动

17、态调整由于在现实条件中，各个场站的应用环境不可能完全一致（例如，有的场站没有条件安装铁道道边的固定读写器），所以在部分细节流程上存在动态调整的需求。本系统采用模块式架构，可以在一定范围内满足用户的上述需求，使得整个物流流程更加优化、实用、高效。2. 具有完善的系统容错功能系统容错能力的强弱，是系统健壮性的重要标志。针对整个系统的目前情况，比较容易出现差错的有两个环节：1）核心业务系统；2）终端数据采集系统。1）核心业务系统由于系统共享同一个数据库，所以核心数据库的安全性是整个系统最关键的环节。除了采取防病毒、防攻击等通用防护手段，在系统物理架构设计时采用数据库的双机备份（可以根据用户的需求，升

18、级为双机热备份），确保核心数据万无一失。2）终端数据采集系统由于终端数据采集系统面对几百甚至上千个独立标签，而且这些标签都工作在恶劣的外部环境中，经受着高温、低温、雨淋、浸泡、撞击、偷盗等各种条件的考验，所以相对出错的概率也是比较高的。另外，尽管目前天马物流使用的集装箱是相对固定的，但是很难避免极个别临时集装箱的流入。针对以上问题，总结下列可能出现的故障，并提出相应的容错方案： 电子标签故障由于本系统采用的电子标签是有源系统，内部自带软件程序，而且标签长时间工作在恶劣的外部环境下，可能会导致标签程序死锁或出错的问题，为此本系统选用的标签内嵌独特的看门狗电路，可以在标签发生故障时自动重启系统。

19、网络通讯故障由于本系统中读写器和后台系统是通过485总线/以太网/WLAN等网络实现数据传输，当网络出现故障导致无法正常通信时，本系统选用的读写器中可以对标签数据本地缓存，当网络通讯恢复正常后，后台系统可以恢复提取读写器中缓存的网络故障阶段的重要业务数据，以保证整个业务数据的完整性。 读写器故障与电子标签一样，本系统中的读写器也持续工作在室外环境中，同样有可能出现程序故障造成读写器系统无法正常工作，为此我们的后台设备管理软件中有对应的设备巡检模块，可以及时的发现设备故障，并上报给控制中心，这样当读写器发生故障时，用户能够准确定位其地点，并以手持式读写器临时代替，继续保持工作顺利进行。 电子标签

20、受损RFID离线和系统在线的双备份传输方式为物流管理信息系统的数据流转提供了可靠性保证：电子标签可能因为各种意外情况受到损坏，到站后无法正常读出数据，因此在每个堆场，我们还配备了一定数量的临时标签（与普通标签的区别在于，临时标签的底部带有强磁性材料，可以临时吸附在集装箱上，详细产品介绍请参看“产品介绍”部分），当普通标签发生意外无法读取数据的时候，工作人员可以通过该集装箱的箱号，从系统数据库中在线提取该集装箱的属性信息，并通过手持机将对应数据写入临时标签。然后将此临时标签吸附在集装箱的表面，代替原有标签继续工作，直到更换普通标签。 系统外的集装箱进入本系统这种情况的处理和上述标签受损的处理方式

21、基本相同，也是采用临时标签，保证货运流程继续进行。 网络安全问题大唐高鸿的RFID读写器产品采用嵌入式设计，可以有效避免各种计算机病毒的侵袭，内网中其他PC机本身的可靠性和稳定性不会对读写器造成任何影响。 人为出错本系统设置了多种自动检测手段，如数据录入合法性检测、关键业务流程数据比对核实等，可以有效避免由于疏忽导致的人为错误，及时发现业务操作流程中出现的人为失误。3. 具有较强的业务扩展性系统采用目前国内最先进的RFID技术，不仅对物流环节中的最小单元集装箱进行全程跟踪管理，同时对物流环节中的其他重要资源也进行统一管理。上述条件的实现，为天马物流从目前“单一主顾”、“固定货物”、“固定线路”

22、，向“多主顾”、“多货物”、“多线路”的现代配送式物流发展奠定了坚实的基础。1.3.2 功能需求满足程度整个云天化物流管理系统的功能需求可以抽象、提炼为：货运列车管理、集装箱管理、货物管理、单据管理、结算管理、堆场作业管理（车、箱、货、票、财、作业）六个功能。只要能够满足以上六个功能，就可以完全满足整个物流系统的需求。“可视化物流运输管理系统（VLTMS）”的五大业务模块：运输调度管理模块、堆场作业管理模块、资源管理模块、数据统计模块、系统配置模块，完全满足对以上六个元素的管理。 货运列车管理从“货运列车申请”、“各个货运站始发、到达列车管理”、“货运列车装卸车管理”、“货运列车全程跟踪管理”

23、、“货运列车周转使用次数管理”等方面对货运列车进行管理。 集装箱管理从“集装箱注册管理”、“各个货运站发出、运达集装箱管理”、“集装箱装卸车管理”、“集装箱全程跟踪管理”、“各个场站集装箱分布管理”、“集装箱周转使用次数管理”等方面对集装箱进行管理。 货物管理从“各个堆场货物存储管理”、“货物出入库管理”、“ 各个货运站发出、运达货物管理”、“货物全程跟踪管理”等方面对货物进行管理。 单据管理从“单据交接管理”对物流环节中所有单据进行管理。 结算管理从“结算管理”、“结算统计”等方面对相关财务进行管理。 堆场作业管理从“集装箱装卸车管理”、“集装箱装卸料作业管理”、“集装箱称重管理”等方面对堆

24、场作业进行管理。以上功能描述已经基本满足天马物流的需求，对于部分细微环节，可以根据天马物流的实际应用需求，进行客户化定制开发，使其更有效、全面的满足用户的业务要求。除了满足招标书中的功能需求，本系统还提供以下附加功能，从而更加丰富整个系统的业务功能。1. 支持业务状况的实时发布由于本系统采用目前最先进的RFID技术，对物流环节中可跟踪的最小单元集装箱进行唯一标识，使得物流可视化管理成为可能；此外，整个系统共享同一个数据库，使得庞大的物流管理统一到一个平台上。以上两点使系统支持业务状况对外实时发布。发布渠道可以是网上发布，大屏幕发布等多种方式。使用对象不仅可以是系统的管理人员，还可以扩大到集团领

25、导，最终用户。从而进一步提高天马物流的服务质量。2. 支持货运列车、集装箱、运输货物的全程可视化跟踪管理系统在传统物流管理中融入了先进的RFID和GIS技术，进一步细化了物流管理的粒度，真正实现物流环节重要资源的可视化管理。3. 支持系统重要资源的预警控制管理随着现代物流的快速发展，对物流环节中各种资源的精细管理提出了更高的要求。是否能够最大限度、最高效率的应用所控资源，已经成为现代物流企业竞争力强弱的重要标志。本系统在对物流环节中各个重要资源实施全程可视化管理的基础上，进一步提出“重要资源预警控制管理”的概念。工作人员可以通过设置预警条件，对“集装箱的周转率”，“堆场空箱的保有率”，“堆场货

26、物的存储量”，“货运列车运行时间”等环节进行提前预警管理，从而提高管理的效率和效能，为企业“降低成本，增加效益”奠定基础。4. 支持统计数据动态生成系统保存了大量的业务数据，但是不同业务部门，不同工作性质的人员使用数据的需求是各不相同的。系统已经多角度，多层次，多维度的统计报表，但是少部分特殊需求的用户，系统还提供统计数据动态生成的功能，使统计数据更好的满足用户的需求。5. 所有统计数据支持在线打印和MS Office软件的导出统计数据的应用方式可能是多种多样的，系统不仅支持统计数据的在线打印，而且支持将数据导出到 MS Office应用软件中，方便用户使用。6. 对现有纸介质单据的支持在现有

27、物流环节中，存在这大量的纸介质单据，在新系统投入使用的时候也不可能完全废弃这些纸介质单据。本系统在“单据交接管理”的模块中实现对纸介质单据“图像化”和“电子化”，从而有机的将传统纸介质单据和新系统的电子单据统一管理在同一个平台上。7. 末端数据采集的强大功能在数据采集方面，本方案中选用的RFID固定式读写器有单天线和多天线两种形式，可以分别满足铁路侧、称重场、以及龙门吊不同场合的应用需求。而且，读写器实现了功率控制功能，可以根据具体需求调节读写器作用距离，最大程度的满足具体的使用要求。RFID手持式读写器采用内置定向天线，从而将工作人员查验的集装箱范围限定在特定的区域之中，大大提高了工作人员的

28、工作效率。手持式读写器内置大容量的存储空间，可以支持批量数据的编辑和下发。装配在集装箱上的RFID标签通过特殊的隔热和防金属处理，可以稳定工作在-5085高低温以及5%95%湿度等恶劣环境中。1.3.3 技术规范满足程度在系统架构方面，VLTMS系统采用基于现代主流J2EE平台的B/S结构（个别模块如堆场作业模块使用了C/S结构），以及先进的MVC（模型-控制-视图）架构模式，可以灵活支持应用系统的动态扩展。系统从软件结构上分为客户表示层、中间服务层以及数据库存储层三个层次，如下图所示。J2EE服务架构图B/S三层体系结构与传统的C/S结构相比，具有如下优点：1) 良好的灵活性和可扩展性。对于

29、环境和应用条件经常变动的情况，只要对应用层实施相应的改变，就能够达到目的；2) 可共享性。单个应用服务器可以为处于不同平台的客户应用程序提供服务，在很大程度上节省了开发时间和资金投入；3) 较好的安全性。在这种结构中，客户应用程序不能直接访问数据，应用服务器不仅可控制哪些数据被改变和被访问，而且还可控制数据的改变和访问方式；4) 增强了企业对象的重复可用性。“企业对象”是指封装了企业逻辑程序代码，能够执行特定功能的对象。随着组件技术的发展，这种可重用的组件模式越来越为软件开发所接受；5) B/S三层模式成为真正意义上的“瘦客户端”，从而具备了很高的稳定性、延展性和执行校率。6) B/S三层模式

30、可以将服务集中在一起管理，统一服务于客户端，从而具备了良好的容错能力和负载平衡能力。在数据采集方面，本方案设计中采用的RFID电子标签是一种非接触式的自动射频识别技术，它是无线电技术在自动设备识别领域中的具体应用。RFID通过无线射频信号实现非接触方式下的双向通信，完成对目标对象的自动识别和相关数据的读写操作。RFID与现行的条码、磁条等其它识别技术相比，具有无接触、精度高、抗干扰、速度快，以及环境适应能力强等显著优点，被广泛应用于诸如物流管理、交通运输、医疗卫生、防伪防盗、资产管理以及国防军事等领域。类别载体信息量读写方式保密性智能化抗干扰寿命成本条码纸、塑料薄膜、金属表面小只读光束扫描差无

31、差较短最低IC卡EEPROM大读/写电擦除好有好长较高RFID EEPROM大读/写无线通信好有很好最长较低RFID与其它识别技术的对比表1.3.4 性能指标本方案中采用B/S结合C/S的网络架构，在资源管理等模块中使用B/S，使客户端可以通过简单的WEB浏览器即可访问到系统的所有资源信息；而对于诸如堆场作业这种需要前端与后台系统频繁交互的模块中，系统采用C/S技术，这样可以加速指令提交和执行的速度。虽然本系统对网络硬件没有特殊要求，只要是配置有WEB服务器的企业内部网络都可以运行。但本系统属于网络密集型应用系统，系统运行时，大量数据需经过网络传递，网络的传输性能直接影响到系统的运行效果。所以，系统中的数据库服务器和多功能服务器应尽量连接在高速网络中，以避免由于网络原因造成服务器的性能瓶颈。一般提供给本系统使用的带宽，局域网内10M就可以满足要求，广域网连接建议采用DDN专线接入(512KB为最低选择，建议带宽2M)，带宽