0 引 言

　　現有的配送中心管理系統通過了解、分析倉庫的存儲狀態(tài)、能力與局限，使用科學的預測模型、計劃原則、操作方法，對物流進行合理的安排調度，其有效的實施勢必能夠提高配送中心的運作效率。但是現有信息系統的原始數據信息基本上都是靠人工輸入的，不僅采集效率低、有一定的延時，而且誤差的產生難以完全避免，尤其是一些隱式的錯誤，勢必會影響整個系統的運作效率和準確性。從而造成不能實時地確定倉庫、貨品的情況，故不能很好地實現物流的管理，實時調度的效果也不明顯。要真正地解決這些問題，從根本上提高企業(yè)的運作效率，就是要找到管理系統與物理環(huán)境之間緊密的信息集成方法和有效的信息監(jiān)控機制。

　　無線射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)作為一種先進的信息自動實時采集方式，為這些問題提供了一種新穎解決途徑。為此本文提出了一種基于RFID的配送中心管理系統，使其可以自動實時、準確詳細地獲取倉庫的運作情況，提高運作效率。

　　1 RFID技術概述

　　RFID，即無線射頻識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變的電磁場)，實現非接觸的信息傳遞，并通過所傳遞的信息來達到目標識別的技術。射頻識別技術以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領域。

　　一個最基本的RFID系統主要由三部分組成。標簽(Tag)：由射頻耦合元件與芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上(或嵌入物體內部)標識目標對象；天線(Antenna)：發(fā)射射頻電波，接收標簽傳遞回來的射頻信號；閱讀器(Reader)：通過天線讀取(或寫入)標簽信息的設備，將射頻信號解碼，供上層控制計算機查詢調取。RFID技術的基本工作原理是：當標簽進入天線的工作范圍內，就可以接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，內置的射頻耦合元件憑借電磁感應產生的感應電流獲得能量激活內置芯片，最后將存儲在芯片內的編碼信息以射頻信號的形式發(fā)回給閱讀器(Passive Tag，無源標簽)；也有另外一種類型的芯片帶有電源，以主動的方式發(fā)送某一頻率射頻信號(Active Tag，有源標簽)。閱讀器讀取信息并解碼后， 供上層控制計算機調取進行有關的數據處理。

　　由此可見，射頻識別系統最大的優(yōu)點就是無線、非接觸，不局限于視線的范圍，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。故其識別性能比一般的光學系統要好，更是大大優(yōu)于接觸式識別系統。整個識別過程無需人工干預，同時還具有對高速運動物體的識別，以及多標簽的同時識別等特點。因此，RFID射頻識別技術應用于配送中心的倉庫管理上，有著其它技術無可比擬的技術優(yōu)勢和現實意義。

　　2 基于RFID的配送中心管理系統設計

　　針對零售物流行業(yè)配送中心普遍存在的資源利用不合理、工作效率不高、貨品進出庫管理混亂等一些問題，在充分利用RFID射頻識別技術獨特技術優(yōu)勢的基礎上，本文構建了以RFID技術為支撐的配送中心管理信息系統。該系統是在原有配送中心倉庫管理系統WMS(Warehouse Management System)的基礎上進行開發(fā)，是基于RFID技術的較為完整的自動信息收集、實時監(jiān)控管理的技術方案。

　　2．1 系統架構的設計

　　基于RFID的配送中心管理信息系統主要由三大部分組成，分別是：RFID硬件、控制網絡和數據中心 。(如圖1所示)其中，RFID硬件部分包括RFID電子標簽、置于各個位置的RFID天線和閱讀器(包括含有RFID閱讀器的無線手持終端)?？刂凭W絡主要包括一個覆蓋整個配送中心庫房區(qū)的無線局域網絡、路由器等網絡相關設備以及RFID系統控制電腦。其主要功能就是匯總、過濾各處閱讀器所收集的RFID信息，以供數據中心調用 。數據中心主要用于RFID數據存儲和交換，與倉儲和配送業(yè)務管理、空間管理系統、倉庫管理系統的數據集成，以及提供外部訪問人口。由于設計方案遵循RFID領域的產品電子代碼EPC(Electronic Product Code)標準 ，所以未來可以進一步進行擴展，與EPC物聯網絡對接，用于構建基于EPC物聯網的EPC信息存儲服務器(EPC—IS)，打通供應鏈的上游與下游的信息共享與數據交換。

圖1 系統架構

　　2．2 系統功能設計
　　
　　利用RFID射頻識別技術進行改進，關鍵在于體現RFID識別無需人工干預的特點。系統功能的設計正是充分地考慮到這一要求。

　　2．2．1 叉車動態(tài)位置管理
　　
　　叉車是配送中心的主要作業(yè)工具，涉及貨品上下架、搬運等作業(yè)，其作業(yè)效率的高低直接影響到配送中心的運行效率。統的叉車上安裝有包含兩個天線的RFID識別單元及RFID數據預處理單元：置于前端叉頭的天線負責檢測托盤與貨架上貨位的標簽；底部天線負責檢測地面位置及分貨區(qū)貨位標簽；車載電腦通過無線局域網絡與后臺信息系統交換數據。同時在整個倉庫通行區(qū)的地面上，按1m×1m網格進行劃分，在每一個網格線的交點上都鋪設有RFID標簽，其編碼信息與實際所處的倉庫位置坐標(x，y)進行關聯(如圖2所示)。由此在叉車行進過程中，叉車底部的天線能夠檢測到地面的定位標簽，實時獲取叉車的實際位置。還可以了解叉車的行走軌跡，利用“叉車平面軌跡與指令軌跡偏差分析、警告系統”模塊，能提供優(yōu)化的行車路線給叉車操作員，或者產生及時的出錯警告。

圖2 叉車設備天線及RFID標簽安裝示意圖

　　2．2．2 托盤管理 

　　在托盤的適當位置埋藏RFID標簽，該標簽標識了該托盤的ID。在叉車叉取托盤時，叉車天線就能夠讀取托盤ID，自動地收集托盤信息，從而有效地管理配送中心的數量龐大的托盤。

　　2．2．3 倉庫貨位管理

　　與托盤管理相類似，分貨區(qū)以及倉儲區(qū)貨架上的每一個貨位也都采用RFID標簽進行標識。(如圖2所示)當叉車進入分貨區(qū)域，或者叉車叉頭沿著貨架上下移動時，置于叉車上的天線就可以檢測到貨位上的標簽，自動獲取該貨位的信息，從而實現對分貨區(qū)平面貨位管理和倉儲區(qū)立體貨位管理。

　　2．2．4 RFID控制軟件與WMS系統的應用集成

　　上述的三個管理功能需要與原有WMS系統中相關數據和業(yè)務的集成，才能發(fā)揮RFID系統的最大效果。其中，倉庫貨位管理和托盤管理在原有的WMS系統中已經有比較完善的模塊，只需要在其基礎上加入支持RFID系統的接口。而叉車動態(tài)位置管理，是采用RFID系統后所新增的功能，故需要完整地開發(fā)這一模塊并與WMS實現系統集成。

　　2．3 基于RFID的系統業(yè)務流程

　　由于采用了RFID技術，新系統的業(yè)務流程比傳統流程更加簡單、高效，所需人工參與的作業(yè)也大為減少。下面將通過倉貯過程中最主要的四個業(yè)務流程進行說明。

　　2．3．1 貨品入庫業(yè)務

　　一般來說，貨品入庫業(yè)務都必須包含進貨單確認、驗貨、搬運上架、更新貨架信息等四個主要環(huán)節(jié)。傳統的管理手段在這四個方面都必須要有人工進行干預監(jiān)控，尤其在后兩個方面，一旦出錯往往無法被及時糾正。而基于RFID技術的系統，對流程進行了一定程度的梳理，使后兩個環(huán)節(jié)可以達到自動監(jiān)控，更新貨架信息這個環(huán)節(jié)更是無需人工參與，保證了信息的實時更新，大大提高了運營、管理的效率，其業(yè)務流程如圖3所示。

　　① 進貨單的確認：庫房管理員利用無線手持終端的條碼掃描口，錄入貨品的條形碼信息。后臺的系統根據條形碼信息，返回該批貨品的詳細信息(貨品名稱、編碼、預計到貨數量、堆放規(guī)格、生產日期等)作為庫房管理員驗貨的依據。

　?、?nbsp;驗貨與分揀：在庫房管理員驗貨完畢之后，在手持終端上輸入確認的貨品數量。系統依據實際貨品數量進行分貨計算，即根據該貨品堆放規(guī)格確定需要多少個托盤，每個托盤放多少貨品。搬運分揀工根據系統的分配將貨品搬運至不同的托盤上，庫房管理員通過手持終端上的RFID閱讀器讀入托盤標簽，將托盤ID與其上的貨品進行一對一的關聯。

　?、?nbsp;庫位分配：關聯完畢之后，系統將根據關聯信息以及貨品的屬性、貨位使用情況等信息進行上架計算，即產生諸如將000003號托盤放入貨架上的AB-O01-A-1號位的命令。然后，將該組命令傳給庫房管理員(使用RFID手持終端)、叉車操作員(使用RFID和車載電腦)等相關人員。

　?、?nbsp;RFID監(jiān)控下的貨品搬運：當叉車操作員叉取托盤時，根據叉車上RFID天線讀取到的信息，系統將立即返回該托盤計劃放入的貨位信息，以及最優(yōu)的行車路線供叉車操作員參考，叉車操作員根據這些提示信息進行貨品的搬運。如果叉車的實際行車路線與最優(yōu)路線的偏差超過一定的閾值，車載電腦會據此發(fā)出提示信號，提醒操作員修正路線。

　?、?nbsp;RFID監(jiān)控下的貨品上架：上架時叉車上的天線將讀取到正在上架的貨位標簽，系統根據之前確定的庫位分配信息來確認托盤(即貨品)是否放入正確的貨位，如有錯誤及時發(fā)出警告。

　　⑥ 貨架庫存信息的更新：在正確上架之后，車載電腦提示操作員該作業(yè)完成，同時向系統發(fā)出確認，系統自動更新數據庫確認貨品入庫。至此貨品入庫業(yè)務流程結束。

圖3 貨品入庫業(yè)務流程圖

　　2．3．2 貨品出庫業(yè)務

　　貨品出庫業(yè)務是入庫業(yè)務的逆過程，一般包含出貨通知、下架、搬運分揀、更新貨架信息等四個主要環(huán)節(jié)，其業(yè)務流程如下：①出庫單的下達：系統根據出貨通知生成出庫單，并根據貨品關聯信息，產生諸如從貨架AB-O01一A-l號貨位上取下000003號托盤搬運至分貨區(qū)的命令，傳給庫房管理員、叉車操作員等相關人員。②RFID監(jiān)控下的貨品下架與搬運：同入庫業(yè)務的貨品上架、搬運操作相類似，利用RFID系統，檢查托盤與貨位信息、叉車行車路線，判斷是否有錯誤操作。③貨品分揀：搬運分揀工在分貨區(qū)根據要求將貨品拆分、打包、裝車。在實際操作中，可能出現托盤上的貨品并不是一次性出庫的情況，管理員需要利用手持設備重新關聯托盤。④ 貨架庫存信息的更新：在正確出庫之后，管理員向系統發(fā)出確認，系統自動更新數據庫確認貨品出庫。至此貨品出庫業(yè)務流程結束。

　　2．3．3 庫存盤點業(yè)務

　　傳統的庫存盤點作業(yè)不僅需要人工的錄入，而且盤點報告需要等到所有盤點操作結束、信息匯總之后才能產生，這對需要動態(tài)管理、不間斷運營的配送中心管理十分不利。利用RFID技術，盤點人員只需攜帶手持終端進入盤點區(qū)，依次將貨位與相應托盤(貨品)的RFID標簽逐一讀入，通過無線網絡將后臺WMS系統的數據庫中相應的信息下載下來作為其盤點的依據。盤點完成之后，只需回復一個確認信息，即可產生當前的盤點報告，如有問題即刻就能在現場發(fā)現、解決。當所有的盤點作業(yè)結束之后，WMS系統再形成一份最終的盤點報告確認庫存。

　　2．3．4 補貨業(yè)務

　　補貨是指當貨架的底層出現空位時，將高層的貨品移入底層貨位，以方便日后的貨品下架以及庫存盤點。其操作實質上是貨品出庫的下架過程與貨品入庫的上架過程的有機結合，具體流程可參考貨品出、入庫的相關步驟。

　　3 系統的研發(fā)與實施

　　該管理系統主要是以上海百聯集團配送公司作為項目的應用單位，提供配送中心倉庫作為原型系統研究與應用場地。

　　3．1 硬件測試階段

　　該階段主要對RFID標簽、天線以及閱讀器進行調研、選型及性能進行測試。標簽采用EPC CLASS1 GEN2標準的無源標簽，存儲容量96位(bit)。根據通用標識符(GID一96)EPC標簽數據標準進行定義 ：前8位為標頭(Header)，統一使用0x35(十六進制)表示。接下來28位為廠商識別代碼(GeneralManager Number)：是由EPC統一分配的企業(yè)代碼，目前暫時借用VERISIGN公司提供測試的標簽代碼0xOO24ABD。緊接的24位為對象分類代碼(Object Class)：目前在系統中有三種對象需要區(qū)分—— 地面定位(Floor ID)、貨位標簽(Rack ID)和托盤(PMlet ID)，分別以0x000065、0xOO0066和0x000067進行表示。最后36位為序列號(SefiM Number)：其中前8位自行定義為配送中心代碼(最大可用數量256)，其余各位段根據定義對象的不同，進行相應的定義(如表1所示)。故當閱讀器讀到一張標簽的數據為0x35，0024ABD，000065，O1，0l，XXXXX時，就可以確認為其是一張貼于01號配送中心0l號庫房的XXXXX號地面定位標簽。

　　表1 RFID標簽最后36位的編碼方案

　　由于金屬對無線射頻信號有一定的屏蔽作用，故不同的天線安裝位置、擺放角度對RFID標簽的閱讀范圍影響較大。在系統中要求置于車頭的天線在貨品上下架時，需要能夠同時讀到托盤上以及貨架上貨位的標簽；叉車底部的天線也要獲得較大的閱讀范圍，以盡量避免漏讀定位標簽的問題。為了保證上述要求，就需要進行反復的實地測試，分析對比大量的實驗數據，以取得最佳的安裝位置。同時，在該階段還遇到過叉車空間不足，無法安置天線的問題，需要對天線及叉車作一定程度的改裝；以及叉車電源(50V)不能直接向閱讀器(48V)供電，需要添加變壓器等一系列工程上的問題。

　　3．2 軟件開發(fā)階段

　　在實際工作過程中，軟件的開發(fā)階段與硬件測試階段是并行實施的。軟件方面對于原WMS系統來說，需要新增三個功能：基于RFID的托盤、貨位的實時管理；叉車位置的動態(tài)管理與查詢；以及手持、車載終端相應功能的應用。

　　原WMS系統已經含有對托盤、貨位管理的功能模塊，故在這方面軟件開發(fā)的主要任務是開發(fā)RFID控制系統，借鑒原WMS系統的相應模塊功能的運作方式，進行基于RFID的模塊開發(fā)。由于在原WMS系統中，對托盤的管理及其他模塊對托盤的相關操作均是采用臨時分配的虛擬托盤號(VPID)，對實際中的托盤不作區(qū)分。而新系統增加了對實際托盤的識別，從而需要添加實際托盤的PID與WMS系統處理過程中的VPID實時動態(tài)的映射關系表；對于貨位標號的處理，則較為簡單，因為RID的編碼方案就是根據WMS系統中對貨位的編碼所確定的，RID各位段的定義直接與貨位的編碼相對應。

　　在先期的開發(fā)過程中，比較大的技術難點是軟件與RFID閱讀設備的通信調試問題。針對該問題，Cisco公司提供了帶有新型面向應用的網絡AON(Application-Oriented Networking)功能模塊的路由器協助研發(fā)。該路由器搭載的是針對RFID閱讀器消息的處理而開發(fā)的AON模塊，集成了常見RFID閱讀設備的通信接口。同時與傳統路由設備相比較，加裝了AON模塊的設備能夠識別數據包中的協議和數據結構，以實現更高級別的功能。實際上整個對托盤、貨位管理的軟件功能模塊均運行于該路由器AON模塊上，無需專門的服務器。該AON模塊負責處理所有的RFID事件，進行與托盤與貨位相關的分貨計算與上架計算，監(jiān)控業(yè)務流程，完全取代WMS系統中的相應功能模塊，如圖1所示。

　　對于因為采用RFID技術所帶來的新功能一叉車位置的動態(tài)管理，則充分利用了AON模塊實時更新的數據庫：叉車天線經過的地面定位標簽數據庫，托盤、貨架關聯數據庫，以及地面定位標簽數據庫進行開發(fā)。同時還附帶叉車實時狀態(tài)查詢以及叉車上下架差錯率等簡單分析報表功能。

　　手持、車載終端的主要功能是貨品、托盤及地面信息的采集器與系統消息的顯示器，復雜運算均交由后臺處理。以車載終端為例，其功能主要有：將讀取的貨品、托盤及地面信息傳送給路由器的AON模塊；根據AON模塊傳回的消息，進行操作提示、差錯警告等的相關顯示。

　　3．3 完整系統實施階段

　　在硬件的叉車設備安裝定型之后，于小規(guī)模試驗區(qū)進行地面、貨架的標簽埋設，及無線局域網的覆蓋與控制網絡的搭建。配合軟件方面的托盤、貨位管理模塊，進行模擬的入庫上架作業(yè)，及實現簡單的定位功能。該階段主要工作是對業(yè)務流程進行驗證，以及測試軟件、網絡與硬件之間的銜接，及時發(fā)現不足，完善軟、硬件功能。在小區(qū)域試驗暴露出來的問題都已基本解決，軟件方面的行車路線優(yōu)化模塊的大范圍獨立測試也已完成之后，進行整個系統的總體測試運行。在采用傳統作業(yè)的同時，并行展開整套系統的試驗運行，以及進行系統應用效果的分析總結，最終形成較為成熟的解決方案。

　　4 實施成果

　　在上海百聯配送有限公司倉庫現場(6ooo平方米)，開發(fā)完成導航實用化系統——倉庫內的叉車、托盤動態(tài)跟蹤系統；開發(fā)完成基于上述成果并結合現有的倉庫管理信息系統的，基于RFID的配送中心管理信息系統。系統共利用3個無線接人點，實現了6OO0平方米倉庫平面的定位、3500個貨架貨位的識別、2500個貨品托盤的定位。其中上述的移動物體對象在倉庫操作平面上移動時，跟蹤定位精度為1米。

　　基于對市場供給與需求情況的調查、分析、預測，及現場運行測試表明，采用該系統之后配送中心的收發(fā)貨能力將提高一倍以上。據初步統計，僅在倉庫費用方面，一幢6000平方米倉庫的建設、管理費用每年就可以減少200萬元以上。

　　5 結束語

　　針對目前物流行業(yè)中配送中心存在的查找貨位信息時間長、倉儲操作錯誤多、工作效率低等各種問題，在充分掌握RFID的技術和設備的基礎上研究開發(fā)了基于RFID的配送中心自動管理系統。系統通過自動識別RFID電子標簽獲取配送中心倉庫的位置和貨位信息、倉庫作業(yè)等信息，并且與WMS系統實現信息集成，從而達到配送中心的空間管理，全過程貨品自動識別與跟蹤，以及配送中心中物流操作與WMS系統信息自動實時同步等功能要求。這將大大提高配送中心倉庫運作的效率及自動化管理的程度。

　　當然，現階段的RFID技術還僅僅應用于配送中心倉庫的內部，其標簽的應用也只達到了托盤級，RFID技術的優(yōu)勢還沒有完全展露出來。今后研究重點是，打通供應鏈的上游與下游，將RFID技術應用推廣到貨箱級乃至單品級，通過RFID技術實現從生產廠家到零售店完整供應鏈的信息共享與管理自動化。