基于RFID的仓储业务运作研究.docx
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基于RFID的仓储业务运作研究
课程设计任务书
题目基于RFID的仓储业务运作研究
系(部)交通与物流工程系
专业物流工程
班级物流083
学生姓名朱清源
学号080512404
7月11日至7月17日共1周
指导教师(签字)
系主任(签字)
2011年7月8日
一、设计内容及要求
RFID技术是一种非接触、不可见、远距离的自动识别技术,在数据采集、数据传输方面具有独到的优势。
在仓库业务管理中有效地应用RFID技术,可以大大提高仓储过程中入库、出库、验货、盘点等业务工作的效率和业务信息处理的准确性。
本文在介绍RFID基本知识和原理的基础上,对RFID技术在仓储业务流程中的应用做出详尽的设计与应用分析。
1、RFID技术的基本原理与优点
2、RFID在仓储业务流程的中的应用
3、RFID在国内仓储业务应用较少的原因分析
4、在我国仓储业务应用RFID技术的建议
二、设计原始资料
(无)
三、设计完成后提交的文件和图表
1.设计完成后提交6000字左右的设计方案。
2.图纸部分:
(无)
四、进程安排
7.11下发任务
7.12—13搜集资料
7.14—7.16撰写课程设计
7.17整理、打印
五、主要参考资料
[1]周云霞.仓储管理实务.北京:
电子工业出版社,2007.
[2]孟初阳.物流设施与设备.北京:
机械工业出版社,2003.
[3]王晓东,胡瑞娟.现代物流管理.北京:
对外经济贸易大学出版社,2001.
[4]丁立言.仓储规划与技术.北京:
清华大学出版社,2002.
[5]薛威.物流仓储管理实务.北京.高等教育出版社,2006.
[6]周云霞.仓储管理实务.北京:
电子工业出版社,2005.
[7]贾争现,刘康.物流配送中心规划与设计.北京:
机械工业出版社,2004.
[8]徐贤浩.物流配送中心规划与运作管理.武汉:
华中科技大学出版社,2007.
山东交通学院
仓储技术与管理课程设计说明书
题目:
基于RFID的仓储业务运作研究
院(系)别交通与物流工程系
专业物流工程
班级物流083
学号080512404
姓名朱清源
指导教师
二○一一年七月
摘要
RFID技术是射频标签以及无线方式发送数据,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,在读取器于被识别目标之间,无需直线视线,并且是一种可读写技术。
RFID的原理是利用无线电磁波传输数据,并可根据要求在不同的场合调教下使用低频、高频、超高频和微波等不同的频率,发挥他们各自的优点,实现信息快速采集的目的,而且由于RFID标签还具有不怕脏于可重复使用的等优点,RFID技术越来越被看好。
RFID技术是一种非接触、不可见、远距离的自动识别技术,在数据采集、数据传输方面具有独到的优势。
在仓库业务管理中有效地应用RFID技术,可以大大提高仓储过程中入库、出库、验货、盘点等业务工作的效率和业务信息处理的准确性。
本文在介绍RFID基本知识和原理的基础上,对RFID技术在仓储业务流程中的应用做出详尽的设计与应用分析。
关键词:
RFID,仓储,业务流程
1绪论
1.1RFID介绍
1.1.1RFID概念
RFID(RadioFrequencyIdentification的),即射频识别,俗称电子标签,是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,作为条形码的无线版本,RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点,其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
1.1.2RFID的分类
RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW),相对应的代表性频率分别为:
低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G,5.8G。
RFID按照能源的供给方式分为无源RFID,有源RFID,以及半有源RFID。
无源RFID读写距离近,价格低;有源RFID可以提供更远的读写距离,但是需要电池供电,成本要更高一些,适用于远距离读写的应用场合。
1.1.3RFID的基本组成部分
RFID系统主要由五部分组成,简单表示如图1.1所示:
图1.1RFID系统组成
1.标签(Tag):
俗称电子标签,也称应答器(tag,transponder,responder),根据工作方式可分为主动式(有源)和被动式(无源)两大类。
RFID标签中存储一个唯一编码,通常为64bits、96bits甚至更高,其地址空间大大高于条码所能提供的空间,因此可以实现单品级的物品编码。
当RFID标签进入读写器的作用区域,就可以根据电感耦合原理(近场作用范围内)或电磁反向散射耦合原理(远场作用范围内)在标签天线两端产生感应电势差,并在标签芯片通路中形成微弱电流,如果这个电流强度超过一个阈值,就将激活RFID标签芯片电路工作,从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作,微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。
RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元四部分。
内部结构如图1.2所示。
图1.2两种电子标签内部结构图
2.阅读器(Reader):
也称询问器(reader,interrogator),是对RFID标签进行读/写操作的设备,主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。
读写器是RFID系统中最重要的基础设施,一方面,RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号,再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形,最后从中解调出返回的信息,完成对RFID标签的识别或读/写操作;另一方面,上层中间件及应用软件与读写器进行交互,实现操作指令的执行和数据汇总上传。
在上传数据时,读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤,将其加工为读写器事件后再上传,以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量,因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统,实现一部分中间件的功能,如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。
未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势,还将具备更加强大的前端控制功能,例如直接与工业现场的其它设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。
在物联网中,读写器将成为同时具有通讯、控制和计算(communication,control,computing)功能的C3核心设备。
如图1.3所示。
图1.3RFID阅读器
3.天线(Antenna):
是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。
RFID系统中包括两类天线,一类是RFID标签上的天线,由于它已经和RFID标签集成为一体,因此不再单独讨论,另一类是读写器天线,既可以内置于读写器中,也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。
目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。
天线在RFID系统中的重要性往往被人们所忽视,在实际应用中,天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。
高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性,还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。
如图1.4所示。
图1.4RFID天线
4.中间件(middleware):
是一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。
中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题,还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。
中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算,抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件,以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。
5.应用软件(applicationsoftware):
是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面,协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置,逐级将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务事件,并使用可视化界面进行展示。
由于应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专门制定,因此很难具有通用性。
从应用评价标准来说,使用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID应用案例成功与否的决定性因素之一。
1.1.4RFID的应用
RFID技术在各方面都有广泛的应用:
1.物流:
物流过程中的货物追踪,信息自动采集,仓储应用,港口应用,邮政,快递。
2.零售:
商品的销售数据实时统计,补货,防盗。
3.制造业:
生产数据的实时监控,质量追踪,自动化生产。
4.服装业:
自动化生产,仓储管理,品牌管理,单品管理,渠道管理。
5.医疗:
医疗器械管理,病人身份识别,婴儿防盗。
6.身份识别:
电子护照,身份证,学生证等各种电子证件。
7.防伪:
贵重物品(烟,酒,药品)的防伪,票证的防伪等。
8.资产管理:
各类资产(贵重的或数量大相似性高的或危险品等)。
9.交通:
高速不停车,出租车管理,公交车枢纽管理,铁路机车识别等。
10.食品:
水果,蔬菜,生鲜,食品等保鲜度管理。
11.动物识别:
训养动物,畜牧牲口,宠物等识别管理。
12.图书馆:
书店,图书馆,出版社等应用。
13.汽车:
制造,防盗,定位,车钥匙。
14.航空:
制造,旅客机票,行李包裹追踪。
15.军事:
弹药,枪支,物资,人员,卡车等识别与追踪。
1.1.4RFID的工作原理原理
标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,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(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签);解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。
如图1.5所示。
图1.5RFID工作原理
1.2RFID应用环境分析
1.2.1国内外RFID研究现状
关于RFID的技术和应用研究已经在全球如火如荼的进行着。
在技术研究方面,Intermec公司、德州仪器、飞利浦、Alien公司和讯宝等国际大型设备生产商,都已看到将从现在的17亿美元迅速增加到2008年的59亿美元的无线射频标签市场,所以这些公司正在加快脚步进行研究试验,以避免落后于市场发展速度。
惠普早在2年前就开始成立自己的研发队伍来开发RFID技术相关的领域工作,IBM已经投资2亿5千万美金成立了专门的RFID技术咨询与实施部门,微软以设备驱动程序的形式来在windows平台中支持RFID。
许多大型的应用系统开发商如Sun、SAP、Oracle等公司也纷纷开始在其产品中集成RFID技术以满足未来这方面的巨大需求。
在应用方面,美国早在20世纪的后半叶就开始研究RFID技术,现在已经将RFID技术成功应用于其国防管理系统。
日本及欧洲国家也已经广泛应用RFID技术于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域,如汽车火车交通监控,高速公路自动收费,停车场管理,物品管理,流水线生产自动化,安全出入检查动物管理,车辆防盗等。
我国应用RFID最成功的案例就是铁路的车辆调度系统。
然而RFID技术虽然已应用于多个领域,但是其应用是局限在某一封闭市场内,因此其市场规模受到了极大的限制。
但是随着RFID技术的发展演进以及成本的降低,未来几年内RFID技术主要以供应链的应用为赢利的主体,全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机。
所以以沃尔玛、宝洁和吉利等公司为首的零售业厂商正在积极地进行试验,将RFID技术引入其供应链,研究如何使用该技术来最大限度的确保其物流供应链的顺畅。
1.2.2各国政府以及我国政府的大力推广
美国RFID解决方案公司首席执行官与创始人HaroldClampitt则预测世界现在正在从信息驱动经济走向下一步——InvisibleWave,他认为在这种经济形式下RFID将大有可用武之地。
RFID技术的最大特点就是非接触自动识别,同时由于它具有使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点,是一种市场前景和应用规模巨大的高新技术,这种技术的应用必会给供应链整体以及包括库存管理在内的各个子环节带来革命性变化。
据Deloitte研究中心的分析和预测,从2006年开始,供应链将成为推动RFID的主要产业。
至2009年,RFID应用的约70%都在供应链产业中。
RFID在中国尚处于起步阶段,RFID进入中国企业和政府产业管理部门是从2004年4月22日EPC与物联网论坛开始的,一年来许多企业、研究机构、政府部门都开始关注这个新兴产业的发展,国内已有几家公司在引进国外的先进技术,开发自己的RFID系统。
此外,2004年、2005年两届国内RFID学术年会的召开,标志着RFID技术在我国的应用即将进入大发展时期。
中国政府、产业部门、科技部门都已经将RFID的应用和它的发展规划、产业化问题列在相关的课题中。
国家的中、长期发展规划,包括国家的“863项目”,包括国家自然科学基金的一些项目,都提出要研究RFID相关的应用和相关的技术。
所以可以很确定地说,RFID在中国具有很大的发展前景,新的市场机遇将随处可在。
目前,国内已有一些单位在试点应用RFID,如海尔的国际物流中心的立体仓库,香港溢达集团的新疆棉花物流系统,还有我们国家的整个铁路调度系统和通信系统。
此外上汽集团将RFID应用于汽车制造质量管理中,中国邮政利用RFID分拣邮包,军队在车牌中用RFID打击“冒牌车”等。
这些应用既有仓库一级的,也有整个供应链的,还有铁路这样覆盖全国的网络。
但所有用户无一例外的是在闭环中试点应用RFID。
这些封闭的独立系统自成体系,标准也多是自己定的。
这是当前应用的一个共同特点。
1.2.3RFID与EPC系统
EPC,即ElectronicProductCode,其中文名称为电子产品码。
EPC是美国自动识别中心开发的用于射频识别系统的代替条形码的一种产品电子编码系统。
EPC系统是一个非常先进的、综合性的复杂系统,其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。
它由全球产品电子代码(EPC)的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成,主要包括六个方面。
1.EPC编码体系
全球产品电子编码(EPC)体系是新一代的编码标准,它是全球统一标识系统的拓展和延伸,是全球统一标识系统的重要组成部分,是EPC系统的核心与关键。
EPC编码是由标头、管理者代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。
具有科学性、兼容性、全面性、合理性、国际性、无歧视性等特性。
2.RFID射频识别系统
EPC射频识别系统是实现EPC代码自动采集的功能模块,其中射频标签是产品电子码(EPC)的载体,附着于可跟踪的物品上,在全球流通。
射频识读器与信息系统相连,是读取标签中的EPC代码并将其输入网络信息系统的设备。
3.信息网络系统
信息网络系统由本地网络和全球互联网组成,是实现信息管理、信息流通的功能模块。
EPC系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上,通过EPC中间件以及对象命名称解析服务(ONS,即ObjectNamingService)和实体标记语言(PML,即PhysicalMarkingLanguage)实现全球“实物互联”。
其中,对象名称解析服务就如同互联网中的域名解析服务一样,它根据每一个实物的EPC编码返回存储该实物相关信息的地址。
实体标识语言则如同互联网中XML的角色一样,是存储除EPC编码所包含信息(制造商、产品、批号和序列号等)之外的,如成分、尺码、重量、生产日期、产地以及物流等其他信息的存储形式。
1.2.4RFID与条形码技术
传统库存管理以手工作业为主,其弊病显而易见,即需要投入大量人力进行规范物品的放置、定期整理盘点以及出入库登记等工作,这使得仓库管理问题十分繁琐,浪费大量时间。
与此同时,由于人在大部分作业中的介入,使得库存管理的数据准确性难以保证。
因此,把非接触式自动的RFID技术应用于某些具有特殊需求的库存管理作业中是一种比较理想的手段。
很多现代库存采用大型立体仓库及高速运转的传输设备,并且业务量庞大,它对于数据采集的要求也变得非常之高。
作为一个典型应用,人们越来越多的开始研究与试验RFID技术在库存管理中的应用。
在产品标识方面,目前使用最多的是条形码技术。
1.3RFID的优势
2基于RFID技术的仓储业务流程设计方案
仓储是现代物流运作不可或缺的一个重要环节,随着客户要求的不断提高,仓储管理在整个供应链管理当中占有越发重要的地位。
本文在对RFID原理介绍的理论基础上,通过对仓储管理现状的分析,针对仓储管理的需求,提出了一种基于RFID技术的仓储管理优化系统的设计方案,并对系统的软硬件设计与工程实现进行了详细的描述,同时给出了完整系统的仓储操作流程。
总体效果如图2.1:
图2.1基于RFID技术的仓储业务运作效果图
2.1仓储管理现状
仓储在整个供应链中起着至关重要的作用,它作为连接生产者和消费者的纽带,对整个物流系统有很大的影响。
简单、静态的传统仓储管理模式普遍存在物资库存量巨大、物资跟踪困难、资金和物资周转效率较低、人力成本偏高、物流管理的信息和手段落后等缺点,已不能保证正确的进货和库存控制及发货,因此会导致管理费用的增加,服务质量难以得到保证,从而影响企业的竞争力。
仓储管理主要包括库存管理,其管理对象是生产过程中所需的成品、半成品和原材料。
这些物资占整个企业资产很大一部分比重。
不同的管理部门,对于库存的看法是不一致的。
以超市为例,库存管理部门和财务部门希望拥有较低的库存,因为这样可以降低资金占用、减少管理和搬运等成本。
采购部门为了降低单位采购价格,往往倾向利用价格折扣、运费折扣的优惠,一次采购大量的备件商品,不可避免的会增加库存水平。
运输调度部门,也希望拥有较高的库存水平和尽可能齐全的备件商品,以避免车辆发生故障时,能够及时地进行补充。
这样可以保持对于客户较高的服务水平。
较高的库存水平和较低的库存投资,是一对相互冲突的矛盾,需要在它们之间进行折衷,这在过去很难实现。
现在通过科学的仓储管理理论和信息技术,同时伴随企业内部管理和组织结构的改革,是可以实现它们之间的平衡的。
仓储管理还包括对供应商的管理。
企业需用的物资有几十个大类,成千上万个品种,涉及多个供货厂商,要抓好物资的采购管理工作,选择供应商是采购活动的首要任务。
对于供应商的选择,我们一般运用比质比价及信息服务的方式予以确定。
目前国内的仓储管理正处在刚刚起步的阶段,而如今的仓库作业和库存控制作业已十分复杂化多样化,仅靠人工记忆和手工录入,不但费时费力,而且容易出错,给企业带来巨大损失,因此仓储管理需要一个信息化的系统平台协调各个环节的运作。
仓储管理是一个很有实际应用价值的问题,在理论上己经提出过很仓储在整个供应链中起着至关重要的作用,它作为连接生产者和消费者的纽带,对整个物流系统有很大的影响。
简单、静态的传统仓储管理模式普遍存在物资库存量巨大、物资跟踪困难、资金和物资周转效率较低、人力成本偏高、物流管理的信息和手段落后等缺点,已不能保证正确的进货和库存控制及发货,因此会导致管理费用的增加,服务质量难以得到保证,从而影响企业的竞争力[14]。
仓储管理主要包括库存管理,其管理对象是生产过程中所需的成品、半成品和原材料。
这些物资占整个企业资产很大一部分比重。
不同的管理部门,对于库存的看法是不一致的。
以超市为例,库存管理部门和财务部门希望拥有较低的库存,因为这样可以降低资金占用、减少管理和搬运等成本。
采购部门为了降低单位采购价格,往往倾向利用价格折扣、运费折扣的优惠,一次采购大量的备件商品,不可避免的会增加库存水平。
运输调度部门,也希望拥有较高的库存水平和尽可能齐全的备件商品,以避免车辆发生故障时,能够及时地进行补充。
这样可以保持对于客户较高的服务水平。
较高的库存水平和较低的库存投资,是一对相互冲突的矛盾,需要在它们之间进行折衷,这在过去很难实现。
现在通过科学的仓储管理理论和信息技术,同时伴随企业内部管理和组织结构的改革,是可以实现它们之间的平衡的。
仓储管理还包括对供应商的管理。
企业需用的物资有几十个大类,成千上万个品种,涉及多个供货厂商,要抓好物资的采购管理工作,选择供应商是采购活动的首要任务。
对于供应商的选择,我们一般运用比质比价及信息服务的方式予以确定。
目前国内的仓储管理正处在刚刚起步的阶段,而如今的仓库作业和库存控制作业已十分复杂化多样化,仅靠人工记忆和手工录入,不但费时费力,而且容易出错,给企业带来巨大损失,因此仓储管理需要一个信息化的系统平台协调各个环节的运作。
仓储管理是一个很有实际应用价值的问题,在理论上己经提出过很多观点,软件厂商也推出了一些不错的管理系统。
然而,各个企业的情况有其独特性,试图开发出适合各个行业、各个企业的系统至少在短期内不可能实现。
但我们可以循序渐进的将新的技术应用于仓储管理中,合理配置仓库资源、优化仓库布局和提高仓库的作业水平,从而增强企业供应链的竞争力。
2.2需求分析
现有的仓储管理系统主要有两种,一种是由传统的管理系统与人工记忆相结合,这种方式不仅费时费力,而且容易出错,使得货品仓储环节效率低下,给企业带来不可估量的损失;第二种是使用电子标签完全取代货品上条形码的自动化仓储管理系统,这种方式虽然增加了查询和盘点精度、加快了出入库的流转速度,但是由于现阶段标签的价格远远高于条形码,使得系统应用的成本非常高,所以这种管理系统还处于概念性试验阶段。
为了弥补以上两种仓储管理系统的缺点,我们提出了一种基于RFID技术的仓储管理优化系统。
根据对实际仓储管理流程的分析,该系统应满足以下几个方面的需求:
(1)具有通常信息管理系统的权限管理、数据查询、统计管理等功能;
(2)能够提高货品查询的准确性;
(3)能够改善盘点作业的质量;
(4)帮助企业降低库存管理的成本;
(5)在货品库存量低于安全库存量时,系统能够自动提供警示;
(6)系统的运行能够加快货品出入库速度,从而增大库存中心的吞吐量;
(7)能够给管理者与决策者提供及时准确的库存信息;
(8)能够对库存信息自动化收集,从而实现库存管理的无纸化作业。
2.3总体方案设计
在该方案中,根据每批入库货品的信息,管理系统生成了用于仓储内部管理的货品包装箱条形码,克服了原有货品条码无法反映入库信息的缺点;同时我们在仓库中的每个货架上放置了一张电子标签,用来收集该货架上所摆放的货品的信息。
货架标签上的信息通过我们设计开发的手持电子标签条形码读写器,在扫描摆放在货架上的货品包装箱条形码后进行更新。
主机系统通过仓库顶部的固定阅读器以无线方式收集货架标签上的信息,并进行实时处理。
该方案通过在原有条形码方式下内嵌RFID技术,有效的提高了信息收集的自动化程度,实现了对出入库作业的实时监控,方便了对库存货品的定位与查询,同时避免了电子标签完全替代条形码的高额成本,从而大幅提高了仓储作业的工作效率。
系统主要由手持电子标签条形码读写器、固定阅读器、货架标签、货品包装箱条形码、主机管理系统五部分组成,系统架构如图2.1所示。
手持电子标签条形码读写器(简称手持设备)是本系统仓储出入库操作的核心设
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