1、基于RFID的制造業(yè)物流管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)【作 者】蔣國瑞/李立偉RFID技術(shù)出現(xiàn)于1940年，首先應(yīng)用于軍隊(duì)和一些對識別系統(tǒng)有特殊要求的組織。由于其較高的執(zhí)行運(yùn)作成本，并且缺少相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，直到1980年才被引入到商業(yè)領(lǐng)域。RFID把各個(gè)部門的物流信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地匯聚到物流管理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)引起了國外研究者的廣泛關(guān)注。這些研究主要集中在物流環(huán)節(jié)的應(yīng)用上，并且取得了較好的效果，但是RFID的優(yōu)勢并沒有完全發(fā)揮出來。制造業(yè)各個(gè)物流環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的，如果單獨(dú)考慮其中某些環(huán)節(jié)的優(yōu)化，而忽視了其他環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)論的角度來說這種應(yīng)用并不能帶來很好的效果，如果實(shí)施不當(dāng)，還可能出現(xiàn)效率不升反降的情況。本文把R

2、FID的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）、WMS相結(jié)合應(yīng)用到制造業(yè)物流各個(gè)環(huán)節(jié)，從而優(yōu)化了其物流流程，同時(shí)設(shè)計(jì)了從采購到銷售全過程的物流管理信息系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，以及應(yīng)用RFID的基本業(yè)務(wù)操作流程，實(shí)現(xiàn)了流程中數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集?；赗FID的物流管理信息系統(tǒng)的構(gòu)成基于RFID的物流管理信息系統(tǒng)可以幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)對各種資源的實(shí)時(shí)跟蹤，及時(shí)完成生產(chǎn)用料的補(bǔ)給和生產(chǎn)節(jié)拍的調(diào)整，從而提高資源的追蹤、定位和管理水平，提升制造業(yè)自動(dòng)化水平和整體效率。基于RFID的物流管理信息系統(tǒng)分四個(gè)層次，見表1。第一層為操作層，主要是RFID讀寫器通過讀取制造業(yè)務(wù)類資源的電子標(biāo)簽，獲取所需的信息。第二層為過渡層，主要由

3、RFID中間件和服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的過濾、整理及后臺(tái)管理系統(tǒng)的整合。第三層為數(shù)據(jù)層，通過管理系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。第四層為管理層，主要是對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、下達(dá)操作指令及制作決策所需報(bào)表等管理活動(dòng)。系統(tǒng)硬件構(gòu)成為電子標(biāo)簽、RFID讀寫器、RFID中間件、管理系統(tǒng)服務(wù)器、管理系統(tǒng)工作站。電子標(biāo)簽：分為主動(dòng)式電子標(biāo)簽、被動(dòng)式電子標(biāo)簽和半自動(dòng)式電子標(biāo)簽。主動(dòng)式電子標(biāo)簽帶有電源，可以在讀寫器范圍以外處于休眠狀態(tài)，進(jìn)入讀寫器作用范圍內(nèi)被激活，也可不間斷地發(fā)送信號。主動(dòng)式電子標(biāo)簽比其他標(biāo)簽大，采用較高的頻率，一般為455MHz、2.45GHz或5.8GHz，作業(yè)范圍20100米。被動(dòng)式電子標(biāo)簽使用

4、調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，必須利用讀寫器的載波來調(diào)制自己的信號，普遍采用的頻率是128KHz、13.6MHz、915MHz或2.45GHz，作業(yè)范圍幾英寸到30英尺。半自動(dòng)式電子標(biāo)簽可以通過自有電源保證標(biāo)簽內(nèi)電路的運(yùn)行，但無法發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。按照讀寫特性，電子標(biāo)簽可分為只讀型和可讀可寫型。RFID讀寫器：分為固定式讀寫器和便攜式讀寫器。固定式讀寫器是最常用的，由于體積、電源、功耗等方面的要求，采用固定式安裝。便攜式讀寫器是固定式讀寫器的有力補(bǔ)充，能滿足野外作業(yè)、近距離、移動(dòng)識別、低能耗等要求；UWB讀寫器屬于固定式讀寫器，主要用于對設(shè)備的定位和追蹤。RFID中間件：RFID中間件的功能主要包括三

5、個(gè)層次：第一個(gè)層次是為后兩個(gè)層次提供改善RFID在互聯(lián)網(wǎng)上性能和功效的服務(wù)；第二個(gè)層次負(fù)責(zé)與RFID硬件設(shè)備之間的通信，對RFID讀寫器所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、整理；第三個(gè)層次充當(dāng)了所有RFID設(shè)備信息采集的匯合中心，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并與企業(yè)后臺(tái)管理系統(tǒng)整合。RFID與MES、WMS結(jié)合的物流管理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架見圖1。圖1基于RFID的物流管理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架基于RFID的制造業(yè)物流管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用RFID在制造業(yè)物流信息系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：首先，RFID可以在制造業(yè)生產(chǎn)物流中發(fā)揮巨大作用，可以自動(dòng)識別生產(chǎn)物流各個(gè)環(huán)節(jié)中物料、半成品、產(chǎn)成品的位置和狀態(tài)，并把這些信息迅速、準(zhǔn)確地傳送到M

6、ES；其次，提高制造業(yè)物流信息系統(tǒng)采集信息的準(zhǔn)確性，簡化出入庫的流程，及時(shí)了解庫存貨物狀況，使貨物的盤點(diǎn)更加精確、迅速。1對貨物識別和跟蹤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控MES通過信息的傳遞對生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠中有實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES能及實(shí)對這些事件做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對它們進(jìn)行約束和處理。MES以過程數(shù)學(xué)模型為核心，連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫或非實(shí)時(shí)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、診斷和控制，完成單元整合及系統(tǒng)優(yōu)化，在生產(chǎn)過程層（而不是管理層）進(jìn)行物料平衡，安排生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)施調(diào)度、排產(chǎn)及優(yōu)化。MES著重動(dòng)態(tài)管理，需要收集生產(chǎn)過程中的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場變動(dòng)進(jìn)行調(diào)

7、整。而RFID恰恰能快速、準(zhǔn)確地完成大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集工作。因此可以通過RFID和MES的結(jié)合，對各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。通過安裝在各個(gè)車間的固定讀寫器實(shí)時(shí)讀取各個(gè)車間內(nèi)物料的消耗情況，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，MES根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)，對各個(gè)車間工作地點(diǎn)下達(dá)指令，進(jìn)行調(diào)度（調(diào)度是基于有限能力的調(diào)度，并通過考慮生產(chǎn)中的交錯(cuò)、重疊和并行操作來準(zhǔn)確計(jì)算出設(shè)備上下料和調(diào)整時(shí)間，其目的是通過良好的作業(yè)順序最大限度減少生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)備時(shí)間，把半成品或成品及時(shí)運(yùn)送到下一環(huán)節(jié)，使生產(chǎn)同步、順暢，從而提高整體的生產(chǎn)效率）。當(dāng)各個(gè)生產(chǎn)車間的物料降到了預(yù)先設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，MES會(huì)對WMS發(fā)

8、出補(bǔ)料指令，倉庫可以根據(jù)指令對生產(chǎn)車間進(jìn)行補(bǔ)給，如圖2所示。通過RFID的應(yīng)用可以看到，生產(chǎn)過程中無需車間提出補(bǔ)料請求，RFID可以自動(dòng)識別用料情況，向WMS發(fā)出請求，完成補(bǔ)料，大大提高了制造業(yè)物流管理信息系統(tǒng)的信息化、自動(dòng)化程度。但是以上功能的實(shí)現(xiàn)，最好是制造企業(yè)的上游供應(yīng)商也采用RFID，否則需通過承載貨物的容器或托盤上的RFID標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)。圖2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物流控制流程2提高倉庫作業(yè)能力，簡化流程基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)（WMS）能夠更好地滿足目前制造業(yè)普遍采用的供應(yīng)商管理庫存模式（VMI）的需求，并能保證倉儲(chǔ)管理的先進(jìn)先出原則，提高制造業(yè)庫存管理的整體水平。在此假設(shè)供應(yīng)商都采取RFID

9、技術(shù)，并且貨物的容器或托盤都貼有電子標(biāo)簽，此時(shí)的收貨、入庫流程和揀貨、出庫流程如圖3、圖4所示。圖3 基于RFID的WMS收貨、入庫流程圖4 基于RFID的WMS揀貨、出庫流程RFID主要應(yīng)用在流程中的三個(gè)方面：出入庫信息的確認(rèn)、日常庫存的盤點(diǎn)、倉庫設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。1）RFID門禁系統(tǒng)用于出入庫信息的確認(rèn)：采用固定讀寫器和手持讀寫器聯(lián)合使用的方式，手持讀寫器用于對貨位及托盤信息的讀取，固定讀寫器用來實(shí)現(xiàn)對貨物信息和托盤信息的確認(rèn)。兩種讀寫器的應(yīng)用不僅可以在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)對多目標(biāo)的識別，提高出入庫的效率，還可以實(shí)現(xiàn)對貨物及托盤容器的狀態(tài)的監(jiān)控。2）日常庫存的盤點(diǎn)：采用手持讀寫器，通過對標(biāo)準(zhǔn)化、單元化

10、包裝上標(biāo)簽的讀取，來完成日常盤點(diǎn)，不僅可以節(jié)約人力成本，還可以提高準(zhǔn)確率和盤點(diǎn)效率。3）倉庫設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控：采用UWB讀寫器，可以確定設(shè)備在倉庫的位置和當(dāng)前的狀態(tài)，便于在貨物進(jìn)庫后，對貨位與搬運(yùn)工具線路進(jìn)行選取。同時(shí)可以提高入庫效率，并降低設(shè)備的運(yùn)作成本。基于RFID的倉庫管理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢1. 簡化了流程，省去了既耗時(shí)又耗費(fèi)成本的步驟。如填寫入庫作業(yè)單的操作雖然簡單，但是卻非常耗時(shí)，并且容易出現(xiàn)差錯(cuò)，省去這個(gè)環(huán)節(jié)不僅降低了成本，還提高了庫存的精確度。2. 提高了生產(chǎn)率。如當(dāng)貨物進(jìn)入待檢區(qū)室，可通過固定讀寫器讀取貨物的信息，由于RFID可同時(shí)處理200多個(gè)標(biāo)簽，因而大大提高了清點(diǎn)的效率。3. 通過貨物與相應(yīng)庫區(qū)貨位相匹配，可以完全消除浪費(fèi)時(shí)間、提高成本的環(huán)節(jié)（如尋找貨物），達(dá)到提高效率、節(jié)約成本的目的。4. 提高了顧客滿意度。由于流程簡單清晰、整體效率提高，顧客的等待時(shí)間得以縮短，可以大幅提高顧客滿意度。5. 可以迅速盤點(diǎn)庫存。對庫存記錄及時(shí)查詢和更新，提高盤點(diǎn)的速度和精確度，從而優(yōu)化存儲(chǔ)空間和成本，減少或消除存貨量。6. 通過信息的傳遞實(shí)時(shí)了解設(shè)備的狀態(tài)、位置