RFID仓库管理系统的设计与实现

摘 要针对大中型企业发展中的仓库管理瓶项，引用RFID相关技术实现仓库管理系统信息化，实现可视化库位管理解决企业仓库管理的混乱现象，设计了一套规范的仓库业务流程，实现了仓储入库、出库、库存盘点等自动化管理。

【关键词】RFID仓库 仓库管理系统 信息化系统 电子标签

1 引言

在企业的发展到达一定高度和规模的时候，对仓库里规格繁多产品，常规的仓储管理模式难以有效实现货物的“先进先出”的原则，仓库货物堆积久了之后数量越大也就更容易出错，然后演变成越来越难管理，这将严重影响企业的生产运作，成为制肘企业发展的一大障碍。

RFID（Radio Frequency identification）是一种利用射频通信实现非接触式自动识别的技术，RFID标签分为有源和无源二种类型，无源的电子标签有效识别距离在10米左右，其体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、多目标识读、非可视识别、移动识别、定位及长期跟踪管理。

利用RFID技术实现仓储管理信息化，使RFID标签与产品结合，对仓储的入库、出库、调拨、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行快速准确的数据采集。提高仓库管理过程的效率、正确率，确保仓库管理各个环节数据的准确性以及可追溯性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存，实现货物“先进先出”的原则，提高仓储周转效率，减少运营资金的占用，及早发现和处理库存积压产品，使冻结的仓库资产变成现金，减少由于仓储淘汰所造成的成本损失，是使企业提高生产效率的重要环节，同时能提高对客户服务的质量，提高企业的市场竞争力，最终为企业带来经济效益。

2 系统的结构与组成

RFID工作原理如图1所示。

RFID系统由：RFID电子标签、RFID读写器（天线+控制器）、计算机服务器这三要素构成。RFID电子标签由可保存大量数据的IC芯片及天线构成，而RFID读写器与计算机服务器通过以太网连接，因此计算机服务器可在远程发出指令，使RFID读写器对保存在RFID芯片中的数据读取或擦写。

因此RFID仓库管理系统可划分为三层结构体系，第一层为数据采集层：对自动采集的数据信号进行预处理并发送给服务器；第二层为数据处理层：服务器对信息数据进行筛选过滤处理并写入数据库；第三层为系统应用层：通过客户端软件进行管理仓库系统。

系统由软件和硬件组成，其结构体系决定系统至少具有以下的软硬件设备：

2.1 系统硬件组成

2.1.1 RFID系统

包括RFID标签（无源型），RFID天线，RFID读写器，RFID发卡器等。

2.1.2 RFID手持终端（PDA）

RFID手持终端（PDA）读取距离范围为1-2米，可以读取或擦写RFID标签信息，其搭配的触屏相当于一台掌上电脑，可扫描显示产品信息，实现入库、出库、调拨、移库移位、查询等操作功能，通过WiFi网络实时与系统服务器进行数据交换。

2.1.3 人机交互HMI

人机交互HMI是一台触屏工业平板电脑，安装系统管理软件，指示仓库现场操作人员进行操作。

2.1.4 叉车

用于搬运货物。

2.1.5 仓库设施

包括仓库场地库位划分及库位标签分配、货架标签分配、仓库区域WIFI网络信号覆盖。

2.1.6 服务器

服务器通过无线网络在远程控制系统的三层结构体系。

2.2 系统软件组成

本系统采用微软Visual Studio 2012应用程序开发平台，系统模式为C/S模式（客户端/服务器），使用C#语言编程，数据库采用MYSQL 5.7免费版本，应用层平台兼容微软Windows XP以上的操作系统，RFID手持终端（PDA）操作系统为WINCE 6.0。

3 系统主要功能

3.1 库存管理

对企业的供应商、经销商、仓库、库位进行精细管理；管理成品的库存，包括库存记录、调拨、配货、盘点、退货或报废等；可以根据自行设定各类物品库存报警阀值，当库存低于或高于阀值时则自动报警；对库存数据的相关指标进行多样化的统计分析，为公司领导做出决策提供准确的依据，分析统计包括数据表、图表、多维分析、数据层层钻取等。

3.2 过程管理

通过RFID设备采集仓存过程中各步骤产生的数据，包括：出库、入库、移库、实时盘点，将采集到的基础数据发送至系统后台处理并保存到数据库，用于后续的管理和分析，同时通过PDA、HMI界面进行输入，将信息和指令记录到电子标签；通过RFID技术的支撑和后台程序的信息储存与分析，确保整个仓存过程有序、正确的执行。管理员可通过系统后台，实时查询和监控各仓库运行情况，并对异常情况进行分析。

3.3 权限管理

3.3.1 角色管理

系统角色包括：

（1）系统管理员；

（2）站点管理员；

（3）仓库操作员；

（4）配送操作员；

（5）流水线操作员；

（6）报表分析员；

（7）其他角色（待定）。

系统提供基于角色的访问控制能力，用户和角色之间的关系是不断维护的，每个角色都有各自的权限定义。如果一个用户被赋予一个角色之后，那么这个用户就拥有了那个角色所定义的权限。当这个角色的权限定义更改之后，所有被赋予这个角色的用户也会自动拥有这个角色更改之后的权限。

3.3.2 用户权限配置

绑定用户和角色对应的关系。用户绑定角色后，将拥有该角色的操作权限。一个用户可以绑定多个角色，一个角色可被多个用户绑定。

3.4 业务报表

提供简洁直观的报表，操作简单易学，便于操作。可以设计出多种图表，提供直观的数据分析。报表数据可导出为常用的Excel格式等。可自行设计或修改打印格式，根据不同的业务需要输出。提供便利的报表设计器，可根据业务扩展的需要随时增加新报表，以适应新的业务需求。

报表包括：

（1）存货周转速度信息查询；

（2）物品分类信息查询；

（3）库存年、月、日信息查询；

（4）呆滞库存信息查询；

（5）退货信息查询；

（6）库存信息告警报表；

（7）其它自定义报表。

3.5 成品追溯管理

提供成品的追溯管理，当出现某一批货物出现大量退货的时候，只需要使用RFID手持终端进行扫描，就可以追溯货物的原来的出库信息与入库信息，并可以根据RFID记录信息，追溯到关联生产过程，方便管理人员分析在哪一个生产过程出现问题，提供依据。

提供日常追溯查询。管理人员只需要使用RFID手持终端进行扫描，点击查询就可以快速了解货物的入/出库时间，负责进/出仓操作人员，以及箱内产品的详细信息。

3.6 平台监控日志

3.6.1 系统工作日志

详细记录经系统的运行日志，便于技术人员分析系统运行的状态以及系统运行过程中产生的错误。平台管理员可以根据时间段、用户名等查询用户的登录记录。

3.6.2 操作日志

记录各系统用户登录、注销登录信息，记录系统用户对平台的操作明细。平台管理员可以根据时间段、用户名查询用户发生的操作。

3.6.3 系统异常告警日志

记录系统各类的异常。

4 系统实施

4.1 入库流程

4.1.1 规划仓库库位

针对仓库的实际情况进行规则仓库库位，在系统后台进行仓库库位坐标设定，上图中【编号101】是指一个库，该库是由X*X的库位组成，库位组成大小是可以自定义，同时可以批量建立库位坐标实现快速规划仓库库位，也可以单个建立，以适应仓库场地各种不规则的布局，并按此建立有比例关系的仓库模型，提供了可视化的仓库库位管理。如图2所示。

4.1.2 贴上标签

在成品包装车间，系统针对成品的规格型号对成品进行编码，然后操作人员先将已编码的RFID电子标签贴在成品的外包装箱上。如图3所示。

同时对货架进行编号，贴上RFID标签，使成品标签与货架标签能数据关联。

4.1.3 扫描入库

搬运叉车搬运货架经过仓库门前的RFID扫描区，系统自动采集到每个外包大箱的RFID电子标签的信息，通过对外包大箱成品规格、型号、工艺等进行核对是否为同一类货物品种。如图4所示。

当正确扫描完成后，绿灯亮，表示可以通行，此时系统把自动分配库位的信息在人机交互的平板电脑上显示，指示操作人员运送到该库位存放。例：指示搬运101库的31库位上，并给出仓库模型图指示出101库的具置。

如果扫描不正确，则红灯亮，系统将错误信息下置到人机交互的平板电脑上显示，操作人员按提示处理后，再重新进入RFID扫描区直到能正确扫描。

“RFID扫描区”由多个RFID天线组成，保证无扫描死角，利用防碰撞算法保证不会脏读，即一个RFID标签不会被读成了重复的多个。

4.1.4 放至库位

搬运叉车根据平板电脑的指示来到101库，将货架搬运到101库的31库位上。如图5所示。

4.1.5 库位关联，完成入库

如图6所示。

将货架放到101库的31库位后，使用RFID手持终端根据屏幕的提示，扫描该货架编码和库位编码进行入库校对，如图7所示。

当系统校检正确后，本次入库操作完成，如系统校验不正确，则按系统提示一步一步进行排除问题。

4.2 出库流程

4.2.1 出库单

管理人员根据销售货物清单的规格和数量生成出库单，由负责出库的执行人员到仓库根据出库单提货。

在仓库提货的时候，系统根据出库物品的规格类型及数量，自动计算同类物品中最先进入仓库作为优先出库，即按“先进先出”的原则，也可以按自定义要求手动指定库位。

系统软件按比例显示模拟的仓库库位，对库位的存放日期使用从淡黄色到深红色的过渡如图8所示。例如空库位使用灰色，存放了半个月内的库位使用黄色，半个月到三个月内使用金黄色，三个月以上使用红色显示。颜色与存放时间的关系，可以进行自定义。使用不同颜色来显示库位可以更友好、更直观地帮助仓库管理员实行“先进先出”的原则。

在得到出库的计划库位后，人机交互的平板电脑的屏幕上的库位将不断闪烁显示。

出库是执行入库的逆过程。

4.2.2 扫描库位关联

操作人员使有RFID手持终端（PDA）到达该库位扫描贴在该货架任意二箱货物上的RFID电子标签信息和该货架的标签信息以及扫描该库位的位置信息，然后发送到服务器进行自动校验，当确认无误后PDA收到服务器的反馈提示可以出货。如图9所示。

4.2.3 扫描出库

搬运工到指定的库位使用叉车运货物出库，然后通过指定出货的RFID扫描区通道，系统会自动扫描出库货架上各箱货物的RFID电子标签信息并发送给服务器与出库单进行校对，如果校验正确，则平板电脑提示该货架可以出库，绿灯亮可以通行。如图10所示。

如果检验出现问题，则按系统的提示进行解决。

任何未得到服务器允许出货物品，如果经过了该RFID扫描区通道则进行声光报警并且系统进行事件日志记录，本项功能在装有RFID扫描区域内实现。

4.3 移库

移库是指把已存放在某个库位货物转移到另一个货位，仓库管理人员使用RFID手持终端（PDA）扫描需要移库的货架上二箱货物的电子标签信息以及扫描货架的标签信息，然后按RFID手持终端（PDA）提示把该货架转移到另一个库位上，最后管理人员按要求扫描该货架上任意二箱货物的电子标签信息、货架信息和已移动到的库位条码信息进行核对。

4.4 库存盘点

管理人员需要使用RFID手持终端（PDA）在仓库的区域内走动一圈，这样可以在二米左右的范围内读取到仓库内各个库位货架上各个大箱的电子标签信息，核对实时盘点数与数据库中的统计是否一致。

也可以使用装有蓄电池的盘点用手推车，通过增强RFID天线的功率，实现大范围内扫描。

5 结束语

使用RFID技术的仓库管理系统具有以下的优点：如可视化的仓库库位，真正实现仓库的“先进先出”原则；减少人力成本提高生产效率，及时配货发货提高物流运送环节速度；标准化仓库操作流程提高企业管理水平等。

通过实际的软硬件测试本系统能正常运作，能实现RFID仓库管理系统的优点，但RFID设备价格过高以及企业自身的信息化应用程度是制约企业对RFID仓库管理系统应用的关键，无源RFID定位技术还不成熟，现阶段货物在仓库的移动监测和定位到库位还需要人为干预，现阶段要实现全自动定位需要大幅增加成本。而随着科技和经济的发展，RFID的价格及技术问题终会解决，未来RFID仓库管理系统可以更智能。

参考文献

[1]王建维，谢勇，吴计生.基于RFID的数字化仓库管理系统的设计与实现[J].物流技术，2009，28（4）：130：132.

[2]凌云，林华.RFID在仓库管理系统中的应用[J].中国管理信息化，2009，12（3）：43-46.

作者简介

徐智广（1978-），男，广西壮族自治区梧州市人。现为梧州市自动化技术研究开发院工程师。主要研究方向为计算机信息化、软件开发、电气自动化。

作者单位

梧州市自动化技术研究开发院 广西壮族自治区梧州市 543000