基于RFID的制造业物流管理信息系统设计

利用RFID技术完成MES、WMS的数据采集、整理，改进了传统制造业的物料补给和仓库管理流程，实现了对物流各环节信息的实时监控与跟踪。

RFID技术出现于1940年，首先应用于军队和一些对识别系统有特殊要求的组织。由于其较高的执行运作成本，并且缺少相关的技术标准，直到1980年才被引入到商业领域。

RFID把各个部门的物流信息实时、准确地汇聚到物流管理信息系统的特点引起了国外研究者的广泛关注。这些研究主要集中在物流环节的应用上，并且取得了较好的效果，但是RFID的优势并没有完全发挥出来。制造业各个物流环节是相互关联的，如果单独考虑其中某些环节的优化，而忽视了其他环节，从系统论的角度来说这种应用并不能带来很好的效果，如果实施不当，还可能出现效率不升反降的情况。

本文把RFID的数据采集系统与MES(生产执行系统)、WMS相结合应用到制造业物流各个环节，从而优化了其物流流程，同时设计了从采购到销售全过程的物流管理信息系统基本结构，以及应用RFID的基本业务操作流程，实现了流程中数据的自动采集。

基于RFID的物流管理信息系统的构成

基于RFID的物流管理信息系统可以帮助制造企业实现对各种资源的实时跟踪，及时完成生产用料的补给和生产节拍的调整，从而提高资源的追踪、定位和管理水平，提升制造业自动化水平和整体效率。

基于RFID的物流管理信息系统分四个层次，见表1。

第一层为操作层，主要是RFID读写器通过读取制造业各类资源的电子标签，获取所需的信息。

第二层为过渡层，主要由RFID中间件和服务器完成数据的过滤、整理及后台管理系统的整合。

第三层为数据层，通过管理系统服务器实现数据的存储。

第四层为管理层，主要是对存储的数据进行统计、分析、下达操作指令及制作决策所需报表等管理活动。

系统硬件构成为电子标签、RFID读写器、RFID中间件、管理系统服务器、管理系统工作站。

电子标签：分为主动式电子标签、被动式电子标签和半自动式电子标签。主动式电子标签带有电源，可以在读写器范围以外处于休眠状态，进入读写器作用范围内被激活，也可不间断地发送信号。主动式电子标签比其他标签大，采用较高的频率，一般为455MHz、2.45GHz或5.8GHz，作业范围20～100米。被动式电子标签使用调制散射方式发射数据，必须利用读写器的载波来调制自己的信号，普遍采用的频率是128KHz、13.6MHz、915MHz或2.45GHz，作业范围几英寸到30英尺。半自动式电子标签可以通过自有电源保证标签内电路的运行，但无法发送数据给读写器。按照读写特性，电子标签可分为只读型和可读可写型。

RFID读写器：分为固定式读写器和便携式读写器。固定式读写器是最常用的，由于体积、电源、功耗等方面的要求，采用固定式安装。便携式读写器是固定式读写器的有力补充，能满足野外作业、近距离、移动识别、低能耗等要求；UWB读写器属于固定式读写器，主要用于对设备的定位和追踪。

RID中间件：RFID中间件的功能主要包括三个层次：第一个层次是为后两个层次提供改善RFID在互联网上性能和功效的服务；第二个层次负责与RFID硬件设备之间的通信，对RFID读写器所提供的数据进行过滤、整理；第三个层次充当了所有RFID设备信息采集的汇合中心，存储数据并与企业后台管理系统整合。

RFID与MES、WMS结合的物流管理信息系统结构框架见图1。

基于RFID的制造业物流管理信息系统的应用

RFID在制造业物流信息系统中应用的优势主要体现在两方面：首先，RFID可以在制造业生产物流中发挥巨大作用，可以自动识别生产物流各个环节中物料、半成品、产成品的位置和状态，并把这些信息迅速、准确地传送到MES；其次，提高制造业物流信息系统采集信息的准确性，简化出入库的流程，及时了解库存货物状况，使货物的盘点更加精确、迅速。

1、对货物识别和跟踪进行实时监控

MES通过信息的传递对生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES能及实对这些事件做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。MES以过程数学模型为核心，连接实时数据库或非实时的关系数据库，对生产过程进行实时监视、诊断和控制，完成单元整合及系统优化，在生产过程层(而不是管理层)进行物料平衡，安排生产计划，实施调度、排产及优化。MES着重动态管理，需要收集生产过程中的大量实时数据，根据现场变动进行调整。而RFID恰恰能快速、准确地完成大量实时数据的采集工作。因此可以通过RFID和MES的结合，对各个生产环节进行实时控制，保证生产的顺利进行。

通过安装在各个车间的固定读写器实时读取各个车间内物料的消耗情况，并把数据传输到数据库中，MES根据实时监控得到的数据，对各个车间工作地点下达指令，进行调度(调度是基于有限能力的调度，并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，其目的是通过良好的作业顺序最大限度减少生产过程中的准备时间，把半成品或成品及时运送到下一环节，使生产同步、顺畅，从而提高整体的生产效率)。当各个生产车间的物料降到了预先设置的临界点时，MES会对WMS发出补料指令，仓库可以根据指令对生产车间进行补给，如图2所示。通过RFID的应用可以看到，生产过程中无需车间提出补料请求，RFID可以自动识别用料情况，向WMS发出请求，完成补料，大大提高了制造业物流管理信息系统的信息化、自动化程度。但是以上功能的实现，最好是制造企业的上游供应商也采用RFID，否则需通过承载货物的容器或托盘上的RFID标签来实现。

2、提高仓库作业能力，简化流程

基于RFID的仓库管理系统(WMS)能够更好地满足目前制造业普遍采用的供应商管理库存模式(VMI)的需求，并能保证仓储管理的先进先出原则，提高制造业库存管理的整体水平。

在此假设供应商都采取RFID技术，并且货物的容器或托盘都贴有电子标签，此时的收货、入库流程和拣货、出库流程如图3、图4所示。

RFID主要应用在流程中的三个方面：出入库信息的确认、日常库存的盘点、仓库设备的实时监控。

1)RFID门禁系统用于出入库信息的确认：采用固定读写器和手持读写器联合使用的方式，手持读写器用于对货位及托盘信息的读取，固定读写器用来实现对货物信息和托盘信息的确认。两种读写器的应用不仅可以在运动中实现对多目标的识别，提高出入库的效率，还可以实现对货物及托盘容器的状态的监控。

2)日常库存的盘点：采用手持读写器，通过对标准化、单元化包装上标签的读取，来完成日常盘点，不仅可以节约人力成本，还可以提高准确率和盘点效率。

3)仓库设备的实时监控：采用UWB读写器，可以确定设备在仓库的位置和当前的状态，便于在货物进库后，对货位与搬运工具线路进行选取。同时可以提高入库效率，并降低设备的运作成本。

基于RFID的仓库管理信息系统的优势

1、简化了流程，省去了既耗时又耗费成本的步骤。如填写入库作业单的操作虽然简单，但是却非常耗时，并且容易出现差错，省去这个环节不仅降低了成本，还提高了库存的精确度。

2、提高了生产率。如当货物进入待检区室，可通过固定读写器读取货物的信息，由于RFID可同时处理200多个标签，因而大大提高了清点的效率。

3、通过货物与相应库区货位相匹配，可以完全消除浪费时间、提高成本的环节(如寻找货物)，达到提高效率、节约成本的目的。

4、提高了顾客满意度。由于流程简单清晰、整体效率提高，顾客的等待时间得以缩短，可以大幅提高顾客满意度。

5、可以迅速盘点库存。对库存记录及时查询和更新，提高盘点的速度和精确度，从而优化存储空间和成本，减少或消除存货量。

6、通过信息的传递实时了解设备的状态、位置，调动所需的装卸搬运设备，优化装卸搬运环节。

7、增强企业市场竞争力，更好地吸引高端客户。

综上所述，把RFID技术和制造业物流管理信息系统结合起来，使RFID完成MES、WMS的数据采集、整理，改进了传统制造业的物料补给和仓库管理流程，实现对物流各环节信息的实时监控与跟踪，从而在降低成本的同时提高生产效率，能够为制造业带来显著收益。