基于IOT和RFID收發(fā)分離技術(shù)的倉(cāng)管系統(tǒng)的相關(guān)研究

一直以來，倉(cāng)儲(chǔ)管理作為物流業(yè)的重要環(huán)節(jié)之一，隨著物流業(yè)得到迅猛發(fā)展，對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。針對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理過程中存在的作業(yè)效率低下、管理成本高、管理水平落后等問題，相關(guān)學(xué)者們通過以下幾個(gè)方面的研究來達(dá)到提高管理水平的目的：

1、基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理

通過手持式或固定式讀寫器來實(shí)現(xiàn)物料出入庫、倉(cāng)儲(chǔ)盤點(diǎn)等信息的自動(dòng)采集和上傳；

2、基于二維碼技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理

通過掃描貼在物料上的二維碼來實(shí)現(xiàn)物料出入庫、倉(cāng)儲(chǔ)盤點(diǎn)等信息的自動(dòng)錄入和上傳；

3、倉(cāng)儲(chǔ)管理機(jī)制的優(yōu)化

通過更新倉(cāng)儲(chǔ)管理理念、使用新技術(shù)、提高管理人員素質(zhì)等手段來提高倉(cāng)儲(chǔ)管理水平。

采用RFID技術(shù)和二維碼技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)對(duì)于提高倉(cāng)儲(chǔ)管理的自動(dòng)化、信息化水平確實(shí)有很大的促進(jìn)作用，然而也存在一定的不足。其中，基于收發(fā)一體RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)存在著通信距離短，無定位組網(wǎng)功能的問題，在入庫、出庫、盤點(diǎn)等環(huán)節(jié)耗時(shí)較長(zhǎng)、作業(yè)效率不夠高等問題。而基于二維碼技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，分揀時(shí)需要將面單正對(duì)掃描機(jī)器，當(dāng)面單污漬或破損時(shí)需要人工拆箱手工分揀錄入系統(tǒng)，人力投入大，效率低下。

基于IOT和RFID收發(fā)分離技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，則能準(zhǔn)確、快速的采集到入庫、出庫的貨品信息，通過實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)整個(gè)倉(cāng)庫區(qū)域的可視化，并且全過程可追溯，提高了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率、降低了倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)成本，提升了倉(cāng)儲(chǔ)的自動(dòng)化、信息化管理水平。

IOT是物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，通過信息交換實(shí)現(xiàn)信息共享，包括對(duì)物品的物理特性和特定的信息進(jìn)行識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、處理智能、傳送可靠等特點(diǎn)。

IOT分為三層結(jié)構(gòu)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層：

1、感知層：主要由各種傳感器、采集器和傳感器網(wǎng)關(guān)組成，相當(dāng)于人體的神經(jīng)末梢，用于實(shí)時(shí)采集物體的動(dòng)態(tài)信息。

2、網(wǎng)絡(luò)層：由各種通信網(wǎng)絡(luò)組成，相當(dāng)于人體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地進(jìn)行信息交換和通信。

3、應(yīng)用層：是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（政府、企事業(yè)單位或家庭個(gè)人）的接口，利用各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量的感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析并處理，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別過程無需人工干預(yù)，作為條碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具有的防水、防磁、耐高溫、壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。

RFID收發(fā)分離技術(shù)是以空間隔離的方式實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道分離，在一定的空間內(nèi)，RFID激勵(lì)器發(fā)出信號(hào)激勵(lì)RFID標(biāo)簽，接收器采集空間內(nèi)RFID標(biāo)簽被激勵(lì)后發(fā)出的RFID標(biāo)簽信息，這種技術(shù)稱為RFID收發(fā)分離技術(shù)。單個(gè)RFID設(shè)備的收發(fā)分離通過空間隔離的方式，避免了單個(gè)設(shè)備發(fā)送與接收通道間的干擾，同時(shí)將上下行解耦技術(shù)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和頻分調(diào)度技術(shù)應(yīng)用在RFID管理上，解決RFID激發(fā)器和接收器在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的同步問題。

通過空間隔離消除了單個(gè)設(shè)備射頻干擾，通過頻分調(diào)度避免了設(shè)備間的干擾，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域連續(xù)覆蓋，就可以使RFID設(shè)備自動(dòng)去感應(yīng)區(qū)域內(nèi)所有RFID標(biāo)簽。設(shè)備間的干擾問題解決了，RFID設(shè)備就可以組成網(wǎng)絡(luò)，通過連續(xù)組網(wǎng)，提供米級(jí)精確定位能力。

圖1 RFID收發(fā)分離工作模式圖

RFID分離技術(shù)具有區(qū)域無線連續(xù)覆蓋、自動(dòng)感應(yīng)、通信距離遠(yuǎn)（可達(dá)100m）、無環(huán)境干擾、連續(xù)組網(wǎng)、精確定位等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)RFID技術(shù)與RFID收發(fā)分離技術(shù)的性能比較

基于IOT和分布式RFID網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了智能倉(cāng)儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施，倉(cāng)儲(chǔ)管理的核心就是貨物數(shù)據(jù)的采集、加工、分析和展示。基于IOT和RFID收發(fā)分離技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要由設(shè)備層、RFID中間層和應(yīng)用層組成。

1、設(shè)備層由激勵(lì)器和接收器構(gòu)成，構(gòu)建了RFID分布式網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，采集RFID標(biāo)簽信息和實(shí)時(shí)感知標(biāo)簽位置。

2、中間層提供IOT智能倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)RFID設(shè)備接入管理，標(biāo)簽信息的采集、解析?；赗FID設(shè)備的接入，構(gòu)建數(shù)字孿生，包括倉(cāng)庫數(shù)字化建模，RFID網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的管理，基于數(shù)字化建模，提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、離線數(shù)據(jù)分析的能力，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)事件，通過流轉(zhuǎn)構(gòu)建業(yè)務(wù)場(chǎng)景。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)而言，構(gòu)建了資產(chǎn)的出入、盤點(diǎn)、定位等業(yè)務(wù)場(chǎng)景?；贗OT智能倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)可以有效降低頂層應(yīng)用的開發(fā)難度。

3、應(yīng)用層用于倉(cāng)儲(chǔ)管理，提供智能化的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理模式，還可用于智慧物流、智慧零售等。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)框圖

基于IOT和RFID收發(fā)分離技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)采用分布式RFID網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，自動(dòng)、批量、精確掃描RFID標(biāo)簽，通過入庫、出庫通道分離的方式，實(shí)現(xiàn)入庫、出庫數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，入出事件實(shí)時(shí)校驗(yàn)，業(yè)務(wù)異常實(shí)時(shí)感知；通過連續(xù)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域連續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，實(shí)現(xiàn)物理資產(chǎn)（人、車、貨物）米級(jí)精確定位，軌跡實(shí)時(shí)跟蹤，流轉(zhuǎn)信息可追溯；還可靈活制定盤點(diǎn)策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤點(diǎn)，自動(dòng)完成區(qū)域標(biāo)簽的批量識(shí)別等功能；同時(shí)WMS與ERP系統(tǒng)對(duì)接，同步貨物信息，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)的智能化管理。

倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)包括入庫、出庫、盤點(diǎn)、分揀、貨位管理等。通過WMS結(jié)合第三方管理軟件，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)的智能化、精細(xì)化管理。

出入庫管理

1、入庫、出庫方向判定

由于無線射頻呈發(fā)散狀，可抽象為扇形，在激勵(lì)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的RFID標(biāo)簽都會(huì)被激勵(lì)并與RFID接收器進(jìn)行通信，標(biāo)簽被識(shí)別和定位。根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線的原理，在入庫通道上倉(cāng)庫門內(nèi)外分別部署一個(gè)RFID激發(fā)器，當(dāng)帶有RFID標(biāo)簽的貨物依次被門外及門內(nèi)的RFID激發(fā)器激勵(lì)并與接收器通信，即可判定貨物入庫；反之，可以判定貨物出庫。

2、入庫、出庫作業(yè)

入庫作業(yè)：貨物入庫時(shí)，RFID標(biāo)簽被部署在倉(cāng)庫門外、門內(nèi)的識(shí)別器自動(dòng)掃描、識(shí)別并上傳到IOT，部署在現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)看板上可實(shí)時(shí)顯示貨物的相關(guān)信息，通過管理軟件自動(dòng)核對(duì)，確認(rèn)貨物清單無誤后，WMS系統(tǒng)自動(dòng)為貨物分配位置，充分利用倉(cāng)庫空間規(guī)范擺放，提高空間利用率。

出庫作業(yè)：由于WMS和ERP系統(tǒng)無縫對(duì)接，實(shí)物流與信息流同步，貨物出庫時(shí)，RFID標(biāo)簽被部署在倉(cāng)庫門內(nèi)外的RFID識(shí)別器自動(dòng)掃描、識(shí)別并上傳到IOT，WMS系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行出庫貨物信息的審核判定，并同步顯示在業(yè)務(wù)看板上，確保準(zhǔn)確、高效地完成發(fā)貨任務(wù)，如圖3所示。

圖3 出入庫管理

3、入庫、出庫訂單異常感知

在入庫、出庫的過程中，RFID設(shè)備自動(dòng)掃描識(shí)別電子標(biāo)簽，并上傳到RFID中間件與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，自動(dòng)審核入庫、出庫的異常，替代了傳統(tǒng)出入庫過程中的人工掃描、審核等操作，出現(xiàn)業(yè)務(wù)異常時(shí)，業(yè)務(wù)看板實(shí)時(shí)顯示出來以提示現(xiàn)場(chǎng)的工作人員，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速閉環(huán)，提升工作效率。

基于倉(cāng)庫基礎(chǔ)設(shè)施和RFID部署情況，完成倉(cāng)儲(chǔ)空間的數(shù)字化建模和RFID網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系建模，定義物理資產(chǎn)（人、車、貨），并將流轉(zhuǎn)事件關(guān)聯(lián)到實(shí)際物理資產(chǎn)，達(dá)到倉(cāng)儲(chǔ)管理的智能化、可視化的目的。

分布式RFID網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，提供實(shí)時(shí)定位、跟蹤能力，滿足精細(xì)化動(dòng)態(tài)資產(chǎn)管理的訴求。例如：一車一碼，對(duì)叉車實(shí)時(shí)定位、運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，叉車位置信息被實(shí)時(shí)采集，同時(shí)叉車運(yùn)動(dòng)軌跡可以實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化，提升使用效率。

一貨一碼，每個(gè)貨物上的RFID電子標(biāo)簽，通過識(shí)別器可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，貨位顯示在管理軟件的貨位表界面上，尋找貨物位置時(shí)只需打開貨位表，非常方便；同時(shí)貨物在倉(cāng)庫中流動(dòng)時(shí)，流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)被自動(dòng)采集，貨物數(shù)據(jù)全流程可追溯。一人一碼，刻畫出人物行為軌跡，減少人員違規(guī)操作，提升工作效率。

通過“一物一碼”實(shí)現(xiàn)每個(gè)步驟的作業(yè)流程都有碼可循，出現(xiàn)問題既可以正向追溯至商品的最終到達(dá)地，也可以反向追溯至各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，達(dá)到嚴(yán)格管控的目的。如圖4所示。

圖4 定位管理

傳統(tǒng)的分揀方式需要人工將貨物標(biāo)簽對(duì)正掃描儀，當(dāng)出現(xiàn)面單污濁或破損的情況，需要手工拆箱檢視核對(duì)貨物信息并錄入貨物信息，存在耗時(shí)長(zhǎng)、人力投入大、效率低等問題。RFID標(biāo)簽具有抗污濁能力強(qiáng)、防水、防污染、穿透性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在分揀過程中，RFID標(biāo)簽可以被全方位精確識(shí)別，不受面單污染等影響，有效提升了分揀成功率，同時(shí)全方位立體掃描，無需手動(dòng)調(diào)整面單朝向，大大提高了分揀效率。

IOT智能倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)構(gòu)建了無人盤點(diǎn)模式，倉(cāng)儲(chǔ)管理人員根據(jù)盤點(diǎn)任務(wù)的要求，在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)上配置盤點(diǎn)策略，該盤點(diǎn)策略可以靈活配置，支持實(shí)時(shí)、定時(shí)盤點(diǎn)；支持全盤、分區(qū)盤點(diǎn)；支持明盤、盲盤。倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別定義的盤點(diǎn)策略，并拆分成對(duì)應(yīng)的盤點(diǎn)命令，下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)部署的RFID設(shè)備，這些設(shè)備就會(huì)把對(duì)應(yīng)區(qū)域的盤點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集上來，這種方式能快速準(zhǔn)確地進(jìn)行盤點(diǎn)，在出現(xiàn)盤點(diǎn)差異時(shí)，可以輔助差異快速閉環(huán)，如圖5所示。

圖5 盤點(diǎn)管理

IOT數(shù)據(jù)具有價(jià)值密度小、數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)真實(shí)且時(shí)效性高、數(shù)據(jù)質(zhì)量低等特點(diǎn)，在任何情況下都會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量。如果不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，會(huì)面臨數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本高、數(shù)據(jù)質(zhì)量低等問題，因此需要采取一些措施對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

IOT數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，因其具備顯著的時(shí)序特征，按照時(shí)間維度上報(bào)、存儲(chǔ)、查詢數(shù)據(jù)。因此在做物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析時(shí)，要對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)做充分的考慮，最大限度地壓縮IOT設(shè)備產(chǎn)生巨量數(shù)據(jù)，滿足海量設(shè)備高并發(fā)，實(shí)時(shí)寫入的要求，同時(shí)還要滿足對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)的查詢。

如何判定數(shù)據(jù)的有效性是關(guān)鍵。首先從不同來源采集來的數(shù)據(jù)可利用多種數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)；其次進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，把采集來的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到大型的分布式數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)；然后進(jìn)行分析計(jì)算，挖掘有用的數(shù)據(jù)，清除重復(fù)的數(shù)據(jù)形成報(bào)表。通過數(shù)據(jù)清洗，提高IOT數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)化后提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量。IOT數(shù)據(jù)中，還可能出現(xiàn)一些典型的問題，比如缺值、異常跳變、重復(fù)、格式差異、噪音干擾等，通過檢測(cè)消除異常數(shù)據(jù)和重復(fù)記錄等，高效的數(shù)據(jù)清洗改善了數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

另外還可通過分層存儲(chǔ)和資產(chǎn)模型，以分層的方式管理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)時(shí)效性分層處理，獲得綜合處理效率最大化；通過資產(chǎn)模型描述物理空間中的對(duì)象，打通物理時(shí)間與數(shù)字世界的關(guān)聯(lián)，基于物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)模型，整合大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的最佳實(shí)踐，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，為智能倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

RFID收發(fā)分離技術(shù)應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，能有效提高貨物信息采集速度和倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)效率。與此同時(shí)，為了保證人、車、物在識(shí)別過程中不被遺漏，通過提高無線射頻信號(hào)的覆蓋范圍和強(qiáng)度以達(dá)到提高標(biāo)簽識(shí)別準(zhǔn)確率的目的，造成RFID標(biāo)簽在貨物出入庫、定位跟蹤、分揀、盤點(diǎn)等作業(yè)過程中被重復(fù)激勵(lì)，造成接收器接收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)大量冗余，占用了系統(tǒng)存儲(chǔ)資源以及網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，增大時(shí)延，導(dǎo)致RFID中間件系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大降低，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力帶來了巨大壓力。

通過分析RFID信號(hào)特性及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，明確RFID信號(hào)的傳播特性，建立RFID數(shù)據(jù)模型，采用統(tǒng)計(jì)方法檢測(cè)數(shù)值型屬性，通過數(shù)據(jù)挖掘和冗余過濾算法，對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，消除重復(fù)記錄，減輕了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的壓力。

結(jié)語

本文探討的基于IOT和RFID收發(fā)分離技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，采用IOT技術(shù)架構(gòu)，利用RFID收發(fā)分離技術(shù)、RFID網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋、連續(xù)組網(wǎng)以及動(dòng)態(tài)識(shí)別RFID標(biāo)簽等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)貨物入庫出庫及庫存狀態(tài)自動(dòng)判定、出入庫異常自動(dòng)感知、自動(dòng)分揀、在庫自動(dòng)盤點(diǎn)、貨物信息實(shí)時(shí)更新、精確定位等功能，減少了人力投入，降低了倉(cāng)儲(chǔ)管理成本，大大提升了倉(cāng)儲(chǔ)的自動(dòng)化、信息化、智能化及精細(xì)化管理水平。

（作者：湖北物資流通技術(shù)研究所 陳剛/王發(fā)珍，來源:<<物流技術(shù)>>，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品版權(quán)問題，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們，我們將刪除內(nèi)容以保證您的權(quán)益。）

審核編輯黃宇