随着物流管理实现信息化、仓储管理智能化, 大量信息技术的采用提高了行业的服务效率和质量, 计算机、网络、自动识别等现代技术已逐步应用到仓库管理之中[1,2], 但仍有较多工作还要依靠人工完成, 例如叉车路径选择、货位选择、盘库和数据录入等。由于数据收集方式难以标准化, 导致操作人员劳动强度大、生产率低, 最终影响企业效益。本文结合RFID和无线网络技术, 提出一种基于RFID的无线局域网仓储管理系统解决方案以及一种智能化、经济型的仓货位及最佳路径的选择算法。

传统的仓库系统是以机械式仓库为主, 配备普通货架、人工叉车等机械设备, 物流数据采集技术基于仓库管理员手工单据录入的管理模式, 登记货物的出入库情况, 货物的拣选和盘存等。这种管理模式费时费力, 且物流、信息流、单据流3流均无法实时同步, 信息流经常滞后变更甚至漏记、错记。这种管理模式已无法满足现代化仓库管理所要求的及时性、可靠性。

系统设计的目的是利用射频识别以及无线局域网 (WLAN) 技术, 设计出一套仓库物资自动化的处理流程, 实现物资出入库时物资的登记统计, 方便工作人员对物资的管理, 构建高效的仓库物资管理系统, 节省人力物力。通过WLAN的部署, 实现对移动点和无法布设计算机网络信号线的应用点的扩展, 在解决了操作人员的流动性问题的同时, 实现了数据的实时传输。通过RFID识别, 自动录入物资信息, 降低库房人员手工录入工作量和差错率。

考虑到仓库管理的可移动性, 系统采用支持Wi Fi无线通讯的工业手持终端, 利用RFID自动识别零部件上电子标签, 实现移动仓库管理。

无线射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 是自动识别技术的一种高级形式, 其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, 可工作在各种恶劣环境, 即利用射频 (RF) 信号以无线方式传送及接收数据资料, 阅读器无需与电子标签接触即可读写电子标签中所储存的数据, 并进行数据的传输、识别和交换[3]。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比, 标签具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用和具有防冲突功能[4,5]的特点。

无线数据通信技术以无线信道作为传输媒体, 具有建网迅速, 通信灵活方便、实时连接, 是实现移动通信的关键技术之一。其主要由蓝牙和Wi Fi协议形式。蓝牙技术是低功率短距离的 (30英尺, 约9.1 m) 联网方式, 最高传输速率为800 kbit·s-1。而Wi Fi可提供对互联网或局域网的无线高速接入, 接入以太网的最高速率可达11 Mbit·s-1, 有效范围可达300英尺 (91.44 m) 。由于绝大部分仓库内距离可达几十甚至上百米, 已超出了蓝牙协议的传输极限[6]。基于此, 文中选择采用Wi Fi通信协议形式。

系统结构如图1所示。系统由RFID手持终端、电子标签、无线AP和中心服务器组成。中心服务器数据库内存放有物料器材信息。由于大型仓库的现场作业无法再计算机前直接操作[7], 工作人员必须配备有RFID识别功能的手持终端进行现场数据采集。手持终端通过无线接入点 (Access Point, AP) 和企业局域网连接, 与仓库系统数据库服务器和企业ERP服务器进行数据交换, 实时将数据上传至中心服务器集中批量处理, 并由中心服务器上的应用程序对数据库做及时更新。同时, 手持终端上的客户端应用程序也能请求所需信息, 从服务器数据库中查询和调用。所有无线AP的操作区域遍及库房的各个角落, 使整个库房的无线信号全覆盖, 从而保证对终端在库房内部的任何地点, 均能与服务器保持实时通讯。

图1 系统结构图  下载原图

一般的仓库管理信息系统应对仓库货物进行全面管理, 包括货物入库、出库、盘点以及各种报表的管理[8]。WMS根据实际需要, 主要由入库管理、出库管理、移库管理、盘点管理、查询管理和货位管理等部分组成。系统根据应用需求, 按照功能的不同, 将功能模块进行划分如图2所示。

图2 模块功能图  下载原图

以入库作业为例, 仓库收货员接到供应商的送货清单后, 用户在手持终端选择入库功能, 利用RFID手持终端扫描零部件的电子标签, 采集即将入库各种零部件信息, 其中包括:订单号、物料代码、物料名称、发货批号、供应商等信息, 手持终端的客户端程序会通过无线局域网络将这些数据实时传送到服务器端应用, 系统可按照接收到的信息检索出该零件的订单详情, 并通过与订单的及时比对来核查该零件的状态, 确认收货人员是否可签收这批零件。若可签收, 此时光标停留在库位号, 等待仓库收货员继续扫描。操作员将货物放在指定库位后扫描库位标签, 输入收货入库数量后, 即可提交至服务器端应用程序, 服务器应用会将这些入库数据信息一并提交给数据库系统和企业的ERP系统。通过这些步骤, 仓库管理人员可以在系统中追踪到每一个产品配件的库存状态, 实现对库存的实时监控。

系统软件设计主要由数据平台、应用平台和RFID数据识别端3部份组成。

数据平台:负责数据保存、数据事务处理、数据分析和数据交接。分别部署在应用平台和数据库上, 数据库采用Oracle 10g以上版本。

应用平台:采用BS架构构建, 部署在企业内部应用服务器上, 客户通过IE浏览器进行业务操作, 包括信息维护、信息查询、业务功能。

RFID识别终端:采用CS架构构建, 部署在移动式RFID手持采集终端上, 通过无线网络与应用平台进行数据通讯, 主要功能为现场数据采集。本文所涉及的识别终端模块开发都是基于.NET精简框架所提供的类和口。.NET精简框架是.NET框架 (.NET framework) 的精简版, 用以提供嵌入式环境下应用程序开发的基础类和库函数[9,10]。

为增加系统易用性本系统设计时, 在识别终端中采用xml文件备份终端操作数据, 使得用户可以将多次采集的数据保存在xml文件中, 统一提交, 这样做既可以方便用户操作, 又减少与网络的交互次数, 提高系统效率。同时, 系统在应用平台服务器端设计有本地数据库备份, 使得在没有无线网络环境下, 保证RFID识别终端系统和应用平台无法通讯时仍能正常工作, 此时系统将启用部署在移动终端中的客户端程序, 使用事先在网络环境下下载的出入库单据信息和装备库存信息, 识别终端可正常完成识别数据采集工作, 并保存到本地终端xml中, 待无线网络正常后再提交[11,12]。在有线网络有临时故障时, 系统启用部署在应用平台中的程序, 将提交给数据平台的数据临时保存到应用平台的本地数据库中, 回到网络环境后, 再把结果更新到数据平台, 最大限度地保障了系统的健壮性[13,14]。

图3 软件架构图  下载原图

本系统实现了仓库数据的自动化, 解决了手工出入库繁琐易错问题, 大幅提升了仓库数据的准确性, 提高了查询和盘点精度;在物料、货位、管理等各个环节实时的信息采集和传输, 加强了采购和销售计划的准确性和灵活性, 并杜绝了前端的差错;采用自动化技术, 也减轻了员工的工作强度和复杂程度, 加快了出、入库单的流转速度, 提高了生产效率, 实现了无纸化运作, 降低了成本。