神华黄骅港是我国西煤东运第二条大通道的出海口, 是集矿、电、路、港、航为一体的神华工程的重要组成部分。神华黄骅港务公司三期工程 (以下简称“三期工程”) 更是我国第一个采用“封闭式筒仓堆存”的煤炭专用码头工程, 是“资源节约型、环境友好型”港口建设理念的体现, 为国内同类港口的建设提供一种新方向, 为新型的港口管理和建设模式探索一个新思路, 成为同类港口建设的示范工程。

基于电子标签技术的智能仓储管理系统, 旨在为仓储物资的管理工作提供一套基于物联网RFID技术的仓储物资管理技术平台。该平台综合运用物联网领域的先进技术-RFID自动识别技术、仓库可视化技术、计算机网络技术等, 以RFID电子卡片为信息纽带, 建立起仓储物资实物管理的实时信息库, 保障在物资仓储管理业务各个环节的有效衔接和信息实时更新, 实现物资仓储的动态管理, 并确保仓储物资的账卡物动态统一。

目前, 神化集团黄骅港设备部所属仓库, 共有备品备件库、大件库、精品库、可修复件库、室外堆场等多个仓库和库区, 各个仓库的存放和管理方式有所不同, 既有高货架仓库, 也有平库区、还有精品库包装箱或标准箱装的零部件。仓储物资的出入库操作, 通过SAP ERP系统进行后台业务操作管理, 在WM模块上进行业务操作, 然后人工到现场进行货物出库或者入库的实物核实。其中, 现场实物核实工作采用的是纸质记录清单或者通过手持机PDA的方式进行工作。

问题描述如下。

经现场调研, 现在的工作方式下, 存在以下情况需要通过技术改进来提高和改善仓库管理工作。

1) 采用手持机PDA的工作方式, 操作不太方便, 操作效率有待提升。

由于手持机PDA的屏幕小, 显示的业务界面小, 内容显示不全面, 有些内容需要在不同业务界面之间进行切换。一定程度上降低了工作效率。现场工作人员在业务处理时间比较集中时, 为了仓库现场实物与货物清单查对方便和提高查对效率, 直接通过手工抄录清单的方式辅助工作。因此, 有必要通过改善手持机的操作方案, 来提升现场工作效率, 建议采用平板电脑辅助进行现场操作, 解决上述工作中的困难。

2) 对于设备和物资管理的相关业务, 缺乏明晰的业务状态展示手段。

目前, 仓库管理人员通过现有桌面程序进行仓库管理业务的操作和业务查询, 缺少对当前业务的直观明了的查询、汇总、分析手段。比如, 没有直接简便的手段统计分析当日业务整体情况、完成情况、待完成工作任务情况等等信息, 往往需要破费周折才能够了解的当日的业务情况及其进展状况。有必要提供一种更科学、方便快捷的技术手段, 进行当日业务、周业务、月业务、季度业务、年度业务等业务状况的统计分析, 使得仓库主管能够清晰的掌控库存物资及其近期业务的运作状况。建议增加一套LED展示屏, 直观展示当前仓储管理的业务状态。该功能通过建设业务统计、分析模块, 实现对业务操作日志、周历、周统计、月历、月统计等的统计分析功能。

3) 对于仓库各类物资的分布状况缺少一个直观的图形展示。

目前, 仓储管理业务关注的内容集中于物资清单、出入库操作等具体业务项、数据项, 由于仓库物资种类众多、数量庞大, 对于仓库管理人员而言, 清晰地掌握仓库内物资的分布情况、储存状况十分困难。有必要引入新的三维仓库展示技术手段, 直观、透明地展示仓库物资的分布情况、储存状况等。

4) 仓库物资盘点工作, 目前全部通过手工盘点, 仓库物资的盘点工作量很大。

通过人工盘点, 往往难以及时掌握仓库物资的最新变化情况, 对于出入库的物资, 即便是出现数量不符的情况, 往往需要等到下次盘库的时候才能够发现, 发现时间不及时, 很难核对当时的具体物资[1]。应用物联网RFID技术手段, 可以及时进行库存物资盘点, 对于物资数量的异常变化情况可以及时发现。

1) 建设仓库业务展示LED屏。在仓库办公区, 设置一套LED大屏幕, 实时展示仓库物资的出入库周转业务。公司管理人员以及仓库管理人员都可以通过LED大屏幕清晰的掌握库存情况, 以及各类物资的流动情况。

2) 采用平板电脑的移动办公模式。采用平板电脑进行仓库操作的移动办公, 为仓库业务的现场操作提供方便、快捷的操作手段。

3) 建设基于物联网RFID电子标签技术的仓储管理技术平台。在兼容现有所有基于条形码应用的基础上, 引入RFID电子标签技术和应用, 构建起基于物联网RFID技术的仓库管理软硬件平台, 提升仓储管理业务操作效率。提升仓库出入库作业的物资变化透明度和物资数据变化汇报的及时性、方便性[3]。

4) 实现仓库物资的自动盘点。应用RFID电子标签自动识别技术, 实现仓库物资的即时自动盘点, 通过自动化、智能化的工作手段, 尽量减少了人工操作的工作项, 减少了人为因素造成的出错几率, 提高了物资管理工作的自动化、智能化管理水平[2]。

基于RFID技术 (兼容现有条形码) 建立起快速准确的数据采集工作模式, 大大提高工作效率, 降低了物资管理人员的劳动强度, 实现了在现有技术条件下即便通过提高职工劳动强度和技能水平所不能够达到的工作效率[3]。

5) 实现库存物资的可视化和业务的可视化。通过三维虚拟仓库技术, 建设虚拟的三维可视化仓库子系统, 仓库管理人员可以通过仓库的分布图, 直接进入到具体的某个仓库查看仓库的内部布局和物资摆放情况。鼠标点击任何一个仓库物资, 系统自动提示该仓库物资所对应的详细台账情况, 以及该物资的出入库业务进展状况。

系统通过统计图表, 提供仓库业务过程可视化的管理手段, 并可以实现库存物资全程可追溯, 清晰明了地展示某项物资从入库、盘点、移库、出库等业务的具体情况。

1) 系统结构。基于物联网RFID技术的智能仓储管理系统采用B/S架构, 系统分为数据采集层、数据服务层、应用服务层、应用层四层架构[4]。

(1) 数据采集层, 指基于RFID电子标签和RFID自动化采集设备的软硬件采集设施所构成的数据采集网络。数据采集层的硬件主要有:RFID电子标签、RFID阅读器、RFID天线、以及相关的网络硬件辅件等[5,6]。

(2) 数据服务层, 由ERP数据接口、仓储管理本地化数据库服务两部分构成。数据服务层的硬件设备需要1台Windows服务器, 数据库服务器上部署Oracle数据库或者微软MS Sql Server等数据库平台软件。ERP数据接口主要提供仓储业务中的数据交互服务, 涉及的业务包括入库业务、出库业务、上架业务、下架业务、盘点业务、移库业务等。

(3) 应用服务层, 由RFID仓储管理系统的仓储管理应用服务器软件提供服务支撑, 仓储管理应用服务器软件是RFID技术体系与ERP系统之间的中间件软件, 是进行ERP仓储管理业务与基于RFID电子标签的现场业务操作之间联系的桥梁。应用服务层的硬件设施由1台Windows服务器及配套网络设施如交换机等构成, 该应用服务器也可以与数据库服务器共用同一台服务器硬件, 从而节省项目投资。

(4) 应用层, 由管理工作站、移动终端 (平板电脑) 、RFID标签打印机等组成, 应用层是系统功能的实现和进行用户交互的操作界面。通过管理工作站或者移动终端, 用户可以进行仓库管理业务的操作、库存信息的查看、统计等, 也可以通过管理工作站或者移动终端进行入库、出库、盘点等仓库任务进行权限管理、人员计划安排等。

2) 总体业务流程图, 见图1。

图1 物资管理业务总流程图  下载原图

1) 物资入库。

(1) 收货检验。物资设备到运至理货区, 可进行初步检验, 对检验无误的设备粘贴RFID电子标签。

(2) 物资入库。RFID系统与ERP系统进行实时的数据交互, 从而实现出入库时对物资信息进行自动识别和实时显示。

(3) 上架。将物资移动到指定货位后, 通过RFID移动系统读取货位RFID标签, 确认上架货位正确后完成入库确认, 差错时及时告警。库区可分为如下两类。

高架库区:标准件物资按物资分类放置在高架库区, 采用货架库位安装RFID标签的方式进行货架标识。

平面库区:大件、散件物资可放置在平面库区, 采用分区域管理的方式, 可将库区分成大的区域, 每个区域进行编号, 安装区域库位RFID标签, 进行区块标识。

2) 物资出库、移库。

(1) 拣货下架。操作员根据出库任务进行拣货, 通过RFID移动系统读取货位RFID标签确认货位正确后, 完成拣货确认。

(2) 出库作业。待出库物资通过RFID识别通道时, RFID系统可自动读取物资RFID标签, 实现出库计数统计和数据校验, 差错时及时告警。

(3) 移库作业。操作员根据移库任务, 执行拣货下架任务。货物下架确认后, 根据RFID移动系统指示, 将物资移动到指定货位后, 通过RFID移动系统读取货位RFID标签, 确认上架货位正确后完成移库确认[4]。

3) 仓库自动盘点。利用RFID无线远距离自动定位识别 (RTLS) 技术, 通过部署在仓库内的RFID雷达天线矩阵, 自动盘点仓库内的库存物资。

图2 RFID天线作用示意图  下载原图

利用RFID采集终端, 结合仓储图形管理软件, 可在后台监控终端可视化地监控仓库内的物资实际存储情况。可以解决以下问题。

(1) 仓库物资实时在线可视化。将仓库自动盘点的物资数据, 与三维图形化软件功能结合起来, 可以通过图形直观的展示库内物资的实际存放情况, 实现仓库物资实物的实时在线的可视化管理。

(2) 仓库物资自动对比分析。自动盘点仓库物资, 并判断仓库存储货位是否与实际相符。通过盘点结果与库存台账数据的自动对比分析, 可以判断库存物资数量与实际库存物资不符的情况。通过自动盘点和对比分析, 同时也可以校验仓库出入库业务的办理过程是否及时、准确。对于物资临时出库, 后续补办出库手续的情况, 系统可以自动提示补办出库手续, 避免数据不符。

4) 仓库业务操作可视化。通过三维图形的方式展示仓库现场的虚拟图形, 通过图形化的操作进行仓库的直观可视的管理。仓库的虚拟化图形包括多个层次, 如仓库平面索引图、仓库内部部署图、物资信息交互图等。

仓库三维图形化操作按照仓库平面索引图、仓库内部部署图、物资信息全息图三个层次依次展开。并配合灵活的物资检索功能, 使得物资信息的调用方便快捷。

(1) 仓库平面索引图。采用三维图形的方式展示仓库位置图景。系统可直观显示库内物资不匹配等异常情况, 以图形指示符号和信息提醒标识显示, 可方便的查看库存物资不匹配的详细情况说明。

(2) 仓库内部部署图。采用三维图形的方式虚拟仓库内部部署场景, 直观展示仓库内部货架和货位的部署情况、货位的占用情况等。并可以通过图形直接查看具体物资的照片、物资信息等电子文档资料。

(3) 物资信息图。系统记录物资详细信息, 可视化的查看物资所对应的出入库记录、盘点记录、设备照片、库存数量等, 并对盘点异常的物资进行特殊标识。系统具备与仓库内部署的摄像头进行联动, 通过远程网络在线观察仓库内的货位及货物实景。

(4) 货位统计图。可以对仓库的货物占用情况采用空间统计图进行汇总显示, 系统可直观显示货位占用情况、空闲情况等信息。

图3 货物统计图  下载原图

5) 仓储数据信息可视化。采用数据可视化技术, 以数据、图表等形态可视化展示业务状态、内容, 实现物资存取管理业务的快捷追溯。

(1) 业务状态可视化。系统提供分类统计功能, 可以以数据分类报表的形式体现, 也可以业务状态、数量统计图的形式体现, 实现仓储管理业务状态的信息可视化, 直观明了。

(2) 库存信息可视化。库存物资信息的统计分析和图形化展示, 可直观地展现仓库库存信息及库存物资变化情况。

最常用物资排序表:通过对物资出入库的频次、数量、时间先后等仓库管理因素, 进行物资使用情况的分析, 列出最常用物资的清单。便于仓库管理人员清晰地掌握常用物资的使用情况。

库存变化统计图表:统计库存物资的最新变化情况, 便于仓库管理人员清晰地掌握物资变动情况。并对于低于库存预警限值的库存物资, 自动告警提示, 便于及时补充购置物资。

物资盘点盈亏统计表反应出库存物资盈亏情况, 以便仓库管理人员及时发现库存物资信息不匹配等异常原因。

6) 便携移动RFID平板系统。便携移动RFID平板系统采用Windows 8操作系统, 系统支持有线或者离线两种方式与智能仓储管理的后台服务器系统进行数据交互。

(1) 离线方式下, 手持平板电脑通过通讯底座USB数据线与办公电脑连接, 进行数据传输。

(2) 在线方式下, 通过无线wifi与智能仓储管理的后台服务器系统进行数据交换, 由智能仓储管理的后台服务器系统将数据自动传输到ERP系统。

便携式RFID系统能够实现仓库管理业务中的出库操作、入库操作、上架操作、下架操作、移库操作、盘点操作等各项业务。而且由于其便携的特性, 可随手携带到仓库内各处, 在进行业务操作的同时, 可以方便地对照现场实物, 直观明了。

系统在原有WM系统基础上, 采用了RFID技术加货物一维条码的技术方案, 是对原有WM系统的升级改造, 避免了重新建设系统的浪费, 降低了企业成本。引入了RFID技术的仓储系统, 可以实时、精准的掌握物资动向, 工作效率得到了显著的提高。主要体现在:

1) 物资出入库差错及时报警, 库存更加精准。

2) 完整的物资流转过程管理, 物资的实时动态管理的能力得到极大提高。

3) 管理实时, 操作快捷, 记录详尽, 实现完整的管理链路。

4) 物资流转全过程数据的实时采集, 通过数据服务接口与ERP系统进行数据交换。

5) 对物资数据进行统计分析处理, 为管理人员提供各类物资决策数据。

6) 实现库区、库存物资的可视化管理及仓储作业的可视化操作。

RFID仓储系统使得企业从大量重复作业中解脱出来, 提高了工作效率, 克服了传统仓储管理的不足, 有效的降低了企业成本。但是目前还有不少问题制约着RFID技术的推广, 如电子标签价格等问题。但是随着科技和经济的发展, 成本的降低, RFID将会有很广阔的发展前景。