《電子技術(shù)應(yīng)用》
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2008北京奥运物流仓库RFID技术规划方案

2009-07-03
作者:张静来1,王 立2

??? 摘 要:就RFID技術(shù)在北京奧運(yùn)物流倉(cāng)庫(kù)中管理應(yīng)用前景進(jìn)行了概述,重點(diǎn)介紹了北京奧運(yùn)物流倉(cāng)庫(kù)中PC工廠的倉(cāng)儲(chǔ)管理流程,及運(yùn)用RFID技術(shù)對(duì)現(xiàn)有管理流程的優(yōu)化和技術(shù)規(guī)劃方案。
??? 關(guān)鍵詞:北京奧運(yùn);物流中心;RFID;規(guī)劃 

??? 近幾年,物流業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。物流業(yè)傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)操作管理系統(tǒng)主要包括:基于PLC的推垛機(jī)集中控制方式、基于有源傳感器布線控制的系統(tǒng)以及采用條形碼來(lái)輔助管理的各類倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。這使我國(guó)物流配送中心普遍存在資源應(yīng)用不合理、工作效率低、貨物進(jìn)出口管理混亂等諸多問(wèn)題。
??? 射頻識(shí)別(RFID)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID技術(shù)出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)之后,自誕生以來(lái),以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制、物流倉(cāng)庫(kù)管理等領(lǐng)域。
??? 基于RFID的智能倉(cāng)庫(kù)信息管理系統(tǒng)相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng),具有系統(tǒng)總體成本低、實(shí)施方便、自動(dòng)化程度高、精準(zhǔn)性能強(qiáng)、應(yīng)用效果明顯等不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
??? 2008北京奧運(yùn)會(huì)基于RFID技術(shù)開(kāi)發(fā)和使用的“智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)”,實(shí)現(xiàn)了對(duì)“PC工廠”倉(cāng)儲(chǔ)管理業(yè)務(wù)中“PC裸機(jī)”、“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊”等“原材料”的收貨、入庫(kù)、堆放、倉(cāng)儲(chǔ)管理、分揀、加工(灌裝、組裝等)、再入庫(kù)、再分揀、出庫(kù)、發(fā)貨等作業(yè)自動(dòng)化與信息透明化。
1 2008北京奧運(yùn)會(huì)智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的解決方案
1.1 解決方案涉及對(duì)象

??? 本方案將“PC工廠”倉(cāng)庫(kù)按業(yè)務(wù)功能的目的劃分為兩大類:
??? (1)原材料管理
??? 其業(yè)務(wù)功能的目的是將需要進(jìn)行加工的“灌裝”、“組裝”的器材、“PC裸機(jī)”、“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊”等作為原材料來(lái)進(jìn)行管理。劃分專門的“原材料”庫(kù)區(qū),結(jié)合采用RFID和條碼技術(shù),對(duì)各種原材料進(jìn)行單品—包裝箱—托盤的定位管理。
??? (2)產(chǎn)成品管理
??? 其業(yè)務(wù)功能是對(duì)經(jīng)過(guò)物流加工得到的產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立的管理。劃分專門的“產(chǎn)成品”庫(kù)區(qū),結(jié)合采用RFID和條碼技術(shù),對(duì)各種產(chǎn)成品進(jìn)行單品—包裝箱—托盤的定位管理。
??? 用于在庫(kù)區(qū)進(jìn)行物品的轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存的載體主要有兩類:
??? ①動(dòng)態(tài)載體:商品包裝箱 → 托盤 → 運(yùn)輸車輛→周轉(zhuǎn)箱(用于各種小型物品的載體);
??? ②靜態(tài)載體:收貨區(qū) → 暫存區(qū) → 平面貨位 → 分揀區(qū) →發(fā)貨區(qū)。
??? 另外,倉(cāng)庫(kù)內(nèi)主要的搬運(yùn)工具有兩種:手動(dòng)叉車和電瓶車。
1.2 本系統(tǒng)的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
??? 采用RFID和條碼兼用手持式數(shù)據(jù)處理終端,識(shí)別商品的動(dòng)態(tài)載體(托盤、包裝箱)與靜態(tài)載體(功能區(qū)域、平面貨位),建立倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所有相關(guān)物體、平面、空間的定位系統(tǒng)。在完成了上述定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,規(guī)范倉(cāng)庫(kù)管理的業(yè)務(wù)模式,建立起“原材料庫(kù)”以及“產(chǎn)成品庫(kù)”的倉(cāng)庫(kù)管理業(yè)務(wù)模型,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的重組。
??? 基于這樣的倉(cāng)庫(kù)管理業(yè)務(wù)模型導(dǎo)入基于RFID技術(shù)的具有物流加工管理功能的WMS。
??? 本項(xiàng)目需要解決的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)以及創(chuàng)新點(diǎn)有:將奧運(yùn)PC工廠內(nèi)部的物流信息徹底透明化,對(duì)PC工廠中物流的操作效率與信息準(zhǔn)確度有實(shí)質(zhì)性的促進(jìn);將奧運(yùn)物流各環(huán)節(jié)中的手工操作以自動(dòng)信息采集技術(shù)代替,降低因人為因素產(chǎn)生的錯(cuò)誤;將原PC工廠內(nèi)部管理與奧運(yùn)物流的其他物流體系聯(lián)接起來(lái),對(duì)于奧組委物流部了解全局物流運(yùn)轉(zhuǎn)情況有推動(dòng)作用。
2 2008北京奧運(yùn)會(huì)智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)方案的業(yè)務(wù)架構(gòu)與信息架構(gòu)
2.1 倉(cāng)庫(kù)管理的整體業(yè)務(wù)架構(gòu)

??? 北京奧運(yùn)會(huì)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍不僅包括實(shí)務(wù)過(guò)程管理也包括信息管理。奧運(yùn)物資的信息分類、加工和存儲(chǔ)都通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),如圖1所示。同時(shí)系統(tǒng)也參與物資上架、碼放、配貨、盤點(diǎn)等物資管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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??? 在上述業(yè)務(wù)基本構(gòu)架中,全部采用托盤管理,主要聚集在以下方面:
??? (1)原材料管理業(yè)務(wù)
??? PC工廠的原材料主要是指技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商提供的沒(méi)有灌裝系統(tǒng)的裸機(jī)及其配件等。原材料管理主要包括收貨、配貨、揀貨、入庫(kù)及盤點(diǎn)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)。表1詳細(xì)說(shuō)明了各關(guān)鍵業(yè)務(wù)的具體操作方法。

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??? (2)成品管理業(yè)務(wù)
??? PC工廠的成品主要是指灌裝操作系統(tǒng)或賽時(shí)系統(tǒng)可以交付場(chǎng)館使用的技術(shù)設(shè)備等。成品管理不僅包括揀貨、發(fā)貨及盤點(diǎn)等關(guān)鍵業(yè)務(wù),還包括了技術(shù)設(shè)備從場(chǎng)館的回收管理等。表2詳細(xì)說(shuō)明了各關(guān)鍵業(yè)務(wù)的具體操作方法。

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??? (3)PC工廠整體管理業(yè)務(wù)
??? PC工廠的核心業(yè)務(wù)流程主要分為原材料收貨、設(shè)備組裝、成品發(fā)貨和成品退貨4個(gè)環(huán)節(jié),共20個(gè)步驟,詳見(jiàn)圖2。

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??? 圖2中20個(gè)步驟可以分為PC工廠手工操作、奧運(yùn)會(huì)原系統(tǒng)操作和本項(xiàng)目WMS系統(tǒng)中的操作。表3詳細(xì)列出了核心業(yè)務(wù)各步驟的操作環(huán)境。從表中可以看出,RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使PC工廠的管理更加科學(xué)和規(guī)范。

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2.2 信息架構(gòu)
??? 作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的RFID信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)的WMS對(duì)接,形成一個(gè)完整的建立在RFID技術(shù)基礎(chǔ)上的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),需要將一部分業(yè)務(wù)信息從傳統(tǒng)WMS中剝離出來(lái),由RFID信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的處理并與傳統(tǒng)的WMS系統(tǒng)進(jìn)行雙向的信息交換。構(gòu)成這樣架構(gòu)的軟件系統(tǒng)主要包括:操作系統(tǒng)(Windows 2003 Server 或Linux)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(Oracle)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)(WMS)、RFID系統(tǒng)、手持終端子系統(tǒng)、車載終端子系統(tǒng)、標(biāo)簽信息預(yù)處理子系統(tǒng)、標(biāo)簽打印子系統(tǒng)、WMS信息接口系統(tǒng)。
3 2008北京奧運(yùn)會(huì)智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)方案的硬件架構(gòu)
??? 采用了RFID技術(shù)之后,原有WMS的硬件架構(gòu)基本不變,需要增加、調(diào)整的設(shè)備器材有:庫(kù)區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(AP、電纜、交換機(jī)等),用于移動(dòng)數(shù)據(jù)終端與WMS的信息交換;固定式RFID讀寫器以及天線(視環(huán)境可選),用于電瓶車改造;手持式RFID讀寫器,替換傳統(tǒng)WMS所需RF讀寫器;RFID標(biāo)簽打印設(shè)備,用于包裝箱上RFID/條碼標(biāo)簽的打印;托盤用RFID標(biāo)簽以及標(biāo)簽安裝Set、Gen2標(biāo)簽;平面貨位用RFID標(biāo)簽以及標(biāo)簽安裝Set、Gen2標(biāo)簽;成品箱上RFID標(biāo)簽以及標(biāo)簽安裝Set、Gen2標(biāo)簽。
4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)施
4.1 需求分析

??? 為滿足對(duì)奧組委物流部PC工廠及IT存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)RFID識(shí)別、掃描及其他靈活移動(dòng)作業(yè)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的要求,需要對(duì)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行有效的WLAN覆蓋,需滿足以下需求:
??? (1)AP分散部署,集中管控,不單獨(dú)配置AP;
??? (2)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大射頻管理,能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)頻段、頻點(diǎn)和發(fā)射功率,減少自身同頻干擾,實(shí)現(xiàn)高效覆蓋;
??? (3)穩(wěn)定可靠的無(wú)線覆蓋,在出現(xiàn)單一故障點(diǎn)可以自動(dòng)愈合恢復(fù);
??? (4)提供AP間的快速平滑無(wú)縫漫游,解決場(chǎng)區(qū)內(nèi)移動(dòng)中的數(shù)據(jù)傳送問(wèn)題;
??? (5)具備安全能力,保證用戶接入、數(shù)據(jù)傳送的安全,保證網(wǎng)絡(luò)自身管理的安全,有效抵御惡意的無(wú)線攻擊和干擾;
??? (6)必須符合IEEE 802.11abg標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過(guò)Wi-Fi認(rèn)證。
4.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃
??? 本方案采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品集中式、可管理架構(gòu)的無(wú)線局域網(wǎng)架構(gòu)解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的部署。解決方案將最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與一種集中架構(gòu)和先進(jìn)功能結(jié)合起來(lái),創(chuàng)建出安全、經(jīng)濟(jì)有效并且極具擴(kuò)展性的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)基礎(chǔ)設(shè)施。
??? 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中采用由一臺(tái)中央無(wú)線控制器控制和管理“瘦”接入點(diǎn)的集中式無(wú)線局域網(wǎng)部署模式。規(guī)劃中的3個(gè)主要構(gòu)件包括1個(gè)多頻點(diǎn)接入點(diǎn)(AP)、無(wú)線控制器(WLC)組合和1套無(wú)線管理軟件系統(tǒng)(WCS)。
??? (1)無(wú)線接入點(diǎn):支持802.11a/b/g多種連接技術(shù),對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密,對(duì)不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)控制和排隊(duì)。同時(shí)支持無(wú)線頻率監(jiān)控管理,包括非法AP的身份識(shí)別和限制,無(wú)線接入點(diǎn)和無(wú)線控制器之間進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的交互。
??? (2)無(wú)線控制器:執(zhí)行多AP的安全控制,包括:安全、聯(lián)網(wǎng)、QoS以及用戶的漫游(Roaming)。無(wú)線控制器對(duì)多個(gè)AP的無(wú)線數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),并對(duì)AP改變無(wú)線頻率和收到攻擊進(jìn)行響應(yīng)。
??? (3)WLAN管理軟件(WCS):是1套全面的WLAN設(shè)計(jì)和管理軟件,幫助用戶確定AP的部署位置、管理和配置所有網(wǎng)絡(luò)中的AP以及實(shí)時(shí)監(jiān)控和匯報(bào)WLAN系統(tǒng)的運(yùn)作情況。 AP的部署位置如圖3所示。

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??? 圖3中括號(hào)內(nèi)數(shù)字為IT存儲(chǔ)區(qū)和PC工廠相對(duì)各自(0,0)所在坐標(biāo)位置,單位為m。這是一個(gè)緊湊型配置,可以在任何1個(gè)甚至2個(gè)AP失效時(shí)仍能通過(guò)控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)臨近AP的功率實(shí)現(xiàn)全覆蓋。
??? AP安裝固定于倉(cāng)庫(kù)頂部管道,采用AP 1242型,對(duì)惡劣的室內(nèi)條件和射頻環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。天線使用雙集全向2.4GHz 2.2dB偶級(jí)天線,直接用絞鏈安裝于AP外接天線端口,該天線水平為全向,垂直附仰角為65°(3dB角),非常適于吊裝覆蓋。
??? 本文所述物流倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)在管理面積不增加、建設(shè)成本相對(duì)降低的前提下,提高了倉(cāng)庫(kù)的轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)能力及貨物管理精度,降低了倉(cāng)庫(kù)管理費(fèi)用。由于自動(dòng)化程度提高,可以減少操作人員數(shù)量,并降低人工操作的復(fù)雜程度。相對(duì)于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)庫(kù),通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施可以達(dá)到比傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)高出1倍以上的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

參考文獻(xiàn)
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