0 引 言

　　现有的配送中心管理系统通过了解、分析仓库的存储状态、能力与局限，使用科学的预测模型、计划原则、操作方法，对物流进行合理的安排调度，其有效的实施势必能够提高配送中心的运作效率。但是现有信息系统的原始数据信息基本上都是靠人工输入的，不仅采集效率低、有一定的延时，而且误差的产生难以完全避免，尤其是一些隐式的错误，势必会影响整个系统的运作效率和准确性。从而造成不能实时地确定仓库、货品的情况，故不能很好地实现物流的管理，实时调度的效果也不明显。要真正地解决这些问题，从根本上提高企业的运作效率，就是要找到管理系统与物理环境之间紧密的信息集成方法和有效的信息监控机制。

　　无线射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)作为一种先进的信息自动实时采集方式，为这些问题提供了一种新颖解决途径。为此本文提出了一种基于RFID的配送中心管理系统，使其可以自动实时、准确详细地获取仓库的运作情况，提高运作效率。

　　1 RFID技术概述

　　RFID，即无线射频识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变的电磁场)，实现非接触的信息传递，并通过所传递的信息来达到目标识别的技术。射频识别技术以其独特的优势，逐渐被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。

　　一个最基本的RFID系统主要由三部分组成。标签(Tag)：由射频耦合元件与芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上(或嵌入物体内部)标识目标对象；天线(Antenna)：发射射频电波，接收标签传递回来的射频信号；阅读器(Reader)：通过天线读取(或写入)标签信息的设备，将射频信号解码，供上层控制计算机查询调取。RFID技术的基本工作原理是：当标签进入天线的工作范围内，就可以接收到阅读器发出的射频信号，内置的射频耦合元件凭借电磁感应产生的感应电流获得能量激活内置芯片，最后将存储在芯片内的编码信息以射频信号的形式发回给阅读器(Passive Tag，无源标签)；也有另外一种类型的芯片带有电源，以主动的方式发送某一频率射频信号(Active Tag，有源标签)。阅读器读取信息并解码后， 供上层控制计算机调取进行有关的数据处理。

　　由此可见，射频识别系统最大的优点就是无线、非接触，不局限于视线的范围，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。故其识别性能比一般的光学系统要好，更是大大优于接触式识别系统。整个识别过程无需人工干预，同时还具有对高速运动物体的识别，以及多标签的同时识别等特点。因此，RFID射频识别技术应用于配送中心的仓库管理上，有着其它技术无可比拟的技术优势和现实意义。

　　2 基于RFID的配送中心管理系统设计

　　针对零售物流行业配送中心普遍存在的资源利用不合理、工作效率不高、货品进出库管理混乱等一些问题，在充分利用RFID射频识别技术独特技术优势的基础上，本文构建了以RFID技术为支撑的配送中心管理信息系统。该系统是在原有配送中心仓库管理系统WMS(Warehouse Management System)的基础上进行开发，是基于RFID技术的较为完整的自动信息收集、实时监控管理的技术方案。

　　2．1 系统架构的设计

　　基于RFID的配送中心管理信息系统主要由三大部分组成，分别是：RFID硬件、控制网络和数据中心 。(如图1所示)其中，RFID硬件部分包括RFID电子标签、置于各个位置的RFID天线和阅读器(包括含有RFID阅读器的无线手持终端)。控制网络主要包括一个覆盖整个配送中心库房区的无线局域网络、路由器等网络相关设备以及RFID系统控制电脑。其主要功能就是汇总、过滤各处阅读器所收集的RFID信息，以供数据中心调用 。数据中心主要用于RFID数据存储和交换，与仓储和配送业务管理、空间管理系统、仓库管理系统的数据集成，以及提供外部访问人口。由于设计方案遵循RFID领域的产品电子代码EPC(ElectroNIc Product CODe)标准 ，所以未来可以进一步进行扩展，与EPC物联网络对接，用于构建基于EPC物联网的EPC信息存储服务器(EPC—IS)，打通供应链的上游与下游的信息共享与数据交换。

图1 系统架构

　　2．2 系统功能设计
　　
　　利用RFID射频识别技术进行改进，关键在于体现RFID识别无需人工干预的特点。系统功能的设计正是充分地考虑到这一要求。

　　2．2．1 叉车动态位置管理
　　
　　叉车是配送中心的主要作业工具，涉及货品上下架、搬运等作业，其作业效率的高低直接影响到配送中心的运行效率。统的叉车上安装有包含两个天线的RFID识别单元及RFID数据预处理单元：置于前端叉头的天线负责检测托盘与货架上货位的标签；底部天线负责检测地面位置及分货区货位标签；车载电脑通过无线局域网络与后台信息系统交换数据。同时在整个仓库通行区的地面上，按1m×1m网格进行划分，在每一个网格线的交点上都铺设有RFID标签，其编码信息与实际所处的仓库位置坐标(x，y)进行关联(如图2所示)。由此在叉车行进过程中，叉车底部的天线能够检测到地面的定位标签，实时获取叉车的实际位置。还可以了解叉车的行走轨迹，利用“叉车平面轨迹与指令轨迹偏差分析、警告系统”模块，能提供优化的行车路线给叉车操作员，或者产生及时的出错警告。

图2 叉车设备天线及RFID标签安装示意图

　　2．2．2 托盘管理 

　　在托盘的适当位置埋藏RFID标签，该标签标识了该托盘的ID。在叉车叉取托盘时，叉车天线就能够读取托盘ID，自动地收集托盘信息，从而有效地管理配送中心的数量庞大的托盘。

　　2．2．3 仓库货位管理

　　与托盘管理相类似，分货区以及仓储区货架上的每一个货位也都采用RFID标签进行标识。(如图2所示)当叉车进入分货区域，或者叉车叉头沿着货架上下移动时，置于叉车上的天线就可以检测到货位上的标签，自动获取该货位的信息，从而实现对分货区平面货位管理和仓储区立体货位管理。

　　2．2．4 RFID控制软件与WMS系统的应用集成

　　上述的三个管理功能需要与原有WMS系统中相关数据和业务的集成，才能发挥RFID系统的最大效果。其中，仓库货位管理和托盘管理在原有的WMS系统中已经有比较完善的模块，只需要在其基础上加入支持RFID系统的接口。而叉车动态位置管理，是采用RFID系统后所新增的功能，故需要完整地开发这一模块并与WMS实现系统集成。

　　2．3 基于RFID的系统业务流程

　　由于采用了RFID技术，新系统的业务流程比传统流程更加简单、高效，所需人工参与的作业也大为减少。下面将通过仓贮过程中最主要的四个业务流程进行说明。

　　2．3．1 货品入库业务

　　一般来说，货品入库业务都必须包含进货单确认、验货、搬运上架、更新货架信息等四个主要环节。传统的管理手段在这四个方面都必须要有人工进行干预监控，尤其在后两个方面，一旦出错往往无法被及时纠正。而基于RFID技术的系统，对流程进行了一定程度的梳理，使后两个环节可以达到自动监控，更新货架信息这个环节更是无需人工参与，保证了信息的实时更新，大大提高了运营、管理的效率，其业务流程如图3所示。

　　① 进货单的确认：库房管理员利用无线手持终端的条码扫描口，录入货品的条形码信息。后台的系统根据条形码信息，返回该批货品的详细信息(货品名称、编码、预计到货数量、堆放规格、生产日期等)作为库房管理员验货的依据。

　　② 验货与分拣：在库房管理员验货完毕之后，在手持终端上输入确认的货品数量。系统依据实际货品数量进行分货计算，即根据该货品堆放规格确定需要多少个托盘，每个托盘放多少货品。搬运分拣工根据系统的分配将货品搬运至不同的托盘上，库房管理员通过手持终端上的RFID阅读器读入托盘标签，将托盘ID与其上的货品进行一对一的关联。

　　③ 库位分配：关联完毕之后，系统将根据关联信息以及货品的属性、货位使用情况等信息进行上架计算，即产生诸如将000003号托盘放入货架上的AB-O01-A-1号位的命令。然后，将该组命令传给库房管理员(使用RFID手持终端)、叉车操作员(使用RFID和车载电脑)等相关人员。

　　④ RFID监控下的货品搬运：当叉车操作员叉取托盘时，根据叉车上RFID天线读取到的信息，系统将立即返回该托盘计划放入的货位信息，以及最优的行车路线供叉车操作员参考，叉车操作员根据这些提示信息进行货品的搬运。如果叉车的实际行车路线与最优路线的偏差超过一定的阈值，车载电脑会据此发出提示信号，提醒操作员修正路线。

　　⑤ RFID监控下的货品上架：上架时叉车上的天线将读取到正在上架的货位标签，系统根据之前确定的库位分配信息来确认托盘(即货品)是否放入正确的货位，如有错误及时发出警告。

　　⑥ 货架库存信息的更新：在正确上架之后，车载电脑提示操作员该作业完成，同时向系统发出确认，系统自动更新数据库确认货品入库。至此货品入库业务流程结束。

图3 货品入库业务流程图

　　2．3．2 货品出库业务

　　货品出库业务是入库业务的逆过程，一般包含出货通知、下架、搬运分拣、更新货架信息等四个主要环节，其业务流程如下：①出库单的下达：系统根据出货通知生成出库单，并根据货品关联信息，产生诸如从货架AB-O01一A-l号货位上取下000003号托盘搬运至分货区的命令，传给库房管理员、叉车操作员等相关人员。②RFID监控下的货品下架与搬运：同入库业务的货品上架、搬运操作相类似，利用RFID系统，检查托盘与货位信息、叉车行车路线，判断是否有错误操作。③货品分拣：搬运分拣工在分货区根据要求将货品拆分、打包、装车。在实际操作中，可能出现托盘上的货品并不是一次性出库的情况，管理员需要利用手持设备重新关联托盘。④ 货架库存信息的更新：在正确出库之后，管理员向系统发出确认，系统自动更新数据库确认货品出库。至此货品出库业务流程结束。

　　2．3．3 库存盘点业务

　　传统的库存盘点作业不仅需要人工的录入，而且盘点报告需要等到所有盘点操作结束、信息汇总之后才能产生，这对需要动态管理、不间断运营的配送中心管理十分不利。利用RFID技术，盘点人员只需携带手持终端进入盘点区，依次将货位与相应托盘(货品)的RFID标签逐一读入，通过无线网络将后台WMS系统的数据库中相应的信息下载下来作为其盘点的依据。盘点完成之后，只需回复一个确认信息，即可产生当前的盘点报告，如有问题即刻就能在现场发现、解决。当所有的盘点作业结束之后，WMS系统再形成一份最终的盘点报告确认库存。

　　2．3．4 补货业务

　　补货是指当货架的底层出现空位时，将高层的货品移入底层货位，以方便日后的货品下架以及库存盘点。其操作实质上是货品出库的下架过程与货品入库的上架过程的有机结合，具体流程可参考货品出、入库的相关步骤。

　　3 系统的研发与实施

　　该管理系统主要是以上海百联集团配送公司作为项目的应用单位，提供配送中心仓库作为原型系统研究与应用场地。

　　3．1 硬件测试阶段

　　该阶段主要对RFID标签、天线以及阅读器进行调研、选型及性能进行测试。标签采用EPC CLASS1 GEN2标准的无源标签，存储容量96位(bit)。根据通用标识符(GID一96)EPC标签数据标准进行定义 ：前8位为标头(Header)，统一使用0x35(十六进制)表示。接下来28位为厂商识别代码(GeneralManager Number)：是由EPC统一分配的企业代码，目前暂时借用VERISIGN公司提供测试的标签代码0xOO24ABD。紧接的24位为对象分类代码(Object Class)：目前在系统中有三种对象需要区分—— 地面定位(Floor ID)、货位标签(Rack ID)和托盘(PMlet ID)，分别以0x000065、0xOO0066和0x000067进行表示。最后36位为序列号(SefiM Number)：其中前8位自行定义为配送中心代码(最大可用数量256)，其余各位段根据定义对象的不同，进行相应的定义(如表1所示)。故当阅读器读到一张标签的数据为0x35，0024ABD，000065，O1，0l，XXXXX时，就可以确认为其是一张贴于01号配送中心0l号库房的XXXXX号地面定位标签。

　　表1 RFID标签最后36位的编码方案

　　由于金属对无线射频信号有一定的屏蔽作用，故不同的天线安装位置、摆放角度对RFID标签的阅读范围影响较大。在系统中要求置于车头的天线在货品上下架时，需要能够同时读到托盘上以及货架上货位的标签；叉车底部的天线也要获得较大的阅读范围，以尽量避免漏读定位标签的问题。为了保证上述要求，就需要进行反复的实地测试，分析对比大量的实验数据，以取得最佳的安装位置。同时，在该阶段还遇到过叉车空间不足，无法安置天线的问题，需要对天线及叉车作一定程度的改装；以及叉车电源(50V)不能直接向阅读器(48V)供电，需要添加变压器等一系列工程上的问题。

　　3．2 软件开发阶段

　　在实际工作过程中，软件的开发阶段与硬件测试阶段是并行实施的。软件方面对于原WMS系统来说，需要新增三个功能：基于RFID的托盘、货位的实时管理；叉车位置的动态管理与查询；以及手持、车载终端相应功能的应用。

　　原WMS系统已经含有对托盘、货位管理的功能模块，故在这方面软件开发的主要任务是开发RFID控制系统，借鉴原WMS系统的相应模块功能的运作方式，进行基于RFID的模块开发。由于在原WMS系统中，对托盘的管理及其他模块对托盘的相关操作均是采用临时分配的虚拟托盘号(VPID)，对实际中的托盘不作区分。而新系统增加了对实际托盘的识别，从而需要添加实际托盘的PID与WMS系统处理过程中的VPID实时动态的映射关系表；对于货位标号的处理，则较为简单，因为RID的编码方案就是根据WMS系统中对货位的编码所确定的，RID各位段的定义直接与货位的编码相对应。

　　在先期的开发过程中，比较大的技术难点是软件与RFID阅读设备的通信调试问题。针对该问题，Cisco公司提供了带有新型面向应用的网络AON(Application-Oriented Networking)功能模块的路由器协助研发。该路由器搭载的是针对RFID阅读器消息的处理而开发的AON模块，集成了常见RFID阅读设备的通信接口。同时与传统路由设备相比较，加装了AON模块的设备能够识别数据包中的协议和数据结构，以实现更高级别的功能。实际上整个对托盘、货位管理的软件功能模块均运行于该路由器AON模块上，无需专门的服务器。该AON模块负责处理所有的RFID事件，进行与托盘与货位相关的分货计算与上架计算，监控业务流程，完全取代WMS系统中的相应功能模块，如图1所示。

　　对于因为采用RFID技术所带来的新功能一叉车位置的动态管理，则充分利用了AON模块实时更新的数据库：叉车天线经过的地面定位标签数据库，托盘、货架关联数据库，以及地面定位标签数据库进行开发。同时还附带叉车实时状态查询以及叉车上下架差错率等简单分析报表功能。

　　手持、车载终端的主要功能是货品、托盘及地面信息的采集器与系统消息的显示器，复杂运算均交由后台处理。以车载终端为例，其功能主要有：将读取的货品、托盘及地面信息传送给路由器的AON模块；根据AON模块传回的消息，进行操作提示、差错警告等的相关显示。

　　3．3 完整系统实施阶段

　　在硬件的叉车设备安装定型之后，于小规模试验区进行地面、货架的标签埋设，及无线局域网的覆盖与控制网络的搭建。配合软件方面的托盘、货位管理模块，进行模拟的入库上架作业，及实现简单的定位功能。该阶段主要工作是对业务流程进行验证，以及测试软件、网络与硬件之间的衔接，及时发现不足，完善软、硬件功能。在小区域试验暴露出来的问题都已基本解决，软件方面的行车路线优化模块的大范围独立测试也已完成之后，进行整个系统的总体测试运行。在采用传统作业的同时，并行展开整套系统的试验运行，以及进行系统应用效果的分析总结，最终形成较为成熟的解决方案。

　　4 实施成果

　　在上海百联配送有限公司仓库现场(6ooo平方米)，开发完成导航实用化系统——仓库内的叉车、托盘动态跟踪系统；开发完成基于上述成果并结合现有的仓库管理信息系统的，基于RFID的配送中心管理信息系统。系统共利用3个无线接人点，实现了6OO0平方米仓库平面的定位、3500个货架货位的识别、2500个货品托盘的定位。其中上述的移动物体对象在仓库操作平面上移动时，跟踪定位精度为1米。

　　基于对市场供给与需求情况的调查、分析、预测，及现场运行测试表明，采用该系统之后配送中心的收发货能力将提高一倍以上。据初步统计，仅在仓库费用方面，一幢6000平方米仓库的建设、管理费用每年就可以减少200万元以上。

　　5 结束语

　　针对目前物流行业中配送中心存在的查找货位信息时间长、仓储操作错误多、工作效率低等各种问题，在充分掌握RFID的技术和设备的基础上研究开发了基于RFID的配送中心自动管理系统。系统通过自动识别RFID电子标签获取配送中心仓库的位置和货位信息、仓库作业等信息，并且与WMS系统实现信息集成，从而达到配送中心的空间管理，全过程货品自动识别与跟踪，以及配送中心中物流操作与WMS系统信息自动实时同步等功能要求。这将大大提高配送中心仓库运作的效率及自动化管理的程度。

　　当然，现阶段的RFID技术还仅仅应用于配送中心仓库的内部，其标签的应用也只达到了托盘级，RFID技术的优势还没有完全展露出来。今后研究重点是，打通供应链的上游与下游，将RFID技术应用推广到货箱级乃至单品级，通过RFID技术实现从生产厂家到零售店完整供应链的信息共享与管理自动化。

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