RFID定位技术在仓储管理中的应用研究

谢守坤　张仲鹏　李银启

摘要：首先概述了RFID定位的概念和相关技术，然后提出了传统仓储管理存在的问题，并论述了RFID定位技术在现代仓储管理中的应用形式，最后提出了基于RFID定位技术的数字化仓储管理系统，并给出了构建数字化仓储管理系统的具体步骤。

Abstract： First， the concepts and related technologies of the RFID positioning are outlined， then the problems existing in the traditional warehouse management and the application forms of the RFID positioning technology in the modern warehouse management are discussed. Finally， the RFID-based digital warehouse management information system is put forward， and the concrete steps of constructing the digital warehouse management system is given.

關键词： RFID；定位技术；仓储管理

Key words： RFID；the RFID positioning technology；warehouse management

中图分类号：F253.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0097-03

0 引言

随着市场竞争的加剧，企业之间在成本、技术、管理和供应链等多个领域展开了角逐，而对客户需求的有效响应也已成为企业在竞争中获得优势的关键。仓储是物流系统的一个重要环节，连接着企业与客户，在整个供应链中起着承上启下的作用，其对整个物流系统也有至关重要的作用。随着互联网、信息技术的快速发展，射频识别技术（RFID）作为一种新的自动识别技术，已被应用到仓储管理中，而RFID定位技术能对仓储中的物资进行实时准确定位，为构建信息化、可视化和动态化的现代仓储管理系统提供了新的方向。

1 RFID定位技术

1.1 室外和室内定位技术

实时定位系统（RTLS）是一种能实时提供目标位置信息的无线通信系统。传统的室外定位系统主要包括美国的GPS定位系统、欧洲的伽利略（Galileo）定位系统、俄罗斯的格林纳斯（Glonass）定位系统、以及我国的北斗定位系统等，其中美国的GPS定位系统应用最为广泛。如今人们对定位与导航的需求已不再仅仅局限在室外领域，在诸如医院、地下煤矿、停车场、图书馆、仓库等室内场所，同样迫切需要对室内目标进行实时定位。对于室外卫星定位技术，接收机需与卫星进行可视通信，而在室内由于墙壁及各种不确定复杂障碍物的影响，卫星信号非常微弱，其定位可靠性大大降低，已不能满足定位精度要求较高的室内定位需求。目前，室内定位技术主要有红外线定位技术、超声波定位技术、蓝牙定位技术、超宽带定位技术、WiFi定位技术、ZigBee定位技术和RFID定位技术等。RFID定位技术以其低成本、非视距识别和较好的抗干扰能力等优点成为了室内定位的首选技术之一。

1.2 RFID的概念和工作原理

RFID技术是一种利用射频信号自动识别目标信号对象并获取相关信息的技术。[1]RFID技术无需通过物体间建立物理链路来实现相互间的通信，它是根据不同频率信号的特征关系，通过电感耦合或电磁耦合来实现无接触、远距离的信息通信。一般的RFID系统主要由电子标签、读写器、RFID中间件和应用系统软件四部分组成。[2] 电子标签由芯片和天线组成，附着在物体上标识目标对象，具有唯一的电子编码，存储被识别对象的相关信息。电子标签按供电方式可分为有源标签、半有源标签和无源标签。读写器用来读写电子标签的信息，分为手持式和固定式两种。RFID中间件相当于RFID标签和应用程序间的中介，使用RFID中间件提供的应用程序接口，应用程序能连接到RFID读写器，读取RFID标签数据。RFID应用系统是针对具体需求开发的应用软件，它可以有效控制读写器对标签信息进行读写，并进行数据的搜集与处理。RFID应用系统还可以与企业现有的ERP、SAP等系统结合以提高企业作业效率。RFID系统的工作原理是读写器发送一定频率的射频信号，当电子标签在读写器工作区域内感应到射频信号后被激活，并将自身编码等信息发送出去，读写器接收到电子标签的载波信号后进行解调和解码，然后送到后台应用系统进行相关处理。

1.3 RFID定位系统和定位算法

RFID 定位系统通过无线射频信号进行数据交互，并由数个不同位置的射频（RF）信号接收器接收到的信号强度推断出发射出RF信号物体的坐标。[3]定位算法是RFID技术的关键，好的定位算法不仅可以提高RFID定位系统的定位精度，还可大大降低系统的功耗，提高整个定位系统的生命周期。基于RFID的室内定位算法可根据无线电波的传输时间、相位、幅度等参数来确定目标位置，根据这些参数处理方式的不同，可以将RFID定位算法分为基于测距的定位算法和基于非测距的定位算法。[4]基于测距的定位算法有到达角度法（AOA）、到达时间法（TOA）、接收信号强度法（RSSI）等。基于非测距的定位算法有APIT定位算法、DV-Hop定位算法等。现有基于有源RFID室内定位系统往往采用基于信号接收强度指示即RSSI定位方法实现对待定位目标的定位，其中最典型的定位算法是LANDMARC定位算法。LANDMARC定位算法的原理是引入参考标签的概念，在工作范围内设置位置已知的读写器和参考标签，利用参考标签来辅助定位。此外，在RFID室内定位系统中多个标签间的碰撞问题是不可避免的，而防碰撞算法的好坏也直接影响系统的定位性能。

室内的复杂环境、电磁波的干扰和信号的多径效应等使得室内定位技术的研究存在诸多难点。对于RFID室内定位技术，参考标签和读写器的合理布置、各种定位算法和防碰撞算法的混合应用以及RFID本身硬件性能的提升等都使得RFID定位系统性能得以升级，定位精度得以提升。

2 基于RFID定位技术的数字化仓储管理系统

2.1 传统仓储管理存在的问题

仓储是为生产与交易服务的一项物流活动，具有生产性和非生产性。仓储的基本功能包括了物品的进出、库存、分拣、包装、配送及其信息处理等六個方面。仓储的目的是为了满足供应链上下游客户的需求，这些客户可能是上游的生产者、可能是下游的销售商或最终客户，也可能是企业内部。仓储管理就是对仓库及仓库内的物资所进行的管理，是仓储机构为了充分利用其具有的仓储资源，提供高效的仓储服务所进行的计划、组织、控制和协调过程。

传统仓储管理主要存在的问题：①对货物的标识多以手工记录和条形码技术为主，在操作者进行信息统计的过程中效率低且误差大，而错误的库存信息又给企业造成很多不必要的损失；②对货物的定位多为先手工记录或扫描条形码再录入系统保存，不能实现实时定位，且操作中的错误、未及时登记的库位变动等都增加了货物定位的不确定性，使得物品在仓库中的位置和流动难以追踪；③仓库收发货作业复杂，效率低易出错，盘点工作大量依靠人力，条形码识别效率低且易损坏；④库存货物缺乏分类管理，库存量大，且难以实现先进先出。

2.2 仓储管理中基于RFID的货物定位形式

RFID技术在仓储管理中的应用可以实现对仓储物品的智能化、信息化管理，可以实现自动记录货物出入库信息、货物的自动定位和智能仓库盘点等，从而提高仓储管理的工作效率。现代仓储管理中利用RFID技术对货物进行定位一般有以下形式：

①条形码与RFID标签结合使用。条形码在仓储物流中应用已久，其具有成本低、技术简单、操作方便等优点，但其也有易污损、读取效率低、信息存储量小等缺点。RFID标签利用射频感应或耦合进行识别，读写效率高，穿透性强，信息存储量大，但RFID标签相对成本较高，且一旦标签损坏将无法识别。将条形码与RFID标签结合使用可以对这两项技术取长补短加以利用。在托盘上粘贴电子标签，在物品上粘贴条形码，电子标签中存有托盘上所有物品的详细信息，用电子标签的动态信息来管理条形码的静态信息，货品移动的每一个过程都由托盘标签与读写器自动记录处理；

②在货物、标准托盘和仓储库位上粘贴RFID标签。标签中有与目标对应的编码信息，采用EPC系统对目标进行编码管理，即可实现对目标的全球定位管理。托盘上所有物品的信息被捆绑存入托盘电子标签中。在仓库出入库门口和仓库内通道口都装有RFID读写器，叉车上也装有RFID读写器和计算机终端。货物入库时用手持式RFID读写器读取库位电子标签和托盘电子标签并通过无线网络将数据实时上传。在自动化立体仓库中，可以利用巷道堆垛机上的固定式RFID读写器读取货位、托盘和货物的标签信息来进行货物识别和定位管理；

③在货物、托盘或物料周装箱上粘贴RFID标签。在仓库出入口设有RFID读写器，在仓库内按一定间距均匀布置RFID读写器。在叉车上安装RFID读写器和车载电脑，车载电脑通过无线网络与系统主机连接。叉车上也有唯一标记的RFID标签以对叉车进行实时定位，车载电脑可以提示叉车司机当前的作业内容和最佳行驶路径。仓库内均匀布置的RFID读写器形成网络，并根据设定的工作模式周期性发送射频信号并读取识别范围内传回的有用信号，对仓库内所有贴有RFID标签的目标进行实时定位。

RFID技术在仓储管理中的应用已久，2006年4月，日本植山纺织株式会社开始应用超高频电子标签对其成品布料进行标识管理。为了快速满足客户的多样需求，植山纺织的库存多达4000种，共计5万匹，盘点时需15个人花整整2天的时间，但实施了RFID系统后，借助于带有RFID阅读器的盘点小车，只需1个人花2个小时就能全部处理完毕，而且盘点精确度接近100%。布匹出入库时，叉车或门柱上搭载的阅读器或者手持式阅读器读取叉车上装载的托盘和布匹的电子标签，系统自动发行检验与出入库票据。通过应用RFID技术对布匹进行识别、跟踪和定位管理，植山纺织不仅大幅降低了仓储成本，业务流程得到了很大优化，其对客户的响应能力也大大增强。

2.3 数字化仓储管理系统的设计

仓储管理信息系统是物流企业或仓储部门进行货物管理和处理业务的操作系统，是用来管理仓库内部员工、库存、工作时间、订单和设备的软件实施工具。基于RFID定位的数字化仓储管理就是利用现有成熟的计算机网络和RFID识别技术、RFID定位技术对仓库物品的入库、存放、调拨、出库、盘点、检索、发货等环节进行管理，实现仓库货物的自动识别和实时定位，利用信息技术代替实际操作，减少浪费，节约时间和费用，从而实现供应链的无缝对接与整合。

基于RFID定位的数字化仓储管理系统主要由RFID标签、RFID读写器、RFID中间件、仓储管理信息系统、数据库等组成，其系统功能结构图如图1所示。系统采用均匀布置的RFID读写器对贴有RFID标签的目标进行实时定位。仓储管理信息系统的主要功能单元有基本信息管理、入库管理、在库管理、出库管理和定位管理。其中，基本信息管理负责原始信息的录入，以建立起用户和系统所需的完善而强大的资料库，负责整个系统的配置所需的一切资料。定位管理不仅能实现对带有RFID标签的货物进行实时定位，还能对仓库中的叉车、作业人员和移动设备等目标进行实时定位和管理。

仓储业务操作主要由入库、物品进货位、盘点、分拣配货、出库等环节组成。[5] 对基于RFID定位的数字化仓储管理系统的流程设计主要从入库管理、在库管理和出库管理来分析。

入库管理：与主要供应商建立战略合作伙伴关系，并由供应商在其商品上粘贴电子标签。供应商提前共享待入库物资的名称、规格、型号、数量、尺寸及相应RFID编码等信息。仓储部门根据供应商共享的物资信息和仓库的库存情况，合理分配仓储货位并制定最优入库路径，等待入库。入库时仓库入口的固定式RFID读写器自动读取货物标签信息，系统自动核实实物信息与供应商提供的信息是否一致，质检人员对货物的包装进行检验。确认信息无误后，系统通过RFID读写器将货物的货位分配信息写入托盘和货物的电子标签并向叉车发出入库指令。货物入库后，RFID定位系统对货物进行自动定位，将信息上传到数据库自动保存并更新；

在库管理：RFID定位系统会对仓库内所有物资的电子标签进行周期性自动扫描，并将实物的身份信息和定位信息与数据库内的信息进行自动对比，系统可以自动识别和记录货位调整动作，也可以对货位调整作业进行自动核实。当定位系统发现实物库位或数量信息出现异常时会自动报警，提示仓储管理员及时处理。系统能对库存物资进行周期性自动盘点，并自动生成盘点表和盘点盈亏汇总表。在库管理中的物资监控系统能实时监控仓库中货物的信息，当货物的保质期将过或库存量降至阀值时会自动提醒仓库管理员采取相应的措施；

出库管理：客户发出需求信息时，系统自动比对库存信息和需求信息，确认能否满足客户需求，当满足需求时，系统根据需求订单信息对各物资进行定位匹配，确定待出库物资的具体位置和最优出库路径。出库过程中，货物在仓库出口經过相关RFID读写器时，读写器读取出库物资信息，系统自动对比实物信息和客户订单是否一致，确认无误后进行出库。

2.4 构建数字化仓储系统的步骤

将RFID定位技术应用于仓储管理，可快速准确地获得仓库内货物的静态与动态信息，实现仓储管理的可视化与智能化。构建基于RFID定位的数字化仓储管理系统一般有以下步骤：

①分析现有仓储管理系统的问题，采用ABC分类法对仓储物资分类，依据物资分类结果，结合库容量和库存周转率，对仓库内部的分区布局进行规划；[6]

②根据仓储物品的分类结果和业务需求，对仓储硬件设施进行整合配置，提高其利用效率；

③在企业现有的仓储管理系统上引入RFID识别、RFID定位、计算机网络等先进的信息技术，构建基于RFID定位的数字化仓储管理信息系统；

④人员的培训。现代仓储管理要求仓储管理人员不仅具备传统仓储管理方面的专业知识，还要对计算机技术和网络软件技术有一定的掌握和了解。加强员工培训能让员工更好地适应新的仓储作业模式，提高工作效率；

⑤系统试运行，对系统的绩效进行评价并不断改善。

3 总结

RFID技术可以实现供应链的全程跟踪和追溯，基于RFID定位的数字化仓储管理系统保证了仓储物流过程中各个环节数据输入的速度和准确性。通过RFID定位，系统能实现对货品信息的动态化、可视化与智能化管理，确保了企业及时准确地掌握仓库的真实数据，合理保持和控制库存，从而提升企业的竞争力。

参考文献：

[1]韩美林.RFID定位技术和常见算法比较[J].产业与科技论坛，2014（13）：89-91.

[2]贝毅君.RFID技术在物联网中的应用[M].北京：人民邮电出版社，2013：15-21.

[3]范准.室内无源RFID定位技术研究[D].武汉：华中科技大学，2014.

[4]丁圆圆.基于RFID的室内定位技术研究[D].成都：西南交通大学，2014.

[5]王子鸣.基于RFID的数字化仓储系统研究[J].价值工程，2015（11）：42-44.

[6]杨琦.基于RFID的医药仓储管理信息系统设计[J].物流技术，2015（7）：104-107.