基于RFID技术的设备库存管理系统项目解决方案V10.docx
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基于RFID技术的设备库存管理系统项目解决方案V10
基于RFID技术的设备库存管理系统
解决方案
湖北华威科智能股份有限公司
二〇一七年四月十四日
标题
基于RFID技术的设备库存管理系统
作者
适用对象
创建日期
2017/4/14
最后更新日期
2017/4/14
版本
分类
设计
密级
秘密
状态
草案
编号
项目名称
基于RFID技术的设备库存管理系统
日期
版本
说明
作者
2017.4.14
v1.0
本文涉及的所有内容的知识产权均属湖北华威科智能股份有限公司所有。
严禁在未得到湖北华威科智能股份有限公司书面授权之前引用本文的任何内容。
本文件只供授权用户参考。
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一．项目背景6
二．方案编制依据6
三．RFID技术介绍6
四．方案设计8
1.现状分析8
2.解决方案概述8
3.系统架构10
4.系统逻辑架构12
5.业务流程规划13
5.1业务整体流程图13
5.2入库业务流程14
5.3盘点业务流程15
5.4出库业务流程16
五．主要功能规划17
1.物资入库管理17
2.物资库内及库间管理17
2.1物资盘点管理17
2.2物资移库内管理17
2.3物资移库间管理18
3.物资出库管理18
4.物资库存管理18
5.物资查找18
6.用户管理19
7.货位管理19
1.基础设施环境建设20
2.RFID设备部署20
2.1物资抗金属标签粘贴：
耗材标签20
2.2物资抗金属标签粘贴：
设备标签21
2.3货架标签布署21
2.4出入库门RFID门禁读写器布署22
2.5仓库内备件柜和放置架平面布局图22
七．项目风险分析24
1.网络故障风险24
2.电力故障风险24
3.操作不当风险24
4.设备故障风险24
5.环境风险24
八．硬件介绍25
1物资柔性抗金属标签25
2货架抗金属标签25
3设备抗金属标签26
4RFID手持机26
5声光报警器27
6仓储门禁读写器28
7门禁天线29
九．预期效果29
十．公司介绍30
一．项目背景
1、仓库条件
在公司仓储条件复杂的情况下，各中心根据自身的设备所有情况，设置仓库，现仅在役中心和维修中心有专门的仓库管理区，具备设置仓库库位的条件，其他中心及部门均无专门的仓库，仅设置有专门的办公室作为仓储存放地管理。
2、人员配置
各中心/分公司除在役中心、维修中心设有专门的设备管理人员外，在役中心目前设备管理人员有3名专职人员，及3名兼职人员；维修中心目前设备管理人员有2名专职人员，及2名兼职人员，其他中心/部门均为人员兼职管理。
3、设备种类及价值
由于各生产科研中心涉及的业务区别较大，关联性较小，使得公司设备耗材的特性为量小品种多。
公司所有的生产科研设备物资目前分为两类管理模式，一类为设备、一类为耗材；设备一对一管理，每台设备都有各自的设备卡片，可录入相关详细信息；耗材按批次管理，支队出入库的数量变化进行管理。
4、软件支持
目前使用的设备库存管理系统为公司内部基于EXCEL平台开发的ERP。
由于是自主开发，因此流程设计上完全按照现有管理模式设计，系统功能尚不完善。
二．方案编制依据
客户现场沟通调研以及相关的图文资料
三．RFID技术介绍
RFID（RadioFrequencyIdentification，即射频识别）技术是一种非接触式的自动识别技术，采用电子标签对目标对象进行标识，利用识别设备以射频无线通讯的方式与电子标签进行信息交换，自动识别目标对象并获取相关数据。
RFID技术具有非接触式、抗污染和恶劣环境、远距离、快速、自动多目标识别等突出优势，已经在仓储、物流供应链管理、生产管理与控制、物资管理等领域大量应用并取得了显著效果，是物联网领域实现物资识别、追踪和管理的关键技术。
最基本的RFID系统包含斜坡标签（Tag）、读写器（Reader）、和计算机系统（Computer）三部分组成。
电子标签可以根据物资的特征设计成各种样式，贴装在被识别物资上；识别设备有固定安装式或便携移动式，可根据时机需要选择。
标签（Tag）：
由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上识别目标对象；标签具有智能学些和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是有阅读器发出的脉冲提供。
读写器（Reader）：
主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。
是读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；读写器可将计算机的读写命令传送到电子标签，再将从计算机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到计算机。
计算机系统（Computer）在视频识别系统中，计算机通信网络通常用于对数据进行管理，完成通信传输功能。
读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能。
将RFID技术应用于此方案，有着以下优点：
1、非接触式远距离数据采集。
超高频RFID频段在902-928MHZ，波长大概为30cm左右，所以无线信号传输距离最远可以达到10米左右的距离。
低频的读卡器的一般工作频率从120KHz到134KHz，该频段的波长大约为2500m，感应距离通常在0-10cm高频工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m，感应距离也通常在0-10cm。
所以采用超高频RFID技术，当设备物资上安装超高频无源电子标签后，很容易被门口的RFID读写器及手持终端采集到。
2、快速扫描，且一次性数据处理量大。
RFID感应器读取一张电子标签的时间大概是1ms，即电缆进入到UHF手持终端感应器信号覆盖范围的瞬间，信息就被采集完成，如一些读写器可以每秒读取200个标签的数据，这比传统扫描方式要快超过100倍。
3、标签信息容量大，使用寿命长，可重复使用。
和传统的条形码、磁卡等数据存储介质相比，RFID标签可存储的数据量大大增加，可达1K甚至更大的容量；标签的内容可以反复被擦写，而不会损害标签的功能，从而可实现标签的重复使用。
4、安全性高。
标签的数据存取具有密码保护，识别码独一无二，无法仿造，这种高度安全性的保护措施使得标签上的数据不易被伪造和篡改。
5、抗污染性能强和耐久性，传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。
此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。
6、体积小型化、形状多样化，RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。
此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，针对不同的要求，都可以选择或者设计出合适的电子标签。
7、可重复使用，现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。
8、穿透性和无屏障阅读，在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。
而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。
其原理系统如下图所示：
图3-1RFID概念示意图
采用RFID技术对公司设备物资进行自动化的识别管理，将有效提升设备出、入库效率，自动形成实施准确的仓储信息账务报告，实现方便快捷的物资领用和盘点，减轻管理人员的工作压力，保证仓储管理各环节信息的实时、准确、高效、清晰，适应公司的设备管理水平提升对仓储管理的要求。
四．方案设计
1.现状分析
现仓库管理存在的问题：
（1）、管理分散，管理人员少
仓储环境分散，无法实现集中管理，统计管理，且专职人员较少，管理粗放化；
（2）、手动录入效率低
条形码贴标模式，需手动修改并打印标签，很容易造成漏贴或损坏掉落等问题；
（3）、无法实现全面盘点
由于仓储条件、标签管理不规范、技术手段不匹配等原因，对盘点清查增加难度，无法实现全盘清点；
（4）、现场设备调度困难
多数设备处于在用状态，由于系统数据更新不及时、多现场同时作业等情况，使现场设备的及时调度增加了难度。
2.解决方案概述
RFID技术是物联网中物资追踪管理的关键技术。
采用RFID技术对设备仓储物资进行管理，是最为成熟有效的技术手段，基本方案思路如下：
在需要被管理的物资上安装RFID电子标签，对物资进行电子标识；在库房的层架上安装架位电子标签，在设备上安装电子标签，实现对物资存放架位、设备的电子标识；在库房门口设置RFID自动识别装置，对出、入库房的物资进行自动识别；为库房管理人员配备便携式RFID识别设备，在物资入库过程中识别存放的架位、设备，并与入库物资的信息进行关联，准确管理库内物资的存放位置；设计相应的仓储管理信息系统，接收RFID设备工作过程中采集的信息并按照响应的业务流程要求进行处理，自动形成实时准确的库存台账信息和入库、领用流水；在库房门口设置LED屏，对出、入库的物资信息进行实时提示。
盘点时，库管人员采用手持机对设备和物资进行扫描，自动提示系统应有物资、实有物资及账务差异。
如有必要，还可设置视频监控设备，与RFID设备相结合，对物资的出入库过程进行视频记录。
采用RFID技术实现仓储管理过程中各个环节物资信息的高效、自动采集，不需要人工介入，在节省大量人力的同时极大的提高了工作效率。
通过进一步的系统流程优化，科技极大程度的方便物资的领用，充分满足作业状态下的快速物资获取需求和有序化管理的要求。
鉴于客户目前已经有一套正在运行的ERP系统，为了不影响现有ERP系统的正常运行，我方建议重建一套新的RFID出入库管理系统，系统字段及格式参照现有ERP系统的模板，新的RFID系统形成的数据一方面做备份，另一方面按照原有ERP数据库格式实时上传到原有ERP系统。
待整套系统运转稳定之后，逐步替换原有ERP系统。
3.系统架构
图4-2系统体系架构图
系统从下到上划分为四个层次，分别是标签部署层、采集及交互层、RFID数据服务层、系统应用层：
标签部署层：
针对在管物资实行“物至于架”的1：
1绑定管理模式，对货架、设备以及耗材进行标签部署工作，并写入对应信息，后台数据库予以记录。
数据采集层：
含各种现场数据采集和用户交互设备，包括RFID手持机、RFID门禁读写器等。
主要提供用户操作指引，现场数据采集、数据录入等。
为系统提供实时的现场数据采集和交互操作指引。
RFID中间件：
对系统中的RFID设备及相关设备进行管理，采集数据的收集、缓存、过滤，控制指令及相关数据的收集、分发等，提供应用互交窗口。
数据服务层以系统软件服务的方式运行在系统服务器，提供对用户应用层及数据采集交互层的RFID数据及相关控制指令的数据服务。
系统应用层：
提供给设备物资调度管理中心、远程管理中心的用户管理交互界面，同时提供报表及数据查询服务，电子看板等服务。
管理中心对出库任务单、转仓任务单、移库任务单、盘点计划的制定、管理控制、数据监控等均通过系统应用层提供。
总体系统由业务管理软件、RFID标签发行子系统和RFID标签识别采集子系统等组成，这几个子系统互相联系，共同完成设备物资管理的各个流程。
后台仓储数据库管理系统是整个系统的核心，RFID识别采集是实现管理功能的基础和手段。
后台管理系统由中心数据服务器和管理终端组成，是系统的数据中心，负责与手持机通讯，将手持机上传的数据转换并插入到后台设备物资管理系统的数据库中，对标签管理信息、发行标签和采集的标签信息集中进行储存和处理。
4.系统逻辑架构
图4-1RFID设备库存管理系统总体结构图
在硬件接口层，使用手持机、RFID门禁读写器，建立RFID中间件，功能嵌入物资管理系统，系统含货物出库管理、入库管理、移库管理、盘点管理、货架管理、设备管理、耗材管理物资查询与报表打印等功能，最终数据需与上层综合管理系统进行对接。
5.业务流程规划
5.1业务整体流程图
图4-3系统业务整体流程图
5.2入库业务流程
图4-4物资入库业务流程图
仓管人员提交物资入库申请后，系统根据物资种类为其分配至指定存放位置，仓管人员将物资标签写入信息、完成粘贴并依照系统要求存放，存放于货架后使用手持机对货架标签进行关联，并由系统判断入库位置是否按照要求完成，给予LED屏显提醒，如不是，则需要重新关联。
5.3盘点业务流程
图4-5物资盘点业务流程图
仓管人员依据上级命令选择盘点范围后提交盘点任务申请，系统自动生成盘点任务单，仓管人员持手持机对货架、物资进行盘点，系统对盘点数据进行有效比对，并将盘点相关信息显示于LED屏上，并提醒盘点任务是否完成。
5.4出库业务流程
图4-6物资出库业务流程图
仓管人员接上级命令后，根据任务提交物资出库申请，系统生成出库任务单，并提示物资所在货架位置，仓管人员前往指定位置开箱取出物资，放在推车上并进行RFID门禁识别，系统将对物资出库信息与识别信息进行匹对验证，如验证通过，则完成出库，如验证不通过，门禁将发出声光告警，仓管人员需打开正确的位置取出物资，做二次验证。
五．主要功能规划
1.物资入库管理
仓管人员提交物资入库申请后，经上级审批，系统自动生成入库任务单，并为物资分配有效标签编号与制定存放货架位置，仓管人员领取标签并根据写入标签信息，将标签粘贴在物资上并放入任务单所对应货架位置，随后用手持设备依次识别物资标签信息、物资所在货架层标签信息，系统对入库流程进行验证，如验证通过，则表示入库完成，如验证不通过，则需依照系统提示放入正确军工箱中，重复上述识别流程，直至验证通过。
入库后，系统将根据此次真实入库情况对库存信息进行自动更新。
2.物资库内及库间管理
物资在仓库内的管理包括物资盘点管理和物资移库管理，如下：
2.1物资盘点管理
物资盘点的目的是掌握真实的库存信息，以修正账面库存，达到帐实一致。
盘点传统上是个难点，因其涉及到开箱查货，手工清点，耗费大量人力和时间。
采用RFID手持机盘点可以提高盘点效率，且不用开箱翻查，大大降低工作强度。
根据上级命令指示，仓管人员系统获得盘点任务单，并依照任务要求执行货架盘点、货架验证盘点，仓管人员持手持机识别货架标签，可有效获得当前货架层所存放物资信息，持手持机识别货架标签，可有效获得当前货架所存放物资信息，持手持机识别物资标签可有效获得当前物资信息。
如系仓库物资整体盘点，仅需要识别各货架标签即可，如系物资抽检，则需实地识别验证，例行公事。
2.2物资移库内管理
移库管理是仓库物资管理的主要环节之一，当物资在库内由于管理需求需要移动其存储位置，物资从一个货架移至另一个货架，物资仍然在仓库内，但是其存储位置改变了，就需要采用移库管理。
仓管人员因管理规范需进行物资移库，则向上级提交物资移库申请，上级审批通过后，系统生成移库任务单，并将当前物资所在货架位置与移库货架位置通过LED屏显或系统呈现，仓管人员领取物资，用手持机识别物资标签后，将物资放入指定移库位置，再用手持机识别货架标签，如移库正确，系统将通过LED予以提醒，如移库错误，则予以告警，仓管人员根据正确操作提示重复上述流程，直至移库正确位置。
移库后，系统将根据此次真实移库情况对各个仓库库存信息进行自动更新。
2.3物资移库间管理
此项管理主要针对现场设备的实时调度问题。
现场设备处于不同的状态：
在用、闲置、检维修、封存、报废、处置状态。
当某处现场需要调度一台设备时，通过手持机识别设备上的电子标签或系统查询所需要的该设备的状态，然后调度到某处，并标记修改后的状态。
3.物资出库管理
仓管人员系统上提交物资出库申请，经上级审批通过后，系统将生成物资出库任务单，此时将提示仓管人员当前出库物资所在军工箱位置，仓管人员到库领取物资，并将其放置于出库推车上，此时应确保物资标签朝外放置，以便有利于标签正常识别，免除金属物资干扰，推车移动至RFID门禁读写器时，读写器将对出库物资标签信息进行读取，并与当前执行出库任务单进行数据比对，如无疑问，系统通过LED提示仓库人员可以正常出库，如计划出库物资信息与实际出库物资信息不一致，则发出声光告警，此时仓管人员需认真核对实际出库物资，确认无误后进行二次出库。
出库后，系统将根据此次真实出库情况对库存信息进行自动更新。
4.物资库存管理
物资库存管理可分为实时库存与盘点库存。
实时库存指系统自最近一次入库、出库、移库操作后，依据原库存信息进行自动数据更新后的实时数据，结果为各仓库库存数据，实时库存主要指各仓库库存总计。
盘点库存指仓管人员接收到盘点任务后，通过手持识别货架标签、货架标签信息所转译的物资信息总计所得到的库存数据，盘点库存主要指盘点任务所对应的盘点目标仓库库存总计。
5.物资查找
提供方便的物资查找功能，以图形化的方式展示物资所在的仓位、数量等信息。
6.用户管理
对有权使用该系统的用户的基本情况数据进行更新、查询等作，实现用户管理功能。
分级管理，分别具有不同的权限；具有分组管理用户的功能。
可以针对用户分配软件模块使用权限。
7.货位管理
对所有货架和货柜进行统一编号管理。
针对货架和货柜各自货位进行详细划分，对物资存储进行精细化管理。
支持对货位大小定义，可支持按指定规则以物资类型、大小规格等属性对物资推荐存放位置，为物资入库、移库提供指导。
六．硬件部署方案设计
1.基础设施环境建设
为确保项目顺利实施，需客户方提前为项目实施做好下述准备：
Ø机房建设
服务器、交换机、UPS等部署。
完全按照通用机房的建设要求，完成服务器、交换机安装、走线、服务器调试及网络调试。
Ø设备安装点电力接入
在仓库的设备安装点，需提供220V供电插座。
Ø设备安装点网络接入
在有线连接处，需要稳定的宽带和可靠的网络技术，保障数据通信流畅。
仓库物资管理作业，需要全仓库覆盖无线AP专网网络，保障手持机和RFID门禁读写器等设备数据通信流畅。
2.RFID设备部署
本系统涉及的环节包括：
物资贴标签、入库、移库、盘点、出库这几个环节。
本系统的部署是，对在管物资安装抗金属柔性标签，仓库出入口安装RFID门禁读写器并布置天线识别范围，货架上安装抗金属货架标签，军工箱安装抗金属军工箱标签，配备无源RFID手持机，通过仓库物资管理系统的处理，将前端读写器识别到的标签与物资进行关联，在物资的出库入库盘点操作过程中，通实现在管物资信息状态的自动实时更新。
2.1物资抗金属标签粘贴：
耗材标签
物资RFID柔性抗金属标签采用高分子材料封装，背胶固定，有效识别距离在0-5m，使用寿命10年以上，对物资实现1:
1绑定，使用时将标签贴至于物资上。
图6-1物资标签安装方式
2.2物资抗金属标签粘贴：
设备标签
在每一台设备上，安装一个RFID设备抗金属标签。
（根据实际情况，选用不同的抗金属标签）
2.3货架标签布署
在每一层货架上，安装一个RFID货架抗金属标签。
货架标签采用螺丝安装加3M背胶固定于货架上，货架标签信息映射当前层货架所放置物资标签信息。
2.3
2.4出入库门RFID门禁读写器布署
在舱门部署分体式读写器及圆极化天线。
读写器部署在舱门旁墙壁有电源处，天线部署于舱门门口两侧，读写器和天线之间的馈线采用线槽的方式安装。
图6-3仓库出入库RFID门禁读写器安装示意图
2.5仓库内备件柜和放置架平面布局图
仓库内主要放置B12型备件柜10台，可调式放置架8列（仅供参考）
图6-4仓库内备件柜和放置架平面布局示意图
七．项目风险分析
1.网络故障风险
当仓库网络环境出现故障时，RFID门禁读写器和手持机无法连接到主服务器，手持机端系统会启动本地存储，断网续传功能，手持机上的模块涵盖了所有的操作模块，上述物资入库、出库、移库等操作将暂时统一由手持机完成。
待网络恢复后，手持机可自动将数据传至物资管理系统服务器端。
2.电力故障风险
由于非人为因素照成仓库短期停电等故障时，由手持机操作仓库物资管理模块，可以持续工作8小时以上。
进行所有操作；同时在PC端的仓库物资管理系统都具有手工录入窗口，支持事后补单操作。
停电时也可以采用人工记录数据，电力恢复后增补进系统即可。
3.操作不当风险
由于人工操作不当，照成数据录入的故障或设备损毁等失误，可通过仓库物资管理系统人工录入和修改功能增改。
增改内容和增改人员会被系统记录，对此次增改负责并可追查。
4.设备故障风险
由于部分设备故障，照成系统无法正常运营时，可根据基本的故障排除方法，用备用设备替代故障设备，保障系统的正常运营。
5.环境风险
受空气温度、湿度影响，射频性能会有衰减。
在本项目中，我们选用高性能读写器，结合前期项目实施经验，可以保障用户在使用中不会受干扰。
八．硬件介绍
1物资柔性抗金属标签
型号：
（图示仅供参考，最终样式待确定）
读写距离：
0～5米（实际距离与读写器及天线有关）
产品说明：
✓协议EPCCLASS1Gen2/ISO18000-6C
✓芯片impinjM4等芯片
✓工作频率840—960MHZ
✓存储容量96bit
✓尺寸定制化
✓工作模式可读写
✓存储时间＞10年
✓可擦写次数＞100,000次
材质：
PET背胶3M
2货架抗金属标签
型号：
无源超高频抗金属标签（图示仅供参考，最终样式待确定）
尺寸：
79*20*3mm
读写距离：
0～8米（实际距离与读写器及天线有关）
防护等级：
IP68
工作温度：
-30℃～85℃
环境温度：
-40℃～180℃
频段：
UHF
协议：
ISO18000-6C/EPCClass1Gen2
内存：
96BitsEPC区/512Bits用户区
安装方式：
背胶黏贴、螺栓、铆钉、磁铁
3设备抗金属标签
型号：
抗金属电子标签（图示仅供参考，最终样式待确定）
尺寸：
95*25*3mm
读写距离：
0～8米（实际距离与读写器及天线有关）
基材：
FR-4
防护等级：
IP68
工作温度：
-30℃～85℃
环境温度：
-40℃～180℃
频段：
UHF
协议：
ISO18000-6C/EPCClass1Gen2
内存：
96BitsEPC区/512Bits用户区
重量：
20g
安装方式：
背胶黏贴、螺栓、铆钉、磁铁
4RFID手持机
型号：
安卓超高频手持机（图示仅供参考，最终样式待确定）
处理器MTK6735四核1.3GHz
内存容量1GB
操作系统Android5.1
Wi-FiWLANIEEE802.11b/g/n
4G网络制式TD-LTEFDD-LTE
3G网络制式WCDMATD-SCDMA
2G网络制式GSM
存储4GB（最大存储拓展32GB）
屏幕5"HD1280*720（DPI294）
蓝牙4.0
GPS导航A-GPS技术
SIM卡类型MicroSIM卡
语音支持语音通话
数据传输USB接口,Wifi
通信协议USB2.0
RFID模组UHF（标配）/HF
摄像头800万像素，自动对焦；内置LED闪光灯
条码模组一维（选配）、二维（选配）
供电电池锂聚合物可充电电池7000mAh,3.7
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