RFID辽河油田智能仓库管理系统设计.docx
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RFID辽河油田智能仓库管理系统设计
辽河油田物资公司
RFID智能管理系统设计方案
深圳市航天华拓科技有限公司
1引言
1.1编写目的
借助RFID快速扫描、无障碍阅读等特点，快速、准确地进行数据采集和处理，实现仓库的标准化和高效化运营。
通过现代先进的网络技术，实现入库、出库、库存等仓库管理信息在仓库和企业双方的实时共享。
方便仓库对货物进行入库、出库、盘点、拣货；方便企业了解本公司货物在仓库的情况。
进一步规范仓库管理，仓库管理人员利用RFID技术实现高效的仓库管理，提高仓库管理中入库、出库、盘点的效率及数据准确度，实现仓库进、出、存等数据的实时监控。
1.2业务边界
仓库管理人员通过平台生成监管货物调度计划，安排相关操作人员进行货物的进、出、转、存；生成盘点表，由具体操作人员负责对库区的货物进行盘点，盘点结束后生成库存/盘点异常表。
仓库日常操作人员可通过平台预定货物调度计划表和盘点计划表，通过手持设备或车载终端对需要进行检测的货物进行操作（此类针对有RFID标签情况操作），通过手持设备或车载终端上的智能客户端将检测结果反馈到平台数据库中。
RFID智能仓库管理系统的业务边界为货物进入仓库及出库前货物的进、出、转、存等日常操作及操作产生的费用计算、仓库基础资料设置、操作人员系统权限设置。
1.3定义
RFID:
RadioFrequencyIdentification，射频识别，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术，从20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟。
RFID系统主要由电子标签、天线、阅读器三部分组成。
与目前广泛使用的自动识别技术如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，射频识别技术具有可长距离非接触进行识别、无磨损、使用年限长、可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签、安全性高等优点。
2项目概述
2.1业务流程
2.2功能模块
2.3系统架构
仓库管理系统设计采用如下三层架构：
第一层是采集：
主要是通过射频识别设备以及其它自动识别设备采集数据，包括库位标签、货物标签、无线数据终端、自动导引车等；
第二层是移动：
即通过无线通信技术，把采集来的数据传递到中央数据库，包括无线接入设备和相关的网络设备。
第三层是管理：
对采集的数据进行管理，包括数据库服务器、网络服务器等设备和仓库管理系统软件。
2.4业务架构
1、货物运抵到进口仓库，由理货公司根据提运单理货，在货物上贴标签，用手持终端理货确认。
2、仓库司机将货物用叉车运到仓库，仓库门前RFID门禁探测器扫描货物信息，库管根据进库货物扫描信息确认货物进库，并指定货物的货位。
3、库管用手持终端进行货物盘点、拣货，保证仓库管理中入库、出库、盘点的效率及数据准确度，实现仓库进出存数据的实时监控。
4、司机将货物用叉车运出仓库，仓库门前RFID门禁探测器扫描货物信息，库管根据出库货物扫描信息确认货物出库。
2.5网络柘扑
2.6系统特点
•基于RFID技术的可视化管理的数字化仓库示意图如下：
采用有源货位标签，标签上的LED屏幕显示可显示货位编号、货物资料及数量
参照国外先进的仓库管理系统，在系统中使用RFID识别技术，库位和货物的识别标签化，使仓库货物的进库、出库、装车、库存盘点、货物的库位调整、现场库位商品查询等数据实现实时双向传送，做到快速、准确、无纸化，大大提高效率、将人为的出错率降到最低，从而降低仓储的成本费用。
系统主要工作流程如下图：
一、利用电子标签的瞬间读取大量标签的特性可以实现：
（1）读取物资信息时不需要单个扫描。
（2）实现物资快速批量入库、快速批量出库。
（3）系统根据出入口的天线读出的出入库物资数量，自动统计库存量，并自动生成出入库报表。
（4）在读取数据的同时自动统计物资的信息，从而实现物资的自动盘点功能，实时向上级机关上传出入库及库存量信息。
二、利用标签的远距离读取的特性可以实现：
（1）在不拆卸包装箱、不打开包裹的非可视状态下能批量识读物资信息。
（2）在盘点、分拣、分发物资时可利用手持终端远距离读取物资信息。
（3）读取信息的准确率高，减少人工操作的失误。
节省人力物力，把有限的人力资源充分的运用到各个更需要的环节。
三、利用标签内部的存储器的特性可以实现：
（1）在物资入库前可以在标签内记录物资准备存入的货位，把货物存放位置的信息也记录在标签内。
这样就可以实现物资的自动上架、快速定位、查找。
使仓库管理实现机械自动化、信息化、精确化。
（2）可以方便的存入物资的基本信息，整个物资从出库以后到分发给用户的过程都可以用手持读写器读取物资内容，方便管理，并可实现在没有联网的情况下也能读取箱子里的物资，使系统平稳过度到整个后勤保障信息化系统。
四、利用标签里的信息可以加密的特性可以实现：
写入标签的信息可以进行加密，并进行权限管理，没有相应权限的人、没有相应解密装置的读取器不能读标签里的信息。
防止物资的信息被盗取。
2.7投资效益分析
仓库入库、出库免去逐件扫描的繁冗工作，速度得到大规模的提升。
货位上的条码标签在仓库里目视困难，叉车手容易放错货位。
通过叉车上的无线PC及阅读器能保证上架的目标货位正确。
叉车通过无线PC与主机交互，可以实时掌握每台叉车的位置及状态，叉车调度可以更灵活，叉车的利用率可以最大化。
叉车手通过无线PC接收出入库指令及最短路径导引，可以更快更准确将货物上架、出库拣货，可以缩短叉车手在仓库的工作时间。
当因各种原因不能将货物放到目标货位上，叉车手可以将货物放到其它货位，通过阅读货位标签关联及无线PC与主机交互，保证库存信息的实时准确性。
避免不能放到目标货位时原来的烦琐流程，而且因叉车手工作繁忙，没记录不放目标货位的情况，造成库存不准确，可能导至出货错误的重大损失！
当货物存放货物并不是由系统指定，而是由叉车车决定货物的存储货位时，通过RFID叉车可以将实时存储信息提交到主机系统，相对传统方案的手工记录而后录入电脑的方案，库存的实时性和准确性有很大的提高，效率也得到很大提升。
传统仓库的盘点，需要近距离每箱货物来进行扫描。
利用RFID技术，将大大的简化上述程序。
盘点的结果可以通过无线网络传送到系统进行记录，免去了手工录入的工作。
2.8关键设备
（1）主控系统。
包括主控计算机、网络控制器、出/入库门的识读器及相应的识别天线、无线网络连接器、货位导航指示器等。
主控计算机连接网络控制器，通过数据线与无线网络连接器、出/入库门的识读器及识别天线和货位导航指示器进行连接。
（2）车载单元。
包括车载控制计算机、显示器、无线网络连接器、识读器及识别天线、加装电子标签的标准托盘、写有货车识别电子码的车载电子标签等。
车载单元通过无线网络连接器与主控系统进行连接。
（3）手持单元。
包括集成移动手持设备、写有手持设备识别电子码的手持电子标签。
手持单元通过无线网络访问主控计算机。
（4）仓库设施。
仓库内将被划分为具有相应识别电子码的不同货位，其中包括所处仓库、货区、货架及每个独立货品存放区。
管理人员将货位电子码写入货位识别电子标签，并将货位识别电子标签封装在相对应的货位的导航指示器中。
整个仓库内及各库门附近都将由无限局域网覆盖，以实现信息共享。
设备名称
图片
用途
性能
价格
货位标签
贴在货位上，用于标识货位，需要有防金属功能
托盘标签
记录托盘的货品信息，因需经货仓门，读取距离应该在3米-10米
915MHZ
通道位置标签
用于定位叉车位置，及导引叉车
货仓门
带阅读器及平板电脑的叉车
RFID标签类型样例
钥匙扣-透明卡带孔圆卡抗金属标签纸状标签
3入仓管理
3.1引言
货物在入仓前的贴标区贴好RFID标签后，利用PDA扫描货物，或将货物拉过安装固定式阅读器的货仓门，经扫描后形成入仓单，将此入仓单汇总后与从申报系统获取的进区清单进行自动核对，如果一致则增加仓库库存，有差异则进行人工核查。
3.2加工
一、手持机入库流程
1、入库准备。
主控系统将根据货品属性信息自动派生出对应每个单件货品的电子码（或是使用每个货品的EPC编码），将其写入电子标签的芯片内并为每个将要入库的货品指定相应的货位。
2、激活手持机入库功能，输入入库的进区清单编号，同时读取需入库的货物RFID电子标签。
3、读取完毕，保存并发送数据到服务器
4、服务器接收检测数据有效性后保存到库存单据标签明细表，并自动生成库存主表及库存明细表。
5、与从申报系统获取的清单进行自动核对
6、审核单据并打印入库单据
二、利用车载设备及货架LED操作灯批示入库及上架流程
1、入库准备。
主控系统将根据货品属性信息自动派生出对应每个单件货品的电子码（或是使用每个货品的EPC编码），将其写入电子标签的芯片内并为每个将要入库的货品指定相应的货位。
2、入库单下达。
入库单以电子版送达到主控计算机中，主控计算机根据货车使用情况，为入库单指定服务货车，并将货车的识别电子码注明在入库单中，同时将入库单下达给仓库管理员。
3、入库进入。
仓库管理员接到入库单后，将全部入库货品放置在指定的货车上;驶至装有识读器的入库门时，主控系统通过获取货车识别电子码核查入库单的权限，核查无误后，自动获取到货车所载的全部货品的电子码;核对车载货物是否与入库单相符合，核对无误后根据在系统中预先设定好的货品存储位置，通过无线网络将入库核准指令和入库货品码放货位明细表传送给车载单元的控制计算机，并同时开启在各个指定货位上的导航指示灯。
4、入库上架。
仓库管理员通过分散在各独立货位的导航指示灯，并结合车载显示器中的入库货品码放货位明细表，确定货品上架线路;在此过程中，车载识别天线不停地识别各个货架的货位导航指示器，到达指定货位时提示仓库管理员停车，并准备货品上架，显示屏将显示此货位将上架的货品详细清单;仓库管理员根据显示的货品上架详细信息执行上架后，主控系统自动更新库存货品记录，并关闭对应的货位导航指示灯。
5、入库结束。
全部入库货品上架后，仓库管理员将空载货车驶至出库门;主控系统通过获取货车识别电子码检测货品是否全部上架，并检查货车是否空载，核查无误后授权出库，并完成相应的记录。
6、与从申报系统获取的清单进行自动核对
7、审核单据并打印入库单据
3.3输出
1、入库单据
2、入库单据及核对信息可由集成系统导入到仓库申报系统平台
4．出库管理
4.1引言
出库单和出口清单一一对应，仓库拣货人员根据出口清单备货。
备货后，仓库人员再对备货进行扫描读取进行核对出货信息，打印装箱单、出库单，更改库存数量。
4.2加工
一、手持机出库流程
1、激活手持机出库管理功能，输入出口清单编号，获取清单信息到本地
2、仓管员通过手持机进行拣货
3、拣货完成后，再全部扫描备好的货，生成库存单据标签明细并保存发送到服务器
4、服务器接收检测数据有效性后保存到库存单据标签明细表，并自动生成库存主表及库存明细表。
5、更新库存表，如果当前明细不存在当前仓库或出库数量超过帐面库存，根据系统参数是否允许负库存，是则提示用户并更新库存，否则提示用户不允许审核通过出库。
6、改写出口清单为已出库，及写入实际出库数量
7、审核单据并打印配送出库单据，审核打印后不允许再修改
二、利用车载设备及货架LED操作灯批示入库及上架流程
1、出库单下达。
出库单将以电子版送达到主控计算机中；主控计算机将根据货车使
用情况记录，为此出库单指定服务货车，并将货车的识别电子码注明在出库单中，同时将
出库单下达给仓库管理员。
2、出库进入。
仓库管理员在接到出库单后，将空载货车驶至装有识读器的入库门时，主控系统通过获取货车识别电子码核查出库单的权限，核查无误后将出库核准指令和出库货品码放货位明细表传给车载控制计算机，并在车载显示器中显示给仓库管理员;同时根据出库货品码放货位明细表中的各项货品所在仓库中的货位，开启相应的货位导航指示灯。
3、出库下架。
在库区内，仓库管理员通过分散在各独立货位的导航指示灯，并结合车载显示器中的出库货品码放货位明细表，确定货品下架线路;在此过程中，车载识别天线不停地识别各个货架的货位导航指示器，到达指定货位时提示仓库管理员停车，并准备货品下架，显示器将显示此货位将下架的货品详细清单;仓库管理员将根据显示的货品下架详细信息将货品下架，并执行上载货车的指令;主控计算机将库存货品状态记录更新后，关闭对应货位的导航指示灯。
4、出库结束。
全部出库货品下架后，仓库管理员将满载货车驶至出库门，主控系统通过获取货车识别电子码检测货品是否全部下架;核对此货车所载全部货物是否与出库单内容一致，核查无误后授权出库，完成相应的记录。
5.盘点管理
5．1引言
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阅读器盘点可以迅速将盘点时间降至传统人工盘点时间的20%，且不用开箱翻查，大大降低工作强度。
盘点人员按区域分工，每人持手持式阅读器读取货物RFID标签，阅读器显示产品的型号和数量，盘点人员将其与帐存上数据进行核对，如有不一致，则对货物进行核查。
5.2加工
1、盘点员激活手持机，选择盘点的仓库和库位，只有盘点中状态的仓库才允许选择
2、读取盘点区域内的RFID标签，阅读器显示货物的型号和数量，由PDA自动将读取的数据与获取到本地的帐册数据进行核对，如有不一致，则进行人工核查。
3、盘点可随时保存盘点数据，并将保存的数据发送到服务器
4、服务器汇总手持机客户端发送的数据，过滤掉重复数据，保存到盘点单据标签明细表
5、盘点完毕后，海关可以查询盘点差异表，打印出盘点差异表给相关人员审核
6、审核确认后更改生成库存调整表，仓库状态恢复为正常，审核确认后不可以再修改盘点单
5.3输出
仓库状态、盘点单据可通过数据集成系统导入仓库申报系统
6.铁路系统设计
辽河油田铁运公司项目主要涉及到以下几个方面的需求：
●列车行驶轨道前方的实时监测（包括推进和拖拽两种行进方式）；
●轨道异常情况的提前预警（包括声、光、计算机界面提示等报警方式）；
●全列车辆的实时位置显示；
●内部数据的整合（含车号、车重、位置信息等）。
铁运公司目前有自备内燃机车4辆，货车全部使用国铁，机车均未安装信息系统，机车可以提供电源（参数待定），可以在机车前方适当位置安装永久性天线，货车包括常见的敞车、平车和罐车，均装有铁道部标准的RFID标签。
6.1实时监测部分系统设计
6.1.1实时监测部分系统工作原理
实时监测部分的设备部分包括轨道尽头的固定式监测设备和车载无线监测设备。
其中车载无线监测设备安装在货车车头，人工开机后自动工作，同时通过无线方式传递给后端的视频服务器备份。
固定式监测设备通过磁钢探测列车的到来，打开LED灯具、并给出相应的声、光、信息提示等方式的报警。
车载无线监测设备和固定式监测设备将接收到的列车图像信息通过无线/光纤/以太网线传输到调度室的服务器，服务器上的视频软件接收后进行转换并存储备份。
机车司机采用无线方式访问车载无线监测设备和固定式监测设备。
调度员和机车司机也能够实时观测列车行进的图像信息，机车司机通过手持终端（例如IPAD等类似设备）同时访问固定式监测设备和车载无线监测设备，观测车辆前方图像。
视频服务器可以为多个用户提供现场实时视频监控信息，具体用户数与的视频服务器的硬件配置和网络带宽有关。
6.1.2实时监测部分系统组成
实时监测部分系统的组成及连接关系如下图所示：
图：
系统组成及其连接关系
固定式监测设备的摄像机安装在轨道尽头的轨间位置，磁钢安装在摄像机前方轨道上前70米位置附近，车载无线监测设备安装在货车或机车前方，用于机车司机及调度人员观测轨道信息，视频服务器安装软件，接收设备输出的数据及消息报文。
也可以根据现场的实际情况，在设备与操作人员的办公室有专用光纤连接、可以将视频信息、设备的状态信息和控制信息（串口）直接传送到操作人员办公室的情况下。
视频信息服务器通过视频处理模块连接摄像机，安装运行视频处理软件，接收设备的控制信息，拍摄列车经过时的视频信息，同时该机作为视频服务器向其他远程计算机提供现场实时视频信息服务。
6.1.3实时监测部分处理过程
这部分主要讨论固定式监测设备的处理过程，车载无线监测设备在设备初装时一次配置，以后开机自动工作，这里不作论述。
图：
固定式监测设备的处理过程
6.2列车定位部分系统设计
目前实时定位技术使用的最广泛的是GPS定位技术，该技术应用比较广泛，但也存在精度不高，漂移的问题，并且需要客户端有持续的电源支持，也不能应用于室内环境的定位。
GPS定位方案已经非常成熟，在此不再累述。
针对辽河油田的项目，设计了同样低成本的RFID信标定位方案，具体见下文论述。
6.2.1信标定位技术
信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。
信标分有源信标和无源信标两种，有源信标可以实现车地的双向通信，无源信标类似于非接触式IC卡，在列车经过信标所在位置时，安装在列车上的天线发射的电磁波激励信标工作，并传递绝对位置信息给列车。
轨道交通系统中所使用的信标大部分为无源信标，安装在轨道沿线。
信标的作用是为列车提供精确的绝对位置参考点（也可以提供线路的坡度、弯度等其它信息）。
由于信标提供的位置精度很高，达厘米量级，常用信标作为修正列车实际运行距离的手段。
采用信标定位技术的信息传递是间断的，即当列车从一个信息点获得地面信息后，要到下一个信息点才能更新信息，若其间地面情况发生变化，就无法立即将变化的信息实时传递给列车，因此，信标定位技术往往作为其它定位技术的补充手段。
对于一个线路相对稳定的应用场景，利用信标的方式往往能够发挥其实施方便，精度高的优势，例如地铁或者厂矿企业的自备铁路。
6.2.2RFID定位系统原理及组成
RFID即射频识别，该技术经过几十年的发展已经日趋成熟，目前我国基于RFID技术的车号识别技术已经得到大规模、长时间的应用，RFID技术在运输、生产、计量及结算等方面发挥作用日益显著。
利用RFID标签作为轨旁定位技术中的信标，利用安装在列车上的读写器实时读取标签再传递到服务器进行映射，进而得到列车的实时定位，这样就构建了一个实时定位系统，该系统由RFID标签、RFID读写器、后台服务器3个部分组成。
下面对系统各部分进行一个具体说明：
●RFID标签
安装在轨道上且具有唯一标签ID的RFID标签，车辆电子标签安装于轨道或者运行轨迹的合适位置，安装时注意避免危险区域。
遇到雨雪天气应及时清除，在日常巡检时应注意检查标签是否完好。
●RFID读写器
安装于列车上，能够全天候自动采集安装在轨道上的RFID标签的ID，并通过无线模块（可以选择WIFI、GPRS、WCDMA等方式）传输到后台服务器的管理软件进行处理，该设备主要包括读出装置主机、微波收发天线、无线模块几个部分。
安装时需要保证电源的稳定并避免外部环境可能对设备造成的损坏。
●后台服务器
后台服务器运行管理软件、人机程序及数据库，接收并处理来自读写器的标签ID数据，考虑到无线传输延迟不大，因此可以看作系统近似实时的反映了车辆的实际物理位置。
6.2.3RFID定位系统处理过程
RFID定位系统数据流向如下图所示：
后台服务器
RFID标签
RFID读写器
图：
系统组成示意图
系统基本处理过程如下图所示，预先将安置于轨道的RFID标签ID与其对应的物理位置存储在服务器数据库，安装于车辆的RFID读写器读取到标签ID把它发送到后台服务器，后台服务器运行的管理软件根据标签ID查找服务器数据库，得到当前车辆的物理位置。
图：
系统处理流程
6.2.4系统安装方案
设备安装如下图所示，其中RFID读写器和RFID标签、后台服务器均为独立设备，过车时分别独立工作。
后台服务器
标签
列车方向
列车
RF
ID读写器天线
标签
标签
标签
RF
ID读取器、无线模块
列车方向
图：
设备安装示意图
7．施工条件
1．上述设备安装地点，需为设备提供1000VA、220V单相交流电源，电
2．压变化率小于±5%。
3．施工前应提前与工务部门签定施工协议，以利于安装工作顺利进行。
4．电缆穿越线路、道路等处，规定应穿钢管防护，需准备适量的直径为32mm的钢管。
5．在设备安装地点需提供标准的工作接地和防雷接地装置（接地电阻小于4欧）。
6．读出装置工作环境，可利用铁路边小房做为主机房；若无建房条件可用轨边防护箱代替。
8．实施办法及措施
1．首先安装设备的室外部分。
2．安装设备的室内部分：
机柜、电缆配线、主机、MODEM、通讯线路、电源。
3．室外部分施工（光纤铺设、基建建设）可有使用方施工，乙方负责设备的调试。
4．调试设备：
观察系统工作状态及接车工作状态、测量接收数据范围、核对过车后接收数据的正确性、调整相关参数、设置及调试MODEM，检查MODEM的工作状态，检查数据向上发送情况。
5．服务器软件安装及调试：
设置机，安装、设置接口卡及驱动程序，设置、连接和调试MODEM，运行相应的软件，观察接收数据情况。
6．设置查询终端主机，安装实时监控管理系统软件，调试系统软件的查询、统计、打印等各种功能的实现情况。
9．售后服务承诺
1．为用户相关人员免费提供技术培训；
2．负责现场指导安装调试；
3．设备质保期十二个月；
4．质保期内系统如出现故障，在用户来电后两小时内专家予以答复，如故障仍无法解决，24小时内维修人员到达现场。
5．质保期满后，提供产品终身维护。
10．整体费用明细
仓库硬件
1、劳保仓
仓库自定义40*20M拥有4个货架，每个货架3层，每层有27格
门口用到硬件：
抗低温工控
805S读写器一台
4个天线
4根电缆
仓内用到的标签：
货架抗金属标签
塑料托盘标签
物料纸箱标签
2、1台叉车硬件配置
配置：
抗低温车载工控电脑
叉车读写器
叉车天线
蓄电池套件
辅材
11．二期待实施项目
车辆进出入管理
高新区智能车辆管理系统
自动车辆识别系统
图抓拍子系统
通道门禁子系统
计算机控制子系统
无线网络传输系统
读写器
天线
电子标签
摄像头
视频采集卡
自动道闸
地感线圈道闸
线圈检测器
信号灯
综合统计
时实查询
远程管理
I/O控制
无线发射器
无线接收器
天线
数据库设计
基本表单
1．车辆基本信息表
包括：
ID、车辆所在单位名称、单位联系电话、驾驶员姓名、性别、年龄、证件类型、证件号码、联系电话、驾驶证编号、行驶证编号、车牌号码、是否已缴费及驾驶员照片
2．系统权限表
包括系统管理员权限、系统操作员权限和信息浏览等权限，可以根据需要进行添加。
3．用户角色表
包括用户密码、费用查询等。
4．车辆出入机场记录表
包括车辆进入地点、时间、出机场地点、时间等等
系统工作原理
管理部门根据车辆的基本信息制作电子标签并马上安装在相应的车上。
装上了电子标签的出租车在进入识别天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子标签进行双向数据交换，从电子标签
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