基于RFID在整车智能库位可视化中的应用研究

屈新怀，代 锟，丁必荣，宋文峰

(合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥 230009）

0 引言

随着汽车产业的快速发展，以订单作为生产依据的敏捷物流模式［1］受到了广泛的关注。与此同时，整车仓储作为敏捷物流的一个关键环节，起到直接联系到企业和市场的桥梁作用。在有限整车仓库的资源下，对整车仓库资源进行合理有效的整合利用具有十分重要的理论和实践意义。近年来有专家针对智能库位路径优化和平面布局进行过研究:Tsuiand和 Chang和 TsuiL.Y.＆Chang，C.H.分别建立一个关于仓库站台空间分配问题的一般模型，并提出了基于分枝定界方法的一个解决方案［2］。Greetha和Nair提出模糊算法来寻找空间分配问题中成本最小化的最佳方案［3］。王保敏应用RFID技术对整车仓储管理系统进行研究，提出资源型应用模式［4］。以上研究人员在研究中取得一定的研究成果，但通过归纳分析发现他们还存在以下不足:研究算法比较单一、可移植性较差;研究信息系统建设，缺乏对业务深入研究;业务现场操作较为复杂。因此，针对上述存在问题，提出可视化智能库位管理的概念，重点考虑整车库位的出入库业务流程、整车库位的多层寻址模型和整车仓库可视化管理。

1 整车多层库位物理模型

1.1 整车库位概述

整车库位(Vehicle Storage Areas，VSA）是指将整车仓库分为若干个库区构成，每个库区分若干个库位。所谓库位就是独立和封闭整车的空间。整车库位管理是指按整车库的库位信息记录，在整车入库时将库位编码与产品型号一一对应，出库时能按照库位存放时间可以实现先进先出的管理方式。

在库位管理中，库位编码与库区划分同样有着十分重要的作用，但传统库位编码上很少涉及具体的整车的特征，编码缺乏现实意义，同时库区划分较为随意。首先，文章将仓库的物理布局划分为四个片;其次，在片的基础上根据车型划分为区;再次，在区的基础上划分为频带;再次，将频带划分为库位的最小单元。最后将库区划分与库位编码相结合。例如G0008A12345678表示一辆能够存放高频区域流水号为0008，底盘号为A1234567的整车，见图1。

图1 整车库位编码规则

其中，“片”是根据库位的物理位置所决定;“区”是对片进行一个合理有效的布局;频带根据车辆特性所构成，文章主要针对两种车型库位进行研究，库位尺寸为4m×2m。

1.2 多层次频带划分

聚类分析是一种重要的人类行为，它的目的是把相似的东西归为一类，使得类内具有较大的相似性，而聚类间具有较小的相似性。在整车库位模型当中，具体的思想就是按照出入库时间和频率的不同，把库位聚类成高频区、中频区、低频区和缓冲区四个频带［5］。这也是整车仓储管理当中划分片带的依据。

根据一段时间内，整车出入库历史数据来进行编码，并结合频带思想实现频带的划分，其具体步骤如下。①使用SQL2005的数据挖掘技术对整车出入库相关业务数据进行挖掘;②对入库时间、预出库时间时差进行处理，即 Δt=t出-t入;③利用②中的 Δt，对于历史数据来三个的层处理，即高、中、低频带;④计算得出高、中、低、缓频带的比例;⑤分别用G(高频区）、Z(中频区）、D(低频区）、H(缓冲区）按照④中的比例结果划分当前库存中的各个库位频带。

2 基于RFID整车库位业务研究

2.1 RFID概述

RFID(Radio Frequency Identification）技术作为物理世界与现有系统的桥梁，借助GPRS无线远程传输的功能，可将仓储日常管理活动与整车仓储管理系统有效的整合在一起，从而达到实物信息与系统信息的实时同步一致。目前RFID技术主要应用在整车物流跟踪、整车生产工位点信息采集、整车企业内部生产转序等。

2.2 整车库位业务流程

传统整车业务流程结构单一，出入库工作效率低，和传统整车业务流程如图2a所示，可知入库车辆随意停放，出入库管理难度大，容易造成人为记录错误。为克服上述问题，文章使用RFID技术，对出入库流程进行优化，以使提高整车出入库工作效率，同时使仓库库位信息能够及时反馈到管理信息系统，加快仓库库位动态调整［6］，如图2b所示。

图2 传统入库业务与RFID技术整车入库

3 整车四层寻址模型

3.1 整车寻址模型

根据库位、库区划分，整车路径模式分为四层:第一层为主通道层;第二层为区域层;第三层为区域频率层，第四层为单元格层，通过研究整车库位可视化诱导问题，来实现四层模式寻址。首先从整车出入口出发经过主通道(根据限制条件确定）到区域层;其次，到各区域频率层;最后，到达指定的单元格库位，其寻址流程如图3所示。

图3 整车四层结构寻址模型示意图

3.2 库位诱导概述

库位诱导指通过智能化技术(RFID）探测技术，与分散在多整车库区的车位，实现智能数据传递，实现对各个库区停车库位数据实时发布，引导驾驶员实现便捷停车、取车，解决整车库位面积有限和工作效率低等问题的方法［7］，诱导算法步骤如下:

步骤1:根据驾驶员入库的刷卡信息和车辆信息选择相应的频带区;

步骤2:通过logist概率理论，计算驾驶员选择停车区域的概率;

步骤3:计算出驾驶员在交叉路口的频带库位概率值;

步骤4:分别计算四个方向(前、后、左、右）的概率值;

步骤5:在四个方向的概率值中选择较大者;

步骤6:当只有两个频带区时，算法终止。

3.3 库位诱导目标函数建立

根据上文假设可建立如下目标函数:

Qi为整车i最终入库条件的适应值，Qij为每辆i在确定入库位置j的停放适应值(i=1，2，3…n）n为需要入库的整车数，j=1，2，3…m，m为整车库位数量。

4 多层次可视化应用

可视化(Visualization）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。近年来可视化技术在整车仓储有着较大的应用［8］。

4.1 整车库位可视化层次结构

可视化管理理论是一种适合于各种需求和管理内容的行之有效的方法，特别是在整车库位管理方面应用，可以分成以下四个步骤或层次［9］。

(1）透明层

可视化管理的首层就是透明化，也就是要管理和控制一个系统并继而对其加以改进首要的工作是对该系统本身业务进行剖析。

(2）监控层

在完成对系统的优化和改进工作的基础上，还需要实时的对其发展过程进行监控首先是要确定监控整车关键数据和指标。

(3）主动调控层

外界因素的干扰经常使系统的运行偏离正常的轨道或者偏离管理者预期的目标主动调控层就是要求管理者在问题出现后能在第一时间内发现问题找到原因并迅速提出解决问题的方案使系统的运营恢复到原先的状态。

(4）协作层

任何一个系统都不是独立的它必然和其他许许多多的系统相关联，协作层的工作就是要通过RFID技术加强系统与外界其它因素的协作和配合从而扩展和提高系统自身的能力和运营结果。

4.2 整车业务可视化

根据车辆进入整车库的时间和频率，查询库区各个频带的库位数量。通过汽车入库诱导算法和库位频带划分原则，得到整车入库算法程序和基于RFID整车出入库业务应用。仓库管理员清晰看到驾驶员刷卡后信息和整车图片信息给予核对，方便整车出入库管理工作，如图4所示。

图4 整车业务可视化

4.3 数据信息可视化

根据实际业务量的变化，得到相应的数据展示，能够清楚的认识库位的使用情况，方便管理者根据业务量，及时调整库位的使用。如图5所示。

图5 整车数据信息可视化

5 仿真分析

5.1 描述实例

MATLAB是一套高性能的数值计算和可视化软件，它作为新兴的编辑语言和可视化工具，有着其他语言不可比拟的优势［10］。根据上述理论和整车库位四层寻址模型的使用，将上述模型转化成具体的平面图，如图6所示。图7是圆圈区域的放大效果图。

图6 整车库位效果图

图7 整车库位效果图

5.2 结果分析

根据一段时间内160辆整车出入库同期历史数据相比的研究分析，按照出入库数据划分频带，用MATLAB仿真软件连接SQL2005数据库所得仿真结果如表1和表2所示。

表1 整车出入库四层模型引导算法求解结果

表2 传统整车出入库个库区使用情况结果

分析得出，使用整车四层模型引导算法库位总利用率比传统整车车入库库位利用率提高了16%，库位空闲率大大降低。降低了整车仓储的管理成本并且提高工作效率和安全库存率，整车仓储的风险率得到降低。

6 结束语

利用RFID技术设计整车智能库位，能克服工作效率低、手工劳动量大等困难。依据整车管理业务相关历史数据，通过数据挖掘技术，实现了可视化智能库位管理。运用库位引导理论算法，基于MATLAB仿真软件，实现动态库位可视化管理。从而使库位信息能够在一个周期内及时反馈给相关业务人员，以便对库位进行合理有效管理和做出正确决策。提出的四层次库位可视化管理模式已成功运用于某第三方物流整车库位管理，能够为广大中小企业提供理论指导和实践意义。

［1］刘小群，马士华.支持快速响应的敏捷物流运作技术与方法［J］. 科研管理，2007，2(28）:153-154.

［2］Angus F.C.Errington，Student Member，IEEE，Brian L.F.Daku，Member，IEEE，and Arnfinn F.Prugger Initial Position Estimation UsingRFIDTags:ALeast-Squares Approach ［J］.IEEE Transactions On Instrumention And Measurement，2010，59(11）:2863-2865.

［3］Amy J.C.Trappey，Charles V.Trappey，Chang-Ru Wu Genetic algorithm dynamic performance evaluation for RFID reverse logistic management Expert Systems with Applications［J］.Expert Systems with Applications，2010:7329-7330.

［4］王保敏，梁昌勇.基于RFID的整车物流管理系统研究［D］.合肥:合肥工业大学，2010.

［5］潘耀芳，王轩智.能化立体车库优化车辆存取策略研究［J］. 物流科技，2002，94(25）:51-52.

［6］张芳珍.RFID在汽车整车制造物流中的研究［D］.重庆大学，2010.

［7］王靖，孙涌余.道琴停车诱导系统下中心型路径诱导算法的改进与应用［J］.苏州大学学报(自然科学版），2008，4(24）:37-38.

［8］林华治.基于RFID的供应链可视化管理［J］.浙江工商大学，2009:9-12.

［9］凌云，林华治.RFID在仓储管理系统中的应用［J］.中国管理信息化，2009，3(12）:43-45.

［10］赵书兰.MATLAB图形与动画编程实例教程［M］.北京:化学工业出版社，2009.