基于RFID的废弃电器电子产品拆解管理系统研究

张沙清，杨海东，郭建华

（1.广东工业大学 管理学院，广州 510520；2.广东工业大学 机电工程学院，广州 510006；3.广东技术师范学院 广州 510665）

0 引言

我国是世界上最大的电子信息产品生产制造基地，也是仅次于美国的全球第二大电子信息产品消费市场。电子信息产业的蓬勃发展和电子产品的日新月异在给人们生活带来无限便利和快乐的同时，也带来了迅速增加的电子垃圾，严重威胁生态环境和人类身体健康。另一方面，废弃电器电子产品（以下简称“废品”）又是一座“城市矿山”，完全可以通过科学有效的方法使之变废为宝。

2009年7月、2010年11月环境保护部相继发布了《关于贯彻落实家电以旧换新政策加强废旧家电拆解处理环境管理的指导意见》[1]、《废弃电器电子产品处理企业建立数据信息管理系统及报送信息指南》[2]，一场废弃电器电子产品的“回收处理革命”正在全面展开。

然而，目前多数拆解企业技术和设备水平还比较低下，信息化管理水平与工作效率较低，造成生态环境受到严重威胁和破坏，资源浪费比较严重。另一方面，根据相关规定，国家财政部按照不同“废品”的拆解数量给予拆解企业一定数量的财政补贴，因此各级财政部门与环保部门需要对拆解企业进行监督管理，建立定期核查制度，防止弄虚作假、虚报冒领等行为[3]。由此可见，基于RFID、物联网等先进信息技术构建废弃电器电子产品拆解管理系统，提高废品及其拆解产物（以下简称“产物”）拆解处理整个流程的信息化管理水平和工作效率，提升政府监督管理成效显得尤为迫切与重要。

1 关键业务描述

电视机、电冰箱、洗衣机、空调、计算机等的拆解处理过程大体相同。下面主要以CRT电视机拆为例，对关键业务流程描述如下。

1) 运送废弃CRT电视机的车辆进厂，由司磅员记录车辆的型号与牌照，整车过磅称重；

2) 由搬卸工人卸车，然后进行空车过磅称重，从而可计算出废品的净重。空车称重之后，车辆可驶出厂区；

3) 由搬卸工人对卸下来的电视机按照型号（以屏幕尺寸衡量：19寸、21寸、25寸等）进行分类，将不同分类的电视机分别装卸到特制的铁笼中（国家环保部规定的要求）；

4) 利用叉车逐一将装载电视机的铁笼运输到电子过磅处，进行过磅称重，并打印磅单单据（装入一个塑料袋中）挂附在铁笼上；

5) 由叉车将装载电视机的铁笼运输到仓库指定存放区域(废品入库)；

(6) 由叉车将铁笼运输到拆解生产线进行拆解（废品出库），拆解工作由人工配合拆解设备完成；

7) 拆解产物有的可以直接称重入库（如偏转线圈），有的需要则需要进行破碎处理（如塑料）；

8) 将拆解、破碎产物（材料、零部件）出库，外销给一般客户进行再利用，将拆解、破碎产物中的危险或者有毒产物交付给有相应资质的企业（客户）进行处理。

2 系统设计与实现

2.1 功能模块设计

从废品拆解的需求与业务流程出发，并考虑相应的扩展功能及其灵活性，将系统分为9大功能模块，如图1所示。

2.1.1 基础数据管理

对支撑系统运行的基础数据进行管理，包括废品基本信息、废品来源类型、废品拆解BOM、产物基本信息、产物出库去向信息、厂区信息（包括仓库、车间、生产线、工位等）、设备信息（包括拆解与破碎设备、RFID设备、电子秤等）、部门信息、岗位信息、员工信息、供应商信息、客户信息等。

2.1.2 员工出勤管理

员工出勤管理是指对每天的不同时间段内员工工作的工位信息进行管理，主要目的是计算和统计员工的工作量。对拆解线上的工人而言，通过在相应工位刷RFID卡自动记录或者管理人员手工录入出勤信息；对于仓库管理人员和司磅员而言，登录到系统后点击录入工位出勤信息。

2.1.3 废品库管理

1) 废品入库

运输废品的车辆进厂之后，对整车进行过磅称重（当废品卸车后，再对空车进行称重），并由司磅员记录运输车辆型号以及牌照、废品子类（如电视机、电冰箱等）、重量（总重、皮重）、数量、单价、金额、过磅日期、时间、供应商名称等信息。根据废品入库信息，自动记录废品当前时间的库存信息。

2) 废品分类装笼

搬卸人员将运输车辆上的废品按不同子类和规格搬卸到不同的、具有特定编号的铁笼之中，并分别过磅称重，并将废品名称（如CRT黑白电视机）、规格（如19寸）、铁笼编号、重量（总重、皮重）、数量、过磅时间等信息自动记录到安装在收铁笼上的RFID标签中。

3) 废品出库（待上线拆解）

由叉车将铁笼运输到某条拆解线的备货区，等待上线拆解，通过部署在拆解备货区的RFID读写器，自动读取铁笼上RFID标签中的信息。同时，登记废品出库信息，并更新废品库存信息。

4) 废品盘存管理

由于遗漏、错误记录等原因，造成仓库废品实际数量与系统库存记录数量不一致，需要根据实际情况对库存记录数据进行修正。

2.1.4 拆解信息管理

图1 系统功能模块

主要是对班组每日拆解废品信息，班组每日拆解产物信息，工人每日拆解废品信息进行管理。分为“班组”和“个人”两种方式对废品进行拆解和记录。前者是指，以“班组”为一个拆解单元，对某个铁笼中的所有废品进行拆解，则“班组”拆解废品数量可自动记录，而班组内每个员工的拆解计件数量则需要手工录入；后者是指，以“个人”为一个拆解单元，对某个铁笼中的所有废品进行拆解，故每个员工的拆解计件数量则可以自动记录（即直接读取铁笼RFID信息和工人RFID工卡信息）。拆解完成之后需要对每天得到的各类拆解产物进行称重，并自动记录称重的重量。

2.1.5 产物库管理

1) 产物出入库

对产物（通常用塑料编织袋或者塑料框进行装载，并采用条码进行标识，条码由RFID标签转化而来）进行称重，由仓库管理员然后进行出、入库登记，并更新产物的库存记录。

2) 产物盘存

由于遗漏、错误记录等原因，造成仓库拆解产物实际数量与系统库存记录数量不一致，需要根据实际情况对库存记录数据进行修正。

2.1.6 设备运行管理

1）主要设备用电管理

对拆解、破碎等过程中主要设备的用电情况进行管理，其主要目的包括：(1)为生产管理者了解拆解情况提供数据支持；(2)从用电角度为政府相关职能监管部门监控废品与拆解产物数量提供一定帮助。

2) 主要设备故障与维修管理

对拆解、破碎等设备故障原因与维修管理、上报管理（当设备不同正常运转1小时以上，或者重大设备改造时需要上报当地环保部门）。

3) 拆解过程视频监控管理

将视频监控系统集成到信息系统中，实现企业管理者与政府相关监管机构对拆解过程中物流转移的情况，货物过磅的读数，设备、人员的工作状态等进行实时监控与监管，及时预防、发现、处理拆解过程中出现的违规和异常情况、突发事件等。视频监控系统的主要功能包括：生产视频监控功能、录像功能、报警联动功能等。

2.1.7 文件管理

对废品回收、拆解、破碎、出入库、销售等业务流程中涉及的各种文件（内容涉及企业资质、工艺与工序、合同、规章制度、环保法规等，形式可能为文本、图表和图形等）进行管理。

2.1.8 统计分析

按照环保部相关要求，对废品及其产物回收、拆解、破碎、出入库、销售、特殊处理等相关信息进行统计、分析并生成相关报表，并从物流（如废品及其产物的重量或数量）、信息流（如视频监控）、资金流（如回收废品的成本、产物销售的收益）等多个角度对废品拆解处理情况进行比对分析，从而为企业中、高层管理人员进行决策以及政府相关部门进行监管提供数据支持。

图2 系统技术架构图

2.1.9 系统权限管理

基于RBAC方法，按照角色、用户、功能、数据实现权限管理，以功能和数据组合作为权限单元，系统管理员可以将权限单元赋予相应的角色，再给用户赋予角色，来实现对功能和数据的访问控制，保障系统安全运行。

2.2 技术架构设计

系统采用J2EE平台作为基础开发和集成平台，在技术上采用基于B/S模式的多层技术架构，并采用基于组件的设计思想支持系统的可扩展性。系统的技术架构如图2所示。

系统自底向上可分为基础平台层、基础框架层、功能组件层和业务展现层。

1) 基础平台层

包括底层的服务器和开发平台。服务器逻辑上可分为数据库服务器、WEB服务器、接口服务器。根据跨平台和开放性原则，采用J2EE作为基础开发平台。

2) 基础框架层

采用JDBC、DAO等组件进行数据库连接和操作，并在其上采用Hibernate ORM架构使得整个平台系统具有数据库类型无关性，对数据库访问进行固化，形成持久对象；使用Log4j框架进行全局日志管理；使用Struts框架搭建MVC的Web框架；而整个应用框架则应用Spring Framework[4]实现事务管理和业务配置，确保包括业务处理以及持久层处理过程的完整性和连贯性。

3) 功能组件层

包括业务应用层模块和业务支撑层模块，具体分为数据采集模块、基础数据管理模块以及业务处理模块。一个功能模块或者一组功能相关的功能模块实现为一个功能组件，每个组件定义规范的组件接口，按照接口进行封装，屏蔽具体实现细节。

限于篇幅，下面简要描述业务支撑层模块中的数据采集模块。数据采集在笔者自主研发的RFID数据采集中间件基础上进行开发。RFID数据采集中间件（RFID ALE SERVER）基于EPC Global的应用层事件规范（ALE Standard Version1.0）进行设计，向下屏蔽不同标准RFID读写器的差异，读取RFID标签数据，并实现信息的过滤和聚合处理，生成应用层事件，向上提供标准化接口以实现统一的系统集成，其内部逻辑结构设计如图3所示，主要实现了RFID设备管理、标签数据处理、图形化的配置和监控管理等功能。

4) 业务展现层

为用户实现业务展现，即采用JSP以及JavaScript、Ajax、jQuery[5]等Web客户端技术，将业务功能以美观、高效的方式提供给用户，并且调用功能组件实现具体业务功能。

图3 RFID数据采集中间件逻辑结构图

2.3 网络架构设计

系统网络架构如图4所示。系统服务器在逻辑上可划分为数据库服务器、WEB服务器、接口服务器。数据库服务器存放基础数据和生产数据，为了保证查询效率，可以将实时数据与历史数据进行逻辑上的分离；Web服务器发布业务功能，响应用户请求；接口服务器实现与财务系统、视频监控系统、环保部门上报系统等集成。

生产现场按照物流方向部署电子地磅和RFID读写器，并根据现场基础条件采用有线或无线方式接入办公区域的局域网。在收货区部署电子地磅，分类装笼区部署电子地磅和RFID读写器，拆解线备货区部署RFID读写器，破碎线部署电子地磅，废品和产物库存区部署电子地磅，出货区部署电子地磅。

2.4 系统应用

图4 系统网络架构图

系统已经成功应用于汕头市某电器拆解有限公司、汨罗市某电子废弃物处理有限公司和天津市某环保发展有限公司的废品拆解管理，并且取得了良好的应用效果。例如，废品入库管理如图5所示。

图5 废品入库管理

3 结束语

本文详细分析了废弃电器电子产品拆解管理的业务需求，并基于先进的RFID技术，设计并实现了废弃电器电子产品拆解管理系统。实践应用表明，该系统提高了企业拆解管理的信息化水平和工作效率，提升了政府相关部门的监管成效，具有较大的推广应用价值。

接下来，将继续研发低成本的RFID标签和阅读设备，以RFID-Gateway技术高效集成服务实现异构RFID设备的“即插即用”[6]，从而降低系统建设成本，加快RFID技术在废弃电器电子产品拆解管理系统方面的推广应用。

[1] 中华人民共和国环境保护部.关于贯彻落实家电以旧换新政策加强废旧家电拆解处理环境管理的指导意见[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/info/bgw/bwj/200907/t20090703_153793.htm, [2009-7-3]/[2013-10-14].

[2] 中华人民共和国环境保护部.关于发布《废弃电器电子产品处理企业建立数据信息管理系统及报送信息指南》的公告[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201011/t20101119_197728.htm,[2010-11-16/[2013-10-15]．

[3] 中华人民共和国工业和信息化部.家电以旧换新拆解补贴办法[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12843926/13184979.html,[2010-4-30/[2013-10-16].

[4] 陈雄华.Spring 3.x企业应用开发实战[M].北京:电子工业出版社,2013:503-580.

[5] The jQuery Foundation. jQuery API[EB/OL].http://api.jquery.com/,[2010-4-30/[2013-10-15].

[6] Da Silva,L T.Ultra high frequency RFID gateway system for identification of metallic equipment:ICCDCS2012:8th International Caribbean Conference on Devices，Circuits and Systems，Playa del Carmen（Mexico）,March 14-17,2012[C].Piscataway：IEEE Press,2012.