基于RFID仓库管理系统的设计与实现

梁永湖，章金标

（桂林长海发展有限责任公司，广西 桂林 541001）

0 引 言

目前，传统仓储货物管理主要采用手工管理方式，货物的入库、在库及出库等信息通过手工记录管理，过程繁琐，极易出现差错，且对管理货物的位置信息也难以实时更新[1]。随着 RFID 技术的成熟，越来越多的人开始研究基于RFID 技术的仓储管理系统（Warehouse Management System， WMS）[2]。

RFID（Radio Frequency Identification，RFID）技术，又称无线射频，是一种利用射频通信技术实现的非接触式自动识别技术[3]。它具有非接触、作用距离长、快速扫描、容量大、可重复使用、精确定位等优点，在仓库管理系统中得到越来越多的推广与应用[4,5]。

1 系统组成和功能

基于RFID技术的仓库管理系统，可自动采集仓库到货检验、入库、出库、借用、归还、库存盘点等数据，保证仓库管理各环节数据输入的速度与准确性，确保用户及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制仓库中的物件库存。系统具有定位管理功能，快捷掌握所有库存货物当前所在位置，有利于提高仓库管理的工作效率。本文针对某大型设备维修厂进行了功能设计及实现。

系统由硬件和软件组成。设计在每个货物包装表面粘贴RFID电子标签，可存储相关货物种类、数量等信息；在仓库货架上安装固定式读写器，用于仓库货物数量的监控、定位和自动盘点。每台固定式读写器配带多支天线，每支天线有唯一的地址码；读写器可以和标签远距离通信，读写货物包装表面的RFID电子标签所记录的内容，同时读写器可以通过网络等实时上传数据至服务端。

1.1 系统硬件

基于RFID仓库管理系统的硬件是由固定式RFID读写器、手持式RFID读写器、桌面式RFID发卡器、RFID电子标签、用户终端、输出终端和服务端等组成。在不同的应用环境下可选择不同特点的硬件产品，灵活部署RFID应用，相互之间提供简易的集成和丰富的应用程序支持，保证RFID业务效率最大化。

（1）固定式RFID读写器：一般配置4支天线，并安装在货架的传动带上，自动读取和监控货架上的电子标签信息；

（2）手持式RFID读写器：通过人工方式对电子标签信息进行读取和监控；

（3）RFID电子标签：每个标签具有唯一的编码，根据需求标识某一具体的货物个体，本系统采用无源标签，可重复使用；

（4）桌面式RFID发卡器：作为发卡设备，对电子标签中用户数据区的数据进行读写，并可设定密码，锁定数据区，防止改写电子标签内的数据；

（5）用户终端：负责备品备件及仪器仪表出库、入库、借用、归还、信息查询、数据录入等日常操作；

（6）打印机：负责标签打印，单据打印；

（7）服务端：负责信息存储、逻辑处理等。

系统拓扑如图1所示。

图1 系统拓扑图

1.2 系统功能

基于RFID的仓库管理系统可对仓库货物的入库、出库、库存盘点等各作业环节的数据进行采集和统计，并对货物精确定位，及时掌握仓库的动态信息以及对货物的移位等报警，实现仓库的智能化管理。

1.2.1 基础数据维护管理

（1）标签维护管理：所有货物需粘贴标签入库，对货物系统管理；

（2）读写器维护管理：读写器的添加、删除、读写器名称修改、IP地址修改、连接方式选择、添加安装位置等。

1.2.2 出入库管理

（1）入库申请管理：用户填写货物名称、型号、数量、入库人员等信息，可支持批量录入，提交领导审批后，录入数据库备案。

（2）出库申请管理：用户填写货物名称、型号、领用人、领用部门、数量等信息，提交领导审批后，由仓库管理工作人员录入数据库备案。

（3）借用申请管理：用户填写借用货物、货物名称、型号、借用人、借用部门、数量等信息，可支持批量录入，提交领导审批后，工作人员对货物检查合格后，签字确认录入数据库备案。

（4）归还申请管理：用户在系统中查找原借用申请单，在归还部分填写需归还的货物名称、型号、归还人员、数量等信息，提交领导审批后，录入数据库备案，由仓库管理工作人员确认。

（5）续借申请管理：用户在系统查找原借用申请单，在续借部分填写续借货物名称、型号、借用人员、数量等信息，提交领导审批后，由仓库管理工作人员确认，录入数据库备案。

（6）归还提醒管理：对到期未归还的货物通过邮件方式提醒。

1.2.3 仓库状态

通过仓库货物状态管理可实时查询货物的库存状态。并且当某一值低于所设定阀值时，会以报表的形式报警提示，此报表可下载，可实时查询设备在库及借出状态。

1.2.4 货物定位管理

通过查询某一货物，可以可视化显示货物位置，定位货物所在货架的层次。

1.2.5 盘点功能

定期盘点仓库货物，生成盘点报表，并与数据库中的统计数据进行对比，得出盘点报告，对不正常情况进行通报。

通过使用手持式读写器，可按日期、类别、部门进行盘点；盘点结果可选择打印全部或者部分特定信息。

1.2.6 报警管理

（1）对货物进出仓库进行监控和登记，对未履行进出大门手续的货物通过声光报警提醒。

（2）声光报警设置。在仓库大门附近及仓库管理员电脑终端声光报警提醒。

（3）货物放置在A货架上，如果该货物从A货架移动到B货架，在启动天线扫描标签后系统会发出报警信号，提示货物位置改变。

1.2.7 用户权限管理

（1）支持用户设定管理：能够新增用户，修改用户，设置用户基本信息，设置用户单位部门，设置用户角色群组。

（2）能够修改密码、设置角色群组。

（3）支持菜单权限设置和控件权限设置。可根据角色群组，设置哪些角色群组有菜单权限；可根据角色群组设置哪些角色群组可使用控件权限。

1.3 系统工作流程设计

系统工作流程主要包括入库流程、出库流程和盘点流程。

1.3.1 入库流程

（1）仓库管理人员填写入库申请单，经领导批准入库；

（2）仓库管理人员接到入库通知后，根据入库申请单信息填写入库信息；

（3）根据货物类型和数量通过桌面式发卡器制作电子标签：小件货物使用整件直接粘贴标签，大件货物在包装箱上直接粘贴标签。

（4）核对货物后，放置在运送工具上，根据规格摆放在制定的货架上，入库完毕。

1.3.2 出库流程

（1）仓库管理人员填写出库申请单，经领导批准后出库；

（2）仓库管理人员接到出库通知后，根据出库申请单信息填写出库信息；

（3）仓库管理人员通过手持式读写器登录系统，下载领用单信息，并扫描出库物体的电子标签，系统提示确认出库，将货物放置的运送工具上，出库时系统通过读卡器提示本次出库单是否全部出库完毕，并回收电子标签。

（4）仓库管理人员通过手持式读卡器提交确认出库单，出库完毕。

1.3.3 盘点流程

（1）仓库管理人员登录系统，生产盘点清单。仓库管理人员可根据实际情况选择自动盘点或人工盘点；

（2）自动盘点：根据清单启动自动盘点，通过固定式读卡器，自动盘点货架货物；

人工盘点：盘点清单下载到手持式读卡器上，根据清单用手持式读卡器盘点货物，生产盘点结果清单，盘点结果同步到服务端的数据库上。

（3）盘点结果汇总，盘点结束。

2 系统实现

基于RFID的仓库管理系统主要涉及仓库布局设计和软件平台设计。仓库布局设计应能够方便仓库业务操作，如出入库、盘点、货物移位等。此外，还需考虑整个空间的布局，包括货架、分拣区和工作区，并保证RFID技术能够贯穿业务操作的每个环节。本系统以某大修厂仓库为研究对象，仓库长19.2 m，宽15.7 m，总面积为301.44 m2，仓库设计安装16个RFID固定式读写器，其布局如图2所示。

图2 仓库布局

软件平台采用B/S架构，方便用户远程操作，软件各功能模块均与数据库相关联。数据库选用SQL Server2008，采用Web Service接口技术，实现了系统功能模块的主要功能，包括入库、出库、借用、归还、库存盘点等管理和信息查询、数据报表及可视化、打印等，如图3所示。系统可以对接企业的EPR系统和OA系统，以及第三方信息平台。报警管理界面如图4所示。

图3 主界面

图4 报警管理界面

3 系统测试

通过搭建一套测试环境，登录软件平台，测试系统的功能。以货物定位和移位报警为例，在实验环境下验证。测试过程中有几个关键问题：固定式读写器的天线功率对识别标签的影响；是否能够不受金属货物的影响，自动识别粘贴在金属货物上RFID电子标签的，在货物移动或者异常出库时是否自动报警。

测试环境中，两个货架（分别为A，B）高度均为3 m，每个货架安装两台固定式读写器，每台读写器配置4个平板天线，通过带传动机构自动扫描货架上的电子标签，如图5所示。在出库门上安装一台固定式读写器。普通货物粘贴一般无源电子标签，在金属货物上粘贴抗干扰的电子标签。

图 5 货架

由于货物进出库房时电子标签的方向存在不确定性，为保证标签的准确性与效率，不被误读、漏读，采用圆极化天线从不同方向进行标签的读写。天线的类型、增益可根据现场应用环境与读写距离的要求调整，保证读写功能的实现。

登录仓库管理系统的软件平台，对货物进行定位。先把货物摆放在货架上（货物包含有金属货物和非金属货物），然后在系统里标定货物的位置，通过带传动带动固定式读写器的平板天线，对货架上的货物进行上-下-上扫描，将扫描结果与原标定的货物位置进行比对，系统自动显示匹配结果。在前期实验过程中，常出现误读或者漏读。由于室内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，采用RFID室内定位技术对电子标签和读写器进行合理布置，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定位精度得以提升[6]。

经过分析，由于平板天线的增益过大或不足，会导致读写距离出现差错。因此调整天线增益和电子标签摆放规则，解决了误读和漏读的问题。

在移位测试过程中，从A货架中随意抽去货物，摆放在B货架上，登录软件平台对货物进行定位扫描，弹出报警信息：显示A货架上有货物缺失，放置在B货架上。

在出库测试过程中，随意从A或者B货架提取货物出库，当通过库房时，系统软件自动弹出报警信息：显示某货物异常出库。

最终测试结果表明，系统能够实现货物定位、移位报警和异常出库报警等，达到设计要求，提升了仓库管理效率。

4 结 语

基于RFID技术仓库管理系统，除了实现常规库房出入库管理之外，还能实现仓库的自动化盘点，不需要仓库管理人员现场干预，减少人工作业，提高了仓库管理效率。其次，仓库货物的定位和移位报警等功能，能够实时准确地实现货物的可视化管理。此外，系统采用可回收和重复利用的电子标签，降低了建设成本。随着RFID技术的发展，相信仓库管理系统将更加精细化和智能化，此外，RFID定位技术将会有更广阔的应用前景，也必定会在未来的物流管理中得到更多的关注与重视[7]。

[1]刘烨.军工产品货物配套管理系统的解决方案和开发应用[J].软件，2013， 34（2）： 36-38.

[2]成婷婷. RFID定位技术在物流仓储管理中的应用研究[D].镇江：江苏大学， 2014.

[3]张新.仓储管理信息化及其RFID室内定位技术应用[J].智慧城市与城镇化，2017（11）：211-212.

[4]王光辉，吴谨.基于 RFID技术的自动化仓库管理系统设计[J].中国水运，2007（12）：129-131.

[5]王建维，谢勇，吴计生.基于 RFID的数字化仓库管理系统的设计与实现[J]. 物流技术，2009， 28（4）：130-132.

[6]谢守坤，张仲鹏，李银启.RFID 定位技术在仓储管理中的应用研究[J].价值工程，2016（5）：97-99.

[7]费扬，杜庆治，王坤仑.基于 RFID 技术的仓储货物定位系统设计与实现[J].软件，2017， 38（6）：46-50.

[8]王子鸣，王汉新.基于RFID 的数字化仓储系统研究[J].价值工程，2015， 11（15）：42-44.

[9]陈百建，殷洁.基于RFID技术的危化品仓库管理系统开发研究[J].物流技术，2016（7）：136-139.

[10]杨永永.基于RFID技术的数字化仓储的研究 [D].杭州：浙江理工大学，2016.

[11]雷磊.基于RFID的定位技术在仓库管理中的应用[D].武汉：华中科技大学，2012.

[12]杨益.基于RFID的数字化仓库管理系统[D].武汉：华中科技大学，2008.