基于RFID的水果包装和自动配送系统研究

郭继红,李艳钰

(济源职业技术学院,河南 济源 459000)

0 引言

物联网应用于物流行业的10余载,推动了物流信息化的进程,使现代物流系统逐步朝着数字化、集成化、网络化、智能化等方向发展,智慧物流成为物流领域的应用目标。笔者将水果分类包装和RFID结合起来,使水果包装、自动配送流水线化,可以大大减少水果损耗。另外,将RFID技术应用于配送、入库、出库、库存盘点,可以自动获取货物的全部信息,改变了传统人工读取和记录货物信息的方式,实现了物流信息的主动感知,大大简化了物流配送过程,提高了配送效率。

1 RFID技术和物流配送特点

1.1 RFID技术

RFID是一种新型的自动识别方法,利用射频技术通过空间耦合实现无线信息传递,达到识别的目的。RFID系统一般由电子标签、阅读器和信息处理模块等构成。其中,电子标签是一种装载应答模块的电子微系统,内部设置了天线和芯片。天线的作用是实现和高频模块的无线通信,芯片则用于保存设备的ID信息。阅读器是一种识别器,其可以通过无线的方式获取电子标签内的信息,并将获取的信息发送给信息处理模块进行数据的处理和统计,如图1所示。

RFID的工作原理为:首先,阅读器收到信息处理模块的指令,将信号发送给天线,通过天线获取电子标签的数据信息。然后,通过天线将获取信息发送给后台信息处理模块进行数据处理,具体原理如图2所示。

图1 RFID阅读器示意图

图2 RFID的工作原理图

1.2 物流配送概念

物流配送是指将物品和材料从供应方运输到需求方的过程,主要包括称重、包装、入库、装载、运输、卸载、配送及信息处理等活动。配送中心是物流配送系统的核心,基于服务行业运行方式、作业流程及物流设备,与生产制造业的作业流程相差甚大。货物从物流中心到配送到消费者手中,物流配送中心主要实现以下3个功能:

1)匹配货物。接收到不同卖家发送的货物,并根据同一客户的货物清单将产品取出混合成一批货物。

2)融合配送。将商品数量和运输次数进行融合,实现货物运输时间的同步和运输成本的最小化。

3)产品增值。通过专业包装、商品匹配和处理提高产品的价格。

总之,物流运输中心就是将货物入库、分拣,然后进行获取质量检测,最后打包运输并配送。根据物流中心各个模块的功能,可以进行如图3所示的分类。

图3 物流配送中心模块分类

2 水果包装模块的设计

水果包装模块采用机电智能化控制系统,可以在无人条件下完成水果分类、包装、称重等多个功能。该模块整体结构和实物图分别如图4和图5所示。

图4 水果包装整体结构图

图5 水果包装模块实物图

水果包装模块各个单元的功能如下:

1)供料单元。供料单元是整个系统的起始部分,为后面传输带单元、分类单元和包装单元提供原料。具体功能为:通过传输带和滚轮装置无间断地将待包装水果变成单排有序的队列,再通过传输带运输到分类单元。

2)传输单元。传输单元的主要功能是将供料单元输送过来水果有序地往下个待执行单元输送。

3)分类单元。利用尺寸裁剪、滤波、图像增强、特征抽取和分割等图像预处理技术,结合K-means聚类算法和BP神经网络算法,组成水果包装分类模型,选取分类类别为特级、一级、二级、三级等4个等级,对等待识别分类的图像利用分类模型进行分类识别。分类单元模型如图6所示。

图6 分类单元模型

4)包装单元。包装单元的主要功能是分别将不同种类的水果传输到不同的打包位置,然后将水果装箱打包。

5)称重单元。前一单元完成包装的水果,在该处进行称重和打上包装水果等级、日期、质量的RFID标签,最后用码垛机器人按照水果等级完成码垛。

3 基于RFID的自动配送系统整体方案

水果包装模块实现对水果的打包和贴上RFID标签后,会被物流配送系统的搬运机器人运输到指定的货架,再根据客户下单贴上物流单以后运输出去。

物流配送系统复杂之处在于配送、入库、出库及库存盘点。引入RFID实现自动化数据的读取和处理,可以大大降低物流分拣时间,节约人力成本,提高物流配送的准确性和管理水平。基于RFID的自动配送系统包括上层应用、系统接口、数据平台和无线感知等4层,整体方案如图7所示,自动配送系统智能仓库如图8所示。

1)上层应用层。上层应用层是终端设备的UI,主要是管理人员和用户对整个自动配送系统的交互。其中,系统管理人员和用户可以实现平台会员注册、登录、订单修改和货物配送跟踪等。系统数据库管理员则负责后台数据的增、删、改和查等操作。库存管理人员则负责货物的入库、出库、盘点及根据订单分拣和包装。配送管理人员负责配送车辆和运输路线的管理,并根据订单进行货物的配送,并将结果反馈给系统。

2)系统接口层。系统接口层是上层应用层和数据平台层之间通讯的接口,后者为前者提供数据信息,前者将后者的信息显示在终端界面上。

3)数据平台层。数据平台层为整个物流管理数据格式化存储和服务,根据不同数据,采用对应的算法和数据格式进行管理,为上层应用层提供数据支撑。

4)感知层。感知层采用RFID作为底层硬件技术,实现货物配送、入库、出库及库存盘点等信息采集。阅读器具备多标签识别技术,可同时对多个货物标签进行识别。

图7 基于RFID的自动配送系统整体方案

图8 基于RFID的自动配送系统智能仓库

4 基于RFID的自动配送系统软硬件设计

4.1 基于RFID的自动配送系统硬件设计

基于RFID的自动配送系统硬件部分包括控制系统、手持阅读器和仓库管理设备,硬件设计框图如图9所示。

4.2 基于RFID的自动配送系统软件设计

基于RFID的自动配送系统的核心是物流配送管理单元,负责在物流配送过程中对各个环节和信息进行管理,包括配送车辆、线路规划、订单信息和系统等4方面的管理。自动配送管理单元软件架构如图10所示。

图9 基于RFID的自动配送系统硬件设计框图

图10 自动配送管理单元软件架构

5 测试结果与分析

为了验证基于RFID的水果包装和自动配送系统的稳定性和可靠性,在某水果种植基地配送仓库进行了实际的测试。

测试过程中,采用自动配送模块关键性指标作为基于RFID的水果包装和自动配送系统的运行业绩,即采用自动配送模块指标参数判断整个系统的稳定性和可靠性。性能测试参数如表1所示。

表1 自动配送模块性能测试参数

由表1可以看出:自动配送模块性能参数优异,具有一定稳定性。这说明,基于RFID的水果包装和自动配送系统能够满足企业实际需求,具有较好的应用价值。

6 结论

基于RFID的水果包装和自动配送系统,可以实现水果的自动包装,也可以识别、跟踪整个获取和供应链的信息,并为供应商、生产厂商、零售商和消费者提供精确的产品配送信息,可以大大节省时间和降低人工成本,提高了配送效率。