RFID技术在卷烟厂信息化物流系统的应用

陈亮池 冯锋

摘 要：随着各卷烟厂综合信息化物流系统建设与自动化高架仓库的应用推广，RFID技术逐渐成了其物流系统业务流程与数据流程的信息枢纽。文章结合RFID技术的特点与卷烟厂对RFID技术的应用需要，论述了RFID技术在卷烟厂信息化物流管理当中的实际应用及其与控制系统的信息交互过程。

关键词：卷煙厂;RFID;信息化物流;物联网

0 引言

随着信息化时代的高速发展，信息化管理系统已逐步成为烟草系统生产营销管理的重要支柱，特别是烟草行业卷烟生产经营决策管理系统，即国家局“一号工程”系统的全面应用，以国家局为圆心，横贯工商业两条纵向主线，从国家局延伸至省局（中烟公司）、市局（卷烟厂）、商业仓库（工业车间），在全行业架设了“一点、两纵、四层”的软硬件一体化系统部署。在烟草现代化物流体系建设上，物联网技术的应用成了烟草行业仓储业与物流业走向现代化的“高速公路”。2010年，国家烟草专卖局正式提出了“全面覆盖、全面感知、全面控制、全面提升”的“四个全面”行业物联网建设纲要[1]，截至目前全行业已有超过80万个托盘安装了RFID电子标签，基本实现了工商系统一体化的信息互联与数据共享。

目前，对于烟草物流信息化的研究主要集中在商业系统的外部配送与运输环节，对工业系统原辅料仓储管理与运输的研究较少。近年来，随着各卷烟厂集中开展技术改造，各卷烟制造企业在行业物联网建设的总体思路下逐步应用了综合自动化物流系统，引入了自动化高架仓库。RFID技术全面实现了烟用原辅料与卷烟成品的全自动出入库作业流程，有效提高了工业生产效率、降低了生产成本。

1   RFID技术介绍

射频识别（RFID）技术是一种无须实体直接接触即可建立联系与传递信息的非接触式的自动识别技术，其主要利用射频信号的空间耦合传输特性来实现对目标对象的识别并获取信息，这一技术具有识读速度快、识别距离远、可读写性好、适应环境强、存储容量大等特点，因其泛用性强与成本较低，在物流与供应链领域得到了广泛应用。

一个基本的RFID系统仅有两个器件：电子标签与阅读器。电子标签由耦合原件与芯片组成，每一个标签都拥有唯一的标识编码，用以识别目标对象，而阅读器则是标签的读取与写入的设备。

RFID系统的工作原理十分简单，标签通过自身带有的电池以广播的方式不间断地向周围发送带有能量的信号，阅读器在接收到信号后进行解码，再将其传送到后台主机进行分析与处理。

RFID技术作为物联网技术在感知识别层面的关键应用，使得整个物联网当中的每个物体都能得到快速准确的唯一识别，并且能够携带规范且具有互用性的信息，为“物-物相联”提供了根本保障[2]。

2 RFID技术在卷烟厂的应用分析

RFID技术在卷烟制造企业的应用最早可追溯到2004年，浙江中烟首次将这一技术应用在成品烟的物流当中，以转运托盘为单位，将RFID标签安装在托盘底侧，将30件卷烟的条码信息记录在标签内[3]。这一技术的应用使得关键件烟的信息采集更加快捷方便，解决了件烟与托盘之间关联的疑难问题，极大地提升了成品卷烟的出库物流效率。近年来，随着物联网技术在全行业的迅速推广应用，特别是自动化高架仓库的普及应用，与RFID技术的巧妙结合，节省了大量机械劳动，达成了卷烟原料、辅料及成品的全过程追踪与可视化管理，简化了操作流程，提高了作业效率，降低了人工成本。

2.1  企业需求分析

卷烟厂信息化物流系统主要依托于自动化高架仓库的普及应用，此类高架物流库货架高度超过7米，是一种通过自动机械控制的信息化物流仓库，其主要优点在于能够通过控制指令自动完成货物的存储与转运，实现对库存货物的可视化管理，极大地减少重复性人工作业，在物资接收、包装、计量、分类等方面较于普通仓库具有极大优势。

高架物流库的核心在于其自动控制系统，由服务器、交换机、生产调度系统、管理口控制系统、堆垛机控制系统、换轨车控制系统等组成[4]，高架库内所有存取设备和输送设备都需配置相应的控制装置，其决定了整个高架物流库的运行质量与运行效率，图1展示了高架物流库控制系统的网络架构。

RFID技术在卷烟厂高架物流库控制系统的应用优势主要在于其较长的使用寿命与较强的环境适应性，且其体积较小，灵敏度较高，支持多次擦除和重复写入，主要应用在电气设备自动化和物料管理之中。RFID标签信息存储量很大，可以存储包括牌号、箱号、批次、重量及装箱时间等重要信息，在脱离数据库平台下仍可随时对设备信息进行读取与校对，即便发生数据库后台存储数据丢失或系统崩溃时仍能保证信息完整[5]。由于各类滤棒外观十分相似，肉眼极难分辨，将RFID标签安装在滤棒盘侧边，控制系统可以有效避免因员工操作不当或信息传递错误引起的烟箱送错进而导致烟丝混牌、错牌等工艺质量事故。

高架物流库控制系统还需与国家局“一号工程”系统实现联通，在成品整托盘出库设计中安装RFID设备，读取托盘码时能显示整个托盘所有件烟一号工程码信息，并在入库扫码设计中安装一号工程码校验功能。控制系统同时向厂级MES系统实现数据交换，接受MES系统指令同时上传相应数据。控制系统要料终端与卷包数采系统现场终端共用（卷接包机组、装封箱机组、成型机组均有数采系统终端），在终端上安装图形化控制程序实现与卷包数采系统同界面操作，实现与卷包数采系统的数据交换。

2.2  RFID系统与控制系统的信息交互

仓库控制系统（WCS系统）处在设备执行层和信息管理层的中间，是整个高架物流库设备的控制软件，图1展示了WCS系统的网络结构，其通过TCP/IP通信方式与设备连接，实现对各种设备系统接口的集成，具备设备调度、任务管理、设备监控、运行记录等功能。

（1）设备调度 WCS协调堆垛机、输送机、穿梭车、AVG小车等物流设备间的运转，完成仓库管理系统（WMS系统）下达的入库、出库、盘点等任务。WCS系统与这些设备系统连接，协调各个系统完成出入库任务。

（2）任务管理 WCS对仓库管理系统（WMS系统）下达的任务进行分解，包括堆垛机、输送机系统、穿梭车、自动导引小车任务。

（3）设备监控 WCS提供对堆垛机、输送机、穿梭车的监控。员工通过监控画面可以随时查看对应设备的运行状态。

（4）在RFID读写器安装的站台，PLC写入信息到电子标签时，通过接口将信息传输到WCS，WCS备份记录电子标签信息。

当仓库管理系统（WMS系统）下达控制命令时，阅读器读取RFID标签上的关于物料或托盘的产品信息后传送至WCS，WCS通过PLC向具体的物流裸机设备下达指令，执行设备接受来自WCS的指令后完成物料输送过程的控制，将物料或托盘运输至准确位置，最后再对RFID信息进行确认校核。

仓库管理系统（WMS系统）主要负责对高架库内库存的管理与出入库通道及路径的选择，其关注的焦点在仓储执行的优化和有效管理。WMS系统从厂级MES、ERP及国家局“一号工程”等信息系统获取操作指令，并向其提供库存信息。

当上位信息系统下达出入库任务时，WMS系统依据预先设定的存储策略及指派原则向WCS系统下达控制命令，WCS系统向WMS系统反馈RFID信息，WMS将这些信息分析并汇总，完成对库存、货位等信息的实时更新，图2展示了WMS系统的实时可视化库存管理。

RFID信息成为WMS和WCS交互的重要枢纽，通过RFID信息的采集，WMS系统才能正确地向WCS系统下达控制命令;通过RFID信息的校验，WCS系统才能准确执行控制任务。RFID在整个信息流动过程中发挥了重要作用，是整个高架物流系统的信息核心。

2.3  企业应用分析

烟草行业各卷烟厂通常配置原料高架仓库、辅料高架仓库与成品高架仓库，实现全自动化入库和出库作业流程，辅以少量人工校核作业流程。转运托盘采用四向进叉式，使用面为单面，底部结构为川字形，能够适应叉车、输送机、堆垛机和立体货架的使用要求，并在四向贴条码，RFID电子标签使用螺丝固定在底部相应凹槽内。相应地在分拣道、封箱机与出入库口安装RFID阅读设备。

原料高架库主要负责原料烟包的出入库管理，对原料实施自动调运，从原料烟包卸车开始，经一层堆垛机进入原料高架库;生产用烟包则由二层堆垛机出库，经输送系统由垂直提升机降至一层进入自动开包机完成开包工作。当发生烟包霉虫变等质量突发事件时，原料高架库能够做到及时紧急补料、原位补料或就近补料，保证片烟信息准确。

辅料高架库主要负责卡纸、玻璃纸、商标纸及箱皮、盒皮等烟用辅料的出入库管理，烟用辅料经过人工配盘通过叉车或者夹包车送入输送机，自动进入高架平衡库，辅料托盘均衡存放于高架库各巷道中，不会出现因个别巷道堆垛机出现故障而影响正常出入库的情况;出库时采用AGV小车输送至卷接包机组、装封箱机组或滤棒成型机组。整个过程通过RFS系统及RFID电子标签实现辅料全过程的信息采集、统计与跟踪。

成品高架库主要负责成品卷烟的入库与出库管理，具有与国家局一号工程系统联网的信息管理功能，成品卷烟通过成品件烟分拣线输送机完成分拣，经由机器人进行自动码垛，并在码垛完成的托盘上的RFID芯片中写入一号工程码，再由堆垛机送入成品高架库，其入库流程如图3所示;出库时先由堆垛机将成品托盘输送至机器人拆卸站台进行拆垛，拆垛后的成品卷烟经出库区内伸缩式链板机装车出库，其出库流程如图4所示。成品托盘均衡存放于高架库各巷道中，不会出现因个别巷道堆垛机出现故障而影响正常出入库的情况。

3   应用效果分析

由于RFID技术无须精准定位即可实现对大批量数据的实时采集、传递、核对与更新，有效避免了人工操作中可能出现的漏扫、错扫、重扫等操作，RFID技术与自动化高架仓库的结合极大提升了仓库的存取效率与吞吐量，每个自动化高架仓库储存量可达到单层仓库的4～7倍，每小时可完成500～800次的出入库作业，有效解决了卷烟制造企业实物周转的信息管理问题，极大地提升了整个物流系统的货物处理能力。

[参考文献]

[1]金涧.烟草物联网的应用模式与技术瓶颈[J].物流技术与应用，2011（2）：60-63.

[2]謝磊，殷亚凤，陈曦，等.RFID数据管理：算法、协议与性能评测[J].计算机学报，2013（3）：457-470.

[3]全莺歌，王丽.烟草工业企业物流技术现状及趋势解析[J].物流技术，2013（16）：13-17.

[4]徐超，顾晶，杨杰.烟草行业高架物流库控制系统探索和研究[J].科学技术创新，2020（1）：99-100.

[5]林强.卷烟厂RFID信息管理系统[J].自动化博览，2020（3）：74-75.

（编辑 王永超）