基于RFID的烟草仓储系统结构及模块功能设计实现

　　1 引言
　　
　　在信息技术高度发展的今天，提高烟草仓储效率和控制物流成本，成为提高卷烟市场竞争力的重要手段。为了实现烟草物流仓储工作的高效运转，同时尽量保持目前现有的仓储作业模式，对于烟草商业企业来说，使用“RFID托盘-环穿-立库储位”流程的储运方式是一个合理的解决方案，通过RFID托盘与件烟码段关联的方式，简单、准确、快捷的完成件烟码段信息采集工作。除此之外，还要把RFID托盘与件烟码段关联的信息贯穿整个仓储管理系统，准确、高效的实现现代化仓储管理。为此，甘肃天水烟草为落实国家局关于烟草物流“合理规划、统一标准、经济实用、综合配套”的要求，加快现代物流工程建设步伐，全面提升物流建设水平，于2013年10月正式启动烟草卷烟物流中心。该物流中心卷烟储存量可近0.9万箱，设置1条补货线，2条半自动分拣线，单线设计分拣能力为每小时240件。物流配送中心采用三层货架存放、叉车全过程作业以及基于RFID技术的仓储系统、电视监控系统等进行卷烟仓储管理，提高了工作效率和卷烟的安全性。

　　2 烟草企业仓储现状分析
　　
　　目前，各省地级市以上的烟草商业公司绝大部分都建立了自己的物流仓储中心，使用的仓储管理系统和分拣设备也各不相同。烟草仓储作业现状大致有以下几点。

　　（1） 自动化作业，工业卷烟企业设备先进，自动化程度高，个别2 烟草企业仓储现状分析）大规模的商业企业也逐步实现了全自动化仓储作业。

　　（2） 半自动化作业，这是目前烟草企业中使用最多的方式，其仓储以分区平库的货架为主，使用叉车等机械设备配合电子标签分拣线，其中部分配备了卧式或立式分拣机。

　　（3）人工作业，采用地面仓储，储位按数字编排分类，辅以叉车、地牛等机械工具，由人工进行拣选。

　　据甘肃天水烟草公司的资料统计，市级的烟草公司中，平均每个品种的卷烟一天要访销100-130次左右，而销量最好的前二三十个大品牌要占全年总销售量的80%左右，平均一天要访销500多次，最大品牌甚至要访销2000次以上。这样高出库频率的单一品种，是烟草销售的特点。面对现代卷烟物流的要求，人工操作和叉车出入库已无法满足繁忙仓储作业、高频率出入库的要求。因此需要改变企业仓储管理，努力提升作业自动化水平，才能提高企业的仓储效率和市场竞争力。

　　3 基于RFID的烟草仓储管理系统流程
　　
　　本文设计的仓储管理系统主要针对天水烟草公司的烟草仓储实施RFID管理，采取半自动化的方式，使用大量的自动化机械技术，辅以人工监控、校正，力求在提升效率的同时尽量降低成本。主要的业务　　流程为入库与出库。
　　
　　3.1 入库业务流程
　　当送货车辆到达入库月台时，仓储工作人员首先要对到货确认单进行核对，核对无误后进行入库扫描，采集件烟条码信息传递至仓储管理系统，完成工业与商业企业的货物交接。并且对卷烟进行手动码盘处理，操作人员使用固定扫描设备或手持扫码设备完成RFID整托盘与件烟信息的绑定，同时相关绑定信息以无线方式传输到仓储管理系统。此后，叉车将货物送至巷道堆垛机或地面货架。巷道堆垛机将卷烟送至指定储位，安装在储位口的传感器会将储位信息传送至仓储管理系统，储位信息更新，完成入库操作。

　　3.2 出库业务流程
　　当有出库申请时，仓储管理系统根据库存情况和出货策略确定应出库卷烟的储位信息。将出库信息，如出库卷烟名称、数量、存放位置等，传输到现场控制系统。现场控制系统发命令给巷道堆垛机去储位搬出托盘，在通过固定的RFID读写器时会自动扫描托盘电子标签，获取卷烟码段信息后进行确认，完成储位信息更新。信息核对无误后环穿小车将卷烟送至分拣备货系统。分拣备货系统对件烟进行拆盘操作，托盘自动归位。条烟出货按户进行分拣扫码，扫码信息会即时传输至仓储管理系统，完成库存数据更新。
　　
　　4 基于RFID的烟草仓储系统结构
　　
　　4.1 系统总体构成
　　本文设计的RFID烟草仓储系统的总体结构如图1所示，由RFID烟草仓储系统、中心数据库、读写器和电子标签四部分组成。这几个系统互相联系，共同完成仓储管理的各个功能。整个应用系统的中心是RFID仓储管理系统，它由中心数据库、处理数据的后台管理系统及提供通用服务的中间件组成。【图1】

　　4.2 管理系统体系结构
　　我们将仓储管理系统分为两部分，一是处理产品信息的烟草仓储管理系统，二是位于读写器和后台系统之间的中间件系统。在仓储管理系统的设计中，我们采用客户端侧EB／服务器三层架构体系，如图2所示。【图2】

　　应用层给用户提供了一个应用界面，用户可以通过应用界面操作获取各种数据信息。应用层增加了一定的权限设置，用户可以在自己的权限范围内操作系统。

　　逻辑层位于界面层和数据层中间，起到了连接的作用，它可以接受界面层用户的请求，执行任务并与数据层进行数据交互，把必要的数据反馈给界面层。

　　从业务方面来看，仓储管理系统要实现的功能有：卷烟目录管理、卷烟信息管理、出入库管理、储位管理、库存统计分析、卷烟库存监控、需求预测、报表查询管理、货位编码管理、用户权限分配等。数据层可以接受逻辑层的任务请求，对数据库进行操作，它可以实现数据信息的安全性、完整性，这一层经常使用的是一些大型的数据库系统，其主要任务是对仓储管理系统的数据进行处理和保存，常用的有SQL Server、Oracle等。

　　4.3 中间件系统体系结构
　　中间件的设计采用层次调用结构，可以使其具有结构清晰、便于维护等特点，满足中间件可扩展、分布式的要求。因此本系统的RFID中间件设计也采用了层次调用思想进行架构，将整个中间件系统设计分三个层次的模块：通信管理、数据处理和应用程序接口，如图3所示。【图3】

　　通信管理模块主要处理中间件与读写器、数据库的数据信息传递。其中读写器的通信需要屏蔽各种硬件设备和主机之间的通信方式；与数据库的接口则是使用标准的函数接口，对后台数据库进行有效的操作。

　　数据管理模块可分为两部分：一是对通过读写器收集的数据进行分析、过滤、储存；二是实现对读写器等设备的监控和管理，确保各个设备工作正常。应用程序接口模块是中间件系统和上层应用软件的通道，其目的是完成中间件与上层应用程序的连接，为上层应用提供可访问的对象，并传输处理后的标签数据信息。
　　
　　5 主要功能模块设计
　　
　　5.1 通信管理模块设计
　　数据通信模块主要完成中间件与读写器、数据库之间数据信息的传输，而上层应用软件只要实现自身的功能即可，其模块的结构如图4所示。【图4】

　　数据库接口模块要完成中间件和数据库的连接，以供数据管理模块和应用程序接口模块使用，确保把采集到的标签数据及设备相关信息保存并有效地处理。与读写器通信的处理方法是根据不同的连接为其定义相对应的类，这样就可以对设备进行设置的时候按照连接方式生成不同的对象。此外，各个厂商读写器的底层通信协议不同，在建立数据连接后需要针对不同的RFID读写器底层通信协议来建立相应的类即可，不仅避免了整个模块的重新开发，还提高了系统的可扩展性。

　　5.2 数据管理模块设计
　　数据管理模块的主要功能是对RFID通信接口传递的信息数据进行处理，其中包括筛选掉不必要的信息，保留有用的信息，以及对该类信息进行存储。除此之外，由于在烟草仓储内部存在RFID覆盖范围的重复性，因此，还需要对重复信息进行清除，避免信息数据的重复。另一方面数据管理模块还要进行RFID系统中读写器硬件信息的维护，保证各个设备的正常工作。该模块通过调用通信管理模块里的相关函数能够进行设备状态及相关参数的设置。
　　
　　5.3 应用程序接口模块设计
　　由于标准化接口具有很强的可移植性，因此中间件已成为很多标准化工作的关键部分。具体来说，中间件解决了下层读写器系统较为复杂的问题，提供给程序开发人员一个简单明了的软件环境，使他们把注意力都放在自己的研发工作上，不用再为不同系统软件上的移植问题而重复劳动，从而大大减轻了技术方面的负担。上述功能的实现都取决于应用程序接口的应用及开发。6 系统功能及实现库存管理模块由入库管理、出库管理、盘存管理和预警管理4个子模块组成。

　　（1） 入库管理模块：仓库管理员根据入库确认单检查卷烟，合格后将件烟传输至入库月台，并将件烟放置到系统指定的储位。出库管理模块：仓库管理员根据分拣系统要货的卷烟名称和数量，指定仓储出库策略。盘存管理／在库管理模块：这两个模块功能相近，但对具体的操作不同。盘存管理是根据仓储管理系统的盘点策略随机对库存卷烟进行下架抽检，也可以按周期进行人工盘点，确保实物与仓储信息的准确对应。

　　预警管理模块：库存预警主要是根据不同卷烟的销售状况，设定库存数量下限阈值，当某种卷烟的库存数量低于其下限阈值时，系统会给出警告，提醒管理人员制定新的采购计划。质量预警主要针对卷烟保质期进行警告，一般设定卷烟的保质期为6个月，当仓库中的卷烟在库时间达到5个月时，系统会列出这些卷烟，提醒管理人员尽快销售。7 应用结果分析通过测试，验证了甘肃天水烟草仓储系统在应用环境下能够有效对RFID标签进行读取，并传输到系统平台进行正确的处理。下面给出2013年10月仓储系统入库时间的相关测试数据。入库试验进行了两次，第一次实际件烟数为100件，折合托盘数是4托盘；第二次实际件烟数为500件，折合托盘数是17托盘，两次都采用1辆叉车的方案。在上述两次测试过程中，系统的运行安全可靠，数据传输准确，达到了系统设计的要求。我们进一步对传统操作方式和基于RFID方式的使用成本进行了分析对比，见表1。【表1】

　　经过上述分析可得出结论，在入库和出库阶段，采用托盘联运的方式，通过RFID进行件烟的识别可以较大幅度降低单件费用的指标。因此，RFID在烟草仓储系统中的应用可以降低成本，提高生产效率。