基于RFID的數(shù)字化管理系統(tǒng)的設計
本節(jié)選擇WH卷煙集團一號成品倉庫的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)為實例進行介紹。按照數(shù)字化倉庫設計的方法，還將對WH卷煙集團數(shù)字化倉庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及業(yè)務流程進行分析和設計。
1、 系統(tǒng)設計目標
本系統(tǒng)的目標是建立成品倉庫的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)以托盤為單位的可視化電子貨位管理，并在出庫掃碼環(huán)節(jié)通過RFID標簽實現(xiàn)與成品庫數(shù)字數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的對接；同時，在工業(yè)企業(yè)和商業(yè)公司之間實現(xiàn)直接托盤運輸，并通過RFID技術(shù)實現(xiàn)成品庫數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接。具體目標如下：
（1）通過應用RFID技術(shù)實現(xiàn)貨物的先進先出；
（2）實現(xiàn)自動出入庫管理和實時庫存信息查詢；
（3）通過電子顯示屏顯示庫區(qū)貨位信息及其產(chǎn)品信息；
（4）實現(xiàn)一號成品庫一樓兩個倉間以RFID托盤為單位的電子貨位管理，二樓兩個倉間以庫區(qū)為單位的電子貨位管理；
（5）通過RFID電子化托盤實現(xiàn)與一號工程的對接，提高成品倉庫的出庫效率；
（6）在工業(yè)企業(yè)和商業(yè)公司之間實現(xiàn)直接托盤運輸；
（7）在建立數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的基礎上，通過各種網(wǎng)絡建立實時的物流信息共享平臺，實現(xiàn)物流信息的共享。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計
基于RFID的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計包括倉庫貨架及平面布局設計、軟件體系結(jié)構(gòu)設計等方面。
2.1.倉庫貨架及平面布局設計
倉庫貨架及平面布局設計是基于RFID的數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)的最基礎環(huán)節(jié)，將直接決定系統(tǒng)的運行狀況。設計倉庫的貨架時需要從以下幾個方面來考慮：倉庫出庫品種的多少；倉庫庫容；倉庫的作業(yè)效率；貨物的重量。
WH卷煙集團一號成品倉庫的特點是作業(yè)品種少、數(shù)量大。從這個特點考慮，可以采用駛?cè)胧截浖埽谧畲笙薅缺ＷC倉庫庫容的情況下，實現(xiàn)卷煙的“先進先出”。同時，從煙草公司倉庫的作業(yè)需要出發(fā)，可將倉庫大致分為四個大的作業(yè)區(qū)域。
（1）貨架區(qū)：采用駛?cè)胧截浖芊胖靡呀?jīng)組好盤的成品煙。
（2）暫存區(qū)：采用橫梁式托盤貨架放置少量從貨架區(qū)移出的煙。
（3）臨時存放區(qū)：用來存放已經(jīng)到庫，但還沒有安排貨位的物品。
（4）組盤區(qū)：分為入庫組盤區(qū)和半成品庫內(nèi)組盤區(qū)，用于對入庫件煙和半成品煙進行組盤（對出/入庫都只接受托盤的倉庫可減少此區(qū)）。
（5）發(fā)貨區(qū)（出庫口）：根據(jù)發(fā)貨單發(fā)貨，并通過顯示屏顯示出庫信息。
本系統(tǒng)在一號成品庫一樓進行實施，倉庫面積為2000平方米，分為西倉間（即A倉間）和東倉間（即B倉間），每個倉間各有1000平方米，具體的倉庫貨架及平面布局分別如圖（a）和圖（b）所示。A倉間和B倉間均分為6個庫區(qū)和1個暫存區(qū)庫區(qū)采用雙層駛?cè)胧截浖埽瑫捍鎱^(qū)采用雙層橫梁式貨架。A倉間和B倉間的6個庫區(qū)分別為1A01～1A06庫區(qū)和1B01～1B07庫區(qū)，暫存區(qū)分別為1A07庫區(qū)和1B12庫區(qū)。除暫存區(qū)外，每個庫區(qū)都裝有LED顯示器。其中1A01、1B01庫區(qū)和1A06、1B06庫區(qū)為3個廊道，其他庫區(qū)均為4個廊道，深度為8。1A07庫區(qū)和1B12庫區(qū)的深度為7。A倉間有2個入庫口，即入庫口2和入庫口3。B倉間有1入庫口和4個出庫口，其中出庫口4兼作入庫組盤工作用。
貨位優(yōu)化管理用來確定每一品規(guī)的恰當儲存方式及在恰當?shù)膬Υ娣绞较碌目臻g儲位分配。貨位優(yōu)化管理依據(jù)不同設備和貨架類型特征、貨品分組、貨位規(guī)劃、人工成本內(nèi)置等因素來實現(xiàn)最佳的貨位布局，能有效掌握商品的變化，并將成本節(jié)約最大化。貨位優(yōu)化管理可為正在營運的倉庫挖掘效率和成本，并可為一個建設中的配送中心或倉庫提供營運前的關鍵管理做準備。貨位分配一般包含兩層意義：
一是為出/入庫的物料分配最佳貨位（因為可能同時存在多個空閑的貨位），即入庫貨位分配；
二是選擇待出庫物料的貨位（因為同種物料可能同時存放在多個貨位里）。由于只有很少的倉庫管理系統(tǒng)（WMS）和計算機系統(tǒng)能夠支持儲位優(yōu)化管理，所以當前大約80%的配送中心或倉庫不能夠進行正確的貨位優(yōu)化。究其原因主要在于基礎數(shù)據(jù)不足，MIS資源尚不能支持，沒有正確的貨位優(yōu)化軟件和方法。
對于WH卷煙集團一號成品倉庫的實際情況，以上規(guī)則的側(cè)重點也有所不同。由于煙草貨品本身的重量、形狀、特性相似，所以對于貨架的平衡性及貨品之間的相容性問題可以不用考慮，而重點應放在貨品的“先進先出”原則上。同時，由于煙草品種繁多，所以應該在兼顧揀貨正確率的基礎上，盡量將品牌相似的件煙相近存放，便于庫管人員掌握實際庫存的分布情況。
同時，根據(jù)實際貨架的使用情況，針對不同的貨架形式，貨位分配的約束也有所不同。例如，對于駛?cè)胧截浖?，同一廊道中的貨物只能“先進后出”，因此應用“先進先出”原則的最小單位只能是廊道。同時，為了提高廊道的使用率以便提高庫容量，設置相應的暫存區(qū)是必要的。但暫存區(qū)的貨位數(shù)量畢竟有限，因此如何合理地分配暫存區(qū)的存取也是約束中應重點考慮的。
圖倉庫貨架及平面布局
基于以上的分析，本系統(tǒng)貨位優(yōu)化設計為：
（1）先進先出，原則的最小單位只能是廊道；
（2）品牌相似的件煙相近存放；
（3）入庫時將煙盡量放在離出庫口近的地方，以提高出庫速度。
由于WH卷煙集團一號成品倉庫的作業(yè)品種少、數(shù)量大，所以將倉庫作業(yè)規(guī)則設計為：
（1）原則上一個儲位內(nèi)只存放同一個品牌規(guī)格、同一批次的煙或與廊道最里面托盤的入庫時間間隔在3天以內(nèi)的煙，一個廊道內(nèi)的托盤為后進先出；不同的廊道之間可以實現(xiàn)產(chǎn)品先進先出；
（2）當某個廊道的托盤只剩下1～3個時，可將托盤移至暫存區(qū)存放；
（3）當品牌規(guī)格符合訂單要求時，暫存區(qū)的成品煙優(yōu)先出庫。
貨架是以托盤為單位進行管理的，因此需要對貨位進行編碼以便進行系統(tǒng)的可視化管理和定位，具體的編碼規(guī)格:
1 B 02 02 08 2
貨位編碼共有9位。
第一位代表倉庫的樓層，取值范圍為1～4，分別代表倉庫的1～4樓；
第二位代表倉庫的倉間，其取值為A或B，分別代表倉庫的西倉間和東倉間；
第三、四位代表倉倉庫的庫區(qū)，其取值范圍為01～12，其中01～06代表貨架區(qū)，07和12代表暫存區(qū)，08～11代表緩存區(qū)；
第五、六位代表倉庫的通道，其取值范圍為01～04，分別代表倉庫的01～04通道，設計為兩位是為了方便擴展；
第七、八位代表倉庫的深度，其取值范圍為01～08，分別代表倉庫的01～08深度，其中01表示貨架最里面的貨位，08表示貨架最外面的貨位；
第九位代表貨架的上下層，其取值為1或2，1代表貨架下層，2代表貨架上層。
2.2、軟件體系結(jié)構(gòu)設計
WH卷煙集團一號成品倉庫已具有掃碼組盤和讀托盤出庫功能。掃碼組盤功能是指先通過光電探頭掃描30件煙的條碼信息，再通過RFID閱讀器將條碼信息寫入RFID標簽中，然后將30件煙的條碼信息和RFID標簽ID綁定在一起；讀托盤出庫功能是指只需要讀取托盤上RFID標簽信息，系統(tǒng)能自動解壓出與其綁定的30件煙的條碼信息并將這30件煙的條碼信息提交主機數(shù)據(jù)庫。
本系統(tǒng)在上述基礎上進行改造，且需要將一號成品倉庫已有系統(tǒng)集成到本系統(tǒng)中，即使用一號成品倉庫已有功能的接口向本系統(tǒng)提供RFID信息及與其綁定的條碼信息。同時由于一號成品倉庫內(nèi)的出/入庫時已有RFID閱讀器，并且其叉車不方便安裝RFID閱讀器，所以本系統(tǒng)在校對出/入庫時，沒有采用一般的數(shù)字化倉庫設計方法，而是在每個庫區(qū)分別掛上LED屏，實時顯示庫區(qū)信息和倉庫作業(yè)信息。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖所示。
本系統(tǒng)集成在一號成品倉庫的已有信息系統(tǒng)中，由三個子系統(tǒng)組成，即主控機子系統(tǒng)、叉車電子貨位導航子系統(tǒng)和服務器消息處理子系統(tǒng)。服務器消息處理子系統(tǒng)是主控機子系統(tǒng)和叉車電子貨位導航子系統(tǒng)信息交互的樞紐。主控機子系統(tǒng)采用先進的Internet技術(shù)、B/S三層結(jié)構(gòu)和C/S多層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設計方式。C/S模式的優(yōu)點是：給用戶更強的操作體驗，提供更加豐富的功能；保證系統(tǒng)在網(wǎng)絡故障的情況下也可以進行作業(yè)。在外部訪問倉庫信息系統(tǒng)信息時，B/S的模式的優(yōu)點是使用戶可方便地獲取倉庫信息。兩者進行互補并有機地結(jié)合，可使系統(tǒng)更穩(wěn)定、更強壯、性能更優(yōu)。主控機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。
采用三層應用體系架構(gòu)的優(yōu)勢有以下幾點。
（1）保證系統(tǒng)的安全性：中間層（業(yè)務邏輯層）隔離了客戶（用戶界面層）直接對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問，保護了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。
（2）提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性：分布式體系保證了系統(tǒng)的更可靠的穩(wěn)定性，滿足7×24小時全天候服務；業(yè)務邏輯層緩沖了用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實際連接，使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實際連接數(shù)量遠小于應用數(shù)量；在訪問量和業(yè)務量加大的情況下，可以用多臺主機設備建立集群方式，共同工作，進行業(yè)務邏輯處理，實現(xiàn)負載均衡。
（3）系統(tǒng)易于維護：由于業(yè)務邏輯在中間服務器上，并且采用構(gòu)件化方式設計，所以當業(yè)務規(guī)則變化后，用戶界面層不做任何改動，就能立即適應；
各用戶終端、物流服務中心可通過瀏覽器遠程訪問系統(tǒng)，客戶端實現(xiàn)零維護。
上述技術(shù)優(yōu)勢保證了物流信息服務平臺的開放性、靈活性和穩(wěn)定性，這在技術(shù)上是完全可行的。
3、系統(tǒng)功能設計
服務器消息處理子系統(tǒng)是駐留并在服務器端實時運行的消息接收及轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。服務器消息處理子系統(tǒng)應具有以下幾個方面的功能：各個客戶端（包括主控機子系統(tǒng)、叉車電子貨位導航子系統(tǒng)）采用TCP協(xié)議連接到服務器端，在連接時負責客戶端用戶的登錄驗證；儲存與轉(zhuǎn)發(fā)叉車作業(yè)指令及狀態(tài)信息；實時刷新LED顯示屏信息和叉車的指令狀態(tài)。服務器消息處理子系統(tǒng)的功能具體以服務器消息處理了系統(tǒng)：客戶端的登陸驗證、消息的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)
按照主控機子系統(tǒng)的功能，可將其模塊設計分為以下幾個部分：電子貨位管理、電子顯示屏、入庫管理和出庫管理，如圖所示。
主控機子系統(tǒng)的功能
叉車電子貨位導航子系統(tǒng)的功能是：從服務器查詢出所有未處理作業(yè)指令；按照駛?cè)胧截浖艿奶攸c設計叉車指令優(yōu)先級算法，按照該算法自動為叉車選擇優(yōu)先級別最高的指令；組合刷新作業(yè)庫區(qū)LED所需信息。叉車在執(zhí)行一條指令時，叉車電子貨位導航子系統(tǒng)會將按照LED顯示屏控制算法處理過的消息實時發(fā)送給服務器，服務器接到消息后進行組播，控制庫區(qū)LED屏的主控機接到消息后刷新LED屏。這里將叉車電子貨位導航子系統(tǒng)功能設計為電子地圖導航模塊和通信模塊
4、系統(tǒng)業(yè)務流程設計
從WH卷煙集團一號成品倉庫的特點分析，可知該倉庫的業(yè)務流程與一般的卷煙公司數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)有一定的區(qū)別。下面具體分析其業(yè)務流程。
4.1.入庫流程設計
由于WH卷煙集團一號成品倉庫已具有掃碼組盤功能，所以本系統(tǒng)中沒有設置掃碼組盤功能。本系統(tǒng)使用固定式RFID閱讀器讀取RFID標簽的ID，與貨位號綁定。其入庫流程如圖所示。
WH卷煙集團一號成品倉庫已具有掃碼組盤功能時的具體流程為：
（1）ERP使用人工錄入單據(jù)（以電子郵件方式下達）；
（2）系統(tǒng)接收到郵件后，生成紙制單據(jù)并下達（如移庫入庫單）；
（3）庫管人員拿到紙制單據(jù)并與實物核對后，開始進行入庫操作；
（4）打開已有的掃碼軟件，進行30件煙條碼的采集打包；
（5）打開已有的組盤軟件，進行組盤寫RFID托盤操作。
本系統(tǒng)入庫流程是在件煙已組好盤，并將條碼信息寫入托盤的基礎上進行的，其具體作業(yè)流程如下。
（1）打開主控機子系統(tǒng)，從ERP數(shù)據(jù)庫導入“當日的”、“待辦的”、“入庫單”列表。
（2）庫管單擊“分配貨位”按鈕后，本主控機子系統(tǒng)將按照入庫時間和品牌規(guī)格等入庫規(guī)則算出入庫的貨位，庫管確認分配的貨位后，生成叉車作業(yè)的指令并通過無線網(wǎng)絡發(fā)送到服務器上。
（3）叉車司機查詢當前入庫指令，按順序執(zhí)行入庫指令，通過入庫過道。
（4）RFID閱讀器獲取經(jīng)過入庫過道的托盤ID，并觸發(fā)以下動作：將ID寫入入庫指令，將貨物標簽和貨位綁定；庫區(qū)LED屏顯示作業(yè)信息（庫區(qū)編號、作業(yè)通道、品牌規(guī)格、入庫數(shù)量、已入庫數(shù)量和未入庫數(shù)量）。
（5）將貨物放入貨架并確認，觸發(fā)并刷新庫區(qū)LED信息。
（6）叉車司機執(zhí)行完成入庫作業(yè)后返回確認信息，庫管系統(tǒng)自動更新庫存、貨位狀態(tài)及庫區(qū)顯示系統(tǒng)。
4.2.出庫流程設計
由于WH卷煙集團1號成品倉庫已具有讀托盤出庫功能，所以本系統(tǒng)直接使用一號成品倉庫中軟件提供的接口來獲取RFID標簽信息。其出庫流程如圖所示。
（1）從武漢卷煙集團ERP系統(tǒng)中導出入庫單據(jù)或者手工輸入出庫單據(jù)。
（2）庫管單擊“分配貨位”按鈕后，主控機子系統(tǒng)將按照入庫時間和品牌規(guī)格等設定的出庫規(guī)則算出入庫的貨位。庫管確認分配的貨位后，生成叉車作業(yè)的指令并通過無線網(wǎng)路發(fā)送到服務器上。
（3）叉車司機使用叉車電子貨位導航子系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡查詢服務器上的出庫作業(yè)指令，依據(jù)指令將托盤取出貨位。
（4）出庫口RFID閱讀器獲取經(jīng)過出庫過道的托盤ID。觸發(fā)庫管系統(tǒng)通過獲取的RFID信息解析出與其綁定的貨位，進行出庫核對。
（5）完成貨物出庫后，叉車電子貨位導航子系統(tǒng)通過無線網(wǎng)返回確認信息給主控機，并觸發(fā)下列動作：更新出庫口LED屏顯示信息、更新作業(yè)庫區(qū)LED屏顯示信息、更細叉車指令列表。
（6）當單據(jù)完成后，庫管提交數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)更新庫存。
4.3.貨位調(diào)整流程設計
貨位調(diào)整是庫內(nèi)作業(yè)，不需要用到倉庫原有系統(tǒng)的接口。而且貨位調(diào)整沒有掃描RFID的信息，沒有對調(diào)整的貨位進行核對，因此需要司機嚴格按照指令指示的貨位進行作業(yè)。貨位調(diào)整流程如圖所示。
（1）當需要執(zhí)行貨位調(diào)整作業(yè)時，主控機子系統(tǒng)自動生成貨位調(diào)整指令。
（2）庫管選擇需要分配的貨位并生成指令（便于叉車查詢）。
（3）叉車司機使用叉車電子貨位導航子系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)查詢貨位調(diào)整的作業(yè)指令，依據(jù)指令列表顯示的調(diào)出貨位將貨物調(diào)出，然后將其放入在指令列表中顯示的調(diào)入貨位。
（4）叉車司機將貨位放到目標貨位后，叉車電子貨位導航子系統(tǒng)通過無線網(wǎng)發(fā)送確認信息給庫管PC并刷新指令列表。
（5）作業(yè)完成后，庫管進行核對并提交作業(yè)，更新庫存信息。
