基于RFID技术的海军航材智能仓储系统设计

海军航空兵部队库存航材品种繁多且数量巨大、价格昂贵,在仓库储存中需要依据《海军航材目录》,区分类别、型别、组别和质量等级进行分类分级管理,各级航材管理部门日常清查或清点航材的实时状况,跟踪航材的流向,需要耗费大量的时间和人力物力。部队现行的航材管理方式以二维条码标签为基础,采用手持式二维条码扫描枪的半自动化管理方式来记录、追踪管理,效率不高,人工清点时也容易遗漏或重复,实物难以与账面相符,常常造成数据不及时,出错率偏高等问题,增加了航材管理的难度。特别是随着新型航材种类数量的大量增加,新形势下航材仓库管理人员的大幅削减,矛盾愈发突出。

RFID(Radio Frequency Identification)即无线射频识别技术,是非接触式自动识别技术(AUTOID)的一种。与基于光电原理的传统条形码不同,RFID标签基于无线频率通信进行自动识别、追踪和管理,无需人工操作[1]。根据RFID的技术特性和在仓储物流方面应用的成熟度,海军航材智能仓储实现模式建议采用超高频(UHF)方案,即915 MHz为中心频点的无源电子标签方案。

我们基于RFID技术对现有航材仓储管理系统进行整体优化和升级,利用RFID电子标签和智能货架,对库存航材进行全寿命周期状态管理,实现航材自动出入库、在线库存盘点、辅助核对账物、航材流向追踪、快速生成统计报表等功能,为航材管理部门建立一套先进的、规范的、优化的管理机制,从而改进现有库存航材管理方式,提高航材管理水平,做到实时掌握库存航材状况,动态更新航材消耗规律,及时预测航材消耗趋势,初步实现了库存航材管理的自动化、智能化和科学化,有效提高了管理效率和服务形象。

RFID智能货架采用模块化设计,外形整洁美观,货架上安装RFID读写设备、矩形射频天线和LED货位声光标签,可以在部队在用的货架基础上进行升级改造或者根据实际需要定制生产[2],考虑到系统货位数量较多和系统的经济性,设计使用多通道RFID读写器。由于部队现有货架多为全金属结构,存在天线发射的无线电波的发射干扰和串扰问题,同一个RFID标签可能被多个天线读取,造成货位信息确认困难,因此需要选择合适的极化方式和功率调整方式的天线。RFID智能货架天线布设示意图如图1所示。

RFID智能货架配备的矩形射频天线采用水平方式部署,水平布设于每一个货位的底板上(也可布设于货位顶板上),用于感知本货位存储航材的RFID标签。智能货架带有LED货位声光标签,如果检测到查询的航材在货位上面,就会立刻点亮指示灯,同时发出提示音。

根据航材体积形状统计数据,典型航材货架一般设4层,层高为50 cm;每层设3个货位,每个货位长60 cm、宽50 cm。按照每个货位水平布设1个矩形射频天线,1个RFID智能货架需布设12个矩形射频天线。此外,每个RFID智能货架还需布设1台RFID读写设备(读卡基站)、2台多路器,RFID读写设备通过2台多路器与12个矩形射频天线相连通。

基于RFID技术的智能仓储系统拓扑结构如图2所示。

本系统采用单品无源RFID标签加货架天线的方式实现。货架上的航材按RFID标签部署规则粘贴或栓挂电子标签,由货位上的矩形射频天线扫描航材上的RFID标签,每一组货架上的多个矩形射频天线通过多路器并联到一台作为读卡基站的读写器上,多个读卡基站再连接到传输接口模块,由传输接口模块接入局域网交换机从而并入库区计算机网络。

由于航材规格型号繁多,组成成分、体积形状千差万别,金属特性个体差异也很大,很难制定出标准化的RFID标签粘贴规则,同时也对RFID标签的选型提出了更高的要求。因此在对库存航材部署RFID标签时,应区分航材的不同包装特点进行分类部署。

小包装航材通常是需要利用小包装箱进行封装的体积较小的航材,包装箱内可能包含一件或多件航材,例如各种电气仪表、电子元器件等。这类航材通常要先进行油封包装,可以选择将电子标签粘贴在航材外包装箱上,在入库和出库时使用RFID读写器对航材信息进行读写。

大包装箱航材箱内可能包括一件或多件航材,这类航材通常体积较大,需要利用大包装箱进行封装,通常这类航材对储存环境要求较高,运输过程中对运输条件要求也比较高,例如航空发动机、螺旋桨等大件航材。这类航材通常一个包装箱配备一个电子标签,部署方法是在航材外包装箱上粘贴抗金属电子标签,在入库和出库时使用RFID读写器进行登统计。

金属无包装航材较为特殊,储存时无需进行油封包装,为了方便运输通常只需要做好一定保护措施,例如轮毂等航材。由于金属对电子标签识别有一定干扰,这类航材通常采用抗金属干扰类型的电子标签,部署时多采用悬挂式,悬挂在金属航材上,利用RFID读写器对电子标签进行扫描。

这类航材对电子标签要求不高,但也需要采用悬挂式电子标签或其他粘贴方式,使用RFID读写器对标签进行扫描读取。

上述四类航材是具有一定体积的,能够将标签直接粘贴或悬挂在航材上或外包装上,但对于螺钉螺母等体积较小的消耗件,则需要进行多件批量打包,在外包装上粘贴电子标签再进行RFID技术管理,方便出入库和库存盘点。对于各种电子标签粘贴方式要考虑航材和电子标签之间的相互影响,对RFID电子标签材质、大小、安装位置以及粘胶类型等多方面进行综合考虑后,再进行选用。

此外,在航材入库前,如有需要,还可以在航材周转的托盘上粘贴电子标签,将电子标签粘贴在托盘两侧并使托盘上的电子标签信息与航材电子标签信息保持一致。

基于RFID技术的海军航材智能仓储系统能够实现航材出入库智能控制、航材货位及数量统计的实时化、航材信息查询的自动化,从而便于管理人员快速进行收发作业、登统计和信息查询等业务工作,以达到快速、准确、高效的管理目标。

利用RFID读写设备在RFID标签中写入航材的名称、规格型号、数量、存放位置等具体信息,根据RFID标签的唯一性,将标签与航材进行一对一绑定部署,实现航材的唯一标识。

根据要查询的航材名称、规格型号等信息,“在线扫描”RFID智能货架上的库存航材。发现该航材后,智能货架将自动开启指示灯和蜂鸣器进行声光报警,提示该航材所在的货位[3]。

进行盘点时,RFID智能货架依次读取各货位上电子标签信息进行在线清点,并将读取到的信息通过通信接口及时回传给服务器,服务器利用系统软件对收集的航材信息进行在线处理,从而实现对库存航材的实时清点。当在线盘点的数据和服务器数据库中数据不一致时,系统将自动进行报警提示。

航材入库时,管理人员根据发货单/装箱单制作入库凭证,系统根据入库凭证信息自动分配货位,管理人员通过RFID读写设备读取航材的RFID标签,录入该航材的基础信息,并将其放置到指定货位,同时与货位上的电子标签信息进行核对确认。

航材出库时,管理人员根据领用单/调拨单制作出库凭证,系统根据出库凭证信息确定应选航材及存放的货位,RFID智能货架实时检测定位到应选航材,并及时进行声光报警提示。

在库房出入口设置智能门禁,实时收集出入库航材的RFID标签信息并进行登统计。对未经授权出入库航材,系统将马上启动安防系统报警,从而保证库存航材的安全[4]。

本文以RFID技术为基础进行了海军航材智能仓储系统设计,将RFID智能货架引入到海军航材仓储,并对海军航材智能仓储的硬件系统和软件系统进行了设计。经实践验证,该系统理论上能够达到系统设计、规划中的各项目标,系统的性能能够满足实用需求。但是从整体上看,基于RFID技术的海军航材智能仓储系统整体设计还存在以下不足:系统的整体成本较高,系统中使用的RFID电子标签与其读写设备比条码及其设备的成本高;其次RFID电子标签还没有可靠的读写保护功能,在使用的过程中存在储存信息被篡改的风险。