基于RFID的数字化管理系统的设计
本节选择WH卷烟集团一号成品仓库的数字化仓库管理系统为实例进行介绍。按照数字化仓库设计的方法，还将对WH卷烟集团数字化仓库的系统结构、系统功能结构及业务流程进行分析和设计。
1、 系统设计目标
本系统的目标是建立成品仓库的数字化仓库管理系统，实现以托盘为单位的可视化电子货位管理，并在出库扫码环节通过RFID标签实现与成品库数字数字化仓库管理系统的对接；同时，在工业企业和商业公司之间实现直接托盘运输，并通过RFID技术实现成品库数字化仓库管理系统的数据对接。具体目标如下：
（1）通过应用RFID技术实现货物的先进先出；
（2）实现自动出入库管理和实时库存信息查询；
（3）通过电子显示屏显示库区货位信息及其产品信息；
（4）实现一号成品库一楼两个仓间以RFID托盘为单位的电子货位管理，二楼两个仓间以库区为单位的电子货位管理；
（5）通过RFID电子化托盘实现与一号工程的对接，提高成品仓库的出库效率；
（6）在工业企业和商业公司之间实现直接托盘运输；
（7）在建立数字化仓库管理系统的基础上，通过各种网络建立实时的物流信息共享平台，实现物流信息的共享。
2、系统结构设计
基于RFID的数字化仓库管理系统的结构设计包括仓库货架及平面布局设计、软件体系结构设计等方面。
2.1.仓库货架及平面布局设计
仓库货架及平面布局设计是基于RFID的数字化仓库管理系统的最基础环节，将直接决定系统的运行状况。设计仓库的货架时需要从以下几个方面来考虑：仓库出库品种的多少；仓库库容；仓库的作业效率；货物的重量。
WH卷烟集团一号成品仓库的特点是作业品种少、数量大。从这个特点考虑，可以采用驶入式货架，在最大限度保证仓库库容的情况下，实现卷烟的“先进先出”。同时，从烟草公司仓库的作业需要出发，可将仓库大致分为四个大的作业区域。
（1）货架区：采用驶入式货架放置已经组好盘的成品烟。
（2）暂存区：采用横梁式托盘货架放置少量从货架区移出的烟。
（3）临时存放区：用来存放已经到库，但还没有安排货位的物品。
（4）组盘区：分为入库组盘区和半成品库内组盘区，用于对入库件烟和半成品烟进行组盘（对出/入库都只接受托盘的仓库可减少此区）。
（5）发货区（出库口）：根据发货单发货，并通过显示屏显示出库信息。
本系统在一号成品库一楼进行实施，仓库面积为2000平方米，分为西仓间（即A仓间）和东仓间（即B仓间），每个仓间各有1000平方米，具体的仓库货架及平面布局分别如图（a）和图（b）所示。A仓间和B仓间均分为6个库区和1个暂存区库区采用双层驶入式货架，暂存区采用双层横梁式货架。A仓间和B仓间的6个库区分别为1A01～1A06库区和1B01～1B07库区，暂存区分别为1A07库区和1B12库区。除暂存区外，每个库区都装有LED显示器。其中1A01、1B01库区和1A06、1B06库区为3个廊道，其他库区均为4个廊道，深度为8。1A07库区和1B12库区的深度为7。A仓间有2个入库口，即入库口2和入库口3。B仓间有1入库口和4个出库口，其中出库口4兼作入库组盘工作用。
货位优化管理用来确定每一品规的恰当储存方式及在恰当的储存方式下的空间储位分配。货位优化管理依据不同设备和货架类型特征、货品分组、货位规划、人工成本内置等因素来实现最佳的货位布局，能有效掌握商品的变化，并将成本节约最大化。货位优化管理可为正在营运的仓库挖掘效率和成本，并可为一个建设中的配送中心或仓库提供营运前的关键管理做准备。货位分配一般包含两层意义：
一是为出/入库的物料分配最佳货位（因为可能同时存在多个空闲的货位），即入库货位分配；
二是选择待出库物料的货位（因为同种物料可能同时存放在多个货位里）。由于只有很少的仓库管理系统（WMS）和计算机系统能够支持储位优化管理，所以当前大约80%的配送中心或仓库不能够进行正确的货位优化。究其原因主要在于基础数据不足，MIS资源尚不能支持，没有正确的货位优化软件和方法。
对于WH卷烟集团一号成品仓库的实际情况，以上规则的侧重点也有所不同。由于烟草货品本身的重量、形状、特性相似，所以对于货架的平衡性及货品之间的相容性问题可以不用考虑，而重点应放在货品的“先进先出”原则上。同时，由于烟草品种繁多，所以应该在兼顾拣货正确率的基础上，尽量将品牌相似的件烟相近存放，便于库管人员掌握实际库存的分布情况。
同时，根据实际货架的使用情况，针对不同的货架形式，货位分配的约束也有所不同。例如，对于驶入式货架，同一廊道中的货物只能“先进后出”，因此应用“先进先出”原则的最小单位只能是廊道。同时，为了提高廊道的使用率以便提高库容量，设置相应的暂存区是必要的。但暂存区的货位数量毕竟有限，因此如何合理地分配暂存区的存取也是约束中应重点考虑的。
图仓库货架及平面布局
基于以上的分析，本系统货位优化设计为：
（1）先进先出，原则的最小单位只能是廊道；
（2）品牌相似的件烟相近存放；
（3）入库时将烟尽量放在离出库口近的地方，以提高出库速度。
由于WH卷烟集团一号成品仓库的作业品种少、数量大，所以将仓库作业规则设计为：
（1）原则上一个储位内只存放同一个品牌规格、同一批次的烟或与廊道最里面托盘的入库时间间隔在3天以内的烟，一个廊道内的托盘为后进先出；不同的廊道之间可以实现产品先进先出；
（2）当某个廊道的托盘只剩下1～3个时，可将托盘移至暂存区存放；
（3）当品牌规格符合订单要求时，暂存区的成品烟优先出库。
货架是以托盘为单位进行管理的，因此需要对货位进行编码以便进行系统的可视化管理和定位，具体的编码规格:
1 B 02 02 08 2
货位编码共有9位。
第一位代表仓库的楼层，取值范围为1～4，分别代表仓库的1～4楼；
第二位代表仓库的仓间，其取值为A或B，分别代表仓库的西仓间和东仓间；
第三、四位代表仓仓库的库区，其取值范围为01～12，其中01～06代表货架区，07和12代表暂存区，08～11代表缓存区；
第五、六位代表仓库的通道，其取值范围为01～04，分别代表仓库的01～04通道，设计为两位是为了方便扩展；
第七、八位代表仓库的深度，其取值范围为01～08，分别代表仓库的01～08深度，其中01表示货架最里面的货位，08表示货架最外面的货位；
第九位代表货架的上下层，其取值为1或2，1代表货架下层，2代表货架上层。
2.2、软件体系结构设计
WH卷烟集团一号成品仓库已具有扫码组盘和读托盘出库功能。扫码组盘功能是指先通过光电探头扫描30件烟的条码信息，再通过RFID阅读器将条码信息写入RFID标签中，然后将30件烟的条码信息和RFID标签ID绑定在一起；读托盘出库功能是指只需要读取托盘上RFID标签信息，系统能自动解压出与其绑定的30件烟的条码信息并将这30件烟的条码信息提交主机数据库。
本系统在上述基础上进行改造，且需要将一号成品仓库已有系统集成到本系统中，即使用一号成品仓库已有功能的接口向本系统提供RFID信息及与其绑定的条码信息。同时由于一号成品仓库内的出/入库时已有RFID阅读器，并且其叉车不方便安装RFID阅读器，所以本系统在校对出/入库时，没有采用一般的数字化仓库设计方法，而是在每个库区分别挂上LED屏，实时显示库区信息和仓库作业信息。系统的体系结构如图所示。
本系统集成在一号成品仓库的已有信息系统中，由三个子系统组成，即主控机子系统、叉车电子货位导航子系统和服务器消息处理子系统。服务器消息处理子系统是主控机子系统和叉车电子货位导航子系统信息交互的枢纽。主控机子系统采用先进的Internet技术、B/S三层结构和C/S多层结构相结合的设计方式。C/S模式的优点是：给用户更强的操作体验，提供更加丰富的功能；保证系统在网络故障的情况下也可以进行作业。在外部访问仓库信息系统信息时，B/S的模式的优点是使用户可方便地获取仓库信息。两者进行互补并有机地结合，可使系统更稳定、更强壮、性能更优。主控机的系统结构如图所示。
采用三层应用体系架构的优势有以下几点。
（1）保证系统的安全性：中间层（业务逻辑层）隔离了客户（用户界面层）直接对数据库系统的访问，保护了数据库系统和数据的安全。
（2）提高系统的稳定性：分布式体系保证了系统的更可靠的稳定性，满足7×24小时全天候服务；业务逻辑层缓冲了用户与数据库系统的实际连接，使数据库系统的实际连接数量远小于应用数量；在访问量和业务量加大的情况下，可以用多台主机设备建立集群方式，共同工作，进行业务逻辑处理，实现负载均衡。
（3）系统易于维护：由于业务逻辑在中间服务器上，并且采用构件化方式设计，所以当业务规则变化后，用户界面层不做任何改动，就能立即适应；
各用户终端、物流服务中心可通过浏览器远程访问系统，客户端实现零维护。
上述技术优势保证了物流信息服务平台的开放性、灵活性和稳定性，这在技术上是完全可行的。
3、系统功能设计
服务器消息处理子系统是驻留并在服务器端实时运行的消息接收及转发系统。服务器消息处理子系统应具有以下几个方面的功能：各个客户端（包括主控机子系统、叉车电子货位导航子系统）采用TCP协议连接到服务器端，在连接时负责客户端用户的登录验证；储存与转发叉车作业指令及状态信息；实时刷新LED显示屏信息和叉车的指令状态。服务器消息处理子系统的功能具体以服务器消息处理了系统：客户端的登陆验证、消息的存储与转发
按照主控机子系统的功能，可将其模块设计分为以下几个部分：电子货位管理、电子显示屏、入库管理和出库管理，如图所示。
主控机子系统的功能
叉车电子货位导航子系统的功能是：从服务器查询出所有未处理作业指令；按照驶入式货架的特点设计叉车指令优先级算法，按照该算法自动为叉车选择优先级别最高的指令；组合刷新作业库区LED所需信息。叉车在执行一条指令时，叉车电子货位导航子系统会将按照LED显示屏控制算法处理过的消息实时发送给服务器，服务器接到消息后进行组播，控制库区LED屏的主控机接到消息后刷新LED屏。这里将叉车电子货位导航子系统功能设计为电子地图导航模块和通信模块
4、系统业务流程设计
从WH卷烟集团一号成品仓库的特点分析，可知该仓库的业务流程与一般的卷烟公司数字化仓库管理系统有一定的区别。下面具体分析其业务流程。
4.1.入库流程设计
由于WH卷烟集团一号成品仓库已具有扫码组盘功能，所以本系统中没有设置扫码组盘功能。本系统使用固定式RFID阅读器读取RFID标签的ID，与货位号绑定。其入库流程如图所示。
WH卷烟集团一号成品仓库已具有扫码组盘功能时的具体流程为：
（1）ERP使用人工录入单据（以电子邮件方式下达）；
（2）系统接收到邮件后，生成纸制单据并下达（如移库入库单）；
（3）库管人员拿到纸制单据并与实物核对后，开始进行入库操作；
（4）打开已有的扫码软件，进行30件烟条码的采集打包；
（5）打开已有的组盘软件，进行组盘写RFID托盘操作。
本系统入库流程是在件烟已组好盘，并将条码信息写入托盘的基础上进行的，其具体作业流程如下。
（1）打开主控机子系统，从ERP数据库导入“当日的”、“待办的”、“入库单”列表。
（2）库管单击“分配货位”按钮后，本主控机子系统将按照入库时间和品牌规格等入库规则算出入库的货位，库管确认分配的货位后，生成叉车作业的指令并通过无线网络发送到服务器上。
（3）叉车司机查询当前入库指令，按顺序执行入库指令，通过入库过道。
（4）RFID阅读器获取经过入库过道的托盘ID，并触发以下动作：将ID写入入库指令，将货物标签和货位绑定；库区LED屏显示作业信息（库区编号、作业通道、品牌规格、入库数量、已入库数量和未入库数量）。
（5）将货物放入货架并确认，触发并刷新库区LED信息。
（6）叉车司机执行完成入库作业后返回确认信息，库管系统自动更新库存、货位状态及库区显示系统。
4.2.出库流程设计
由于WH卷烟集团1号成品仓库已具有读托盘出库功能，所以本系统直接使用一号成品仓库中软件提供的接口来获取RFID标签信息。其出库流程如图所示。
（1）从武汉卷烟集团ERP系统中导出入库单据或者手工输入出库单据。
（2）库管单击“分配货位”按钮后，主控机子系统将按照入库时间和品牌规格等设定的出库规则算出入库的货位。库管确认分配的货位后，生成叉车作业的指令并通过无线网路发送到服务器上。
（3）叉车司机使用叉车电子货位导航子系统，通过无线网络查询服务器上的出库作业指令，依据指令将托盘取出货位。
（4）出库口RFID阅读器获取经过出库过道的托盘ID。触发库管系统通过获取的RFID信息解析出与其绑定的货位，进行出库核对。
（5）完成货物出库后，叉车电子货位导航子系统通过无线网返回确认信息给主控机，并触发下列动作：更新出库口LED屏显示信息、更新作业库区LED屏显示信息、更细叉车指令列表。
（6）当单据完成后，库管提交数据信息，系统更新库存。
4.3.货位调整流程设计
货位调整是库内作业，不需要用到仓库原有系统的接口。而且货位调整没有扫描RFID的信息，没有对调整的货位进行核对，因此需要司机严格按照指令指示的货位进行作业。货位调整流程如图所示。
（1）当需要执行货位调整作业时，主控机子系统自动生成货位调整指令。
（2）库管选择需要分配的货位并生成指令（便于叉车查询）。
（3）叉车司机使用叉车电子货位导航子系统，通过无线网查询货位调整的作业指令，依据指令列表显示的调出货位将货物调出，然后将其放入在指令列表中显示的调入货位。
（4）叉车司机将货位放到目标货位后，叉车电子货位导航子系统通过无线网发送确认信息给库管PC并刷新指令列表。
（5）作业完成后，库管进行核对并提交作业，更新库存信息。
