基于RFID技术的仓储物流自动化系统

2022-09-11

RFID是许多商业领域正在采用的技术, 尤其是在仓储物流领域。这项工作的目标是为仓储物流提供一个自动化系统。该系统最初使用非接触式智能卡来存储患者的数据以及系统中员工的身份验证。所提出的系统还使用粘贴到容纳采集样本的RFID标签来正确识别提供样本的患者。这项工作描述了仓储物流的工作流程, 介绍了系统的建模并处理了与智能卡中存储的信息相关安全问题。

一、RFID频率识别

最近, 业界、行业和学术界对自动识别技术 (Auto-ID) 的普及已经成为几项研究的焦点。这种兴趣满足了自动化过程中的新兴需求, 这就需要更高效的应用来获取和控制信息。RFID技术 (射频识别) 用于自动识别物体。该技术与其他现有识别系统相比所展示的优越性呈现出两个主要特征:它具有识别字段, 并且不需要直接看到对象。这些方面是在本文描述的系统开发中选择这种技术的动机。

二、基于RFID的自动存储和检索系统

自动化存储和检索系统 (AS/RS) 是一种物料处理机制, 它是自动化仓库或配送中心的关键部分。该模块被设计为用于制造和组装的标准化元件, 尽管每个模块可以具有不同的尺寸, 并且模块中的阵列可以以许多不同的方式容易地配置, 即仓库的容量可调。在仓库中, 物品被预先装载到托盘上;托盘不需要具有相同的尺寸。包装箱中的每件物品 (或包含相同物品的包装箱) 都附有一个RFID标签, 随后通过整个仓库中开发的RFID库存管理系统跟踪和操纵搬运箱中的每件物品。

典型的RFID读取器是基于微控制器的无线电收发器, 其使用从RFID天线产生的时变电磁场 (EMF) 为RFID标签供电。一旦RFID标签通电, 它可以接收来自RFID阅读器的命令。RFID标签由两个基本组成部分组成:天线和计算机芯片。计算机芯片用于存储数据, 而天线允许通过无线信号传输在RFID标签和RFID阅读器之间进行数据通信。每个RFID标签都有一个唯一标识 (UID) , 可以用来唯一标识RFID标签。通过RFID读取器收集的RFID信息数据可以作为数据处理和存储的数据库传送到主机PC。因此, 所提出的基于RFID的仓库管理系统的硬件包括以下关键要素: (1) RFID读取器 (2) RFID标签。主机可以使用两种类型的RFID标签 (有源和无源RFID标签) , 这取决于AS/RR位置的一系列RFID读取性能。通过在建议的自动化仓库中使用RFID标签, SKU可以均匀分布并随机分派到任何可用于进出货物的地方的不同位置。这种设计极大地提高了仓库的存储、检索和补货操作效率。模块包括彼此相邻排列的两种类型的动力输送机:输入传送带 (存储机架) 和输出传送带。每个输送机系统的整个操作由一个PLC (可编程逻辑控制器) 控制, 该PLC通过局域网 (LAN) 与安装的传感器进行通信。在RFID库存管理系统中, 系统可以根据许多分配策略或规则来释放选定的SKU。这些规则包括例如“离选择的SKU空闲或相邻的模块收集点或模块化手臂最近”等规则。总的来说, 这种设计通过存储和检索系统显着提高了仓储能力、灵活性和对物品的存储、拣选和调度的响应能力。

三、存储和检索系统的测量

存储和检索系统的关键部件和相应的几何参数包括: (1) 输出输送机; (2) 储物架; (3) 储藏架的高度 (H) ; (4) 储藏架的长度 (L) ; (5) 储藏架的深度 (D) ; (6) 推动器; (7) 输出输送机与螺旋输送机之间的长度 (Lsc) ; (8) 进入螺旋输送机; (9) 单螺旋输送机的长度 (Lss) ; (10) 螺旋输送机; (11) 螺旋输送机到收集点 (Lsp) 的长度。

以下工作的目的是确定从启动推动器的时刻开始物品需要的总行程时间, 以将手推车中的选定物品推送到输出传送带上, 直到该物品从螺旋输送机下行到收集点。推进器 (Pn) 可以在水平和垂直两个方向上同时从推动器当前停留的位置 (i, j) 移动到另一个位置 (mx, nx) , 在该位置选定的物品被推到输出传送器上的AS/RR中。

存储和检索系统具有以下特点: (1) 推杆能够立即移动, 在没有加速/减速的情况下获得稳定和恒定的速度; (2) 由于推进器能够以稳定和恒定的速度在垂直和水平方向上同时移动, 这意味着推动器可以沿着线性路线Ld移动到指定位置, 然后将选定的物品从存储架推到输出传送带; (3) 将手提袋中的每件物品立即推入输出传送带, 不会有任何延迟。

四、仓库管理系统

在用于配送中心中的自动仓储系统简化RFID库存管理系统中, RFID读取器安装在入口门上, 并且每次当这些物品进入时, 读取RFID标签的进货、出货信息。安装在AS/RR上的每个推杆还包含与本地控制器通信的RFID阅读器, 该控制器通过中间件将收集到的数据传输到中央仓储数据库。中间件是RFID阅读器和企业系统之间的软件转换层。一旦客户在线订购了店内物品, RFID库存管理系统会在收到订单后收到通知, 并通过仓库数据库检查可用性, 该数据库包含RFID阅读器, 通过室内无线局域网收集的实时信息网络 (i WLAN) 连接到控制器。

收集到的信息数据包括每个订购商品的唯一标识、说明以及仓库的SKU编号。一旦订购物品被RFID库存管理系统识别, 推动器就被PLC (可编程逻辑控制器) 激活, 将选定物品推送到输出传送带上。物品将由输出传送带运送, 并沿着引导路线行进至指定目的地 (收集点) 进行包装。仓库RFID库存数据库将随着订购物品通过配有RFID阅读器的门移出配送中心而立即更新。

推动器的自动材料处理活动由机械控制系统决定, 该系统通过执行预定义的分配策略来产生需求, 该分配策略是一组选择规则。这些规则包括所选项目的可用性, 最靠近收集点的位置, 所选项目前往指定收集点的最短路线, 产品的有效期 (如果适用) 等。如果从存储在仓库的多个位置中的一组相同类型的物品中选择一个物品, 则系统将基于预先定义的选择规则发出优先级, 以将所选物品推动到输出传送带上。

作业调度在仓储作业的效率和生产率方面发挥着重要作用。如前所述, 所提出的启用RFID的仓储系统允许物品随机存储在具有存储位置的不同位置, 即相同类型的物品可以具有多个位置。因此, 开发的RFID库存管理系统具有通过基于如上所述的分配策略向选择的项目发出优先级来识别分派项目的能力。

为了安排从仓储系统派发的选定项目的工作优先级, 开发了一种算法, 以针对所选项目寻求最优解决方案, 该项目优先于相同类型的其他项目, 并基于这些变量作为到期日期和到指定收集点的最短时间等等。在这种集成RFID功能的仓储管理系统下, 客户通过基于网络的平台在线下订单, RFID库存管理系统根据每个订购商品的可用性自动检查数据库。只要客户在网上进行支付后订购这些可用物品, 仓储系统就会在没有任何人为干扰的情况下执行自动选择物品的过程。为了进行试点测试, 使用基于开发的数学模型的MATLAB开发了一个程序, 以确定从AS/RR到指定收集点的选定项目的最小行程时间。MATLAB允许对数据绘图功能进行矩阵操作, 它还可以与用不同语言编写的其他程序进行交互。建立了RFID库存管理系统的原型, 其主干是一个与RFID系统相互作用的Arduino接口。ID-12模块用于完成RFID标签的检测和读取任务, 随后通过USB端口 (COM4) 打印出RFID代码。编程MATLAB代码展示了基于开发的算法的有序项目的数据处理输出。存储和检索系统通过执行一组规则来评估订购物品的条件, 并自动执行相关操作来实现物品拣选操作。

五、结语

本文介绍了基于RFID的仓库管理系统, 其中客户通过基于Web的平台在线下订单;开发的RFID库存管理系统对其数据库中的订购物品进行可用性检查, 然后自动从存储和检索机架分派这些物品, 而无需任何人工操作。可行性研究表明, RFID技术的管理系统可以进一步纳入新型自动化仓储系统设计中。为了同步产品和信息流, 需要整合RFID库存管理系统和仓储控制系统, 以便通过开发界面进行有效沟通。

摘要：RFID技术识别系统可靠, 快速, 经济地读取和写入数据。它们不受恶劣环境的影响, 将数据直接存储在产品附带的标签上, 控制和优化材料流动, 并提供高效的物流流程。RFID系统的用户基于期望的应用具有非常不同的技术需求。而在交通控制系统和运输物流中, 拥有远程数据存储器至关重要。本文对基于RFID技术的仓储物流自动化系统进行了分析。

关键词：RFID技术,仓储物流,自动化系统