基于RFID技术的棉包精确存取管理解决方案设计.pdf

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1、融疆 基于 R F I D技术的棉包精确存取 管理解决方案设计 冀翼魏似草单旭 中华全国供销合作总社北京商业机械研究所， 北京 1 0 0 0 9 7 摘要 ： 针对当前棉花加工企业棉 包货场管理方式存在 的问题 ， 提 出了一种数字化管理存取 棉包的解决方案。该方案采用无线射频技术对棉包进行身份标识； 以实际货场为基础建立虚 拟棉 包货 场； 采 用Q T开发环境设计的棉 包货场信 息管理 系统科 学管理虚拟棉 包货场 ， 实现棉 包的精确存取。 关键字： 棉 包货场 ； 棉 包存取 ； R F I D； 虚拟货场； 数字化 目前 ， 我国棉花加工企业对货场棉包存取 的管 理还是 以人工为主

2、 ， 随意性大 ， 棉包堆放不规范 ， 入 库、 出库、 调包困难。为了方便挑包组批销售 ， 有些 棉花加工企业的棉包货场场地建的很大， 棉包按生 产顺序堆放在货场上， 造成了空间和资源的浪费； 而 有些棉花加工企业的棉包货场很小， 因为棉包随意 堆放 ， 棉花销售 出库时需要频繁地倒垛组批 ， 不但增 加 了工人 的体力 劳动 ， 还给棉 花 的流通带来 了困 难 。针对这些情况 ， 作者所在 的项 目组在参加 国家 科技支撑计划“ 信息化棉包定位识别与动态管理关 键技术研究”课题 的实施工作 中， 设计 了建立虚拟 货场实现棉包精确存取管理的解决方案。 1 总体方案设计 该方案采 用无线射

3、频 ( R F I D) 技术 、 无线 Z i g B e e 网络技术及计算机数据库管理等技术组成一套软 、 硬件结合的数字化管理系统 ， 构建虚拟货场 ， 实现货 场棉包存放的信息化、 智能化管理。虚拟货场是根 据实际货场 的具体情况建立 的， 技术核心是采用无 线射频技术对货场进行数字化管理 ， 将棉包数据存 基金项目： “ 十一五” 国家科技支撑计划课题( 2 0 0 9 B A D B O B 0 5 ) 资助项 目 人数据库 ， 形成虚拟货场 ， 棉包 的入库 、 出库等变动 过程， 始终由管理软件按照一定的规则进行管理， 使 虚拟货场和实际货场的数据时刻保持一致 ， 从而实 现

4、了棉包存取的数字化管理。 图1 是棉包存取数字化管理的示意图。棉包在 入库前置入电子标签， 作为棉包的数字化身份标识， 入库时由计算机管理软件根据虚拟货场情况指定棉 包的存放位置， 同时把棉包的位置信息存人数据库， 入库后管理软件按照一定的规则进行组批 ， 出库时 由管理软件根据出库批次指定出库棉包的位置并且 提示工作人员按一定的规则对其它棉包进行调包。 在以上过程中， 棉包的信息传输主要通过无线 Z i g B e e 网络进行。为防止存取棉包出错 ， 在夹包车上 安装电子标签阅读器和显示屏， 提示棉包存取的位 置， 同时判断作业是否正确。 实 际 货 场 l I 0 数 化 7 V 虚拟货

5、场 课题名称： 信息化棉 包定位识别与动态管理关键技术研究 图1 棉包存取数字化管理示意图 2 0 1 1 E 唧皿珊皿第 3 期 蘧 醴睁翊 2 虚拟货场设计 2 1 设定实际货场技术条件 虚拟货场是在实际货场的基础上建立的。为了 便于棉包货场的规范化管理， 项目 组起草了 棉花加 工企业棉包货场场地技术条件 ， 对货场场地和棉包 堆放进行 了规范 ， 以利于棉包货场 的数字化管理 。 针对露天货场 、 半露天货场 和库房 ， 棉花加工企业 棉包货场场地技术条件 分别规定了货场和棉垛的 最大允许面积 。例如 ， 要求单层库房 的最大允许面 积 为 6 0 0 0 I l l ， 露天货场每个

6、棉垛 的占地面积不应 超过 1 5 0 m 。为了消防需要 ， 棉垛之间要 留一定 的 空间 ， 每个露天货场总贮量如超过 5 0 0 0 t 应设分堆 场 ， 堆场 之间 的间距 为 3 0 1 3 1 。在棉垛 的规范 要求 中， 露天堆垛垛高不得超过8 Il l ， 库房内垛与垛之间 应 留出必要 的通道 ， 主要通道宽度不小于2 I n ； 露天 货场堆垛必须分组 ， 每组不应超过 8 个棉垛 ， 垛与垛 之间的防火间距 不小于 4 1 1 3 ， 组 与组 之问的防火 问 距 不小于 1 0 1T I 。以上这些数据都是虚拟货场精确 确定棉包位置的依据 ， 如果超 出规定的标准， 软

7、件 系 统将会报警提示 。 2 2制定棉包堆放标准 在棉包场地技术条件规定的范 围内， 每个棉花 加工企业可 以根据 自己的情况 自行设定货场 的大 小和数量 以及棉垛位置 、 大小和数量 ， 每个棉垛 的 的层数 、 行数和列数 。为了方便 计算机的管理 ， 工 作人员在堆垛和调包 时必须按照一定 的规则进行 操作 ， 这些规 则可 以根 据具体 情况 自己设 定 。例 如， 可以按照加工时间顺序摆放棉包( 不需要计算 机提示 ) ， 也可以按加工质量摆放棉包 ( 必须 由计算 机提示) 。出库和调包 时， 当一个棉包移走后 ， 其上 层的棉包依次下落一层 ， 同层及以下 的棉包位置不 变

8、。一方 面 ， 实际货场按照这样 的规则进行操作 ， 另一方面 ， 计算机软件管理系统也按照这样 的规则 建立 了虚拟货场 。在实际工作 中， 实际货场和虚拟 货场 的操作可 以互 动 ， 同步进行 。另外 ， 堆垛时棉 包要放平 ， 一般把棉包上的电子标签安装在棉包的 侧面朝 向通道的一面 。 3 虚 拟货场建立 3 1 采用 R F I D技术对棉包进行数字化标识 3 1 1 R F I D 技 术 简 介 。 R F I D( R a d i o F r e q u e n c y I d e n t i fi c a t i o n ) 即射频识别 ， 俗称电子标签。R F I D射

9、频识别是一种非接触式的 自动识别技术 ， 它通过射 频信号 自动识别 目标对象并获取相关数据 ， 识别工 作无须人工干预 ， 可工作于各种恶劣环境 。一个完 整的R F I D系统通常由存储标识物信息的电子标签 、 用于读写标签数据的读写器以及进行数据处理的计 算机软件组成 。R F I D技术利用无线射频方式进行 双 向通信( 交换数据 ) 以达到 自动识别 目的 ， 具有防 水、 防磁、 耐高温、 使用寿命长、 渎写距离远、 标签上 数据可 以加密 、 数据存储容量大 、 存储信息可更改 、 可识别高速运动物体并可同时识别多个标签 ， 操作 快捷方便。 3 1 2 棉包 的数字化标识。要实

10、现对棉包的精确定 位 ， 必须基于棉包身份标识 的数字化 。目前 ， 参改棉 花加工企业加工生产的棉包 ， 其身份标识数字化采 用 的是条形码技术 ， 由于这项技术无法远距离读取 棉包身份， 且一次只能读取一个棉包数据 ， 工作效率 很低。如果采用无线射频技术 ( R F I D) ， 将棉包身份 标识更换为基于 R F I D技术的电子标签 ， 即能实现对 棉包信息进行远距离读取 ， 并且一次可读取多个棉 包信息 ， 既便于计算机管理又能大大提高工作效率。 一 套完整的 R F I D系统 ， 是 由读写器 、 电子标签 及应用软件系统三个部份组成。根据棉包加工生产 的实际环境条件 ， 课题

11、组采用轻质 、 防断裂 、 体积小 、 易施工 、 低存储容量 的P V C 标签， 在皮棉成包后即可 将标签置人棉包 ， 入库时计算机通过读写器 向电子 标签中写入唯一的数字序列， 以标识棉包的身份 ， 这 个数字标识成为虚拟货场的基础数据 ， 计算机对棉 包 的管理就可以简化为对这些数字标识的管理。棉 包 的其它信息如位置 、 质量 、 回潮率 、 批号等不用写 入标签 ， 而是在数据库中与相应的数字标识建立相 应关系 ， 由计算机管理软件进行 同步动态管理 ， 这 样 ， 系统工作时传输的数据量少 ， 在提高数据传输速 度的同时也节省 了成本。 电子标签读写器分只读和可写入两种 ， 在货

12、场 人 口安装写入装置以便皮棉进入货场时写入唯一身 份标识； 在夹包车上安装只读的阅读器， 以便在调包 及出库时读入棉包身份信息 ， 通过无线Z ig B e e 网络 传送给计算机数据库 。 3 2 虚拟货场初始化 虚拟货场包括数据存储和逻辑管理两部分 ， 根 据制定的实际货场场地技术条件和棉包堆放标准 ， 垫 堡 壁 画 四 窭 墼 墅 霆 鹭 墨 ! 塑 3 4 构 建货场 棉包信息动 态数据库 。本方案 采用 S Q L S e r v e r 数据库 ， 在数据库 中除了存放 每个棉包 的身 份标识 、 位置 、 回潮率 、 质量 、 批号等信息 ， 还有货场 和棉垛的大小、 数量、

13、 位置和名称等信息。棉包的存 取 、 查找 、 调动管理则 由系统虚拟货场逻辑管理部分 实现， 其核心是采用Q T 开发环境设计的棉包货场信 息管理系统软件。管理系统软件在首次工作时必须 进行初始化工作 ， 以设定虚拟货场的大小 、 数量 、 位 置 、 名称以及每个棉垛 的大小 、 位置 、 行数 、 层数和列 数等数据信息 。另外 ， 还要设置棉包堆放 、 离场和倒 垛操作规则 ， 例如 ， 垛位使用的先后顺序 ， 棉包按加 工时间还是按加工质量摆放 ， 出库后棉包怎样重新 摆放等规则。初始化工作完成后 ， 棉包虚拟货场即 建立完成。以后就可以利用虚拟货场来管理控制实 际货场的实际操作了。

14、 4 虚拟货场 的作 业流 程 虚拟货场构建完成后， 就可以对进入货场的每 一 包棉花进行动态管理控制 了。基本的管理流程如 图 2 所示 ， 具体步骤如下 ： 4 1 当判断到有新棉包准备进入货场时 ， 管理系统 根据初始化的设置和当前货场棉包存放 的情况 ， 确 定把 当前棉包放到哪一个货场 、 哪一个垛位 的第几 行、 第几列、 第几层， 然后把这些信息通过无线网络 传送到夹包车的显示屏上。 4 2 棉包入库后， 计算机把该棉包的标识和位置信 息与棉花加工管理信息系统中棉包的重量、 质量等 信息进行融合( 建立关 系) 后存人数据库 ， 然后重新 计算当前各个货场和垛位的存放情况 ， 更

15、新数据库。 4 3 在棉包需要出库时， 管理系统根据出库棉包的 分类或批次信息确定出库棉包的具体位置， 通过无 线 网络发送 到夹包车显示屏上 ， 夹包 车在夹包前读 人棉包身份标识 ， 管理系统根据读入的棉包身份标 识， 判断要夹的包是否正确， 若不正确则报警提示。 4 4 棉包出库后， 可能需要对剩余棉包位置重新进 行优化组合 ， 管理系统根据货场的大小 、 位置和现 存棉 包情况 ， 把一 些零 散存放 少量棉 包 的垛 位合 并 。一 般按 照少 向多 、 远 向近 ( 相对 货场 出 口) 规 则移动棉包 ， 也可以根据批次移动棉包 。在移动棉 包时若不按预设的规则操作 ， 管理系统

16、将会报警 提示 。 精强 图2 虚拟货场管理棉包存取的流程图 5 结束语 虽然通过实施 国家棉花质量检验体制改革 ， 我 国参改的棉花加工企业已全面实现了棉包 的信息化 管理， 每个棉包拥有全国惟一的条形码作为棉包的身 份证明 ， 并且实现 了棉花加工企业部分数字化管理 ， 可以实时、 自动采集棉包信息， 自 动打印条码， 为棉花 流通各环节及政府调控部门提供真实、 准确的棉花重 量 、 质量等信息 ， 但是 ， 因为棉包 的品质指标是取样后 由第三方检验机构完成 的， 造成棉包质量信息滞后 ， 给棉花加工企业按质组批、 挑包销售带来了难题。 本研究提出的货场棉包精确存放数字化管理解 决方案， 可充分利用棉包货场空间合理堆放棉包 ， 为 解决货场棉包随意堆放、 棉包位置状态信息混乱， 倒 垛挑包 、 存取棉包费时费力 、 出库挑包难度大 ， 货场 整体工作效率低， 棉花流通效率低等难题提供了技 术支撑。 相信该成果的推广应用， 将