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1、-1- 快递仓储系统的分析与设计第 1 章绪论随着经济的不断发展，近年来系统的自动识别技术在物流、交通、生产等各个方面均得到广泛的引进应用。例如，在物流中心、交通管理等各个行业的管理系统中，为了降低成本，提高工作效率等都应用了自动化管理的系统。在近些年，该领域中出现了一种快速、实时、准确采集以及处理信息的自动化识别技术为射频识别技术（Radio Frequency Identification， RFID） 。1.1 课题背景及意义物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机结合。它是根据物品的种类、数量和
2、质量，在最合适的时刻，以最低的成本将其输送到正确的地点，并及时完成物品信息的传输和修改，以及输送工具回收的全过程。随着生产与消费在时间和空间上分离的不断扩大，为了保证社会经济活动和企业生产顺利进行，并取得良好的经济效益，物流作为“供” 、 “需”间有机衔接的桥梁，逐渐发展成为一门综合性学科。物流学是以多学科综合为理论基础，融合了自然科学与社会科学，它既是技术科学又是经济科学，同时还与其他学科有着密切的联系，如计算机科学、自动控制等。物流学研究的对象一般是多目标决策的、复杂的动态系统，在进行系统分析时，既要考虑其经济性指标，又要考虑技术的先进性、科学性。因此，在研究方法上不仅要运用自然科学中常用
3、的数学逻辑推理与计算，也常采用对系统进行模型化、模拟与分析的方法，使定性分析与定量计算相结合。1.2 国内外研究现状及意义重要性1.2.1 国内外研究现状自动分拣系统最早在我国邮政部门使用，分拣机的主要功能是将包裹或印刷品按邮寄地址进行分拣。自动分拣系统的使用，改变了传统的手工分拣作业方式，大大减轻了笨重的体力劳动，而且更为重要的是提高了分拣作业准确性。我国在30 多年的应用过程中，自动分拣机的机械结构、控制方式、性能都得到了不断的改进和完善。80名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
4、- - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - -2- 年代以前，我国应用的自动分拣机分拣效率很低，其理论分拣效率为800 件/小时一1800 件/小时，托盘承载能力在5 千克以下，托盘和格口尺寸均较小。托盘小车的结构多为伞齿轮翻转机构，牵引链条为片式链。这种机构无法适应更高的分拣速度和更大的承载量，整机的分拣水平很低。80 年代以后，我国陆续开发出一些新型自动分拣机，可以分拣最长边为500 毫米，最大重量为15 千克的包装货物，其分拣效率也提高到 2400 件/小时一5400 件/小时。目前，广泛使用的自动分拣机主要包括推块式分拣机、斜导轮式分拣机、轨道台车式分拣机、摇
5、臂式分拣机、垂直式拣选系统和交叉带式分拣系统等。中国鼓励和支持在公共安全、生产管理与控制、现代物流与供应链管理、交通管理、国防应用、重大工程与活动等领域中优先应用RFID 技术，为其大规模广泛应用积累经验。我国分3 个阶段来发展 :第一阶段为培育期 (2006 一 2008年)。在产业化核心技术研发、标准制定等方面取得突破，通过典型行业示范应用，初步形成RFID 产业链及良好的产业发展环境。第二阶段为成长期 (2008一 2012年)。扩展 RF功应用领域，形成规模生产能力，建立公共服务体系，推动并形成规模化市场，促进RFDI 产业持续发展。第三阶段为成熟期。整合产业链，适应新一代技术的发展，
6、辐射多个应用领域，提高 RFID 应用效率和效益。随着RFID 技术的不断发展与完善， RFID 标签的使用数量也会越来越大，其价格也会逐渐降低。根据预测，RFDI 标签技术将在未来2 一 5 年逐渐开始大规模应用，到2008 年 RFID 标签仅在全球供应链领域的市场需求，就要达到40 亿美元，这是一个极具吸引力的市场数据。1.2.2 研究意义重要性本课题的研究不仅对自动化立体仓库中货物分拣系统的柔性化、高效化产生影响，还对物流节点仓储起着重要的作用，在“成本+效益”上提供一项填补国内空白的分拣方式优化解决方案。因此，该课题不仅有经济效益，还有较深远的社会效益。名师资料总结 - - -精品资
7、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-3- 第 2 章RFID 技术介绍2.1 RFID 技术RFID 是射频识别技术（ Radio Frequency Identification， RFID）的英文缩写，是利用了射频信号通过磁场或电磁场从而实现无接触的信息传递，从而达到识别并且交换信息的目的，可高速的同时识别多个目标。RFID 标签相对于传统的条形码具有很多的优点：第一是标签本身。 RFID 标签不受尺寸大小
8、以及形状的限制，不需要因为读取精度从而配合纸张的固定尺寸以及印刷材质。第二是抗干扰性能好。条形码的识别要求很高，条码本身很容易被污染或破坏，从而影响识别。而RFID 标签对水、油等物质有极强的抗污性，同时在有灰尘、雪花等覆盖的情况下也可进行无线波的发射，不会影响对标签的识别。第三是可重复性。 RFID 标签具有读写的功能，电子标签的数据可被反复覆盖，因此 RFID 标签可以重复使用。第四是作用范围广。 RFID 标签携带的数据量巨大；射频读写器读取距离可以从十几厘米到十几米，根据不同的频率，读取的距离也不同，同时可以识别运动的物体以及多个标签的识别。第五是数据的保密性能好。射频识别技术在运动过
9、程中不需要有光也没有声音产生，不容易被发现。 RFID 标签本身的数据存储有密码的保护从而不易被提取，难以仿造安全性能高。由于 RFID 技术的信息准确性以及实时性能都要比条形码要高，因此在物流的仓储管理系统中 RFID 技术成为了研究的热点。因为RFID 标签的造价要比条形码高很多，所以 RFID 射频识别技术还没有像条形码那样得到广泛的应用。不过，在未来射频识别技术将会是未来物流中心的仓储管理系统中自动识别技术的主要技术。2.1.1 RFID 系统的组成目前的 RFID 技术是 AEI（Automatic Equipment Identification，自我识别）在射频技术的方面具体应用
10、以及发展。 在距离短的货物上不怕水、 油污、灰尘等恶劣环境的影响，可以完全代替条形码识别的技术。最基本的RFID 系统（射频识别系统）是由三部分来组成的整个系统。分别是标签（Tag） 、读写器以及天线组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-4- 标签（Tag） ，也称作射频卡片，由耦合元件以及芯片组成，可以标识唯一的货物产品，每个标签都包含着唯一的货物代码，通过对标签的读取从而获
11、取相应的货物代码，获取相应货物代码对应的所有有关货物的信息数据。读写器，由高频接口和控制单元两个基本部分组成，标签的读写器具有标签的初始化信息，能够读写标签的所有信息。天线，天线一般内置在标签和读写器中，标签的天线和读写器的天线之间能够相互接收和发送能量，以此来实现信息交换传递的目的。研究表明，天线的工作频段对天线的工作性能有着重大的影响。2.1.2 RFID 系统的工作原理RFID 的基本工作流程是： 读写器通过天线来发射出一定频率的射频信号；当 RFID标签进入到读写器发出无线射频信号的指定区域内，RFID 标签内置的天线就会产生电流，从而获得能量激活电子标签同时向读写器发送出自身的编码信
12、息，读写器接收到标签发送的信号并对其进行解码， 然后恢复标签的原始数据信息并将数据信息传送给计算机系统进行有关数据的一系列处理操作。最后计算机获取到货物的基本信息，因此达到自动识别的过程，如图2.1 所示 RFID 射频识别系统的工作原理图。数据管理读写器接口模块控制模块读写模块天线天线控制模块收发模块存储器电子标签图 2.1 RFID 射频识别系统的工作原理2.1.3 系统的分类根据 RFID 系统的特性，可以将RFID 系统分为多个种类，具体如下：（1）按照系统的工作方式分类可以将 RFID 系统分为半双工系统、全双工系统以及时序系统。（2）按照 RFID 卡片分类可以将 RFID 系统分
13、为 1 位系统以及多位系统。 1 位系统是数据量为1， 在该系统中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-5- 读写器只能发出两种信号状态，即“在电磁场中的电子标签”和“在电磁场中没有的电子标签” 。 生产 1 位的电子标签不需要电子芯片， 因此 1 位 RFID 卡片的造价成本非常低，应用也因此比较广。多位系统中RFID 卡片的数据量通常是在几个字节或者几千个字节之间，数据量非常大。
14、（3）按照数据的载体进行分类只读系统中读写器只能读取RFID 卡片中的信息数据，而不能将数据写入到RFID卡片中。 RFID 卡片自带的加工号，只读系统的读写器不可改写RFID 卡片内部的信息；可读可写系统与只读系统相反， 在可读可写的系统中读写器可以修改电子标签内部的存储信息，也可以将数据写入到电子标签内。（4）按照工作的频率进行分类按照工作的频率对系统进行分类可以分别分成低频系统、中高频系统、超高频系统以及微波系统。其中低频系统的频率是30kHz300kHz，中高频系统的工作频率是3MHz300MHz ，超高频系统的工作频率是300MHz3GHz，以及微系统的工作频率是2.45GHz，本系
15、统采用的是915MHz 为超高频读卡器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-6- 第 3 章RFID 技术在仓储管理中的应用研究3.1 仓储的在库保管分类存放：分类存放是仓库保管的基本要求，是保证货物质量的重要于段。包括不同类别的货物分类存放，甚至需要分库存放；不同规格、不同批次的货物也要分位、分堆存放；残损货物要与原货分开。对于需要分拣的货物，在分拣之后，应分位存放，以免又混合。
16、分存还包括不同流向货物、不同经营方式的货物分类分存。造当的搬运活性摆放整齐为了减少作业时间、次数，提高仓库周转速度，根据货物作业的要求，合理选择货物的搬运活性。对采用搬运活性高的入库存放货物，也应注意摆放整齐，以免堵塞通道，浪费仓容。尽可能码高 货垛稳固为了充分利用仓容，存放的货物要尽可能码高，使货物占用地面最少面积。尽可能码高包括采用码垛码高和使用货架在高处存放，充分利用空间。货物堆垛必须稳固，避免倒垛、散垛，要求叠垛整齐、放位准确，必要时采用稳固方法，如垛边、垛头采用纵横交叉叠垛，使用固定物料加固等。只有在货垛稳固的情况下才能码高。面向通道不围不堵面向通道包括两方面意思，一是垛码、存放的货
17、物的正面，尽可能面向通道，以便察看。货物的正面是指标注主标志的一面。二是所有货物的货垛、货位都有一面与通道相连，处在通道旁。以便能对货物进行直接作业。只有在所有货位都与通道相通时，才能保证不围不堵。入库货物的保管是指仓库针对货物的特性，结合仓库的具体条件，采取各种科学手段对货物进行养护，防止和延缓货物质量变化的行为。货物保管的目的在于保持库存货物的使用价值，最大限度地减少货物自然耗损，杜绝保管不善而造成的货物损害，防止造成货物损失。保管人有绝对的义务对仓储物进行妥善保管是仓储合同赋予仓储保管人的责任，由于保管不善所造成的损失，保管人要承担赔偿责任。仓库应高度重视货物保管工作，以制度性、规范性的
18、方式确定保管工作责任；针对各种货物的特性制订保管方法和程序，充分利用现有的技术手段开展针对性的保管、维护。仓库保管遵循“以防为主、防治结合”的保管原则。要特别重视货物损害的预防，及时发现和消除事故隐患，防名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-7- 止损害事故的发生。特别要预防发生爆炸、火灾、水浸、污染等恶性事故和造成大规模损害事故。在发生、发现损害现象时，要及时采取有效措施，防止损害
19、扩大，减少损失。仓库货物保管的手段主要有：经常对货物进行检查测试，及时发现异常情况；合理地对货物通风；控制阳光照射；防止雨雪水湿货物，及时排水除湿；除虫灭鼠，消除虫鼠害；妥善进行湿度控制、温度控制；防止货垛倒塌；防霉除霉，剔出变质货物；对特殊货物采取针对性的保管措施等。3.2 在库物品的保管方法通风通风是指采取措施，加大空气流通的保管手段。利用干燥空气的大量流通，能降低货物的含水量；利用低温空气降低货物温度；通风还具有消除货物散发出的有害气体的作用，能增加空气氧分的含量。当然通风也会将空气中的水分、尘埃、海边空气的盐分等带入仓库，影响货物。温度控制普通仓库的温度控制主要是避免阳光直接照射货物，
20、因为在阳光直接照射的地表温度要比气温高很多，午间甚至高近一倍。仓库遮阳采用仓库建筑遮阳和毡盖遮阳。对怕热货物应存放在仓库内阳光不能直接照射的货位。对温度较敏感的货物，在气温高时可以采用洒水降温，包括采取直接对货物洒水，对怕水货物可以对苫盖、仓库屋顶洒水降温。在日晒降低的傍晚或夜间，将堆场货物的苫盖适当揭开通风，也是对露天堆场货物降温保管的有效方法。湿度控制湿度分为货物湿度、空气湿度。笼统来说，湿度表示含水量的多少，但在不同场合又有不同的表示方式。对货物采用含水量指标，用百分比表示；对空气湿度则又分为绝对湿度和相对湿度两种方式表示；对空气中的水汽结露成水珠采用露点来表示。3.3 仓储的备货出库操
21、作1. 备货作业仓库接到提货通知时，应及时进行备货工作，以保证提货人可以按时完整提取货物。备货时要认真核对货物资料，核实货物，避免出错。在部分货物出库时，应按照先进先出、易坏先出、不利保管先出的原则，安排出货。已损害的货物应动员提货人先行提货，然后根据与提货人达成的协商安排出货，没有协商安排的，暂不出货。备货工作主要有：包装整理、标志重刷；零星货物的组合；根据要求装托盘或重组；转到备货区备运。2. 出库作业在提货时，仓库应核实提货人办理收费等的提货凭证，确定提货人已办理妥善仓库提货手续。认真核对提货人身份，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
22、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-8- 避免错交，并收回提货凭证。提货人到库提货，仓库应会同提货人共同查验货物，逐件清点，或者查重验斤，检验货物状态。在货物装车前，要对3.4 RFID 技术在仓储管理中的应用研究来库车辆进行检查，确认车辆符合装车作业，并对车辆不利装运情况进行记载或要求车方处理妥善。由仓库负责装车的，装车前应对车厢进行清扫及必要的铺垫，督促装车人员妥善装车，装车完毕，进行合适的绑扎固定。由提货人自理装车的，对装车作业进行监督，确认作业损害。装车完毕，
23、会同提货人签署出库单证、运输单证，收留留存单证，交付随货单证和资料，办理货物交接。按照一车一证方式向车辆签发出门证，以便门卫查验放行。3.5 传统仓储操作存在的问题由于传统仓储操作所采用的信息技术与物流仓储设备较落后，因此其操作与管理过程中存在很多缺点，如：入库验收时间长，在库盘点乱且数量不准，出库拣货时间长且经常拣错货，出库货品不能做到先进先出，有些货品会因为不正确的拣货顺序而导致保质期到期不能再用等。这些问题几乎在每个仓库中都会发生。如：入库验收时间长；在库盘点时间长且盘点数量不准；拣货出库时间长且经常出错名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
24、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-9- 第 4 章基于 RFID 的仓储系统设计4.1 RFID 物流自动分拣系统的整体设计本文设计的基于RIFD 的烟草物流分拣系统如图4.1 所示。该系统由RIFD读写组件、通讯及显示控制接口、分拣系统管理软件三部分组成。以下说明各部分组成及主要功能。（1）RFID 读写组件读写系统由 RIFD 读写器、天线及射频标签组成，负责完成托盘上标签的自动识别，并可将读取到的标签信息通过RS232 接口传递到计算机终端,，作为分拣管理
25、系统软件数据来源。（2）通讯及显示控制接口由 CAN 通讯模块和显示模块组成。主要负责将烟草货品的分拣操作信息通过CAN 传递到各个分拣工位，在相应工位处的LCD 上显示需要分拣出的烟信息，为分拣人员的操作提供指示。图 4.1 基于 RFID 的物流自动分拣系统（3）分拣系统管理软件该软件主要负责整个分拣系统的控制与管理, 完成管理软件与RIFD 读写器的信息交换，并根据读写器的读写操作实时更新使数据库的数据，跟踪自动分拣过名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共
26、14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-10- 程。4.2 RFID 自动分拣系统的组成下面分别介绍读写器中的控制电路、射频收发模块及通讯接口模块的设计。（1）控制模块中央控制器选用 Atmel公司的 Atmega128L 。它有128 K字节的系统可编程Flash，4K字节的 EEPROM ，4K字节的 SRAM，53个通用I/O 口线，两个 UART，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器。Atmega128L 的UART0口用于与计算机终端的申口通讯； UART1用于与射频收发芯片的读写的标签信息串口通讯；SIP负责与射频收发芯片配置信息的通讯；Atm
27、ega128L 的D口作为 I/O 口用作射频收发模块的控制接口。（2）射频收发模块射频收发模块电路原理图如图4.2所示。图 4.2射频收发模块电路原理图（3）通讯接口模块读写器采用 RS232通讯接口与计算机终端进行数据通讯。接口芯片选用Maxim公司的 MA X232A。读写器通过该接口接收分拣系统管理软件发送的读写器配置信息、 分拣命令信息及标签更新信息， 并实时向分拣系统管理软件上传所读取的标签信息。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 -
28、- - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-11- 4.3 RFID 物流自动分拣系统的主要模块设计基于新型分类装置的智能化分拣系统设计了5 个分拣道口，货物的输送滚道采用的椭圆环形，如图4.31 所示的分拣系统总体布局图，即在每个分拣道口上设置一个辊子浮出式分类装置， 货物沿滚道逆时针运动。 在入口和各出口分别安装了射频读写器，使货物在不同的运动状态下都能实现信息的实时更新和动态跟踪。图 4.31 分拣系统总体布局图当货物从入口进入后， 射频读写器对电子标签上的信息读出，并分配分拣道口，安装在入口机架下方的压力传感器将货物的重量称出(货物的毛重 )，如果货物的重量超出要
29、分拣装置分拣货物的最大值时，货物将沿着滚道运行， 并从回流口返回。当被分拣货物到达分拣道口，射频读写器识别货物， 辊子浮出式分类装置的电动机和液压缸得到信号，短辊子浮出并转向， 货物即被分拣。 输送线上获得的信号 (电子标签的识别信号、 货物的定位识别信号、 货物的重量的信号等 ) 和当货物通过辊子浮出式分类装置时短辊子的作用信号(沉浮和转向信号和转向角度信号 )被一并发送到主控微机上，利用PLC来实现对系统的控制。主控微机与WMS 系统连接，最终货物的运动状态由WMS系统来实现集中控制管理。如图4.32 所示的分拣系统控制流程，在图中可以看出货物运行到不同位置与控制中心的信息交换。名师资料总
30、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-12- 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-13- 第 5 章 总结随着生产与消费在时间和空间上的分离日益扩大，为了保证社会经济活动和企业
31、生产顺利进行，并取得良好的经济效益，物流作为“供”、 “需”间有机衔接的桥梁，其地位日益显著。 物流作为企业生产的重要组成部分，在物流系统中起着承上启下作用的分拣系统直接影响着整个物流系统的正常与有效的运作。现代社会己将物流的高科技 (自动分拣机、自动化立体仓库、信息处理及通讯自动化等)广泛应用于各个流通领域。在实际运用中，由于受到经济和社会发展因素的限制，使物流企业的投资受到一定制约，因此，怎样合理的降低成本、优化资源配置成为当前物流投资的主要目标要求。本文的研究不仅对自动化立体仓库中货物分拣系统的柔性化、高效化产生影响，还对物流节点仓储起着重要的作用，在“成本+效益”上提供一项填补国内空白的分拣方式优化解决方案。因此，该主题不仅有经济效益， 还有较深远的社会效益。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 大连东软信息学院毕业设计（论文）-14- 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -
