叉車定位應用案例

一、項目概述 

　　1.1 項目背景


　　隨著企業(yè)規(guī)模的不斷發(fā)展，倉庫管理的物資種類不斷增加，叉車出入庫的頻率劇增，倉庫管理作業(yè)已十分復雜和多樣化，傳統(tǒng)的，依賴于一個非自動化的，以紙張文件為基礎，完全由人工實施倉庫內(nèi)部叉車管理的系統(tǒng)，因其調(diào)度管理效率的低下，已越來越不能滿足當今大型倉庫管理的快速、準確的要求，嚴重影響了企業(yè)的運行效率，成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙。

由于倉庫內(nèi)部格局一致，叉車在倉庫內(nèi)部作業(yè)時行駛路線固定而統(tǒng)一，從而為叉車的統(tǒng)一調(diào)配、出入監(jiān)控、實時定位提供了基礎。為了滿足企業(yè)的業(yè)務要求和未來發(fā)展的需要，及時處理倉庫管理和叉車調(diào)度過程中亟待解決的問題，提高企業(yè)在復雜的市場環(huán)境中的競爭能力，我公司運用RFID技術(shù)建設一套完善的，可行的叉車定位調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，并編制了改系統(tǒng)的解決方案——《叉車定位調(diào)度監(jiān)控RFID管理系統(tǒng)解決方案》


　　1.2 技術(shù)背景


　　射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)主要由RFID讀寫器和天線以及RFID電子標簽組成。

　　電子標簽中保存有約定格式的數(shù)據(jù)信息，應用中將其嵌入或附著在物品的表面，通過讀寫器進行識別和讀寫；讀寫器讀取標簽中的信息并將其輸入網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的設備，與電子標簽之間利用無線感應方式進行信息交換，讀取電子標簽中的數(shù)據(jù)信息或向電子標簽中編程寫入約定格式的數(shù)據(jù)信息，建立通信并且在應用軟件和標簽之間傳送數(shù)據(jù)，與信息系統(tǒng)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

　　射頻自動識別技術(shù)與其他如IC卡、磁卡、條形碼、攝像等識別技術(shù)相比，具有閱讀距離遠、快速移動識別、多目標同時識別、快速讀寫、重復使用、信息處理量大且準確等優(yōu)點，近年來已成為自動識別技術(shù)的主要發(fā)展方向。射頻自動識別技術(shù)解決了信息采集的難題，已成為推動國民經(jīng)濟信息化發(fā)展的重要基礎和手段，是各行業(yè)信息化應用系統(tǒng)的重要組成部分。特別是RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合后，廣泛應用于物流、制造、交通管理、軍事應用、公共信息服務等領(lǐng)域，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享，對于大幅度提高管理和運作效率、降低成本、提升社會信息化水平、促進經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、增強公共安全與國防安全等方面具有深遠影響和重要戰(zhàn)略意義。


　　1.3項目總體目標




　　本項目的目標是建設一個綜合性的叉車定位調(diào)度監(jiān)控RFID管理系統(tǒng)，將倉庫人員調(diào)度、倉庫叉車調(diào)度、任務發(fā)放管理、叉車出入監(jiān)控、叉車實時定位、人員出勤、叉車使用時間的數(shù)據(jù)查詢等工作，綜合到統(tǒng)一的平臺上、進行統(tǒng)一處理，以適應“數(shù)據(jù)集中、平臺綜合”的發(fā)展思路。

綜合性的叉車定位調(diào)度監(jiān)控RFID管理系統(tǒng)需要在設計時充分考慮不同業(yè)務的構(gòu)成比例變動的影響，具有較強的適應性，另外在軟硬件設計、網(wǎng)絡傳輸性能和數(shù)據(jù)容量以及備份和可靠安全性方面要進行全面考慮，以滿足企業(yè)倉庫內(nèi)部管理要求。

為了加強對倉庫內(nèi)部的管理，完善制約監(jiān)督機制，減少叉車作業(yè)事故，防止作業(yè)怠工，系統(tǒng)實現(xiàn)人員管理、叉車管理、作業(yè)時長、交班記錄等數(shù)據(jù)電子化，數(shù)據(jù)采集自動化，杜絕人為因素的影響，保證倉庫管理的準確性和任務執(zhí)行的及時性。


　　二、項目需求分析


　　2.1 需要概述


● 叉車出入倉庫時，其出入信息需及時判斷出并上傳至管理系統(tǒng)，以便后臺切換定位數(shù)據(jù)源。
● 任務下達時，需及時統(tǒng)計出沒有任務的叉車和人員信息，以便調(diào)度管理員分配叉車及人員。
● 叉車任務執(zhí)行完成后，其任務執(zhí)行狀態(tài)需及時切換，以便調(diào)度管理員統(tǒng)計。人員出勤記錄保存到數(shù)據(jù)庫中，以便月底形成報表并打印。


● 叉車的使用時長及維護記錄保存到數(shù)據(jù)庫中，以便管理員及時通知相關(guān)人員維護。

● 叉車在倉庫內(nèi)部行駛時，每前進二十米，其位置信息需及時上傳至管理系統(tǒng)，比便調(diào)度管理員調(diào)配。

● 叉車執(zhí)行任務前，系統(tǒng)自動計算出其最佳行駛路線，叉車在倉庫內(nèi)作業(yè)時，行駛至目標位置前，其行駛路線及行駛速度需及時計算并上傳至管理系統(tǒng)，以便叉車超速、越界或員工怠工時，調(diào)度管理員對其發(fā)出警告。

　　2.2系統(tǒng)性能指標要求

● 門禁系統(tǒng)叉車識別、人員識別準確率達到99.99%；
● 定位系統(tǒng)叉車自動識別成功率達到99.99%；
● 系統(tǒng)所有設備性能可靠，連續(xù)工作平均無故障時間大于6000小時；
● 每輛叉車使用時長，進出倉庫時間，每個人員的出勤記錄必須保證完全正確地記錄到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)記錄有后備方案；
● 叉車、人員身份數(shù)據(jù)保證其唯一性，不可復制；
● 線路上每隔二十米安裝一讀寫器天線，同時工作，相互不干擾，互相不串讀；
● 門禁系統(tǒng)中，使用分體式讀寫器，安裝兩個天線，保證兩個天線的讀卡區(qū)域不重合
● 所有的超高頻RFID電子標簽自動識別系統(tǒng)，每天晚上重新啟動，保證系統(tǒng)軟件運行可靠，確保平均運行1年無故障。

● 電子標簽自動識別失敗，系統(tǒng)提供人工糾錯功能，保證100%完成叉車人員的識別。


　　三、系統(tǒng)總體設計


　　3.1概述


　　叉車調(diào)度定位監(jiān)控管理系統(tǒng)是一個基于國際先進的RFID技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集的長期不間斷運行的局域網(wǎng)環(huán)境的閉環(huán)實時信息處理系統(tǒng)，需要高性能的處理效率 、高度可靠的安全策略、靈活方便的系統(tǒng)配置，易于安裝維護、升級、推廣、使用。因此該系統(tǒng)需要在RFID讀寫系統(tǒng)設備、軟件系統(tǒng)架構(gòu)、主機平臺，數(shù)據(jù)庫平臺、應用服務器平臺等方面從先進性、穩(wěn)定性、安全性、開放性、可擴展性等方面綜合進行考慮。

　　我公司根據(jù)對本期工程目標的理解，基于RFID的WEB 服務體系，在核心框架設計的基礎上進行了叉車調(diào)度定位監(jiān)控的RFID管理信息系統(tǒng)的總體方案的設計。系統(tǒng)采取集中的部署模式，包括覆蓋叉車出入、行、停等全過程的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫、應用服務和接口應用。系統(tǒng)綜合運用.NET和C++為核心技術(shù)體系框架，采用了靈活配置及業(yè)務與流程控制的分離，保證叉車調(diào)度定位RFID管理信息系統(tǒng)的高效運行。

　　我公司認為一個集中式的叉車調(diào)度定位RFID管理信息系統(tǒng)在建設時應遵循如下原則：

　　適應性：滿足企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡組織、業(yè)務管理、服務質(zhì)量等要求，在設計和建設時要考慮和適應企業(yè)的現(xiàn)狀以及現(xiàn)代物流流程管理的現(xiàn)狀。

　　靈活性：系統(tǒng)能夠企業(yè)的發(fā)展，靈活的設計、調(diào)整業(yè)務處理流程和組織結(jié)構(gòu)，能適應未來業(yè)務的發(fā)展變化，使系統(tǒng)具有前瞻性。

　　高度的可靠和穩(wěn)定性：本系統(tǒng)作為企業(yè)倉儲物流運營支撐的RFID管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性和安全性和準確性非常重要。采用RFID技術(shù)和計算機技術(shù)是為了提高調(diào)度管理能力，RFID設備的選型、配置、安裝以及計算機網(wǎng)絡的部署都是為了改善客戶管理的水平，提高信息處理的及時性，如果系統(tǒng)的可靠性無法保證，就大大降低了該系統(tǒng)的可用性。因此，該系統(tǒng)應具有較強的容錯、容災能力、完善的系統(tǒng)安全機制、可靠的糾錯恢復能力。

　　先進性：系統(tǒng)的RFID讀寫系統(tǒng)設備、主機系統(tǒng)、網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應用軟件均應使用目前國際上先進、成熟和適用的技術(shù)，采用符合國際的標準和規(guī)范。其中，RFID讀寫系統(tǒng)設備采用的是先施科技擁有自主產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)品性能可與國外同類產(chǎn)品相媲美并可以取代國外產(chǎn)品的UHF RFID讀寫系統(tǒng)設備。

　　實效性：對押運綜合業(yè)務信息處理準確、快速的押運綜合業(yè)務RFID管理信息系統(tǒng)而言，高靈敏度高性能的RFID讀寫系統(tǒng)設備和多進程的并發(fā)操作可以大大增強系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的高效性、準確性、實時性以及采集數(shù)據(jù)的處理能力。RFID讀寫系統(tǒng)設備在應用實踐中體現(xiàn)出較強的數(shù)據(jù)采集能力，系統(tǒng)應用平臺具備并行機制，通過并行處理數(shù)據(jù)，提高大數(shù)據(jù)量的處理效率。

　　開放性：系統(tǒng)應采用統(tǒng)一系統(tǒng)平臺、統(tǒng)一的RFID讀寫系統(tǒng)設備接口、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)字典、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和統(tǒng)一的模塊間接口。系統(tǒng)的建設充分考慮開放性，適應倉儲物流業(yè)務的迅速發(fā)展。

　　可維護性：系統(tǒng)采用標準接口設計、模塊化設計，使其具有良好的可維護性。同時，提供友好的應用操作維護界面，維護操作簡單。

　　易操作性：統(tǒng)一風格的友好的操作界面，完整的操作流程及操作手冊，易于操作人員學習掌握。系統(tǒng)的建設應注重滿足叉車調(diào)度管理的科學性、方便性以及合理的習慣。

　　叉車調(diào)度定位監(jiān)控RFID管理信息系統(tǒng)設計是在充分分析倉儲物流管理業(yè)務現(xiàn)狀和發(fā)展方向基礎上進行高度的抽象概括。設計時綜合考慮各方面因素，通過合理取舍，達至系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準確率、數(shù)據(jù)處理效率和靈活性間的平衡折衷。


　　3.2系統(tǒng)組成


　　根據(jù)倉庫管理的要求，叉車調(diào)度定位監(jiān)控管理系統(tǒng)框架可分為四個層次，分別為設備層、采集層、集成層和應用層：


　　設備層

　　設備層構(gòu)造RFID的應用環(huán)境，包括標簽（標識人員、叉車等）、天線、讀寫器、計算機硬件、服務器、網(wǎng)絡設備、終端設備等。


　　采集層

　　基于RFID技術(shù)的叉車、人員信息采集，通過讀寫器采集RFID標簽中的信息，進行解碼、防沖撞、多通道信息去重、信息過濾、分類等信息預處理后，將信息傳送到集成層。


　　集成層

　　集成層是RFID應用的支撐平臺，支持RFID信息的輸入、獲得、傳輸、處理及協(xié)同。包括RFID中間件、集成平臺、信息傳輸?shù)取?

●RFID中間件解決信息語義定義、讀寫器信息采集、信息寫入（一次寫入或分段寫入）和數(shù)據(jù)庫接口。

●集成平臺在中間件基礎上增加與第三方應用的接口（為各個應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口），使各種應用軟件與RFID兼容。

●信息傳輸完成異地點到點之間信息的傳輸架構(gòu)，異地系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩軜?gòu)，實現(xiàn)信息的分發(fā)和流轉(zhuǎn)。

　　應用層
　　應用層為RFID后端軟件系統(tǒng)及應用系統(tǒng)界面，形成可定制的應用系統(tǒng)。叉車調(diào)度定位監(jiān)控管理系統(tǒng)由任務發(fā)放系統(tǒng)、叉車調(diào)度查詢系統(tǒng)、人員調(diào)度查詢系統(tǒng)、叉車定位系統(tǒng)、叉車出入監(jiān)控系統(tǒng)等應用系統(tǒng)組成。 

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　　3.3系統(tǒng)流程設計


　　3.3.1叉車出入監(jiān)控


● 每個倉庫出入口安裝一臺分體式讀寫器，每個讀寫器安裝兩個8dbi天線，天線編號分別為1號和2號。1號天線安裝在門框外側(cè)，2號天線安裝在門框內(nèi)側(cè)，兩個天線的讀卡區(qū)域確保不會重合。
● 叉車進入倉庫時，其標簽ID號首先被1號天線讀取，標簽的ID號、讀寫器編號連同天線號一起被上傳至調(diào)度系統(tǒng)，軟件自動記錄其讀取時間；然后叉車進入倉庫門框內(nèi)側(cè)，其標簽ID號被2號天線讀取，標簽的ID號、讀寫器編號連同天線號再次被上傳至調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)自動記錄其讀取時間。
● 根據(jù)天線讀取標簽的先后順序，軟件判斷叉車進入倉庫，系統(tǒng)自動切換定位數(shù)據(jù)源，并同時更改叉車的位置狀態(tài)。

● 叉車出倉庫時同上。


　　3.3.2人員考勤


調(diào)度管理員桌上配一臺桌面式讀寫器，每一名員工發(fā)一張電子標簽制成的員工卡，每天員工上崗前，至調(diào)度管理員處刷卡考勤，軟件自動記錄其上班時間。


　　3.3.3任務發(fā)放


管理員發(fā)放任務時，打開任務發(fā)放界面，填寫任務單號，選擇任務執(zhí)行倉庫編號，選擇調(diào)度管理人員，在任務描述欄描述任務信息（必要時可添加附件），就緒后，點擊任務發(fā)放，相應的調(diào)度管理員調(diào)度管理界面將彈出提示框，提示調(diào)度管理員執(zhí)行調(diào)度任務。


　　3.3.4叉車人員調(diào)度


　　調(diào)度員接到調(diào)度任務后，點擊提示框上的任務單號，進入資源配給界面。選擇叉車時，軟件自動羅列出空閑的叉車編號及其物理位置；選擇人員時，已考勤且不在執(zhí)行任務的人員名單也將出現(xiàn)在下拉列表中；輸入任務執(zhí)行地點，系統(tǒng)自動生成一條最佳的叉車行駛路線，調(diào)度員選好叉車、人員、打印好任務單后，即可通知任務執(zhí)行人員前來領(lǐng)取任務單執(zhí)行任務。

人員領(lǐng)取任務單后，調(diào)度員啟動任務，數(shù)據(jù)庫任務狀態(tài)切換為任務執(zhí)行中，該叉車及人員將被鎖定，下一個任務調(diào)配時，將不能選取該叉車和人員。


　　3.3.5叉車定位


　　倉庫內(nèi)部叉車的作業(yè)路線上按20米粒度安裝閱讀器天線，讀寫器和天線的物理位置事先在定位軟件中有標注，叉車在倉庫中作業(yè)時，每前進20米，其標簽ID號連同讀取的讀寫器編號、天線號一起被上傳至定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)根據(jù)讀寫器編號和天線號即可確認該叉車當前位置


　　3.3.6叉車越界、超速、怠工判斷 


　　叉車在執(zhí)行任務前，系統(tǒng)根據(jù)叉車當前位置和任務執(zhí)行的位置，系統(tǒng)將自動生成一條最佳的行駛路線，叉車執(zhí)行任務時只能在這條線路上行駛，一旦叉車越界，被線路以外的讀寫器讀取其標簽號碼，系統(tǒng)將自動提醒調(diào)度管理員，由調(diào)度管理員對駕駛員發(fā)出警告。

叉車每經(jīng)過一個天線，其標簽號碼被上傳至定位系統(tǒng)時，軟件自動記錄其上傳時間，下一個天線上傳時，軟件再次記錄其上傳時間，以兩個天線間的距離和上傳數(shù)據(jù)的時間差，系統(tǒng)自動計算出叉車的行駛速度，并判斷其是否超速，若有超速，則系統(tǒng)自動提醒調(diào)度管理員，由調(diào)度管理員對駕駛員發(fā)出警告。

叉車執(zhí)行任務時，在到達任務執(zhí)行位置前，其在某一位置停留時間過長時，即叉車標簽被上一天線讀取后，長時間未被下一天線讀取，系統(tǒng)可判斷駕駛員怠工，將自動提醒調(diào)度管理員，由調(diào)度管理員對駕駛員發(fā)出警告。


　　3.3.7歷史數(shù)據(jù)查詢


　　叉車每執(zhí)行一個任務，其任務信息都將被保存在數(shù)據(jù)庫中，需要時，按叉車編號即可調(diào)出，任務信息包含任務單號、駕駛員姓名編號、開始時間、結(jié)束時間、時長、行駛路線簡圖、調(diào)度員姓名編號等

人員從上班考勤開始其所有任務信息也將被保存到數(shù)據(jù)庫中，信息包含任務單號、叉車編號、開始時間、結(jié)束時間、時長、行駛路線簡圖、調(diào)度員姓名編號、違規(guī)信息、考勤狀況等。



    四、項目預算


　　倉庫中，在日字形路線按20米粒度安裝閱讀器天線，可使用S1864E四通道讀寫器，為避免饋線過長導致衰減過大，每個讀寫器連接2個天線，讀寫器處于2個天線的中間位置，這樣在叉車作業(yè)的線路上需要安裝17臺讀寫器和34個天線
1個倉庫區(qū)和1個車間區(qū)，共16個進出口，每臺個進出口需安裝1臺讀寫器和2個天線，需要16臺讀寫器和32個天線
這樣1個裝卸區(qū)和1個裝卸區(qū)總共需要33臺讀卡器、66個天線、66根12米饋線。