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基于物联网与RFID技术的供应链应用

发布时间:2020年05月15日 作者:王嘉 邵冬梅

物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID(射频自动识别)、无线数据通信等技术和全球电子产品编码(EPC),构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。其实质是利用RFID技术,通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。
 
EPC概述
EPC的全称是Electronic Product Code,中文译作产品电子代码,它是基于RFID和Internet的一项物流信息管理技术。EPC通过给每一个实体对象分配一个全球唯一的代码来构建一个全球物品信息实时共享的实物互联网。
EPC是GS1全球统一标识系统的重要组成部分。它能够提高物流效率、降低物流成本,是物品追踪、供应链管理、物流现代化的关键。
EPC概念的提出源于射频识别技术和计算机网络技术的发展,后两项技术是EPC的支撑。射频识别技术可以通过无接触的方式实现远距离、多识读对象(标签)、快速移动状态下的自动识别。计算机网络技术和互联网使全球信息传递的实时性得到了基本保证。将这两项技术结合起来用于物品标识和供应链的管理,由此诞生了EPC。
EPC有多种内涵,狭义上说,它是一种编码,而广义上说,EPC是一个系统。
EPC系统
EPC系统结构
EPC系统是一个先进的、综合性的和复杂的系统,由全球产品电子代码(EPC)编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成,主要包括六个方面,如表1所示。
表1
 
EPC系统工作流程
在由EPC标签、识读器、EPC中间件、Internet、ONS服务器、EPCIS服务器以及众多数据库组成的EPC系统中,识读器从EPC标签读出的EPC代码只是一个信息参考(指针),由这个信息参考从Internet找到IP地址并获取该地址中存放的相关的物品信息,并采用EPC中间件处理由识读器读取的一连串EPC信息。由于在标签上只有一个EPC代码,计算机需要知道与该EPC匹配的其它信息,这就需要ONS的帮助找到对应的网络数据库服务:EPC中间件将EPC传给ONS,ONS指示EPC中间件到一个保存着产品文件的EPCIS服务器查找,该产品文件可由EPC中间件复制,因而文件中的产品信息就能传到供应链上,EPC系统的工作流程,如图1所示。
图1  EPC系统工作流程示意图
 
EPC系统特点
EPC系统,以其独特的构想和技术特点赢得了广泛的关注,其特点如下:
开放性
EPC系统采用全球最大公用的Internet网络系统。这就避免了系统的复杂性,同时也降低了系统的成本,并且还有利于系统的增值。
通用性
EPC系统识别的对象是一个十分广泛的实体对象,EPC系统网络是建立在Internet网络系统上,并且可以与Internet网络所有可能的组成部分协同工作,具有独立平台,在不同国家、地区可以通用。 
可扩展性
EPC系统是一个灵活开放的可持续发展的系统,可在不替换原有系统的情况下做到系统升级。
EPC系统是一个全球的大系统,供应链各个环节,各个节点,各个方面都可受益,但对低价值的产品来说,要考虑EPC系统引起的附加成本。目前,全球正在通过EPC自身技术的完善,进一步降低成本,同时通过系统的整体改进使供应链管理得到更好的应用,提高效益,以便抵消和降低附加成本。
EPC编码体系
EPC编码体系是新一代的与传统GS1编码兼容的编码标准,它是全球统一标识系统的拓展和延伸,是全球统一标识系统的重要组成部分,是EPC系统的核心与关键。EPC代码是由标头、管理者代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。
EPC的标头定义了总长、识别类型和EPC编码结构。EPCglobal的标签数据标准(1.4版)规定标头是8位,其中00000000-11111110的值可以支持255个标头,另外的11111111值保留作未来标头的扩展,这样使得更长数位的标识可以满足多于256个标头的需要。目前,根据使用的不同标头值,14种编码方案已经在EPC标签数据标准中制定,以使EPC能够兼容传统EAN·UCC系统的各种编码,确保EPC可以在原有领域中推广使用。在目前的EPC标签数据标准中,编码方案包括通用标识符(GID)、全球贸易代码(GTIN)、系列货运包装箱代码(SSCC)、全球位置码(GLN)、全球可回收资产标识(GRAI)、全球单个资产标识(GIAI)、全球文件类型标识符(GDTI)和全球服务关系代码(GSRN),即目前广泛使用的GTIN、SSCC、GLN、GRAI、GIAI等编码方案都可以顺利转换到EPC编码方案中去。目前EPC编码普遍长度为96位。
一个单独的GTIN不能唯一标识一个具体的物理对象,只标识一个特定的对象类别。为了给单个对象创建一个唯一的标识代码,在GTIN的基础上增加了一个序列代码,管理实体负责分配唯一的序列代码给单个对象,从而形成EPC所要求的序列化全球贸易标识代码(SGTIN)。
SGTIN由以下几部分组成,标头、滤值、分区、厂商识别代码、项目代码、序列号,如表2所示。 
表2
 
射频识读系统
射频标签是EPC的载体,附着于可跟踪的物品上,在全球流通。射频识读器是读取标签中的EPC代码并将其输入信息系统的设备。EPC系统射频标签与识读器之间采用RFID技术进行信息交换。
EPC标签是产品电子代码的信息载体,主要由天线、芯片和封装基板组成,如图2所示。
图2  EPC标签
 
标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。 
一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份组成,其工作原理是Reader 发射一个特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出,此时 Reader 便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理,如图3所示。
图3  RFID技术的基本工作原理
 
中间件
EPC中间件是加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件,是连接读写器和企业应用程序的纽带,主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理。
信息服务EPCIS
EPCIS是EPC网络中重要的一部分,利用单一标准的采集和分享信息的方式,为EPC数据提供一套标准的接口,支持各个行业和组织的扩展应用。具体来讲,EPCIS标准主要定义了一个数据模型和两个接口。EPCIS数据模型用一个标准的方法来表示实体对象的可视信息,涵盖了对象的EPC代码、时间、商业步骤、状态、识读点、交易信息和其它相关附加信息(可概括为“何物”“何地”“何时”“何因”)。随着现实中实体对象状态、位置等属性的改变(称为“事件”),EPCIS事件采集接口负责生成如上模型所述的对象信息。EPCIS查询接口为内部和外部系统提供了向数据库查询有关实体EPC相关信息的方法。
对象名称服务ONS
对象名称解析服务(ONS)是一个自动的网络服务系统,类似于域名解析服务(DNS),ONS给EPC中间件指明了存储产品的有关信息的服务器。
ONS服务是联系EPC中间件和后台EPCIS服务器的网络枢纽,并且ONS设计与架构都以因特网域名解析服务DNS为基础,因此,可以使整个EPC网络以因特网为依托,迅速架构并顺利延伸到世界各地。
 
物联网在供应链中的应用
物联网体系结构可分为三个层次:泛在化末端感知网络、融合化网络通信基础设施与普适化应用服务支撑体系,它们通常也被称为感知层、网络层和应用层。而其核心是EPC技术、RFID技术。通过对每一产品进行EPC编码,结合RFID技术,以此EPC编码为索引能实时在物联网上查询和更新产品的相关信息,也能以它为线索,在供应链各个流通环节对产品进行定位追踪。
EPC技术适合用于供应链上的仓库管理、运输管理、生产管理、物料跟踪、运载工具和货架识别、商店,特别是超市中商品防盗等场合。同时,在减少库存、有效客户反应(ECR)、提高工作效率和操作的智能化方面取得了一定的效果。从整个供应链来看EPC技术的应用使供应链的透明度提高,物品在供应链的任何地方都被实时追踪。安装在工厂配送中心、仓库及商品货架上的读写器能够自动记录物品在整个供应链的流动——从生产线到最终的消费者。
EPC技术的应用将在诸多环节上发挥重大的作用,其具体应用价值主要体现在以下几个环节:
物料环节
现代化生产物料配套的不协调影响了产品生产效率,杂乱无序的物料仓库、复杂的生产备料及采购计划的执行是每个企业所遇到的难题。通过在物料环节应用EPC技术,不仅便于物料跟踪管理,而且也有助于做到合理的物料库存准备,提高生产效率,便于企业资金的合理运用。通过EPC技术可以建立完整的产品档案,与采购订单挂钩,建立对供应商的评价。
生产环节
在生产制造环节应用EPC技术,可以完成自动化生产线运作,实现在整个生产线上对原材料、零部件、半成品和产成品的识别与跟踪,减少人工识别成本和出错率,提高效率和效益。采用了 EPC技术之后,就能通过识别电子标签快速从品类繁多的库存中准确地找出生产线上所需的原材料和零部件。EPC技术还能帮助管理人员及时根据生产进度发出补货信息,实现流水线均衡、稳步生产,同时也加强了对产品质量的控制与追踪。
运输环节
在运输管理中对在途运输的货物和车辆贴上EPC标签,运输线的一些检查点上安装上RFID接收转发装置。当货物在运输途中,无论是供应商还是经销商都能很好地了解货物目前所处的位置及预计到达时间。
存储环节
在仓库,EPC技术最广泛的使用是存取货物与库存盘点,它能用来实现自动化的存货和取货等操作。基于EPC的实时盘点和智能货架技术保证了发货退货的正确性以及补货的及时性,而仓储区内商品可以实现自由放置,扩大仓储区的利用空间,并能够提供有关库存情况的准确信息。从而减少了库存,增强了作业的准确性和快捷性,提高了服务质量,降低了储存成本,节省了劳动力和库存空间,同时减少了整个物流中由于商品误置、偷窃、损害和出货错误等造成的损耗。
零售环节
物联网可以改进零售商的库存管理,实现适时补货。有效跟踪运输与库存,提高效率,减少出错。比如当贴有标签的物件发生移动时,货架自动识别并向系统报告这些货物的移动。智能货架会扫描货架上摆放的商品,若是存货数量降到偏低的水位,或是侦测到有人偷窃,就会通过计算机提醒店员注意。 因此,能够实现适时补货,减少库存成本,还能起到货物防盗的作用。智能秤能根据果蔬的表皮特征、外观形状、颜色、大小等自动识别水果和蔬菜的类别,并对该商品计量、计价和打印小票:在商场出口处,带有射频识别标签的商标由读写器将整车货物一次性扫描,并能从顾客的结算卡上自动扣除相应的金额。这些操作无须人工参与,节约了大量人工成本,提高了效率,加快了结账流程,同时提高了顾客的满意度。另外,EPC标签包含丰富的产品信息,例如生产日期、保质期、储存方法以及与其不能共存的商品,最大限度地减少商品耗损。
配送、分销环节
在配送环节采用EPC技术能加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率,并能减少人工、降低配送成本。如果到达配送中心的所有商品都贴有EPC标签,在进入配送中心时,装在门上的读写器就会读取托盘上所有货箱上的标签内容并存入数据库。系统将这些信息与发货记录进行核对,以检测出可能的错误,然后将EPC标签更新为最新的商品存放地点和状态。 这样管理员只需操作电脑就可以轻松了解库存,通过物联网查询货品信息及通知供应商商品已到或缺货。这样就确保了精确的库存控制,甚至可确切了解目前有多少货箱处于转运途中、转运的始发地和目的地,以及预期的到达时间等信息。
集装箱、港口、码头、报关报检环节
利用RFID技术,通过安装在出入境车辆上的RF电子卡(或RFPDA)与分布在口岸监管区域的无线射频基站群的无线信息交互,实现对出入境人、车辆、货物实施电子化管理,从而取代了长期以来依靠司机填写纸质《出入境车辆检验检疫监管簿》申报的管理方式,实现出入境车辆及货物的快进快出、大进大出。集装箱上的电子标签可以记录固定信息,包括序列号、箱号、持箱人、箱型、尺寸等;还可以记录可改写信息,如货品信息、运单号、起运港、目的港、船名航次等。
集装箱RFID自动识别系统完成装箱数据输入、集装箱信息实时采集和自动识别;通信系统完成数据无线传输;集装箱信息管理系统完成对集装箱信息的实时处理和管理,能完成数据统计与分析,向客户提供集装箱信息查询服务。而港口集装箱管理系统可以监测、记录经过道口的集装箱、拖运车辆、事件发生时间、操作人员、集装箱堆放位置等信息。
基于物联网与RFID技术在供应链管理中的应用在运输、销售、使用、回收等任何环节都可以对产品进行定位追踪。但是也要清醒地认识到,物联网在供应链中的应用并非一朝一夕之功,它是融合多种应用系统于一网的统筹系统工程,其间仍有诸如传输协议、信息安全、集成与嵌入技术等多项关键技术需要进一步研发。物联网将在未来一段时间内,逐渐融入供应链管理之中。它对于提高现代物流、供应链管理水平,降低成本,具有革命性划时代的意义,必将成为物流供应链管理核心技术。
 
(作者单位:王嘉 北京市标准化研究院/
邵冬梅 中国物品编码中心)
《中国自动识别技术》2020年第2期总第83期

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