基于RFID的仓储管理系统 - 移动设备应用程序开发 - 图文

基于RFID的仓储管理系统——移动设备应

用程序开发

WAREHOUSE MANAGEMENT SYSTEM BASED ON RFID ——SMART DEVICE APPLICATION DEVELOPMENT

专 业： 计算机科学与技术 姓 名： 薛 健 颖 指导教师姓名：

申请学位级别： 学 士 论文提交日期： 2009 - 6 - 10 学位授予单位： 天津科技大学

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摘 要

随着供应链管理的快速发展，作为微观物流最重要表现形式的仓储管理的高效运作机制越来越受到重视。货物在仓库中的流通速度直接影响到其在整个供应链中的流通，而提高仓库中货物的流通速度和工人的工作效率的根本就是优化和配置仓储管理中的流程。仓储管理是指从收货、入库、检验、码放、存储直到出库的流程过程。一般而言，信息化的发展使每个物流企业都有一套自己的仓储管理系统，但仅停留在人工信息阶段，即对收货、入库、出库、盘点等操作进行人工干预，这就造成了操作效率低出错率高的弊端。因此仓储管理自动化是非常值得研究的。

RFID是当前在供应领域最为热门的话题，RFID不但可以满足一般的数据读写功能，还具有穿透性、环境无关性以及可重复使用等特性，这些特性可以充分满足仓储管理的需要。

本系统将要实现仓储管理中各个环节的自动化，整个入货和出货环节的信息获取完全由RFID射频器扫描完成，从最大程度上提高仓库的利用率与工作人员的工作效率。

本文在详细分析了用户需求的基础上，研究了基于RFID技术的仓储管理系统移动设备应用程序的设计和实现。

关键词： WMS；Windows Mobile；Sync Services for ADO.NET；RFID

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ABSTRACT

With the development of supply chain management as the most important manifestation of micro logistics, the efficient operation of warehouse management mechanism have been obtaining more and more attention in this field. The circulation speed of the goods in the warehouse affect its circulation in the whole supply chain currently. To improve the circulation speed of the goods in the warehouse and the efficiency of the workers is most depend on optimization and configuration of the process in the storage management. Warehouse management is the process from goods reception , goods storage , checking, warehousing to the goods release. Generally speaking, the development of information technology has enabled each logistics corporation to maintain a set of Warehouse Management System on their own. But such system still remains at the stage of Information artificial angle which is, to introduce manual works to procedures like receipt, storage, release, and check management. This is lead to the un-efficiency and the high rate of error occurring. So it is worthy of studying the automation of warehouse management.

RFID is the hottest topic in Supply Chain field. RFID not only has the function of general read and write but also has the characteristics of used repeatedly, transparent reading and environment free which can take as the most suitable facility to be used in the whole supply chain to tracking products.

This system is to realize the automation of each link in the warehouse management. The information acquisition of the reception and release of the goods will be done with the RFID radiofrequency.The system will mostly improve the utilization ratio of warehouse and the efficiency of the workers.

This paper based on a detailed analysis of necessary of customs and study the designing and realization of smart device application which based on the RFID warehouse management.

Key words : WMS; Windows Mobile; Sync Services for ADO.NET; RFID

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目 录

第一章 引言 .............................................. 2 第一节 课题背景及意义 .................................... 2 第二节 射频识别技术及其应用领域 .......................... 2 第二章 系统开发环境及关键技术 ............................ 4 第一节 系统开发环境 ...................................... 4 第二节 关键技术 .......................................... 6 第三章 系统总体设计 .................................... 11 第一节 系统需求分析 ..................................... 11 第二节 系统总体结构 ..................................... 15 第三节 移动设备系统功能分析及模块设计 ................... 17 第四章 系统详细设计 ..................................... 18 第一节 数据库设计 ....................................... 18 第二节 与底层RFID射频读卡器通信的实现 .................. 22 第三节 上层托管代码对底层DLL导出函数的调用 ............ 27 第四节 数据同步的实现 ................................... 28 第五节 手持设备程序设计与实现 ........................... 30 第六节 叉车移动PC程序设计与实现 ........................ 34 第五章 结束语 ........................................... 38 参考文献 ................................................ 39

致 谢 .............................................. 40

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第一章 引言

第一节 课题背景及意义

市场竞争日益激烈，提高生产效率、降低运营成本,对于企业来说至关重要。仓储管理广泛应用于各个行业，设计及建立整套的仓储管理流程，提高仓储周转率，减少运营资金的占用，使冻结的资产变成现金，减少由于仓储淘汰所造成的成本，是为企业提高生产效率的重要环节[1]。

目前，仓储管理系统通常使用条码标签或是人工仓储管理单据等方式支持自有的仓储管理。但是条码的易复制、不防污、不防潮等特点，和人工书写单据的繁琐性，容易造成人为损失，使得现在国内的仓储管理始终存在着缺陷[2]。

随着无线射频电子标签这一最新科技产品的投入应用，可以从根本上解决上述的问题。基于射频识别（RFID）技术，主要完成的任务是通过自动化增加生产力并限制人工干涉,避免人为错误;获利快速的后勤管理,取得即时的供应链动态资料,实现供应链之完全可视化,加速物流的运送并改善对运送的掌握;减少多余的资料录入并且提高资料的正确性。其优势有：缩短作业流程；改善盘点作业质量；增大配送中心的吞吐量；降低运转费用；信息的传送更加迅速、准确，实现远距离、动态的自动识别、一次识别多个标签。[3]-[6]

第二节 射频识别技术及其应用领域

（一）射频识别技术简介

无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频识别信号自动识别目标对象并获得相关的数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动的物体并可用于识别多个标签，操作快捷方便。概括起来说是一种应用电磁波频谱，以非接触无视觉方式，传递特别识别信息的。[7]

技术。无线射频识别的距离从几厘米到几十米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性和不可伪造性。[8]-[10]

最基本的RFID系统由标签、阅读器和天线等三部分组成。标签（Tag）由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器（Reader）是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手

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持式或固定式；天线（Antenna）在标签和阅读器间传递射频信号。

RFID系统的工作原理是：阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号；当RFID标签进入阅读器工作场时，其天线产生感应电流，从而RFID标签获得能量被激活并向阅读器发送出自身编码等信息[11]。阅读器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。

与条码技术相比，RFID具有明显的优势。条形码是只读的，需要对准目标、一次只能读一个而且容易破损；而RFID标签是可擦写的，使用时不需要对准目标、可同时读取多个、存储量大、坚固可全天候使用，不需人力介入操作。从概念上来说，两者很相似，但两者之间最大的区别是条形码是“可视技术”，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。相比之下，RFID不要求看见目标。RFID标签只要在读写器的作用范围内就可以被读取。RFID读写器对快速移动中的RFID标签具有“群采”能力，也就是说可同时辨识读取数个快速移动中的RFID标签，而条形码则必须逐一静态扫描[12]。RFID读写器还能够穿透纸张、木材和塑料等非金属、非透明的材质，进行穿透性通信，而条形码扫描仪则必须在没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。RFID标签巨大的信息存储量也是条形码不可比肩的，RFID标签最大容量有数兆字符，而二维条形码最大的容量是2000至3000字符[13]。 （二） 射频识别技术应用领域

? 物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快递。

? 零售：商品的销售数据实时统计，补货，防盗。 ? 制造业：生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产。

? 服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理。 ? 医疗：医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗。 ? 身份识别：电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。 ? 防伪：贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等。 ? 资产管理：各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等) ? 交通：高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车 识别等。 ? 食品：水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理 ? 图书馆：书店，图书馆，出版社等应用 ? 汽车：制造，防盗，定位，车钥匙 ? 航空：制造，旅客机票，行李包裹追踪

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? 军事：弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪

第二章 系统开发环境及关键技术

系统的开发环境采用Microsoft公司的可视化开发环境Visual Stdio 2008作为主要开发工具。系统的移动设备部分建立在 .NET Compact Framework框架之上，利用此框架提供的托管类编写移动设备窗体，通过建立C++的dll工程来实现手持设备与底层射频器的通信，最后使用平台调用服务（Platform Invocation Services），完成托管代码与非托管代码的交互操作。移动数据库采用SQL Server Compact 3.5. 移动设备模拟器采用Windows Mobile 6模拟器。

第一节 系统开发环境

（一） VS2008开发环境简介

Visual Stdio 2008是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的windows平台应用程序开发环境。Visual Studio 2008 在三个方面为开发人员提供了关键改进：快速的应用程序开发、高效的团队协作、突破性的用户体验。

Visual Studio 2008是一套完整的开发工具，用于生成 ASP.NET Web 应用程序、XML Web services、桌面应用程序和移动应用程序。Visual Basic、Visual C# 和 Visual C++ 都使用相同的集成开发环境 (IDE)，这样就能够进行工具共享，并能够轻松地创建混合语言解决方案。另外，这些语言使用 .NET Framework 的功能，它提供了可简化 ASP Web 应用程序和 XML Web services 开发的关键技术。在08的版本中特别加入了“本地数据缓存”项目以支持Sync Services for ADO.NET 的数据同步技术。.NET Framework 提供了用于解决常见编程任务的构建基块（预制的软件），从而能够快速构造具有出色的最终用户体验的紧密联系的应用程序。在 .NET Framework 模型业务流程上有效构建的紧密联系的应用程序有利于在异类环境中实现系统集成。.NET Framework 3.5 是在 .NET Framework 3.0 的基础上构建的更高版本。得到增强的功能领域包括基类库、Windows workflow foundation、Windows Communication Foundation、Windows Presentation Foundation 和 Windows CardSpace此套移动设备应用程序就是建立在vs2008下精简版的.NET Framework3.5框架之上。

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（二） 本系统移动设备应用程序开发平台 1. .NET Framework 精简版类库

图2-1 .NET Compact Framework框架

.Net Compact Framework，顾名思义，即精简版的.Net开发框架(如图2-1)。他和Smart Device Extensions (SDE) for Visual Studio .NET 一起,将更强的开发能力和强大的编程平台带到了手持设备的开发工作中[14]。.NET Compact Framework 是一个硬件无关的运行环境，他主要用在手持设备上，包括：个人数据助理(PDAs) ，移动电话，机顶盒和各种运行Window CE .NET操作系统嵌入式设备。是专为移动设备设计的便携式小型.NET CLR 具有.NET Framework子集的属性，支持多种语言开发。.NET Framework 精简版简化了在智能设备上开发应用程序的过程。它有两个主要组件：公共语言运行库和 .NET Framework 精简版类库[15]。运行时是 .NET Framework 精简版的基础，它负责在执行时管理代码，提供内存管理和线程管理等核心服务，同时又确保代码的安全性和准确性。针对运行时的代码称为托管代码，不针对运行时的代码称为非托管代码或本机代码。

就象其他面向对象的类库一样，.NET Framework 精简版类型可用于完成许多常见的编程任务，包括界面设计、利用 XML、数据库访问、线程管理和文件输入/输出等。

2. SQL Server Compact 3.5

Microsoft SQL Server Compact 3.5 是一种压缩数据库，很适合嵌入到移动应用程序和桌面应用程序中。SQL Server Compact 3.5 为开发本机和托管应用程序

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的开发人员提供了与其他 SQL Server 版本通用的编程模型。SQL Server Compact 3.5 只需占用很少的空间即可提供关系数据库功能：强大的数据存储、优化查询处理器以及可靠、可扩展的连接。SQL Server Compact 3.5 是可以部署在智能设备和计算机上的压缩数据库。通过手动复制和安装 .cab 文件，或者通过 Microsoft Visual Studio 2008，可以将 SQL Server Compact 3.5 部署在智能设备上。对于计算机，SQL Server Compact 3.5 具有单独的安装程序。（Microsoft SQL Server Compact 3.5体系结构如图2-2所示。）

图2-2 SQL Server Compact 3.5体系结构

在 SQL Server Compact 3.5 体系结构中，客户端环境是由一个或多个支持的设备组成的，而应用程序和 SQL Server Compact 3.5 在这些设备上进行部署。当设备不包含网络连接时，可以使用Microsoft ActiveSync将SQL Server Compact 3.5 连接到服务器环境。

服务器环境由运行 Microsoft Internet 信息服务 (IIS) 的一台或多台计算机以及 SQL Server 的一个实例或为异类数据源传播的数据组成。可以在同一台计算机上运行 IIS 和 SQL Server，也可以在多台计算机上对其进行配置。IIS 是在服务器和客户端之间连接和交换数据所必需的。

第二节 关键技术

（一）平台调用服务(P/Invoke)

在.NET Compact Framework的支持下，可以方便高效地开发出适合于移动设备的应用程序，而不需要去考虑特定的硬件环境。.NET Compact Framework向开发者屏蔽了硬件底层的细节，使开发者可以集中精力于业务逻辑的解决方案。

作为.NET Framework 的一个子集，.NET Compact Framework只提供了.NET

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Framework的一部分功能，因此有时在实现一些功能时不得不借助于Windows CE API。另外还存在一些第三方的组件/资源，或以动态链接库形式提供，或者已经是COM组件。相对于.NET Compact Framework，它们都属于非托管资源。我们需要一种功能，实现由托管环境访问这些非托管资源。和.NET Framework 一样，平台调用P/Invoke(Platform Invocation Services)提供托管代码调用驻留于 DLL 中的非托管函数的功能。（P/Invoke原理如图2-3）

图2-3 P/Invoke原理图

一般来讲P/Invoke适用于以下三种情况

? .NET Compact Framework没有实现某功能，需要借助Windows CE API； ? 已有DLL或COM组件等资源，希望能充分利用，减少开发成本和风险； ? 鉴于DLL的执行性能和反编译能力都可能高于.NET Compact Framework，借助DLL提高程序性能和安全性。 （二） Sync Service For ADO.NET数据同步

Microsoft Sync Framework 是支持应用程序、服务和设备进行协作和脱机访问的一个综合性同步平台。Sync Framework 提供的技术和工具可以从不同地点访问数据、共享数据以及获取脱机数据。通过使用 Sync Framework，开发人员可以构建同步生态系统，通过在任意网络上使用任意协议，将任意应用程序与任意存储中的任意数据集成在一起。 1. 客户端与服务器同步概述

使用 Sync Services for ADO.NET，可以通过双层、N 层和基于服务的体系结构同步来自不同来源的数据。面向客户端与服务器同步的 Sync Services API 提供了一组用于在数据服务与本地存储之间同步数据的组件，而不是仅仅用于复制数据库及其架构。应用程序正越来越多地用于移动客户端，如便携式计算机和设备。由于这些移动客户端与中央服务器没有连贯或可靠的网络连接，因此对于这些应用程序而言，能够在客户端上使用数据的一份本地副本十分重要。同等重

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要的一点是：在网络连接可用时，需要能够将数据的本地副本与中央服务器同步。Sync Services API 以 ADO.NET 数据访问 API 为蓝本，提供了一种直观的数据同步手段。Sync Services 对构建依靠连续网络连接的应用程序这一工作进行了合乎逻辑的扩展，使我们得以针对断续连接的网络环境开发应用程序。 2. 用于客户端与服务器同步的体系结构

Sync Services for ADO.NET 能够实现 SQL Server Compact 3.5 SP1 客户端数据库与服务器数据库或任何其他数据源之间的同步，如以 XML 形式提供股票报价的服务。在同步两个数据库方面，Sync Services 支持使用为之提供了 ADO.NET 提供程序的任何服务器数据库的双层和 N 层体系结构。

在对客户端数据库和其他类型的数据源进行同步方面，Sync Services 支持基于服务的体系结构。与双层或 N 层体系结构相比，此体系结构需要编写更多的应用程序代码；但是，它不需要开发人员采取另一种不同的方式进行同步。基于服务的体系结构（如图2-4所示）。这种体系结构包括一个客户端数据库，但是不包括服务器数据库或对应的服务器同步提供程序和同步适配器。若要使用这种体系结构，应用程序必须能够通过自定义代理和自定义服务与同步代理进行通信。它们提供的功能必须与服务器同步提供程序和同步适配器通常提供的功能相同，例如检索要同步的变更。由于移动设的数据同步不支持双层体系结构，因此采用这种基于服务的体系结构。

图2-4基于服务的体系结构

（三）Windows Communication Foundation (WCF) 1. 什么是 Windows Communication Foundation？

Web 服务中包含了用于应用程序间通信的标准协议，它在全球范围内的广泛采纳改变了软件开发。例如，如今 Web 服务提供的功能包括安全性、分布式事务协调和可靠的通信。Web 服务所发生的这些改变的效益应反映在开发人员

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所使用的工具和技术方面。设计 Windows Communication Foundation (WCF) 的目的是为分布式计算提供可管理的方法，提供广泛的互操作性，并为服务定位提供直接的支持。

WCF通过一种面向服务的新型编程模型简化了关联应用程序的开发。通过提供分层的体系结构，WCF 支持多种风格的分布式应用程序开发。WCF 通道体系结构在底层提供了异步的非类型化消息传递基元。而建立在此基础之上的是用于进行安全可靠的事务处理数据交换的各种协议功能，以及广泛的传输协议和编码选择。

类型化编程模型（称为“服务模型”）设计用来降低分布式应用程序的开发难度，并为 ASP.NET Web 服务、.NET Framework 远程处理和企业服务领域的专业开发人员，以及将要从事 WCF 开发的人员提供熟悉的开发体验。该服务模型的特点在于它将 Web 服务的概念直接映射到 .NET Framework 公共语言运行库 (CLR) 中的对应内容，包括将消息灵活且可扩展地映射到用诸如 Visual C# 或 Visual Basic 等语言实现的服务。该服务模型提供支持松散耦合和版本管理的序列化功能，并提供与诸如消息队列 (MSMQ)、COM+、ASP.NET Web 服务、Web 服务增强 (WSE) 等现有 .NET Framework 分布式系统技术以及很多其他功能的集成和互操作性。

2. Windows Communication Foundation 体系结构（如图2-5）

图2-5 WCF体系结构

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协定定义消息系统的各个方面，服务运行时层包含仅在服务实际运行期间发生的行为，即该服务的运行时行为。消息传递层由通道组成，通道是以某种方式对消息进行处理（例如通过对消息进行身份验证）的组件。一组通道也称为“通道堆栈”。 有两种类型的通道：传输通道和协议通道。传输通道读取和写入来自网络（或外部的某些其他通信点）的消息，某些传输通道使用编码器来将消息（表示为 XML Infoset）转换为网络所使用的字节流的表示形式，或将字节流表示形式转换为消息。传输通道的示例包括 HTTP、命名管道、TCP 和 MSMQ，编码的示例包括 XML 和优化的二进制文件。服务的最终形式为程序，与其他程序类似，服务必须在可执行文件中运行。这称为“自承载”服务。某些服务（如 IIS 或 Windows 激活服务 (WAS)）“被承载”，即在外部代理管理的可执行文件中运行。通过 WAS，可以在运行 WAS 的计算机上部署 WCF 应用程序时自动激活该应用程序，还可通过可执行文件（.exe 文件）的形式来手动运行服务，服务也可作为 Windows 服务自动运行，COM+ 组件也可作为 WCF 服务承载。

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第三章 系统总体设计

第一节 系统需求分析

（一）系统需求分析概述

仓储管理系统（WMS）作为某一公司的核心业务系统，利用计算机软件模拟实施仓储管理的系统流程，其综合性要求要达到简明实用、提高仓储管理的质量和效率的目的。

将物资集中放置在一定的场所需要利用科学的方法进行管理，并且实现高效准确的出入库操作，在保证基本效率的前提下及时地将货物更新信息提交到服务器数据；上层的管理系统要保证货物在存储期间数量不发生变化、维护相应的出入库记录和定期盘点信息。

在货物存储时要达到空间利用的最大化，劳动力和设备要达到最大程度和最有效的利用，货物能够方便地存取，在需要时能够做到快速的定位。另一方面，此管理系统要实现高效准确的出入货验证审核机制，使得在有限的工作时间内在无差错的基础上更多数量地完成入货和出货的操作，从最大程度上节省人力资源消耗，避免人为因素导致错误的发生。此外，此管理系统还要确保能高效地完成货物种类和数量上的统计以及管理存储空间与货物对应关系的工作。实施定期的盘点工作是实现存储空间的最大程度的利用和确保物资数量的无误的前提，因此高效的盘点功能必不可少。

（二）传统仓储业务流程弊端分析及问题改进 1. 传统业务分析

入库时仓储管理人员接到入库作业指令，根据入库物品情况，选择仓库，安排物品存放区域。仓储作业人员根据入库作业的入库物品清单，与随车清单和实物进行核对，对入库物品进行验收。采用条码扫描方式清点及检查到货总量、单位包装量等。验收完成后，根据库位安排计划由仓储作业人员将货物存放到指定区域，仓储管理人员完成相应的信息记录工作，并输入到计算机中。出库时工作人员在接到出库作业指令后，了解相关作业细节,找到相应货物的存放位置。仓储作业人员根据出库清单，进行人工理货，并将物品集结在出货区。核对车牌号和驾驶人员证件，核对出货清单与随车清单是否一致，按核对后的清单进行装车。仓储管理人员完成相应的信息记录工作。盘点时根据盘点计划选择要盘点的仓

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库，库区等，并制定盘点表，生成盘点清单。仓储作业人员手工依次遍历要盘点的仓库、库区等，对盘点清单的相应项目进行抄录填写。盘点结束后，管理人员将盘点信息输入到计算机中，与计算机中的数据进行比对。 2. 存在问题及使用RFID技术后的改进方案

在入库和出库作业中存在的最大问题是物品入库验证和出库理货时需要一个一个扫描物品条码，盘点作业需要记录每个货位上的物品还要将物品信息输入到信息系统中，这样经两次周转提高了出错率。这三个作业流程中所存在问题的本质就是数据采集效率、准确率以及作业流程的问题。从仓储作业效率来看，数据采集效率及准确率至关重要，条码要一个一个扫描，平均扫一个需要2-3秒钟，会大大降低效率。使用RFID电子标签可以实现了物品的自动入出库、自动盘点，增加了查询和盘点精度，加快了入出库的流转速度。

利用RFID技术可以大大优化上述仓储业务流程。

? 在入库方面货物与入库物品清单核对环节由射频器扫描完成，提高了核查效

率。将货物与货位绑定的环节也有系统完成，最后系统会将相应信息提交到数据库，降低了出错几率。

? 在出库方面，出库货物与货位核查、出库单审核工作都由系统完成。出库完

成后系统会删除数据库中的相应货物信息，更新或未使用信息。

? 在盘点方面，员工只需扫描货位与货物，核查工作由系统完成并返回核查结

果，于过去的人工核查相比大大提高了盘点效率和质量。 （三）引入RFID技术后的详细业务流程流程 1. 货物入库 ? 供货准备阶段

供应商在供货前，将货物装入托盘，然后将托盘上的货物信息写入托盘上RFID电子标签中。货物信息包括产品编号、批次号、日期、数量等。同时供应商还应通过互联网提供入库清单，以便收货方在收货前进行核查检验。 ? 货物接收阶段（如图3-1）

货物运输至仓库，仓库工作人员持手持设备进行核查。依次核查货单中的Pallet数量、每个Pallet中的Cargo数量，以及每个Cargo中的货物箱数。每完成一个Pallet便修改相应的托盘IfComplete标志，当所有的托盘核查完毕此单货物即验收完毕，可以入库。 ? 货物入位阶段（如图3-2）

货物接收无误后，叉车驾驶员接到入位命令后选择一个合适的货位，通过车

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