基于RFID技术的智慧物流托盘开发与应用
作者 | 物流文视界2022-04-01

托盘是物流行业的基本载具,是在物流作业过程中托载货物,构成单元化包装,便于货物的运输、仓储、装卸和配送而使用的负荷面和叉车作业的垫板。托盘是物流运输仓储中最基本单元化工具,相比于周转箱出镜率更高。托盘托举着物流产业,托盘产业的标准化、数字化、智能化、低碳绿色将成为今后一个时期发展的必然趋势。

智慧物流

智能物流托盘系统在现代物流发展中作用

“ 十三五”时期我国物流行业得到了飞速发展。2020年全国社会物流总额超300万亿元, 相比于2016年的229.7万亿元增长了30.6%;2020年社会物流总费用占GDP的比率为14.7%,相比于2016年的14.9%,减少了0.2%;可见我国物流行业高质量发展依然任重道远。“十三五”时期我国托盘产业的年产量、市场保有数量都在快速增长,2020年托盘年产量和保有数量分别达到3. 4亿片和15.5亿片,相对于2016年的11.69亿片,增长了32.6%。托盘产业的发展不仅体现在产量和数量的增长上更有效的表现在托盘标准化提升循环共用托盘比率提高以及带托运输的增长上。当前托盘产业最为重要的发展方向之一就是构建智能物流托盘系统。

构建智能物流托盘系统是“十四五”规划期间物流数字化升级的重要任务。智能物流托盘系统是移动智能化的重要载体。国民经济转型发展依存于技术创新驱动,将传统托盘和人工智能、区块链、物联网和 5G 技术融合的智能物流托盘系统推动着物流智能化的前进。在传统托盘或新材料托盘上加装能移动读取的智能芯片,帮助托盘完成供应链中货物的追踪,并实时提供物流和货物信息, 实现物流可视化。在物流仓储和运输中,通过智能托盘传递信息,可以提高货物识别和验收效率,减少在途在库作业, 加强货物监控, 减少货差货损,有效降低物流成本。

通过托盘数字化智能创新实现托盘数据、物流数据和货物数据关联。在供应链中用托盘载具贯穿上下游,通过托盘序列化运输和仓储、智能化在途在库作业、数字化移动处理,真正促进供应链高效协同。

RFID 技术在智能物流托盘系统中的应用

RFID是一种射频自动识别技术,通过标签发射射频信号,经由天线传输,再由接收机获取相关数据。RFID识别距离可从几十厘米到数百米,主要取决于 RFID射频信号的强弱.一般而言,采用弱电子源的RFID标签就可让信号达到十米之外。物流 RFID 标签,通常与RFID读写器配合使用,其方便小巧,在需要的时候,将物流信通过无线信号写入标签。RFID 标签电子标签信息传递同样不需要直接接触,只要在辐射范围内就可以多次写入和读取物流信息和物品数据。这种电子标签内容含量和环境耐受能力都要远超纸质标签,可以重复使用,一般使用寿命是5-10年。

RFID数据识别是一种非接触识别,可在较为恶劣环境下识别也可识别高速运动的物流商品在物流运输、仓储、加工、配送过程中,可以将物流信息和商品数量、价格、产地等信息写入并内嵌在托盘上的模组中,实现信息的传递。在物流运输、仓储过程中,作业单位可以完成对在途在库货物信息处理,向物流作业端点发布指令,选择最短路径和最佳储存位置。并且作业人员可以使用手持终端或手机移动处理相关数据,操作快捷方便。

将物流托盘和RFID技术关联,通过5G、RFID等技术把托盘和所托载的货物单元化,实现信息绑定,通过定位托盘信息来定位货物信息,并使用温湿度等环境传感器来收集物流作业过程中的货物状态,最后通过网络传递给远程作业人员。将叉车联网系统和智能物流托盘系统关联,自动记录货物的装卸搬运,并通过仓储WMS系统,传递RFID信号,使物流作业全程可视和可控对物流托盘这个连接物流作业全过程的设备载体进行技术改造,发现智能托盘能大大降低物流行业的运营成本,提高企业的利润。在流通领域的技术改造,可以实现供应链中生产商、批发商、零售商三方智能物流相互协作,信息共享。

基于RFID 技术的智能物流托盘开发与应用

1.智能物流托盘系统中新型托盘设计与开发

我国使用的传统托盘多是木托盘和塑料托盘纸托盘和金属托盘较为少见。随着绿色发展概念深入人心,采用新型环保材料生产的新材料托盘和废旧塑料回收再利用的模压托盘将成为托盘行业的未来之星。在制造材料选择上,智能物流托盘系统中使用的新型托盘将秉承绿色环保理念,推动目前托盘行业新兴的“以塑代钢、以塑代木”发展趋势.并大量使用新型环保材料和废旧塑料回收再利用的混合材料制造绿色环保的新型托盘,力争实现造价成本比普通注塑托盘节约30%以上保证可循环使用。同时在国际贸易中可以免熏蒸、免消毒、免植物免疫,符合国际标准。在外形和结构设计中,智能物流托盘系统中新型托盘在模压制作时需要预留 RFID芯片安置盒。RFID芯片安置盒应由托盘支撑脚环绕,外有加强筋进行保护,RFID 芯片安置盒处在托盘四角之中考虑到实际生产需求,需要保证托盘结构设计具有可拆卸性,方便RFID模块的安装与拆卸。

2.智能物流托盘系统中新型托盘RFID模块设计

智能物流托盘系统就是将物联网技术应用到常规的托盘中,通过在托盘中嵌RFID模组,包括RFID标签和天线,在标签上使用单一的弱电源装置,可以持续提供电能超过10年以上。此外,现有的 RFID标签也有使用8500MA的锂亚电池进行供能。RFID 模组包括两个主控芯片,其中一个芯片为节约功耗,平时处于休眠状态,一般通过命令唤醒,主要作用是通过4G或者5G通信采集基站信息 再通过网络平台进行数据传送。另一个芯片则通过蓝牙和操作进行数据交换。在物流运输、仓储、配送、流通加工等作业环节的端点,通过RFID阅读器来无线连接并读取芯片中的数据,也可以进行数据写入交换作业。

3.智能物流托盘系统中新型托盘操作方法

把RFID标签植入智能物流托盘就是要用最小的成本对托盘进行数字”赋能”实现托盘的序列化和数字化。也可以将RFID标签替换为蓝牙电子信标,利用蜂窝网络系统或者窄带物联网系统实现物流信息和货物信息的自动收集和传递,最后在物流端点通过一维码、RFID、NFC三种方式来读取。在数据传输操作过程中,托盘和货物信息可以绑定,在带盘运输过程中形成一个物流单元信息。托盘之间也可以通过蓝牙进行彼此互联,形成一个托盘组信息。在物流作业过程中,如果一个托盘RFID标签出现故障,可以连接关联托盘标签,追踪故障托盘信息,使其在物流过程中起到保护货物的作用。

物联网技术在智能物流托盘系统中

未来开发的方向

1.从单一RFID标签到多功能标签

随着物联网技术的发展,智能物流托盘的智能点要实现从一点到多点的增发。智能托盘不仅可以搭载RFID信息标签,还将配备多功能传感器。在运输和储存高价值货物时,温度 湿度 托盘中货物的承载压力和运输储存状态数据都需要随时感知并获取。以往是把承担这些功能的传感器临时放置于货物或者周转箱中,但是货物和周转箱的 RFID 标签不能内嵌,因为在运输、仓储过程中会自然污损。为阅读信息而必须人工开箱检查,增加了人工作业负担。鉴于此,将多功能传感器和RFID标签融为一体,构成物联网模块,保留了可随时拆卸的功能 并通过弱电子提供长期动力。在物流过程中,标签功能整合,通过 RFID标签和传感器的共同作用,使其能有效传递物流信息和货物实时信息 并远程监控温湿度状态,并为用户提供了可视化管理。把多个功能汇集在智能托盘上,为管理系统提供了数据接口,实现全过程全链条监控和信息共享,降低了物流成本,并减少了人工作业,提高了物流效率和服务水平。

2.从单一物流体系到多链体系

随着5G通信的普及覆盖,从供应链管理到物流数据处理都在5G应用的推动下,开启了巨大的数据洪流,实现了更为广泛的万物互联。智能物流托盘系统必将顺应技术和产业的发展,从单一物流体系走向多链体系。智能托盘将与人工智能、区块链、车联网、物联网等前沿技术产生更多的融合,创新物流作业控制技术与服务。

结语

“ 十四五”时期,新材料托盘本身将成为独立的信息收集传感器和通信系统,在供应链和运输、仓储等物流作业中承担着更多的使命。就当前而言,智能物流托盘系统研发最重要的任务是研究如何降低智能托盘制造成本,降低托盘使用过程中的故障概率,研究智能物流托盘智能物流托盘标准体系,搭建在当前物流和供应链场景中适用的架构。

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