RFID技术及其在物流中的应用
《RFID技术与应用》杂志社
周 文 豪

（摘自2005至2006中国物流发展报告）
RFID技术已经发展了几十年了。近年来由于这种技术成本的急剧下降以及功能的提升，使得零售业、信息业、物流业、医疗产业对RFID技术的关注迅速升温。零售巨人沃尔玛在2004年7月份要求它的前一百名供货商要在2005年1月份之前全部实行托盘层次的RFID管理，这一举动使得一直处于踌躇不前状态的RFID技术获得了空前的关注。美国国防部在2004年7月份发布了他们关于RFID政策的备忘录，要求其所有供货商的供货管理必须在2005年1月份之前实行RFID管理。
市场调研公司（Allied Business World）报告显示，2002年全球RFID市场规模是11亿美元，其中日本占1.8亿美元，美国占6亿美元；2005年全球RFID市场规模是30亿美元；2010年将达到70亿美元。RFID的市场规模平均增长率为26%。2004年，中国标准化协会和物流网应用标准化工作组做了一个调查，结果指出，未来三到五年在中国每年至少需要30亿个以上RFID标签。其中，电子消费品将需求8300万个标签，香烟产品将需要8亿个标签，酒类产品将需要1.3亿，信息电子产品大概需要13-14亿。而以上这些数字仅仅涉及商业流通领域的部分产品，如果再考虑到其他领域，如现代服务业、生产制造业、邮政，医药卫生、军事等领域，数字将更加惊人。2003 年3 月，Gartner在“Symposium ITXPo 2003”上预测，RFID技术属于最近2～5年（2005～2008 年）将逐渐开始大规模应用的技术。根据ARC 顾问集团的预测，到2008 年RFID 仅在全球供应链领域的市场需求将达到40 亿美元。
RFID为什么能得到如此广泛的注目，又为什么能在各个领域内得到应用呢？我们先就RFID是一种什么样的技术谈起。
一、RFID技术
（一）什么是RFID
RFID（Radio Frequency Identification）是用无线电波的方式将标签或者卡片中供记录的介质里写入或读出数据来进行被标示个体的识别方法。概括说来，它是用电波做通信媒体的ID系统。
即使是中文的描述，我们通常还是直接使用RFID这个英文缩写词。也有些人喜欢用“射频识别”这个纯粹的中文词汇来表述。但是这个词有很大缺陷，即它忽略了所识别的到底是什么这一重要内容。实际上在Identification里所包含的不仅仅是“识别”，而且将识别的对象也表达得很明确，那就是“ID”，即被标示的个体（物体或人、动物等）的编码以及编码所代表的个体信息。所以如果真是要用中文来表述RFID时，我们至少应该用“射频个体识别”这6个字来表述。
（二）RFID是怎样来识别ID的
首先我们看一下条码是怎样表示和识别ID数码的。
所有物品都可以用数码来表示，为了使机器便于阅读，在这项技术中用有规则的图形来表示数码。激光扫描器扫描条码，经机器翻译并在数据库内查到相关数据后便得到与该数码相对应的信息。在这里，印有条码的纸片是数码的“载体”。
 
条码           二维码
在RFID技术中与条码类似的，也需要数码和“载体”组合成标签来表示物品的信息。但此时的标签不再是在纸张加纸上印刷的图形，而是半导体芯片加上芯片内存储的数据构成。数码的读出不再是采用激光扫描的方式，而是采用电波传输的方式。将标签中的数码读出或将数据写入标签的机器称为“读写器”。读写器与电子标签的互动关系如下图所示。
电子标签

RFID和条形码相比具有很多优点：RFID的应用层次可以具体到每一个需要识别的物品，而条码只能给每一类物品进行身份识别。可以说在识别能力上来说，RFID是优于条形码的。除了在识别能力上的区别外，RFID和条形码相比还有以下优点：
1．不像以条形码为基础的跟踪系统，RFID系统可以不需直接可视也不需要特定的方向就可以识别多个标签。而条形码必须需要人力资源使用扫描器在可见的狭小范围内才可以识别。RFID的这种特性可以允许大规模的自动化应用。因此就大规模的减少了手工扫描的工作。
2．另外，RFID标签存储了更多的信息。标签可以通过编程来储存物品的序列号、颜色、规格、生产日期、所在位置，以及物品在到达最终用户手中之前，所经过的所有配送点的列表。
3．条形码有一些缺点。如果条形码标签被撕掉、污染，就没有办法被识别。标准的条形码只能识别生产商以及商品，不能识别单个的产品。例如：使用条形码只能识别哪一箱牛奶过了保质期，而使用RFID识别可以识别这一箱牛奶当中哪一瓶过了保质期。
4．ID信息可以自动识别，而且识别时间很短
5．看不见的地方也能使用
6．防伪性好
7．可以改写
8．可读距离较长
9．一次可以读取数十枚标签
10．利用网络作到共享信息、增加可视性
任何事物都有它的两面， RFID与条码相比，最大的弱点是价格高，这是将它用在小商品上的最大障碍。
（三）RFID技术的系统构成
基础部分
1．标准
硬件部分
2．电子标签
3．读写器
软件部分
4．网络
5．数据库
6．中间软件
在采用某种技术时，人们开始认识的往往是其硬件部分。但RFID这种伴随网络技术而获得新生的技术，其精髓无可非议的是在于其软件技术。
Middleware的主要提供者
 
（四）RFID的真价
在上述RFID不同于其他技术的特点中不难看到，RFID技术是在互联网技术的发展中重新得到重视而发展起来的，所以RFID可以做到信息资源共享是RFID的真价所在。从产品被生产出来开始，RFID就可以伴随它形影不离，产品变成商品进入供应链，直到消费者手中，甚至还可以伴随有些需要修理和再利用的商品一起的整个生命周期。只要需要，商品的有关信息都可以通过网络得到。也就是说，原来只是厂家录入进电子标签的信息可以为所有与产品有关的人共享。
（五）RFID中的数码具有什么样的格式
根据采用的标准不同，其数码有不同的长短与格式。例如目前比较成熟的EPC格式如下图所示。
 
在这种格式中，BCD代码所表示的是25为数字，实际上以Bit为单位计数时是96位。各位数码都用来表示不同的内容。
（六）RFID技术有哪些标准
以上数据格式是标准之一。另外数码传送也需要标准，例如空中接口、数据线接口等。围绕标准，在我国正在进行着争论。有的从国际贸易的大环境出发坚持采用国际标准，有的从知识产权和国家安全出发，主张国家自行制定标准。但是，标准之争往往容易与利益之争混淆在一起，这样使本来单纯的问题复杂化了。最直接地反映利益的地方在于发行“编码”。国家或民营企业向用户发行“编码”时能够得到巨大的经济利益。因此有人建议，发行编码只能是政府行为，任何企业不得以权谋私。如果这样的话，或许“标准之争”能够平静下来。我们期待标准的早日制定，否则在推动FID技术的应用上将存在不可逾越的困难。
二、RFID在物流中的应用
解析物流的过程，是由不同的“阶层”构成的。我们解释和理解RFID技术在物流中的应用，要围绕各个阶层来进行。物流的阶层参见下图。
第0阶层：物品的单品；第1阶层：小包装；第2阶层：包装容器；第3阶层：托盘；第4阶层：集装箱；第5阶层：运输工具。
供应链：从客户的需求开始，那些供应商通过以上物流的各个阶层，把商品送到消费者手中的整个过程系统叫做供应链。
对RFID的彻底应用，即包括供应链在内的从第0阶层到第5阶层普遍使用RFID技术加强各个环节的管理是可能的，也是最为理想的。但是，由于价格原因，目前还不能对所有环节实施全程RFID管理。
 
 
物流领域里面的应用基本上在主导着RFID在供应链中的应用。由于RFID目前在成本的计算上与条形码有显著的差别，因此在物流的应用上，厂商导入RFID技术时会分成四阶段来实施：
1．单个产品阶段：在每一个产品上以RFID取代商品条形码，每一个RFID上以商品编号加上序号，来识别每一个货品的唯一性，利用这个方式来辨识进行盘点、收货及销售点的收款机作业，由于每一个产品具有唯一的辨别码，可以将所有商品以最小的单位进行管理。由于可以对最小单位的货物进行控制，对于零售端的销售更有利，包括货架上的促销、防窃、消费者行为分析等等均能做个别产品的管理。
2．包装容器阶段：单项产品成打或成箱包装，在纸箱或其包箱容器上装置RFID，来追踪及辨识纸箱或容器的形状、位置及交接货物的数量。除了对于需求/供应规划所提供的信息更细致之外，也增加了再包装的可视性，对于整板进货却需要以箱为单位的出货操作而言，比小单位的拣货、包装与出货更为方便。
3．托盘阶段：在托盘上固定RFID进行辨识读取，以追踪辨识物流装载工具如托盘、笼车、配送台车等。提供供货商及时的补货信息，有利于供货商做生产规划；物流中心更可加快收货作业时间，验货与上架的信息化，有效管理存货控制。
4．集装箱阶段：在货柜上固定RFID进行辨识读取，以追踪辨识集装箱、空运盘柜等。目前应用于国际货柜运送货物上最多，除了有助于在全球化运作时，对货物掌控能力增加之外，通过集装箱、货柜RFID的追踪，对于国家安全，也提供了另一项保证。
我们将要介绍的RFID技术在物流中的应用主要涉及大型标递物：（1）托盘：（2）集装箱；（3）供应链。
1．托盘
托盘是在物流业中作为集装单元化的器具，它能将零散的货物归置成规格统一、具有一定体积和重量的货物单元。在物流系统中要处理的绝大部分对象是件杂货，它们的形状各异、大小不一，难以适应物流作业机械化、自动化的要求；把件杂货堆码在托盘上形成的托盘货物单元形状规则，具有足够的体积和重量，可以用叉车进行装卸、搬运，大大提高作业效率；可以利用单元货格式货架进行保管、存储，提高仓库的容积效率。
     
托盘以及托盘在货物搬运中的作用
在供应链管理时代，通过利用RFID技术这一托盘电子信息化的管理手段，将为供应链管理提供强有力的支持。实现托盘电子信息化是对供应链物流系统进行及时、便捷、准确管理和有效监督与控制的重要手段。托盘上的电子标签虽然只是记载着托盘的物品编码，但是通过网络可以把托盘所载货物的品名、数量、体积、重量、受托人、收货人、地址等有关货物运输的重要信息都存入数据库。从发货地开始直至运送目的地，托盘与物品同步配送。在这个过程中，凡是需要检查托盘或物品信息时，都可通过RFID读写器读取托盘标签的ID，再从网络中检索商品信息。显然，这对于货物的正确、安全运送和提高物流效率与降低成本都具有极大意义。这主要体现在：可以防止托盘丢失；有助于解决物流管理中信息采集的自动化问题；有助于物流可视化的实施，和GPS等技术结合可更方便追踪产品的流通过程，加强监控以保证产品在运输过程中的安全；可以对集装箱、货架、仓库、运载车船甚至货物的包装都产生巨大的波及效应，促进物流现代化水平的全面提高。因此，利用RFID技术对托盘电子信息化管理是提高物流管理水平的必由之路。
就物流领域内托盘而言，RFID技术是将一种电子标签设置在需要运送的货品、容器或其他运载工具上，通过读写装置随时将标示物品的ID写入或读出电子标签，从而登记和把握货品及运载工具的信息。RFID在一些物流领域已经得到了初步应用。
在物流先进国家开始采用了托盘的租赁制度，它使托盘的使用推向社会共用化。为了提高租赁公司内部托盘管理的电子信息化，日本凸版印刷公司为托盘租赁公司提供了企业内部托盘管理系统的解决方案。
 
日本凸版印刷公司为托盘租赁公司提供的托盘管理系统解决方案

大日本印刷公司为托盘租赁公司提供了供应链上的托盘管理系统的解决方案。

大日本印刷公司为供应链的托盘管理系统提供的解决方案
实际上，在托盘管理系统中应用RFID技术除了对托盘本身的流动与使用（例如租赁、回收、维修、保管等）进行管理之外，还可以对托盘载货进行管理。这样可以有效地提高托盘使用效率和防止托盘以及载货的丢失。      
 
电子标签在托盘载货管理中的应用
通过对托盘载货的管理来提供信息的记录和提取方面，美国德州仪器公司研制出为客户提供货物托盘的智能追踪系统，可用来追踪和管理运送中的货物，以达到在运输过程中对货物的数量、状态和运输情况进行管理。这种系统的核心是在每一个通过仓库入口的货物托盘上设置的电子标签。当装有托盘的搬运车通过入口时，设置在入口处的读写器读出标签上的ID信息，并通过中央电脑得知哪一个托盘正在通过。与此同时，电脑可以显示与托盘登记在一起的货物信息。如果货物上也安装了电子标签的话，通过现有货物与所登记的货物比较，可以核查现在托盘上的货物有无缺失。因此这种通过对电子标签的读写，不仅可以提高货物管理的效率，还可以保证货物运输记录的准确性。

贴有电子标签的托盘和货物
2．集装箱
集装箱内载货的失窃是个由来已久的问题。据统计，美国每年因失窃造成的损失达100亿美元，全球损失300-500 亿美元，包括间接损失在内，全球每年损失2，000亿美元。
自从美国的“911”事件以来，美国成立了国土安全局，特别要检查从其他国家进入美国的运输工具。其中对集装箱的检查要求十分严格。因此，凡是进出美国的集装箱都要采取严格的保安措施。
为了避免恐怖份子利用进口装运毁灭性武器攻击美国，开始进行一系列的国土安全的行动，RFID技术也被应用在此反恐的措施中, 并陆续推动“集装箱保安计划”（The Container Security Initiative，简称CSI）、“输美海运24小时前申报载货舱单规定”及 “海关贸易伙伴反恐方案” (Customs-Trade Partnership Against Terrorism， 简称C-TPAT)等安全防护措施。
防止失窃与保证安全是集装箱管理的2大课题。集装箱箱号的识别和关封的可靠性是解决这两个课题的重要技术保证。利用RFID技术，可以辅助实现上述目的，并已经有了较好的解决方案。
（1）集装箱箱号的识别 
在利用RFID对集装箱进行管理之前采用OCR的方式进行监控和管理，也就是用摄像头对集装箱的箱号等拍照，然后经图像处理得到管理数码。为了掌握对集装箱拍摄时的位置，需要用16台摄像头同时拍摄，可见其成本非常高。然而，利用图像识别的结果，其识别率仅达80%-90%。还要受天气条件的影响，雨雾中的识别率还要低许多。成本高、精度低是集装箱箱号识别的大难题。
在集装箱箱体两侧安装RFID标签，可以在集装箱的通道上设置的阅读器简单读取箱号信息。一举可以解决箱号的识别问题。
（2）关封的可靠性
目前全世界流通的集装箱共有4000多万只，2004年中国共有6160万只集装箱的港口吞吐量。
目前普遍使用的机械式关封不可靠，只需15分钟就可以被制造出一模一样的关封来。
另外，国际运输的集装箱还要加锁，就是“关封”。港口为了做好集装箱的检查管理，要使用大量的人力物力。
使用设置有RFID标签的关封，一旦被打开，就不能复原，可以保证其途中从未被开启。 
台湾厂商辰晧电子在电子观封方面较为出色，已经开发出的被动式RFID电子观封是应用RFID技术来改善和加强人员车辆, 货柜和货物出入港区的速度和保全监控。不仅有传统集装箱锁可作为安全防护管制的用途, 且可以储存更多集装箱数据在芯片里, 更可加速货柜查验的速度和效率.。其特色为被动式传输和电子封条插销未固定前和插销遭到破坏后RFID芯片皆无法动作。不仅成本较主动式电子封条低廉， 而且无法重复使用， 更加确保其安全性。 `
使用UHF频段，阅读距离可达9米。
 
 
箱号的自动识别和电子关封可以自动地向管理部门提供数据，如何利用这些数据进行各项业务和安全管理才是最关键的问题。大日本印刷公司对工厂内部集装箱管理提供了解决方案。
 
大日本印刷公司对工厂内部集装箱管理的解决方案
Motorola、中国集装箱总公司等都在大力开展RFID技术在民用集装箱的物流领域内的应用。美国军方早就在伊拉克战争中使用RFID和GPS技术对每只集装箱的运送进行全程监视。（详见后文“军事物流”）
3．供应链
在供应链中采用RFID并不是某个企业的冲动行为，而是出自供应链管理发展的要求。从美国供应链的情况来看，在产品的生产、运输、流通、零售等各环节采用条码作为数据载体进行全程跟踪已经成为普遍应用。就条码技术本身而言，目前存在着如下的技术局限：信息量有限；根据目前EAN•UCC的编码规则，条码只包含了产品种类的信息，使得对产品的单品跟踪成为很困难的事情。采集速度、效率也有限；就供应链的全过程而言，在流通过程中的运输、仓储等环节，条码扫描的有效率仅为75%；在零售环节，条码扫描的有效率在95%。
同时，据统计美国产品的物流成本占产品总成本的8%，主要包括由于失窃带来的损失、产品脱销和手工作业引起的高成本。据统计，厂商销售处的盗窃率达收入的1%，零售商处的盗窃案件达收入的2%，即每年在美国会损失330亿美元，在欧洲会损失290亿欧元，占净收入的2%-3%；零售商每年由于产品脱销带来的损失在70-120亿美元；而人工成本占分销中心总成本的89%，单单收货一项就占到手工订单处理的30%以上。
 
2002年美国零售保安协会商场损耗调查数据
面临以上问题，如何采用新技术，解决供应链中各个方面的问题，是美国企业面临的一个挑战。RFID技术由于其远距离、快速、多目标同时读取等特点，可以应用在供应链中生产、仓储、运输等环节。通过对物流个环节数据的采集，能够实现增加收入和缩减成本的双重效果。
RFID技术在供应链管理的应用，可以将库存的可用性提高5%至10%，从而增加销售3%至7%；同时，顾客的保持度提高0.3%至0.5%；后勤管理中回收率提高将使利润提高25%至40%；回收管理的改进将使总收入提高1%至2%。
另一方面，减少盗窃损失40%至50%；提高送货速度10%；减少人工成本（包括场地管理减少30%；减少物品存储的人工成本可达65%；减少存货成本可达25%；可减少循环计算成本可达25%）；提高仓库产品的吞吐量可达20%；减少损坏率和过期商品的销账可达20%；减少错误数据所带来的成本量可达1倔美元；减少丢失包裹而导致的投诉可达98%。
当前RFID应用最为热门的领域就是供应链管理领域，与此同时，供应链管理的研究进展也因为这种技术在该领域中的应用，出现了一些新的研究热点。信息在供应链当中传递的流畅性和准确性以及信息传递对供应链运作的影响一直是供应链管理研究中的热点。RFID这种无线技术恰恰可以加速供应链的各个环节之间的信息传达，使供应链的透明化有了从概念到真正实现的可能性。所以RFID在供应链管理当中引起热烈的关注丝毫不足为奇。
麻省理工学院的Auto-ID中心在推动RFID的应用和研究，尤其是在RFID技术研发以及在供应链管理当中的应用研究方面起到了至关重要的作用。关于RFID在供应链领域当中应用的研究除了科研机构的主导，还需要众多企业的配合。Auto-ID中心就联合了100多家世界上知名的大公司在进行相关的研究。其中IBM、Intel、埃森哲等世界知名公司的工程师和商业咨询师与麻省理工学院的研究者们在一起为推动RFID的发展做出了杰出的成果。
（1）RFID在供应链管理中的研究
目前对于RFID在供应链管理中的研究主要集中在以下几个方面：
1) 从供应链中选定某个角度建立定性或者量化模型评估企业应用RFID的成本与收益
2) 为企业供应链管理应用RFID提供路线图
3) 以供应链中特定环节为研究对象，研究RFID如何在供应链管理中产生收益
4) 为特定行业的供应链管理提出RFID的应用方案或者对特定企业的RFID应用进行研究
（2） RFID在供应链管理中的效果
与RFID在供应链领域当中进行应用具有密切联系的，还有在准时出货(Just in time product shipment)当中的应用。如果在一个零售商店和相关仓库中的所有货物都贴有RFID标签，那这个商店就可以拥有一个具有精确库存信息的数据库来对它的库存进行有效的管理。这样的系统可以提前警告缺货以及库存过多的情况，仓库管理系统可以根据标签里面的信息自动的定位货物，并且自动的把正确的货物移动到装卸的月台上，运送到商店。沃尔玛现在就正在实施这样一个系统。沃尔玛在供应链管理中的效益可以用下表来描述。
项目 实行内容 费用效果（亿美元）
信息输入 由于不再对包装箱和托盘上的条码作扫描，故可以节省人力费15% 67．0

无库存 在商品货架上安装商品自动管理器，可强化商品的在库监视，做到及时供货 6．0

减少在库
 实时地对商品的在库进行监视的结果，压缩了不必要的在库，可减少多余的进货并控制供应商的不正行为 
5．75
运输
 可提高每年10亿次以上经由物流中心所进行的托盘和包装箱的运输效率 3．0

可视化
 可做到随时掌握商品在流通的什么环节上，从而可对从供应商到超市间的商品进行跟踪和降低成本 1．8

总计  83．55
沃尔玛在供应链管理中的效益
（3）RFID技术将为供应链管理中的其他事例
在企业分销中和零售业配送中，RFID从货物离开仓库的那一刻起就已经开始发挥作用。当整车货物离开分销中心时，系统对拖车上的货物进行扫描，这样，商店经理就可以跟踪来自于商店仓库信息系统的每一条发运信息，知道发出了哪些货物，它们什么时候到达。当拖车到达商店时，再经过一次扫描，看一看是否丢失了什么，这样，就不再需要检查每一个拖车和实际统计货物数量。 一旦商品摆在货架上，当货架商品量出现短缺时，嵌入的RFID阅读器向商店后端办公系统发送一条消息，随后货物就会按需补充，这样就避免了由于商品短缺造成的销售损失。另外，RFID阅读器还可以跟踪商品的销售速度和销售最好及最差的商品，并具有安全防盗功能，只要标签中的防窃功能处于激活状态，那么商店出口处的传感器就能发出告警信息，而在收款台，防窃程序会自动取消。在收款台，带有标签的货物会再经过最后一次扫描，同时更新库存。 另外，商店的顾客可以直接了解他们所想要的商品，并立刻得到带有标签的商品的有关信息。这样，选择一张DVD或CD就非常简单，因为顾客可以在商店内的任何一个电子便利站内扫描产品，并选择播放影碟或音乐片断。
过去，在收款台等候时间长是一个头痛的问题。在新的商店中，购物车中的RFID标签会告诉商店管理层有多少购物车出入商店，若商店内使用的购物车数量增加，那么就开放更多的款台来满足处理大量顾客的要求。
遍布商店的电子显示屏会播放商店特卖品、未做广告的降价商品或商品促销的静态推广或视频动画。显示内容由商店的无线数据网络来切换。