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無線射頻辨識在倉儲管理之應用

苗栗區農業改良場 鍾國雄
台灣雙葉電子股份有限公司資訊商品部課長 梁士明

一 . 前言

  無線射頻辨識( Radio Frequency Identification, RFID )技術擁有遠距讀取、不受遮蔽干擾、複數讀取、重複使用等多項優點,經常被應用在物流作業上,用來改善作業效率。

  本會苗栗區農業改良場為加速農產品低溫倉儲作業流程及導入資訊化管理模式,並配合本會「應用 RFID 技術於農業管理」,以苗栗地區農產品應用可回收式 RFID 之倉儲管理,以探討 RFID 對降低農產品倉儲過程中人力及時間浪費,提高處理效率及降低農產品損耗,並達到提供消費者安全飲食需求之效果。本文以苗栗縣卓蘭鎮農會果菜市場及傑農合作農場二處為應用示範點場地,分別於 97 至 101 年輔導市場建立 RFID 倉儲系統,期降低農產品倉儲過程中人力及時間浪費,提高處理效率並降低農產品損耗,建立較佳之生鮮蔬果儲藏管理模式效益。前者轄下果菜市場設有近千坪之冷藏庫設施,作為區域作物調節供貨使用。後者為國內知名之外銷農民團體,設有 PU 冷藏庫 300 坪(含低溫檢疫冷藏庫設施 10 間,共 200 坪)、集貨場 150 坪、青果包裝處理作業場 250 坪等,主要辦理葡萄、椪柑、白柚、愛文芒果等水果外銷業務。其農產品採收後分級包裝、進庫冷藏、出庫運銷等流程,皆由該農場進行一貫化處理,惟處理過程中仍需耗費相當人力進行理貨及盤點作業,在數量掌控上時有出錯。

  本文介紹在苗栗縣傑農合作農場及卓蘭鎮農會果菜市場,應用 RFID 在水果進出倉庫時,透過自動辨識技術,減少人工作業成本的流程及成效。

二 . 系統組成及作業程序

(一)自動過磅作業

  傑農合作農場採用過磅作業系統,係結合 RFID 自動辨識和電子磅秤自動擷取重量的功能,透過電腦系統,使以往必須耗費大量人力紀錄重量的工作,可以自動化的方式執行。此系統的組成包含以下二個主要項目:

1. 自動過磅系統

  此系統包含工業電腦、 RFID 讀取器( Reader )、電子磅秤、自動輸送設備、控制模組及藥水槽。(如圖 1 )

作業程序概述如下:

( 1 )使用者先輸入本批次作業的農友、水果品名、等級、倉庫等基本資料。

( 2 )當裝有柑橘或是葡萄的塑膠籃被放上自動輸送設備之後,會自動輸送到電子磅秤上。

( 3 )磅秤旁的感應裝置感應到塑膠籃後,自動量測塑膠籃重量,並讀取藍子的 RFID 標籤 ID ,系統須排除異常的重量和標籤 ID 。

( 4 )完成讀取作業後,工業電腦檢查標籤 ID 的正確性,然後將重量及 ID 透過網路傳送到資料庫。

( 5 )如果籃子內容物是柑橘,量測完的塑膠籃會自動被放入藥水槽浸泡蠟劑,完成本次作業。

2. 可回收式 RFID 不同容器之比較

  以掛勾式和嵌入式二款 RFID 標籤進行實地測試,如圖 2 所示。掛勾式具有容易拆裝的特點,結合 7 字鉤及鐵圈,可以迅速的鉤在塑膠籃上,同時又不會太小;配合水果整籃出貨時,可將標籤取下,避免隨容器出貨容易遺失的損耗,缺點則是使用時標籤外露,容易在運搬過程中因碰撞而損壞。

  嵌入式 RFID 標籤則沒有以上缺點,這種標籤直接在塑膠籃射出成形過程中,嵌入到塑膠籃中,外觀沒有任何突起,避免運搬過程可能造成的損傷。缺點則是嵌入作業在沒有大量生產前,會增加生產成本。不計算塑膠籃本身的成本,嵌入 RFID 和射出成型增加的費用約 100 元左右。

  二種標籤都是使用符合 EPC G2 規格嵌入,以符合未來供應鏈成員之間交換資料的需要。 EPC G2 標籤搭配適當的 RFID 讀取器,可以在適當的作業距離(本文所應用之設計為 30~60cm )下讀取標籤 ID ,又不會誤讀到其他標籤,兼顧作業的便利性和系統可靠度。

  一般的 EPC G2 RFID 標籤,搭配固定式讀取器時,通常可以達到 5~7 公尺 的讀取距離, 但在現場作業環境中,這麼長的讀取距離,很容易讀到非目標的RFID 標籤,造成系統判讀的困擾。因此,特別選用的讀取器使用低功率的天線,以控制讀取距離在有效範圍。

  這二款 RFID 標籤都具備防水特性,即使在低溫倉庫中存放二個月以上,也不影響其讀取效果;示範單位在水果進、出倉庫時,分別讀取並記錄重量,再根據進、出庫時的重量差異計算不同農友、農地、季節、採收時間的損耗率,作為作業效率改善、向農民採購時議價的依據。在示範點實際導入過程中,因為重量紀錄的自動化和精確度的優秀表現,獲得農友的肯定;使得原本在交貨前都要先自行過磅一次的農友不再過磅,完全信任示範點的作業,對降低作業成本和增進夥伴之間的信任度有明顯效益。

(二)進出貨自動辨識

  卓蘭地區水梨儲存和出貨大多利用紙箱做為容器,因此應用不可回收式 RFID 標籤來改善進出貨作業的效率。此系統構成主要含以下二個項目:

1. 固定式 RFID 讀取器

使用符合 EPC G2 規格的固定式 RFID 讀取器,並安裝在貨物進出通道上,每個讀取器搭配四個圓極化天線。

配合紙箱的堆疊方式, RFID 標籤會貼附在對疊紙箱的四個面上,因此 RFID 天線在安裝時,要儘可能考慮到四個面的讀取效果。前面提到固定式 RFID 讀取距離可達 5~7 公尺 ,只要適當安裝天線和標籤,通常都可以得到良好的讀取效果。

2. 不可回收式(貼紙式) RFID 標籤

  使用貼紙式 RFID 標籤貼附在紙箱上(如圖 3 ),當紙箱通過讀取器時,讀取器讀取標籤 ID ,並比對系統以判定該紙箱屬於哪個農友、倉庫,是屬於進貨還是出貨作業。

  當農友將裝有水果的紙箱運送到市場門口時,使用者輸入農友、品名、箱數和農友租用的倉庫代號,當場列印標籤貼紙,並貼附在紙箱上;當紙箱通過倉庫門口時,系統便可以記錄該農友入庫紙箱數量,以及是否正確進入租用的倉庫。

  放置紙箱的棧板也會安裝 RFID 標籤,透過將紙箱標籤和棧板 tag grouping 的機制,系統運作時,可以直接根據棧板標籤識別紙箱標籤內容,縮短辨識時間。

  入庫後,將紙箱在冷藏庫中放置二個月,再出庫讀取標籤內容,發現因為紙箱會吸收水分影響 RFID 讀取,造成讀取距離縮短約二公尺。對一些跨距較大的倉庫門口,須注意此距離是否可以滿足實際的進出貨操作情境。至於紙張標籤會吸水的問題,可以透過採用 PE 材質的 RFID 標籤來克服。

  紙張式 RFID 標籤在實際冷藏庫運作中,雖然可以滿足讀取上的要求,但是因為 RFID 標籤會隨紙箱一起出貨,膠水貼附的方式,也造成標籤不可回收。而目前紙張式標籤成本仍在 30 元以上,對於以收取倉租為主要收入來源的示範點而言,標籤成本成為沉重負擔,進而影響使用意願。

  為改善使用不可回收式紙張標籤造成的成本問題,另外再設計測試二款適用於紙箱的可回收式機制。

  其一為插曲式 RFID 標籤:將 RFID 嵌入貼附在壓克力,再將折曲成 U 字型的壓克力插入紙箱(如圖 4 )。插取式標籤可在出貨時輕易取下,再將標籤對應的資料清除後便可以重複使用,有效降低 RFID 標籤成本。

  其二為裝袋式 RFID 標籤式,係將一般 PVC 材質的 RFID 標籤放置在紙袋中,並貼附在紙箱上;在出貨時,直接將紙袋撕下即可完成標籤回收;紙袋雖不能回收,但因為成本低,較易為使用單位接受。但是貼附在紙箱外的紙袋,可能因為運搬作業的碰撞而掉落為主要缺點。

  上述二款紙箱用標籤都可以克服水分問題,避免讀取距離受到水分影響,同時都可以回收,降低標籤成本,可做為以紙箱為主要容器的使用單位參考使用。

三 . 成本效益分析

  經委託國立中興大學農業與自然資源學院,以傑農合作農場為對象進行經濟效益評估,結果如下:

(一)自動化輸送設備

  新建置的進出貨系統外觀,包括三台可移動組合式之自動化滾軸式輸送設備,一部配合浸水槽之網狀清洗輸送機及自動磅秤系統一套,主要應用於葡萄進、出貨時重量差異進行損耗計算,及柑橘利用 RFID 自動辨識功能,以及電子磅秤自動擷取重量功能,及完成自動浸藥消毒作業。經針對建置於傑農合作農場的自動化輸送設備及自動磅秤統進行調查與測試,在所有配置的設備全部正常運轉的假設情況下進行成本效益分析, RFID 加上自動化設備之導入經分析每年可節省 73,689 元 / 年,說明如下:

1. 設備每年成本 84,711 元 / 年( 72,300+7,411+5,000 )。

( 1 )設備折舊費: 72,300 元 / 年,以 10 年做攤提。

( 2 )電費: 7,411 元 / 年。

( 3 )維修費: 5,000 元 / 年。

2. 原作業人力節省成本 158,400 元 / 年( 800*1.5*6*22 )。

( 1 )平均節省 1.5 人力, 1 天工資 800 元。

( 2 )自動化設備使用期 6 個月,一個月平均上班天數 22 天。

3. 經濟效益為: 158,400-84,711 = 73,689 元 / 年。

(二)倉庫環境監控設備

  建立以溫度感測器為基礎的溫度感測及監控系統,於每倉設置 6 支探棒式白金溫度感測器,共計建置 10 倉,與三洲公司之溫度感測器同步監測果心溫度,經半個月之測試已能正常運作。本監控系統之量測溫度可經細部校正,使測得之溫度與三洲公司測得的值一致,以達到自動監測及自動警報功能。 環境監控系統之導入經分析每年可節省 34,143 元 / 年,說明如下:

1. 設備每年成本 46,257 元 / 年( 41,257+5,000 )。

( 1 )設備折舊費: 41,257 元 / 年,以 10 年做攤提。

( 2 )電費 + 維修費: 5,000 元 / 年。

2. 原作業人力節省成本, 80,400 元 / 年( 1,072*75 )。

( 1 )檢疫倉歸零監控每天加班工資約為 1,072 ( 800*1.34 )元。

( 2 )葡萄冬季檢疫期 2.5 個月約 75 天。

3. 經濟效益為: 80,400-46 , 257 = 34 , 143 元 / 年。

四 . 結論與建議

  適當使用 RFID 技術,可以有效改善倉儲的物流作業效率,減少人工使用,並增加收益;但如單一點的導入,很容易因為 RFID 標籤成本的負擔,而令造成使用單位止步;故導入完整之 RFID 系統時,除了評估內部的效益外,更應嘗試聯合上下游廠商共同導入,讓成本固定的 RFID 標籤,在更多的供應鏈成員中發揮更大效益。因此,建議導入 RFID 系統前應評估採用標籤可回收與否、標籤貼附對象是否會對 RFID 訊號造成干擾、能否提升作業效率、後端管理系統之完備程度,以及是否有提高總體收益等技術念因素與管理面因素。

圖 1 自動過磅系統

圖 1 自動過磅系統

圖 2 掛勾式及嵌入式 RFID 標籤

圖 2 掛勾式及嵌入式 RFID 標籤

圖 3 貼紙式 RFID 標籤貼附紙箱方式  圖 3 貼紙式 RFID 標籤貼附紙箱方式

圖 3 貼紙式 RFID 標籤貼附紙箱方式

圖 4 插取式 RFID 標籤圖 4 插取式 RFID 標籤

圖 4 插取式 RFID 標籤

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