随着现代物流业和供应链管理理念的不断发展, 物流管理中的仓储管理环节的重要性日益提高, 并逐渐成为物流管理的核心内容和关键环节。 药品仓储管理也逐渐从手工进入技术一体化管理阶段, 该研究拟结合药品生产企业的实际需求, 研究基于物联网的药品分布式仓储管理。

1 研究背景

根据《中华人民共和国药品管理法》的规定, 药品生产过程的控制和其他的工业产品有着更为严格的要求。药品生产企业是必须在国家药品监督管理局的监督管理下、按照《药品生产质量管理规范》 (GMP) 严格运作的特殊生产企业。 因此, 药品生产企业的内部管理以质量管理为核心所在, 并将采购、生产、储运、销售、人员、设备、 厂房等各环节的管理集合成一体的相对完整的体系。 现代制药企业的生产不仅仅包括生产部门本身, 还包括工艺部门、质检部门、设备维护部门、售后服务部门等等, 通过多部门的协同, 形成一个完整的系统化工程。这些部门执行着实际的生产活动, 不仅要求专业性强, 还必须兼有响应速度快、工作强度大的特点, 这也就意味着它的管理活动是复杂化和多样化。

该研究主要以某药品生产企业为试点, 研究“基于物联网的分布式药品仓储管理”的应用。 该药品生产企业是我国中成药生产企业50 强之一, 其生产的部分药品曾被评为“广东省名牌产品”“广州市名牌产品”和“中国中药名牌产品”;其中, 某单品的产量约4000 万箱, 年销售额超过10 亿元, 该品种作为该企业的主打产品, 其全国的生产仓储以及配送体系十分复杂, 加上全国各级分销商、代理商的市场经营销售过程中的配送及仓储网络, 构成了一个相当庞大的分布式生产、库存以及配送网络。传统的基于条码标识, 产品下线、出入库、存储盘点、发货等过程基于人工记录点货的方式难以有效满足其高质量、大批量、快节奏的管理需求, 也无法实现其产品在全国范围内的安全、可靠、高效的生产;库存、配送、防伪、防窜货等高水平的管理需求。目前, 该企业总部、全国OEM生产厂商及其仓储网点生产、库存及配送管理方面的主要存在几个方面的问题: (1) 出入库及仓库管理效率低下、产品供货时间过长、人工误操作多、人力资源成本过高、产品损耗率较高、物流信息不及时; (2) 总部对各OEM生产厂商仓库库存信息无法准确、及时得到掌掌握。因此, 应用新技术与方法改进该企业目前的仓储及配送管理体系已成为当务之急。

1.1 物联网的技术简介

物联网的概念早在1999 年在国内就提出来了, 当时称之为传感网。意思就是将所有的物品, 通过信息传感设备, 例如射频识别 (RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等与互联网连接, 实现信息的交换和通信, 最终将物物相连, 实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

物联网应用中最早被广泛使用的是“M2M” (Machineto-Machine) 应用。 M2M的意思就是说:通过有线和无线的方式将各类物体在没有任何人为干预的情况下, 实现了数据的通信。 这些物体可以是工业设备、电表、医疗设备、运输车队、移动电话、公路和铁路设施等等;这些物体中将配备嵌入式通信技术产品, 并且通过各类通信协议和其他的设备及IT系统进行信息交换, 继而提供连续的、实时的和具体细节的信息。而物联网则通过操作并控制某些“实物”, 使之“互联”在一起, 形成一张提供崭新突破体验的大“网”。

1.2 无线射频识别技术 (RFID) 的简介

射频识别 (RFID) 技术又称为无线射频识别, 是一种通过无线电讯号识别特定目标, 同时读写相关数据, 继而在无需识别系统与特定目标之间建立机械与光学接触的通信技术。

单从概念上看, RFID与条码扫描有些类似, 但是条码技术是通过将已编码的条形码附着于目标物品上, 然后通过专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器;但是RFID则通过专用的RFID读写器, 利用频率信号, 获取附着于目标物的RFID标签上的信息。

从结构上讲RFID是一种简单的无线系统, 只有两个基本器件, 该系统用于控制、检测和跟踪物体。

射频的话, 一般是微波, 1~100 GHz, 适用于短距离识别通信。目前RFID技术应用广泛, 如图书馆、食品安全溯源等。

2 研究现状

现阶段, RFID技术在国内已得到广泛应用, 物联网、无线传感网、云计算等新兴产业正在起步, 而在药品行业主要还是在电子监管码条码或二维码方面的应用。 而在药品供应链管理及质量追溯监管方面也基本还处于理论研究阶段, 尚未形成规模化的产业。大部分药品企业均采用基于人工记录的仓储管理方式, 这种方式导致产品下线记录、入库存储记录、货位盘点记录、出库发放记录等过程管理困难, 管理效率低下且易因记录统计差错而导致产品损耗率较高。

随着现代物流业的不断发展, 供应链管理理念不断改变, 物流管理中的仓储管理环节愈发重要, 仓储管理已逐渐成为物流管理的核心和关键环节。因此, 通过将物联网技术和仓储管理系统的结合, 利用射频识别技术实现产品的自动识别, 并且通过物联网获取产品信息和仓储信息, 实现仓储管理的智能化和信息化是现代物流与供应链管理的重要方向。

3 研究的主要内容

本课题主要的研究内容是:基于物联网的分布式药品仓储管理系统整体架构技术、探讨在药品运输存储过程中, RFID信号防碰撞技术、实现药品大小包装条码信息与托盘、货位等RFID编码信息的关联、归并以及分解计算等关键技术的研究。

4 基于物联网的分布式药品仓储管理的技术研究

4.1 基于物联网的分布式药品仓储管理系统整体架构技术研究

物联网是以电子产品码EPC (Electronic Product Code) 和基于射频技术的电子标签为核心, 建立在互联网基础上的实物互联网络, 其最终目标是实现全球物品信息的实时共享和互通。 而基于物联网的分布式药品仓储管理系统主要以电子标签作为产品识别和信息采集的技术手段, 通过设置在仓库出入口的读写器, 实现对产品的自动识别, 并将获取到的产品详细信息, 利用物联网自动生成入库清单和出库清单, 从而实现自动入库和出库管理;那么, 可以在药品仓库内的各个货架中间设置一定数量的RFID手持终端或者无线车载数据终端, 负责追踪库内货物的信息, 实现仓储管理系统对货物从入库开始的自动识别、定位、输送、存取、出库等全部作业过程的信息化管理。 仓储系统的整体架构可由总部EPC采集系统、总部仓储管理系统、本地数据中心、远程数据接口、PML服务器、产品命名 (ONS) 服务器和EPC-IS服务器及相关OEM厂家仓储管理系统等部分组成。

4.2 药品运输存储过程中RFID信号防碰撞技术研究

针对药品下线、包装、仓储管理过程的产品标识与质量追溯问题, 在现行基于条码标识记录药品成品物流各阶段“批号”信息及关联关系的基础上, 开发并应用一套条码与RFID编码信息关联归并与分解计算程序, 基于关联关系规则实现对药品成品从小包装到大包装的条码关联记录, 再到大包装RFID贴标附码, 并与托盘、货位绑定的归并关系关联记录的功能;以及从货位、托盘、大包装到小包装过程中编码信息的分解关系记录, 从而有效实现药品仓储过程的产品标识与质量追溯。

4.3 相关关键技术路线

4.3.1 实现基于物联网的分布式药品仓储管理EPC网络系统的主要技术路线本分布式仓储系统利用EPC码作为产品的唯一标识码, 在每一个产品上都附有一个电子标签, 信息采集系统由产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件的计算机组成, 主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。 当经过读写器的感应区域时, 存储有EPC码的电子标签将被读写器自动捕获, 完成了产品的自动识别以及EPC的信息采集。 通过在仓库出口及入口处设置对应的出库以及入口读写器, 对进入或者运出仓库的产品进行自动识别。 手持读写器或车载读写器在读取库存和货位信息后, 通过数据采集接口将读取的EPC码传送到信息采集软件中, 进行数据的校对、数据的过滤、数据完整性的检查等清洗工作, 并将结果提供给上层的应用管理系统使用。

4.3.2 药品运输存储过程中RFID信号防碰撞研究的关键技术路线无线射频识别技术RFID主要由电子标签和阅读器组成, 是利用射频信号和空间耦合传输特性来自动识别目标物体的一种技术。其中, 阅读器用于发送广播并接收标签的标识信息; 标签则在接收到广播命令后, 将自身标识信息送回阅读器。 在信息交换过程中, 由于所有标签与阅读器共用一个无线信道, 在同一个识别区域, 如果同时有两个或者两个以上的标签在同一节点向阅读器发送标识信息时, 阅读器无法对所有标签进行识别处理, 这就是所谓的碰撞。那么解决这种碰撞的方法谓之防碰撞算法。 放碰撞算法就是在有限程度下, 尽量减少读写器和标签间传送的信息比特的数目。 目前, 标签防冲突算法主要有基于ALOHA机制算法和基于二进制数机制的算法。 综合应用Aloha算法、二进制数算法开发RFID信号防碰撞分析与计算程序, 能较好地降低识别冲突标签时延和减少防碰撞次数, 从而实现对药品运输、存储过程中多RFID标签的有效识别。

4.3.3 药品包装条码编码信息与托盘、货位等RFID编码信息关联归并与分解计算研究技术路线在制药业中, 通常采用“批号”来标识同一批的产品。 通过这个“批号”来实现对药品下线、包装、仓储管理过程的产品标识, 并且实现质量追溯。在药品的生产和库存管理环节, 生产部门根据批生产的指令进行生产, 并且按照批生产指令来标识产品的批次。入库时必须记录该产品批次信息。由于药品产品可分为小包装、中包装和大包装等多种类型, 所以产品在出入库的时候, 在对产品的批次进行合并或拆分操作时, 必须记录下新旧批次之间的关联关系;产品出库销售阶段, 在销售产品时也会产生销售批次。不同的入库批次产品有可能合并到同一销售批次中进行销售, 需记录销售批次和入库批次的关联关系。 因此, 可在现行基于条码标识记录药品成品物流各阶段“批号”信息及关联关系的基础上, 开发及应用一套条码与RFID编码信息关联归并与分解计算程序, 实现对药品成品从小包装到大包装的条码关联记录, 再到大包装RFID贴标附码, 并与托盘、货位绑定的归并关系关联记录的功能;以及从货位、托盘、大包装到小包装过程中编码信息的分解关系记录。

此外, 在企业应用的药品监管码管理系统的基础上, 在仓储管理系统或者EPC中间件管理系统的开发中, 融合RFID编码管理的药品关联关系管理系统, 例如: 药品归并关系管理模块、药品分解关系管理模块等, 通过这些系统的归并关联和分解计算, 来实现药品生产、存储过程的产品标识以及产品的质量追溯。

5 总结与展望

作为一项新技术, RFID系统尚有很多不足, 但是, 在药品采购、生产、销售和质量监测等过程中, 利用RFID技术, 使全过程监控成为可能, 在我国药品安全监管领域将有着广阔的运用前景, 亦是国际制药工业发展的趋势所在。

目前RFID在国内已得到广泛应用, 物联网、感知网、云计算等新兴产业正在逐渐起步, 但药品行业还停留在电子监管码或二维码方面的应用。 如今, 国内一些大型药品生产企业已经开始着手开发供应链管理系统、防伪监管信息系统等, 因此, 在药品行业中物联网以及RFID技术的应用明显得到了重视。 仅以药品仓储管理为例, 物联网、RFID及无线传感技术的应用将使管理人员可以实时掌握库存物资的进、销、存状况; 无需实施传统的盘点工作, 从而减少物资的积压; 解决了人工统计易出现人为差错, 提高作业效率。 将物联网及RFID技术应用于药品生产、库存、销售等供应链管理过程及防伪、防窜货等领域市场前景巨大。

此外, 国家食品药品监管局明确规定:截至2015 年12 月31 日, 所有药品都要实现电子监管码管理。 这意味着全国几千家药品生产企业都将纳入电子监管中。 电子编码作为药品的唯一身份证, 通过它有望实现全产业链的无缝连接, 这将孕育一个巨大的市场机会。 由此可见, 将物联网及RFID技术应用于药品生产、库存、销售等供应链管理过程以及防伪、防窜货等领域的市场前景非常巨大。

该研究的“基于物联网的分布式药品仓储管理系统”采用先进的RFID技术及无线传感技术有助于提高制药企业物流管理效率、缩短产品供货时间、减少人工误操作、降低物流成本;同时, 强化物流与信息流的同步, 可以提高物流信息的及时性、可视性。目前我国取得药品生产许可证的药品生产企业约有5000 多家, 基于物联网的药品分布式仓储管理系统不仅能在制药行业中应用推广, 还有望在国内的食品行业、化妆品行业等众多行业中推广应用, 具有广阔的市场环境。 同时, 该研究的技术、方法以及软件系统对相关行业的信息化管理水平的提高与技术进步具有相当积极地推动作用, 社会效益显著。