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RFID辅助跟踪系统提高脚手架供应商的工作效率：
在澳大利亚供应链的库存管理
Sungkon Moon1; Shouzhi Xu2; Lei Hou3; Changzhi Wu4; Xiangyu Wang5; and Vivian W. Y. Tam6
摘要：许多建筑研究项目都研究了应用射频识别（RFID）辅助系统的潜在优势。本文在回顾以前的工作之后，提出了一个以澳大利亚特定案例为重点的自主开发系统。该系统可以实现高效的物料追踪，旨在提高生产力。初步现场观察确认需要基于精益思想和物流质量原则的面向对象的材料跟踪系统。随后，设计了一个系统，以激活在大型建筑项目供应阶段优化材料管理的方法。本文的实验最终呈现出两个主要趋势：（1）系统性能测试；（2）生产力测量。作为性能测试的结果，跟踪系统成功地将分布式的23个标签定位在3.40米的平均范围内。在该系统的支持下，由四辆拖车装载工程（两台牵引车和两辆尾拖车）组成的现场生产力测量数量化了其应用的可行收益。 RFID辅助系统有助于提高工作绩效，从而提高了10.14（头部）和11.80％（尾部）生产力。因此，该研究项目通过提高生产力来衡量其真正价值，从而验证了RFID应用在建筑供应链中的优势。
DOI：10.1061 /（ASCE）CO.1943-7862.0001432。 copy;2017美国土木工程师学会。
关键词：射频识别（RFID）； 生产率； 材料跟踪和定位；供应链；脚手架；后勤；项目规划和设计
介绍
许多商业方法的中心佃农是在整个供应链中最小化流程浪费的驱动力。这些方法包括精益思想（Womack和Jones 2010），全面质量管理（TQM）（Bellah等2013），供应链管理（SCM）（Robinson and Malhotra 2005）和动态质量控制（DQC） 2014）。它们通常强调减少工艺浪费，也称为七种Muda生产废料（1988年，Bernold和AbouRizk，2010年）。这一原则的目标是最终提高生产率和工艺性能，而这项研究项目旨在通过应用射频识别（RFID）辅助跟踪系统来实现这一目标。为了实现这一目标，管理层需要把重点放在最小化需要的资源上，如设备，材料，空间，时间和劳动力等，这对创造价值是绝对必要的（Moon 2014; Canel et al.2000; Moon et al. 2016a）。
在承认这些要求时，许多先前的研究工作利用输入 - 过程 - 输出（IPO）模型来研究过程效率，作为调查程序的系统方法（Bernold和Salim 1993; Senghore等2004; Bernold和AbouRizk 2010; Bernold和Lee 2010）。 作为资源控制，过程控制可以被定义为多输入的设计以测量多个输出以估计整个供应链中的错误和/或问题（Hangos and Cameron 2001）。 关于建设项目，物质资源在提高供应链质量方面发挥着关键作用（Polat et al.2007）。 Tserng等人 （2006）建议在早期阶段提供材料供应系统，以尽量减少螺纹钢供应链中的不必要成本。 此外，王等人。 （2007）利用信息技术开发了移动管理系统，以提供支持建筑材料供应链的框架。
这个研究项目介绍了材料跟踪系统的开发，该系统旨在管理供应过程所需的输入资源。 该研究的核心贡献是从实际测量结果中提供科学证据，实现主动资源控制的主要原则。 随后技术应用对过程性能的影响将通过现场测量时间效率来验证。 该项目的文献回顾能够确定缺乏以生产力为中心的方法。 这将进一步探讨。 因此，这项研究的重点围绕着衡量RFID应用对外部工作场所的船员生产力的影响。
具体来说，本文中的实地研究集中在一个大型项目中的脚手架材料供应商。 RFID辅助系统应用于这种材料资源，以提高供应阶段的工艺性能。目前的程序是通过系统利用来建模和修改的，这表明基于技术的资源控制系统处于前馈模式，在此过程开始之前进行了调整（Moon et al.2016c）。本文的测试包括两个主要的实验：（1）系统性能测试;（2）生产力措施。该系统在实验室以及西澳大利亚贝尔蒙的脚手架仓库进行了测试，以评估其在实际环境中的适用性。因此，时间研究显示了一个比较分析来量化材料供应商工作任务期间系统应用的影响。首先是关于以前关于建筑中的RFID辅助材料管理的相关工作的描述。
先前的工作
无线电频率识别（RFID）已被用于许多行业中的自动识别目的。射频识别技术代表了一种数据采集方法，该方法在读取电磁信号的基础上工作。它由不同的组件组成，包括（1）天线；（2）读者；（3）标签，并因其适用性而受到施工领域的关注（Moon and Yang 2010）。它为建筑研究人员在建筑材料资源控制方面加强供应链提供了新的机会。 Jaselskis等人（1995）提出了一篇关于RFID在施工中的应用的研究文章。他们提出了三种潜在的应用：（1）具体的交付，计费和质量控制；（2）劳务和设备的成本编码；（3）材料控制。尤其是材料控制是关于追踪供应链上关键材料的重要信息：从仓库到工地。两年后，Naresh和Jahren（1997）发表了他们的研究成果“通信和建筑车辆的跟踪”。他们建议将RFID标签附加到车辆上，以完成货运集装箱和铁路车辆的联运跟踪系统，收费过程和动物研究。
直到最近，建筑材料管理部门都在广泛研究RFID技术及其在库存管理，物料交付采购和生命周期评估中的应用。 Akinci等人 （2002）进行了一项研究，在存储和交付过程中对RFID应用进行了具体定位研究，目的是生成关于其生命周期的信息。 最近，Dzeng等人 （2014）使用RFID追踪系统来优化功能空间分配。 Lee等人 （2012）通过使用RFID设备提出了一个实时定位系统。 他们展示了该系统在改善建筑项目现场安全管理方面的潜力。
Soleimanifar等人 （2014年）和Montaser和Moselhi（2014年）利用无线电信号进行室内定位和建筑物跟踪。 这两个研究小组专注于室内环境，证明该技术在几米内的准确性。 随后，李等人。 （2015年）致力于开发一套观察工作人员工作程序的系统，并在其研究过程中创建了基于啁啾扩频技术的实时定位系统。 最近，Fang等人（2016）提出了一项研究案例研究，检验了RFID技术的实用性。 通过将其应用于室内环境中的三种不同场景，该技术再次侧重于该技术的追踪准确性和经济承受能力。 最后，另一个案例研究于2017年初发布，重点关注建筑安全（Park et al.2017）。
因此，RFID技术在建筑材料管理领域的潜力已经被许多以前的研究项目所证实。 同时，在实际的情景验证中缺乏对生产力问题的研究为建筑研究人员提供了新的机会（Moon et al.2015；Zekavat et al.2015； Moon et al.2016b）。 在这种认识中，本文提出了一个自主开发的RFID辅助跟踪系统，同时通过生产力测试来测试其价值。 最终，现场实验将呈现基于对象的材料控制，从而提高生产力。 以下部分描述西澳大利亚脚手架供应链中出现的问题。 在对研究方法进行概述后，进行现场测试。
初步观察与研究假设
本节介绍了为确认研究问题而进行的初步现场考察。该研究项目的目标是位于北领地达尔文的一个名为Ichthys项目的大型项目的脚手架供应商。大西洋太平洋设备公司（AT-PAC）的供应商一直在接受中国制造商的脚手架并根据项目要求交付脚手架，最终目标是提供情景脚手架服务。由于这些材料首先交付给位于西澳大利亚州珀斯贝尔蒙特的供应商主要位置，脚手架离Ichthys项目的主厂约4000公里。为了便于沟通，供应链中的所有利益相关者都使用了附属于脚手架每个捆绑（或架）的无源标签。
管理层亲眼目睹并确认，目前的库存管理程序不仅需要大量时间，而且也不能直接支持交付准备程序。这次初步访问是由AT-PAC的四名经理进行的。它包括观察他们目前的工作程序，随后对这些协议进行访谈和讨论。因为AT-PAC的历史记录表明，主要是因为交付的组织不当而造成的重大损失，因此该公司分配了相当多的时间来管理库存和准备程序。尽管如此，在目前的检查和加载程序中，使用手动方法附加无源标签会浪费大量时间，而这又会导致仓库中的非生产性操作。
为了解决确定的问题，建立了两个假设，指导了这个研究项目的方向。第一个是致力于测试自主开发的RFID系统的可用性和性能。通过使用RFID标签将每个组件定义为一个对象，这个第一个假设旨在减少加载操作过程中不必要的非增值活动。系统性能的提高可以降低以下现场试验中技术故障的风险，从而减少不必要的活动。
假设1（H1）。 每个RFID标签的估计位置可以在3.0米的精度内识别：大约测量放置的机架之间的距离。
假设2（H2）。 与传统方法相比，RFID辅助跟踪系统可在挂车装载期间提高10％以上的生产
第二个假设的目标集中在顺序工作任务的效率增长上。 为了提供RFID辅助跟踪系统，该假设测试了前馈信息对其性能的有效性以及不必要的努力量。 为工作人员提供的内容是通过RFID标签分发的重要信息，最终在输入过程输出框架中提供了基于对象的输入控制率。
建模程序和系统设计概述
AT-PAC仓库展示了一个大型项目中脚手架供应链供应链阶段的例子。实验的设计从程序的观察和建模开始，如图1所示。因此，该图模拟沿脚手架供应链观察的序列和系统的应用。材料供应商根据客户提供的规格生产各种脚手架。因此，制造商的产出为AT-PAC提供了一套有关其IPO框架中资源材料的前馈数据。在这个阶段，这个研究项目将RFID技术应用到脚手架材料资源上，以获取每个资源的基本信息，从而使其能够以成本效益的方式沿着即将到来的链条进行跟踪。此外，通过标签识别实现的传达信息将为进一步研究项目提供潜在的机会。
本文使用的RFID设备由三部分组成：超高频（UHF）标签; UHF阅读器;和天线。在供应阶段，每个架子的架子上连接了二十三个UHF标签。这些有源标签旨在替代当前标签，并使每个机架资源成为供应链上追踪的对象。系统测试集中在两个部分。首先，收集电磁信号的检测数据以定位仓库中的分布式标签。在这个初始阶段，测试显示了在实验室中进行的定位技术的准确性。因此，该性能评估验证了系统的三种不同配置，以分析定位精度的可行性：（1）设置方向；（2）不同的高度；（3）传输距离。测试结果随后将为建立真实网站的实际系统提供指导。
因此，预计时间研究将验证系统在整体性能方面的有效性。传统和主动控制方式的比较分析将显示RFID辅助跟踪系统对供应商阶段过程绩效的量化收益。图2概述了仓库的观察程序并提供了此次研究的详细信息。该系统预计可以确定每个物体的位置，从而使机组人员能够在g3阶段消除非生产性时间：预先安排（图2中的A点）。
该系统还为数量检查的自动化提供了机会，因为RFID设备被设计为追踪作为对象的脚手架资源。它将被用于自动计算脚手架的数量，从而提高工作效率和准确性。换句话说，因为RFID技术能够促进远程检查，所以可以在g6阶段之后执行g4阶段检查。图2中的B点指出了这种期望的无效时间减少。以下部分将依次介绍此开发系统的性能测试和现场时间研究。
图1 应用于AT-PAC仓库的RFID辅助跟踪系统的设计（注：UHF RFID =超高频射频识别）
图2 仓库中供应商流程的观察程序（Sungkon Moon的图像）
系统开发和测试
所提出的方案需要在单个Wi-Fi平台上实时定位系统（RTLS），主动/被动RFID标签，无线传感器和其他技术。该系统使用标准无线网络作为其通信协议。它可降低基础设施成本，并从现有的无线局域网（WLAN）中获益。在该系统中，有源RFID标签用于检测指定材料的位置或方向，而无源RFID标签用于通过安装在叉车或其他移动设备上的移动阅读器识别材料。
目前关于RFID定位精度的研究遇到了将RFID标签的各向异性信号与不稳定电磁干扰相结合的建模问题（D#39;Mello et al.2008）。为了验证该系统对施工环境的适用性，以下三个关于性能的关键问题进行了以下性能测试。
初步测试
Omni-ID Power 400（Omni-ID Ltd.，Rochester，New York）有源RFID标签被选定用于该研究测试。 该测试旨在评估系统的性能，以检验开发系统在现实环境中的可行性。 最后，目标是提供一个基础知识库，以在即将到来的实际系统建立过程中防止可能的空间限制。
RFID标签的设置方向
虽然不同的方向不影响RFID标签的识别，但它使得其位置信息显着不可靠（D#39;Mello et al.2008）。如图3所示，RFID标签通常水平或垂直放置在仓库中的机架/釜架上。因此，实验设置为根据这两个不同标签的方向来测量信号强度。
如图3所示，阅读器的天线固定在标签旁边，标签周期性发送信号。信号强度记录在RFID阅读器的接收信号强度指示器（RSSI）标题下。进行了两个测试：分别是水平和垂直定位。在每个测试中，标签在它们的中心轴上旋转并与天线平行。它代表读者在一个平面上围绕标签移动的场景。如图4所示，RSSI的分布是通过沿着中心轴每隔10°旋转标签来实验性测量的，如图4所示。
图4描绘了检测信号的分布。图4中的方形点表明在水平方向上有两个对称的半图，其中有两个对称的弱信号和强信号区域。如图4中的圆点所示，当将最强信号与来自水平定位的最弱信号进行比较时，测得的偏差高达18dB，而在垂直定位测试中出现的偏差较小。根据所收集的信号测量结果，来自水平方向Ph和垂直方向Pv的信号功
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