《自動(dòng)化與儀器儀表》2015年7期（總第189期）基于RFID 技術(shù)的產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)張明虎1，殷欣2，王建剛1（1甘肅廣播電視大學(xué)甘肅蘭州，730030）2蘭州，730030）（甘肅省輕

《自動(dòng)化與儀器儀表》2015年7期（總第189期）

基于RFID 技術(shù)的產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張明虎1，殷

欣2，王建剛1

（1甘肅廣播電視大學(xué)甘肅蘭州，730030）

2

蘭州，730030）（甘肅省輕工研究院甘肅

摘

要：針對(duì)RFID 技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)線上的應(yīng)用需求和和優(yōu)勢(shì)，在研究生產(chǎn)線賦碼技術(shù)、生產(chǎn)線裝箱技術(shù)及RFID 硬件操

作技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出基于RFID 技術(shù)的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文采用B/S系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套適用于酒產(chǎn)品生產(chǎn)線的全生命周期管理系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)物理架構(gòu)及系統(tǒng)架構(gòu)，采用層次化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)服務(wù)器間訪問與交互，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品信息的動(dòng)態(tài)賦碼和生產(chǎn)線自動(dòng)化裝箱，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)線的智能化管理、科學(xué)化生產(chǎn)、可視化作業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：RFID ；動(dòng)態(tài)賦碼；智能化；生產(chǎn)線

DOI 編碼：10.14016/j.cnki.1001-9227.2015.07.145

Abstract ：RFID technology for applications and advantages in the production line, on the basis of the research of the endowed production line technology, production line packing technology and RFID hardware operation technology, this paper proposed pro-duction line management system based on RFID technology. In this paper, we design and develop a suitable wine product line lifecy-cle management system adopting B /S system architecture. The paper introduces the system architecture , physical architecture and hierarchical design to implement product data access and interaction between the server, to achieve a dynamic endowed and automat-ed production line packing product information, and has important practical significance for Product line for intelligent management, scientific production, visual work.

Key words ：RFID; Dynamic endowed; Intelligent; Production Line 中圖分類號(hào)：TP315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9227（2015）07-0145-04

0引言1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)[2-3]，主要功能包括用戶

近年來，我國(guó)制造業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的快速發(fā)展和大力提高，使得在國(guó)際上有著舉足輕重的影響。生產(chǎn)線一般分為離散制造和連續(xù)制造兩種形式，離散制造需要經(jīng)過多道工序、多條生產(chǎn)線才能完成成品制造。連續(xù)制造是指經(jīng)過一條完整的生產(chǎn)線即可實(shí)現(xiàn)成品制造。在每個(gè)生產(chǎn)線的每個(gè)固定工位進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的單一形式的連續(xù)生產(chǎn)線系統(tǒng)已經(jīng)完全不能滿足當(dāng)今制造業(yè)快速發(fā)展的要求。目前，大型制造業(yè)企業(yè)都采用了離散形式的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)，離散生產(chǎn)具有工藝復(fù)雜、個(gè)性化要求高、種類繁雜、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)這就對(duì)生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)提出了更高要求。

別特定目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)讀寫，無須與物體接觸，即可完成對(duì)物體的數(shù)據(jù)信息采集處理。本文基于RFID 技術(shù)，提出一種統(tǒng)一生產(chǎn)、統(tǒng)一裝箱的酒產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)酒產(chǎn)品的類型建立統(tǒng)一的生產(chǎn)規(guī)則和裝箱規(guī)則，采用生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)賦碼、生產(chǎn)線智能裝箱的方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線生產(chǎn)信息與調(diào)度信息的跟蹤管理，生產(chǎn)線調(diào)度系統(tǒng)中采用RFID 技術(shù)，可以有效優(yōu)化調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)調(diào)度。

RFID[1]技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，通過無線射頻信號(hào)識(shí)

1.1系統(tǒng)概述

管理、生產(chǎn)線賦碼、生產(chǎn)線裝箱、系統(tǒng)配置、日志記錄、數(shù)據(jù)字典管理等。系統(tǒng)通過操作RFID 讀寫器對(duì)RFID 標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，并將相關(guān)標(biāo)簽信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

RFID標(biāo)簽

圖1系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

1.2系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)生產(chǎn)線管理系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)適配層，采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)[4]，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

收稿日期：2015-04-12

作者簡(jiǎn)介：張明虎（1986-），男，甘肅白銀人，碩士研究生，助教，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)。

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基于RFID 技術(shù)的產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)張明虎，等

的功能，包括按用戶名對(duì)用戶進(jìn)行模糊查詢和按用戶角色區(qū)分的查詢。2.2生產(chǎn)管理

（1）生產(chǎn)線賦碼功能

生產(chǎn)線賦碼是生產(chǎn)線操作員設(shè)定好酒瓶標(biāo)簽信息，通過過程。

RFID 讀寫器把酒瓶信息寫入到酒瓶的RFID 標(biāo)簽EPC 區(qū)的

（2）生產(chǎn)線裝箱功能

生產(chǎn)線裝箱是生產(chǎn)線操作員，通過RFID 讀寫器讀取RFID 標(biāo)簽信息，區(qū)分出瓶體和箱體信息，按設(shè)定瓶體標(biāo)簽數(shù)量與箱體標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過程。

（3）酒產(chǎn)品標(biāo)簽設(shè)置功能

酒產(chǎn)品標(biāo)簽設(shè)置功能是用戶在程序界面設(shè)置當(dāng)前所要賦碼的酒瓶標(biāo)簽信息，并保存到系統(tǒng)配置文件中。

（4）產(chǎn)品基本信息維護(hù)功能

用于對(duì)酒產(chǎn)品的產(chǎn)地、產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)商、產(chǎn)品類別、指標(biāo)、標(biāo)簽信息的維護(hù)，保存查看、添加和刪除操作。2.3系統(tǒng)配置

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)置功能

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)置功能是程序設(shè)置當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的連接配置。包括數(shù)據(jù)庫(kù)域名或IP 地址、用戶名、密碼，以及數(shù)據(jù)庫(kù)名稱，并將連接串保存到系統(tǒng)配置文件中。

（2）硬件參數(shù)設(shè)置功能

硬件參數(shù)設(shè)置功能是用戶在程序界面設(shè)置當(dāng)前讀寫器各天線的用途和功率，并保存到系統(tǒng)配置文件中。2.4授權(quán)信息功能

用戶檢查當(dāng)前的注冊(cè)信息從這里了解產(chǎn)品的注冊(cè)授權(quán)情況。注冊(cè)授權(quán)采用一機(jī)一碼方式，即需要用戶提供待注冊(cè)設(shè)備的申請(qǐng)碼，然后提交申請(qǐng)碼并由注冊(cè)方根據(jù)申請(qǐng)碼生產(chǎn)用戶的注冊(cè)碼發(fā)送給注冊(cè)用戶，注冊(cè)類型分為未注冊(cè)版、普通版、專業(yè)版和旗艦版。不同的版本授權(quán)情況不一樣，具體的授權(quán)為生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)酒瓶數(shù)、箱體數(shù)等。3

基礎(chǔ)要素

本文設(shè)計(jì)的產(chǎn)品生產(chǎn)線用于酒產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝箱，數(shù)據(jù)量較大，因此數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在為用戶提供最直接、最便捷的訪問途徑，盡量減少數(shù)據(jù)塊的遷移和鏈接現(xiàn)象，力求簡(jiǎn)單、實(shí)用和數(shù)據(jù)便于獲取。本文針對(duì)酒產(chǎn)品生產(chǎn)線特點(diǎn)設(shè)計(jì)了12張數(shù)據(jù)表，主要數(shù)據(jù)表及功能如下：

（1）tb_User是用戶表，存放用戶信息

（2）tb_Bottle是酒瓶標(biāo)簽表，用于存放酒瓶的標(biāo)簽信息（3）tb_Box是箱體表，存放箱體標(biāo)簽信息（4）tb_GrapeArea是產(chǎn)地表，存放產(chǎn)品的產(chǎn)地信息（5）tb_ProName是產(chǎn)品名稱表，存放產(chǎn)品的名稱（6）tb_ProIndex是產(chǎn)品指標(biāo)表，存放產(chǎn)品的指標(biāo)信息（7）tb_Tray是托盤表，存放托盤信息

（8）tb_TagType是標(biāo)簽類型表，存放標(biāo)簽類型信息3.2RFID 硬件設(shè)備選擇

圖2系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)適配層

數(shù)據(jù)適配層主要完成向業(yè)務(wù)邏輯層提供與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、本地日記（配置）文件，以及RFID 讀寫器之間的數(shù)據(jù)操作的功能。包括數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)操作、RFID 讀寫器的操作、日志文件的操作、配置文件的操作和數(shù)據(jù)的MD5加密操作。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層針對(duì)表示層提交的請(qǐng)求，進(jìn)行邏輯處理，如果需要訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，就調(diào)用數(shù)據(jù)適配層的操作，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。在業(yè)務(wù)邏輯層中，向用戶提供管理業(yè)務(wù)和生產(chǎn)線業(yè)務(wù)的請(qǐng)求處理。管理業(yè)務(wù)包括用戶的管理，升級(jí)以及授權(quán)的管理；生產(chǎn)線業(yè)務(wù)包括生產(chǎn)線賦碼和生產(chǎn)線裝箱操作，將生產(chǎn)線操作統(tǒng)一封裝在一個(gè)類中，向上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。

（3）表示層

互和會(huì)話處理，UI 層主要包含四個(gè)大的功能模塊，包括用戶操作、生產(chǎn)管理、系統(tǒng)配置和關(guān)于。2

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以酒產(chǎn)品生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)酒產(chǎn)品生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)賦碼和自動(dòng)裝箱，系統(tǒng)主要功能模塊包含用戶管理、生產(chǎn)管理、系統(tǒng)配置三大模塊，具體實(shí)現(xiàn)如下：2.1用戶操作

（1）登錄功能

登陸功能實(shí)現(xiàn)用戶登陸的系統(tǒng)，用戶登錄的需要輸入的用戶名和密碼的進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，確定是否授權(quán)用戶進(jìn)入到操作系統(tǒng)界面。

（2）添加用戶功能

添加用戶功能對(duì)管理員提供添加用戶界面，通過輸入正確的用戶信息，添加新的用戶。用戶信息包括用戶名、密碼、用戶角色、年齡等。

（3）修改用戶功能

修改用戶功能對(duì)管理員提供修改用戶信息界面，通過輸入正確的新用戶信息，更新用戶。用戶信息包括用戶名、密碼、用戶角色、年齡等。

（5）用戶查詢功能

用戶查詢功能實(shí)現(xiàn)管理員在查詢用戶界面對(duì)用戶進(jìn)行查詢UI 層位于系統(tǒng)最上層，主要完成系統(tǒng)與用戶之間的數(shù)據(jù)交

3.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

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《自動(dòng)化與儀器儀表》2015年7期（總第189期）

表1RFID

硬件設(shè)備

生產(chǎn)線裝箱過程各隊(duì)列和線程設(shè)計(jì)與賦碼過程類似。

4.4酒瓶標(biāo)簽EPC 區(qū)賦碼信息組成

標(biāo)簽EPC 的長(zhǎng)度定義如下：酒瓶標(biāo)簽EPC 長(zhǎng)度為20字節(jié)，箱體標(biāo)簽和托盤標(biāo)簽EPC 長(zhǎng)度為8字節(jié)，并且必須和桌面應(yīng)用軟件（生產(chǎn)線管理軟件和倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件）對(duì)應(yīng)一致。酒瓶標(biāo)簽前18個(gè)字節(jié)包含標(biāo)簽信息：產(chǎn)品類別、產(chǎn)品名稱、原料產(chǎn)地、生產(chǎn)商、產(chǎn)品指標(biāo)、生產(chǎn)日志、流水號(hào)等，最后兩個(gè)字節(jié)為CRC_16校驗(yàn)位。

表2

酒瓶標(biāo)簽EPC 設(shè)計(jì)表

字段名產(chǎn)品類別產(chǎn)品名稱原料產(chǎn)地生產(chǎn)商流水號(hào)生產(chǎn)日期CRC_16校驗(yàn)位

數(shù)據(jù)類型BYTE BYTE BYTE BYTE BYTE BYTE BYTE

長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)）

2222242

4關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)賦碼是指在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線上，對(duì)產(chǎn)品信息

4.1生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)賦碼與裝箱技術(shù)

快速動(dòng)態(tài)寫入RFID 標(biāo)簽的過程。由于生產(chǎn)線具有運(yùn)行速度較快、產(chǎn)品數(shù)量大、標(biāo)簽并發(fā)場(chǎng)景復(fù)雜等特點(diǎn)，本文針對(duì)在動(dòng)態(tài)、并發(fā)、高速運(yùn)動(dòng)生產(chǎn)線場(chǎng)景下，通過采用緩存技術(shù)和封裝技術(shù)，優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)提升并發(fā)識(shí)別速度[5-6]。

如圖3所示生產(chǎn)線賦碼和裝箱業(yè)務(wù)在系統(tǒng)中與各層之間的交互情況。本文將生產(chǎn)線賦碼和裝箱業(yè)務(wù)封裝在Produce?LineCore 接口中，由ProduceLineCore 接口對(duì)生產(chǎn)線生產(chǎn)過程的管理。主要功能由ProduceManage 類實(shí)現(xiàn)，向上層應(yīng)用提供調(diào)用接口。ProduceManage 類中有關(guān)讀寫器操作，將調(diào)用硬件操作的SDKHelper 接口；數(shù)據(jù)庫(kù)操作部分會(huì)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口

5RFID 硬件操作技術(shù)（1）RFID 讀寫器硬件操作

RFID 硬件操作功能由

SDKHelper 接口封裝。SDKHelper 接

口是在讀寫器SDK 的基礎(chǔ)上做了一層封裝，對(duì)用戶屏蔽了不同讀寫器SDK 使用的影響，面向應(yīng)用層的SDK 都是一致的。SD?KHelper 接口中，RFID_SDKHelper類用于封裝不同的硬件設(shè)備的SDK ，提供統(tǒng)一的接口層。

（2）流程邏輯

途。賦碼天線的功能包括讀寫和禁用；裝箱天線的功能包括裝箱和禁用。

Config 接口中的SystemConfig 類，保存酒產(chǎn)各天線的用途和功率在SystemConfig 類中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)。

3生產(chǎn)線賦碼和裝箱業(yè)務(wù)交互圖

①用戶在硬件參數(shù)設(shè)置界面中選擇讀寫器天線的功率和用

②用戶配置好硬件參數(shù)后，硬件參數(shù)設(shè)置界面調(diào)用Sys?

圖

4.2防止重復(fù)寫設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線賦碼時(shí)，寫成功的標(biāo)簽TID 后保存在cachedWrited?BottleTag 隊(duì)列中，每次寫標(biāo)簽時(shí)會(huì)檢測(cè)隊(duì)列中是否已經(jīng)包含這個(gè)標(biāo)簽的TID 。如果已存在，則跳過該標(biāo)簽。cachedWritedBot?tleTag 隊(duì)列的大小設(shè)置為100，當(dāng)隊(duì)列超過100時(shí)，從隊(duì)列頭移除一個(gè)標(biāo)簽TID 。成功標(biāo)簽的相關(guān)信息會(huì)放入到_offLineData緩存隊(duì)列中。4.3緩存隊(duì)列設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)時(shí)，開始寫數(shù)據(jù)庫(kù)操作。如果更新數(shù)據(jù)庫(kù)成功，從_of?存到_offLineDataDisk中，并刪除_offLineData中的數(shù)據(jù)。結(jié)束fLineData 中刪除數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)庫(kù)操作出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將數(shù)據(jù)保

WriteBottleDBOperationThread 線程檢測(cè)到_offLineData中有

新配置文件中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)。

③SystemConfig類調(diào)用SysConfig 接口中的AppConfig 類，更

圖4RFID 硬件設(shè)備操作時(shí)序圖

（3）事件處理

系統(tǒng)中的事件處理是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、讀寫器、I/O設(shè)備的異常處理。本文設(shè)計(jì)的事件處理依賴于代理（delegate ），通過EventHandler 類來處理。EventHandler 類可以對(duì)事件的類型進(jìn)行指定，以便對(duì)不同類型的事件進(jìn)行監(jiān)聽和處理。其中，事件

生產(chǎn)線賦碼時(shí)，會(huì)把_offLineDataDisk中的數(shù)據(jù)保存到本地的緩存文件中。每次開啟生產(chǎn)線賦碼時(shí)，會(huì)首先從緩存文件中執(zhí)行讀取操作。如果緩存文件中有數(shù)據(jù)，程序?qū)?shù)據(jù)取出并保存在

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基于RFID 技術(shù)的產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)張明虎，等

類型是從EventArgs 類繼承。在程序中，下層程序通過事件向上層應(yīng)用發(fā)送消息。上層應(yīng)用通過EventHandler 對(duì)下層程序的事件進(jìn)行監(jiān)聽。當(dāng)下層程序通過EventHandler 向上報(bào)出消息時(shí)，就會(huì)觸發(fā)監(jiān)聽事件，并在上層應(yīng)用中進(jìn)行處理。（事件層出調(diào)用關(guān)系）事件在各層之間的調(diào)用情況以下面?zhèn)未a為例：tArgs>

①LTKCore類中定義事件EventHandler

eventLTKTagRead ；其中LTKTagReadEventArgs 是自定

LTKTagReadEventArgs:EventArgs{

Tag

{get;

set; =

}tg){

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結(jié)束語(yǔ)

本文以酒產(chǎn)品為例，設(shè)計(jì)了一種基于RFID 技術(shù)的產(chǎn)品生產(chǎn)線管理系統(tǒng), 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線高速運(yùn)行環(huán)境下的產(chǎn)品信息動(dòng)態(tài)賦碼和自動(dòng)化裝箱，極大優(yōu)化了生產(chǎn)線生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品線生產(chǎn)能力。為了進(jìn)一步提高本系統(tǒng)實(shí)用性和可擴(kuò)展性，使得本系統(tǒng)可廣泛適用于各類產(chǎn)品生產(chǎn)線，本文將對(duì)系統(tǒng)深入研究，探索研究多標(biāo)簽并發(fā)狀態(tài)下的算法優(yōu)化方法。

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義的事件類型，其結(jié)構(gòu)如下：

public class

public RFIDTag

圖6產(chǎn)品自動(dòng)裝箱界面

public LTKTagReadEventArgs(RFIDTag

Tag

kCore_eventLTKTagRead()掛載到LTKCore 對(duì)象的eventLTK?TagRead 事件上。

③當(dāng)讀寫器讀到標(biāo)簽信息返回給LTKCore 時(shí)，LTKCore 就④LTKCore對(duì)象的eventLTKTagRead 事件就會(huì)觸發(fā)IPJ_LT?

②在IPJ_LTKHelper類中創(chuàng)建了LTKCore 對(duì)象，將函數(shù)_lt?

tg;}}

會(huì)通過eventLTKTagRead 事件將標(biāo)簽信息往上層報(bào)。

KHelper 類的_ltkCore_eventLTKTagRead()函數(shù)執(zhí)行自己的eventLTKTagRead 事件將標(biāo)簽信息繼續(xù)上報(bào)，并觸發(fā)上層掛載到IPJ_LTKHelper對(duì)象的eventLTKTagRead 事件上的函數(shù)。以此類推，直到標(biāo)簽信息到達(dá)表示層，顯示在界面上。6

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)已經(jīng)在某大型葡萄酒企業(yè)得到應(yīng)用，如所示為產(chǎn)品

信息賦碼動(dòng)態(tài)和標(biāo)簽處理流程，用于直觀顯示已讀標(biāo)簽數(shù)量、待處理標(biāo)簽數(shù)量、已生產(chǎn)數(shù)量及漏寫標(biāo)簽數(shù)量。如所示為產(chǎn)品智能裝箱顯示界面，直觀顯示了已裝箱數(shù)量、已識(shí)別瓶體標(biāo)簽

及已識(shí)別箱體標(biāo)簽。

圖5

產(chǎn)品動(dòng)態(tài)賦碼界面

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