基于射頻技術的隨船器材倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的研究

呂志彤，寧兆宇，皮湛恩

(1.海軍裝備技術研究所，北京 102442;2.海軍裝備部，北京 100841)

隨船器材倉儲管理是器材保障工作的終端和服務對象，隨船器材消耗采集是器材采購工作的基礎和數(shù)據(jù)來源。目前隨船器材倉儲管理和消耗采集是器材保障信息化建設的瓶頸。

針對這一問題，我們遵循現(xiàn)有的隨船器材保障模式和組織管理體制，將最新成熟的射頻識別技術引入該領域，進行了基于射頻技術的隨船器材倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的研究。

1 研究思路

充分調(diào)研隨船器材管理模式和艙室布局，采用射頻識別技術，定制隨船器材收發(fā)設備，部署隨船器材貨架標簽，開發(fā)艙室主機管理系統(tǒng)，實現(xiàn)隨船器材便攜式收發(fā)管理和方便快捷的消耗數(shù)據(jù)采集，達到精確化器材保障的目的。

2 體系結構

1)業(yè)務部門應用程序。完成設備操作權限控制和用戶權限控制等。

2)艙室主機管理系統(tǒng)。完成隨船器材收發(fā)開單打印，庫存數(shù)據(jù)查詢和消耗報表生成，實時監(jiān)控貨架標簽以獲取最新的庫存、收發(fā)和消耗等功能。

3)貨架標簽系統(tǒng)。系統(tǒng)首要工作是部署貨架標簽，用來存儲該貨架擺放器材的相關數(shù)據(jù)。每種器材對應1個標簽，依次排列。

3 硬件配置

系統(tǒng)硬件設備由主機、管理設備、固定讀寫器、收發(fā)設備、貨架標簽、數(shù)據(jù)標簽等組成，如圖1所示。

1)主機。安裝系統(tǒng)應用程序和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2)管理設備。管理設備集成讀寫模塊，用于設置數(shù)據(jù)標簽中的用戶操作權限。管理設備與主機通過數(shù)據(jù)線連接，可將讀取的數(shù)據(jù)寫入主機數(shù)據(jù)庫中。

3)固定讀寫器。每個艙室頂部安裝1臺固定讀寫器，與艙室主機通過多功能卡或網(wǎng)線連接。固定讀寫器監(jiān)控該艙室內(nèi)各個貨架標簽，以無線方式采集貨架標簽信息，實時傳輸?shù)脚撌抑鳈C處理，同步更新艙室管理數(shù)據(jù)庫。

4)收發(fā)設備。每個艙室配備1個手持收發(fā)設備。該設備具有標簽讀寫功能，收發(fā)或盤點操作的同時更新貨架標簽數(shù)據(jù)。并將收發(fā)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)標簽。

5)貨架標簽。艙室包含若干貨架，每個貨架粘貼一張標簽，用來記錄該貨架器材的位置、庫存和最近1次收發(fā)信息。貨架標簽采用紙質(zhì)標簽，可彎曲裁剪，有膠一面可粘貼。貨架標簽信息在每次收發(fā)操作后由收發(fā)設備刷新，并由固定讀寫器同步傳輸?shù)街鳈C數(shù)據(jù)庫中。貨架標簽激活或失效等初始化功能由收發(fā)設備完成。

6)數(shù)據(jù)標簽。該標簽用作身份卡，用來規(guī)范系統(tǒng)各用戶的角色，明確其對各設備各專業(yè)數(shù)據(jù)的操作權限。收發(fā)設備和數(shù)據(jù)標簽由管理員統(tǒng)一保管。收發(fā)時操作人員到管理員處領取收發(fā)設備和數(shù)據(jù)標簽。此外，數(shù)據(jù)標簽的一項重要功能是擔當數(shù)據(jù)媒介，數(shù)據(jù)標簽交回時，可讀取該數(shù)據(jù)標簽更新主機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)硬件配置圖

4 工作流程

1)系統(tǒng)入庫流程，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)入庫流程圖

(1)激活收發(fā)設備。管理員使用收發(fā)設備掃描相應權限的數(shù)據(jù)標簽，激活手持設備，同時賦予該操作員相應的權限。

(2)輸入入庫信息。在主機系統(tǒng)中輸入入庫信息。包括時間、數(shù)量、貨位碼等。

(3)產(chǎn)生入庫單。打印入庫單，將該單據(jù)和收發(fā)設備發(fā)放給操作員。

(4)器材入庫。操作員對器材進行點驗，并放置在入庫單指定的貨架上。

(5)更新貨架標簽。將收發(fā)設備設置在入庫操作狀態(tài)，讀取當前貨架標簽的庫存，根據(jù)入庫單重新計算出新的庫存并更新貨架標簽。

(6)記錄操作日志。在收發(fā)設備上記錄操作日志，包括:操作時間、操作狀態(tài)、器材編碼、貨位碼、入庫數(shù)量、庫存數(shù)量等信息。

(7)關閉并歸還收發(fā)設備。

(8)更新貨架庫存信息。

艙室頂部的固定讀寫器實時將貨架標簽上的新庫存寫入主機管理數(shù)據(jù)庫中。

2)器材出庫流程，如圖3所示。器材出庫操作是入庫操作的逆過程，包括出庫單生成、提取器材、更新標簽以及確認出庫等操作。其流程如下:①產(chǎn)生出庫單。使用主機管理系統(tǒng)，在庫存列表中選擇要出庫的器材及其數(shù)量，打印出庫單。②激活收發(fā)設備。管理員使用收發(fā)設備掃描相應權限的身份卡，激活手持設備，設置在出庫操作狀態(tài)，發(fā)放給操作員。③器材出庫。在器材艙室，操作員根據(jù)出庫單，在指定的貨架上取下相應的器材，在收發(fā)設備上確認出庫。④更新貨架標簽。操作員用收發(fā)設備讀取當前貨架標簽的庫存數(shù)據(jù)，并計算出新的庫存數(shù)據(jù)，將其寫入貨架標簽。⑤記錄操作日志。在收發(fā)設備上生成操作日志。記錄出庫的時間、數(shù)量等。⑥關閉并將收發(fā)設備歸還。⑦更新貨架庫存信息。艙室頂部的固定讀寫器實時將貨架標簽的變更讀入主機管理系統(tǒng)并更新數(shù)據(jù)庫，確認器材已經(jīng)出庫。

圖3 系統(tǒng)出庫流程圖

3)庫存盤點流程。①使用收發(fā)設備進行盤點。操作員持激活的收發(fā)設備進入盤點艙室，以貨架為單位進行盤點。將收發(fā)設備設置在盤點狀態(tài)，用該收發(fā)設備掃描貨架標簽。當掃描完所有標簽，操作員在收發(fā)設備上對該艙室盤點操作進行確認，計算生成艙室盤點庫存數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)寫入貨架標簽。同時收發(fā)設備將操作時間、狀態(tài)、貨位碼、標簽編號、盤點庫存等信息保存在其操作日志中。②關閉并歸還收發(fā)設備。③主機盤點對比。管理主機控制固定讀寫器對貨架標簽上的盤點數(shù)據(jù)進行查詢，將獲取的最新盤點數(shù)據(jù)與原有庫存數(shù)據(jù)相比較，產(chǎn)生庫存差額，做進一步處理。

5 標簽制作

主要內(nèi)容是根據(jù)射頻標簽內(nèi)EEPROM芯片的存儲容量和內(nèi)部結構定制數(shù)據(jù)存儲格式。器材標簽擬采用無源紙質(zhì)標簽，常用容量是16 K，共有64個數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊存儲量是4個字節(jié)。貨架標簽每張記錄1種器材的信息，漢字可將其轉換為ASCII碼存儲。數(shù)字按每4位計量1個數(shù)值，每個字節(jié)記錄兩位數(shù)，最大值為99。存儲格式緊湊，可以節(jié)約大量存儲空間。

6 設備定制

手持設備由掌上電腦與讀寫控制模塊集成。讀寫標簽方式為靠近讀寫，作用距離在10 cm內(nèi)，功耗低，對其它設備影響可忽略。掌上電腦與讀寫控制模塊均提供動態(tài)鏈接庫或串口通訊函數(shù)，可在其基礎上按照項目需求進行編程。讀寫控制模塊采用2片AT89S52單片機。1片用于和射頻模塊通信，1片用于數(shù)據(jù)存儲顯示。單片機之間采用高速雙口RAMDS1609實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和通信同步。數(shù)據(jù)存儲器采用FM1608，該存儲器是1種非易失性存儲器，即使在掉電的情況下也不會丟失所存儲的數(shù)據(jù)。手持設備采用SMG12864B液晶，該液晶的顯示容量為128×64點陣，不僅可顯示數(shù)字，還可顯示漢字和圖形。

手持設備定制要點介紹如下。

1)掌上電腦與讀寫器控制模塊的兼容。設計新模具，選擇適用配件，合理規(guī)劃空間，尤其是合理分配電源供給和數(shù)據(jù)傳輸，將各模塊配置在恰當?shù)奈恢谩Ｓ布M裝完成后，要進行兼容性測試，保證各模塊互不影響，而且便于升級維修。編制數(shù)據(jù)讀寫程序，測試各模塊驅動程序和函數(shù)庫是否可用。

2)讀寫控制加校驗確認。讀寫控制使用循環(huán)冗余校驗，將校驗碼同數(shù)據(jù)一起寫入標簽中，寫入后再立即讀出進行校驗;每次讀取標簽信息時都是先讀取校驗碼進行校驗，確認無誤后再將數(shù)據(jù)提交給用戶。雖然延長了操作時間，但是可以保證數(shù)據(jù)完整有效。

3)操作撤銷機制。手持設備所有操作記錄都存儲在設備中，可隨時察看。如發(fā)行操作失誤，可對誤操作的標簽進行撤銷操作，其記錄的庫存數(shù)量就會恢復到上次操作之前的狀態(tài)，手持設備中增加1條撤銷記錄，與先前的誤操作記錄相對應。

7 開發(fā)環(huán)境

1)操作系統(tǒng)。主機采用Windows XP，手持設備采用Windows Mobile6。

2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。主機采用SQL Server 2000，手持設備采用SQLlite。

3)開發(fā)工具。采用C#.Net 2008。

8 系統(tǒng)組成

主機管理系統(tǒng)主要由基本信息管理、收發(fā)和盤點、庫存查詢、器材申領與消耗登記、手持設備及標簽管理、設備及標簽檢測、庫存報警、用戶角色及權限管理等組成，如圖4所示。手持設備管理系統(tǒng)功能是該系統(tǒng)功能的子集。

圖4 主機管理系統(tǒng)的組成圖

1)基本信息管理。包括編碼維護、字典維護、日志維護和數(shù)據(jù)備份等功能。

2)收發(fā)和盤點。包括入庫操作、出庫操作、庫存盤點等功能。實現(xiàn)器材出入庫按照貨位碼管理，并打印入庫單和出庫單等。

(1)入庫操作。選擇入庫類型，填寫入庫器材的數(shù)量與單價，系統(tǒng)自動搜索已有或空閑的貨架產(chǎn)生入庫單和標準貨位碼。

(2)出庫操作。選擇器材類別及器材名稱和數(shù)量，系統(tǒng)自動搜索庫存器材信息，產(chǎn)生出庫單。出庫單上有指定貨位碼，指引出庫操作員進行出庫操作。出庫有2種模式:1種是根據(jù)入庫時間早先出庫的原則產(chǎn)生出庫單;另1種是根據(jù)器材在貨架上比例小的先出庫的原則產(chǎn)生出庫單。

(3)庫存盤點。庫存盤點有2種模式:一是庫存清查模式。庫存盤點模塊與收發(fā)設備配合，對某艙室或某器材的庫存及存放位置進行查詢比對，比對不一致則進行處理修改。二是某項器材盤點查詢。選擇器材類別及名稱，查詢出該器材在艙室中的庫存情況及庫存總量。當盤點出庫盈或庫虧時，可以通過此模塊對器材庫存微調(diào)。

3)庫存查詢。可查詢各艙室內(nèi)某器材存放位置和貨架空閑情況，實時查詢庫存數(shù)據(jù)生成各種報表。

4)器材申領與消耗登記。隨船器材損壞或損耗，或者維修時要求替換，可向支隊進行器材申領，從庫存器材中選擇要申領的器材，填寫該器材現(xiàn)有數(shù)量、消耗數(shù)量和申領數(shù)量，生成申領單并打印。申領單可作為器材入庫的依據(jù)。器材申領所填報的消耗數(shù)量可作為1項器材消耗登記。系統(tǒng)可隨時生成各個時間段的器材消耗統(tǒng)計表上報。

5)手持設備及標簽管理。手持設備的管理是通過數(shù)據(jù)標簽間接完成的。對手持設備的管理分為兩個部分:一是對手持設備使用權限的管理;二是手持設備到主機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)手持設備功能菜單劃分手持設備角色，該角色可寫入數(shù)據(jù)標簽，使用該數(shù)據(jù)標簽激活的手持設備具有相應角色的權限。手持設備到主機的數(shù)據(jù)傳輸通過數(shù)據(jù)標簽或數(shù)據(jù)線作媒介。標簽的管理包括:建卡、激活或失效、查詢等功能。

6)設備及標簽檢測模塊。該模塊用來對艙室固定讀寫器進行控制，同時對貨架標簽信息進行更新。該模塊可以檢測各固定讀寫器的狀態(tài)，設置固定讀寫器定時數(shù)據(jù)更新的時間，以及進行貨架標簽器材信息的手動更新，手動更新可分艙室、分貨架和分標簽更新。系統(tǒng)自動檢測艙室內(nèi)的所有固定讀寫器，檢測后的設備狀態(tài)將顯示在狀態(tài)欄中。最重要的功能是設定自動更新數(shù)據(jù)的時間，假設系統(tǒng)初始化為30 min，則讀寫器將每隔30 min掃描1遍貨架標簽以更新數(shù)據(jù)庫。也可設置為手動控制，操作員操作讀寫器讀取標簽信息更新數(shù)據(jù)庫。而且可以“關閉天線”來實現(xiàn)艙室固定讀寫器天線的關閉。

7)庫存報警。該模塊用來實時監(jiān)控器材庫存數(shù)量，當庫存量低于該器材的最小安全庫存量時，系統(tǒng)會及時警示。

8)用戶角色及權限管理。根據(jù)系統(tǒng)菜單和數(shù)據(jù)專業(yè)項劃分用戶角色，為系統(tǒng)所有用戶分配角色，完成系統(tǒng)權限控制機制。

9 技術指標

1)設備滿足隨船器材艙室環(huán)境要求，適應高溫、低溫、高濕、高鹽、高震等環(huán)境。設備頻段選用工信部核準的800～900 MHz中的某頻段;數(shù)據(jù)傳輸率達到115 kB/s;手持設備超低功耗，不高于0.25 mW(手機的發(fā)射功率是200 mW);讀寫距離不大于10 cm，讀寫時間不超過0.5 s，貨架標簽可擦寫次數(shù)不少于百萬次。

2)手持設備具有工信部的型號核準證和無委會的射頻設備認可應用證書和授權使用頻率的資質(zhì)證明。

3)設備各模塊兼容性好，服役周期長;系統(tǒng)軟件功能齊全、運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠;各類單據(jù)遵循隨船器材管理相關規(guī)定和現(xiàn)有的工作模式，庫存報警及時準確。

10 技術難題

1)設備抗金屬干擾。標簽粘貼在貨架上，設備近距離直接讀寫，影響范圍很小，不存在金屬干擾的問題。

2)設備與原有設備電磁信號的相互干擾。系統(tǒng)設備功耗極低，讀寫距離在10 cm之內(nèi)，采用頻段避開船上使用頻段，它們之間的相互干擾可以忽略。

3)設備之間的相互干擾。艙室空間狹小，所部署的讀寫器和標簽位置相近，而且采用同一頻段，相互之間的干擾影響讀寫效果，必須編寫防沖撞算法，在讀取數(shù)據(jù)時首先判斷標簽的唯一標識EPC。

11 工作難點

1)消耗精確采集和消耗規(guī)律的統(tǒng)計分析。消耗數(shù)據(jù)是器材采購的基礎，關系到經(jīng)費的使用效率。隨船器材消耗最準確的定義應該是該器材已經(jīng)損壞損耗，不能修復，但這一判斷標準太嚴，實際無法執(zhí)行。此外采集到大量的消耗數(shù)據(jù)，對其規(guī)律統(tǒng)計分析也是1個難題。

對策:將器材消耗定義為在向支隊申領器材時所填寫的消耗數(shù)量。隨著船舶維修技術提高，這一數(shù)據(jù)將逐步準確。隨船器材消耗規(guī)律的統(tǒng)計分析擬在有大量數(shù)據(jù)的基礎上建立1個統(tǒng)計概率模型，目前只處于數(shù)據(jù)采集階段。

2)庫存數(shù)量的報警監(jiān)控。系統(tǒng)對隨船器材庫存數(shù)量實時監(jiān)控，是否補庫由人工判斷。安全庫存量的計算和隨船器材的消耗規(guī)律有關，系統(tǒng)自動計算安全庫存是1個難題。

對策:擬使用經(jīng)濟采購數(shù)量模型來確定最小安全庫存。最小安全庫存量可定義為:平均日消耗數(shù)量×安全庫存天數(shù)。平均日消耗數(shù)量可定義為:最近n天總消耗數(shù)量/n，總消耗數(shù)量可從消耗登記統(tǒng)計中自動得出;安全庫存天數(shù)可從該項器材從申領單打印到入庫單打印所花費天數(shù)自動計算。

12 結束語

該系統(tǒng)研制成功，如果能夠在各船上推廣應用，必能實現(xiàn)隨船器材倉儲精確化管理和隨船器材消耗的準確采集統(tǒng)計。同時可輔助機關器材采購工作，降低冗余庫存，提高器材經(jīng)費的使用效率。