基于云計算和RFID的科技創(chuàng)新儀器管理平臺構(gòu)建

馬 欽， 趙新光， 陳 昕， 范夢揚

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學 信息與電氣工程學院, 北京 100083； 2. 中國電信股份有限公司 北京分公司, 北京 100010)

基于云計算和RFID的科技創(chuàng)新儀器管理平臺構(gòu)建

馬 欽1， 趙新光2， 陳 昕1， 范夢揚1

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學 信息與電氣工程學院, 北京 100083； 2. 中國電信股份有限公司 北京分公司, 北京 100010)

目前高?？萍紕?chuàng)新活動中科技創(chuàng)新儀器設備管理(特別是自有固定資產(chǎn))存在效率低、成本高、精準度低、分析手段薄弱等問題。針對上述問題，采用云計算和射頻識別(RFID)技術提出了高?？萍紕?chuàng)新儀器設備共享管理平臺的構(gòu)建方案；基于“軟件即服務”模式(SaaS)，文中對平臺的系統(tǒng)組成、軟件架構(gòu)、客戶端功能、管理業(yè)務流程等分別進行了設計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)出入庫、調(diào)撥、盤點、借出歸還、維修報廢等儀器設備日常使用環(huán)節(jié)的管理與統(tǒng)計，具有技術先進、功能實用、部署快捷、成本低等優(yōu)點。該系統(tǒng)應用于高等院校大學生創(chuàng)新基地的自有固定資產(chǎn)管理中，將大幅度提高管理的效率和精準度，提升資產(chǎn)壽命和使用率。

無線射頻識別技術； 云計算； SaaS模式； 科技創(chuàng)新儀器管理

0 引 言

目前，各高校大學生科技創(chuàng)新活動是大學生培養(yǎng)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過開展各類科技創(chuàng)新活動能夠培養(yǎng)大學生的科技意識、科研精神，有效提高大學生創(chuàng)新能力與實踐能力[1]。而科技創(chuàng)新儀器設備是開展大學生科技創(chuàng)新活動的必要基礎設施，目前防止科技創(chuàng)新設備(特別是固定資產(chǎn))閑置流失、充分發(fā)揮固定資產(chǎn)效益，是各高?？萍紕?chuàng)新實驗室資產(chǎn)管理中面臨的主要問題，亟待解決。這些科技創(chuàng)新設備包括移動、固定通信網(wǎng)絡，電信設備，電氣設備，三維成像設備等，具有種類多、結(jié)構(gòu)分類復雜、分布式部署(如通信設備)等特點；傳統(tǒng)高校科技創(chuàng)新設備資產(chǎn)管理一般采用紙張文件來記錄和追蹤管理，少數(shù)實驗室采用了條形碼技術；但隨著國家對高?？萍紕?chuàng)新活動的不斷重視，創(chuàng)新活動中新型設備不斷更新?lián)Q代，普遍存在管理效率低、人力資源浪費、數(shù)據(jù)人為誤差等問題，給設備管理工作帶來難度[2-4]。針對上述科技創(chuàng)新設備管理中存在的問題，總結(jié)需求如下：① 快速、準確、簡便地統(tǒng)計和查詢設備資產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足資產(chǎn)不斷增加、資產(chǎn)更動頻繁管理需求。② 降低由于資產(chǎn)信息登記介質(zhì)易損、登記操作誤差導致的賬實不符等信息管理差錯。③ 降低資產(chǎn)盤點難度，解決數(shù)據(jù)與盤點及更動操作不能及時同步的問題，減少人力資源投入，提高工作效率。④ 提供有效的設備信息統(tǒng)計分析手段，以便使有限的資產(chǎn)得到更高效的利用。⑤ 結(jié)合新技術降低資產(chǎn)管理軟硬件成本投入。

1 RFID和云計算技術

無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術，是一種利用射頻通信實現(xiàn)非接觸式自動識別的技術；RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、批量讀取、移動識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術與互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術相結(jié)合，可大幅度提高業(yè)務管理與運作效率，提高生產(chǎn)效率、降低成本[5]。

以云計算為代表的分布式網(wǎng)絡信息處理技術正是為解決互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所帶來的巨量數(shù)據(jù)存儲與處理需求而產(chǎn)生[6]。云計算以虛擬化的硬件體系為基礎，以高效服務管理為核心，提供自動化，具有高度可伸縮性、虛擬化、標準化的硬、軟件資源服務[7]。云計算優(yōu)化了IT結(jié)構(gòu)，提升了運維效率、縮短業(yè)務上線周期；降低系統(tǒng)成本，實現(xiàn)了節(jié)能減排[8]。作為云計算三大業(yè)務模式之一的SaaS模式[9]，通過Internet提供軟件服務，用戶不用再購買軟件，消除了企業(yè)購買、構(gòu)建和維護基礎設施和應用程序的需要，成為采用先進技術的最好途徑[10]。SaaS模式與傳統(tǒng)的銷售軟件永久許可證的方式有很大不同，它是未來管理軟件的發(fā)展趨勢，具有投資少、按需服務、使用靈活、范圍廣等優(yōu)勢[11-12]。

通過將RFID技術和云計算模式有機結(jié)合，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，應用于實驗管理系統(tǒng)的構(gòu)建，可為高校繁多的創(chuàng)新實驗設備提供安全、高效、綠色、節(jié)省成本的設備管理服務[13-16]。

2 基于云計算和RFID技術的科技創(chuàng)新實驗設備共享管理平臺構(gòu)建

2.1 科技創(chuàng)新實驗設備管理平臺構(gòu)成

基于云計算和RFID技術的設備管理平臺設計如圖1所示，主要包括門禁讀取器、手持讀取器、業(yè)務和數(shù)據(jù)庫服務器等幾部分[17]。

圖1 科技創(chuàng)新實驗設備管理平臺構(gòu)成

(1) 門禁讀取器。在高校各創(chuàng)新基地主要的數(shù)據(jù)中心、機房、庫房出入口，安裝門禁RFID標簽讀取器。此裝置將對出入的RFID標簽進行記錄并進行審核驗證。門禁讀取器可通過無線或有線網(wǎng)絡與管理系統(tǒng)服務器通信，完成設備信息的查詢與同步。

(2) 手持讀取器。對于管理較為分散的儀器設備，可采用手持RFID標簽讀取設備，對一定區(qū)域內(nèi)的固定設備RFID標簽進行批量讀取和維護。手持讀取器內(nèi)置3G模塊，可通過3G網(wǎng)絡與管理系統(tǒng)服務器通信，完成儀器設備信息的查詢與同步。

(3) 業(yè)務和數(shù)據(jù)庫服務器。采用J2EE架構(gòu)設計，提供實驗儀器設備管理業(yè)務功能，包括系統(tǒng)管理、標簽管理、設備管理、數(shù)據(jù)維護、統(tǒng)計分析、告警管理等功能模塊。業(yè)務功能設計支持多用戶模型，可同時為學校多個學院提供服務。

2.2 科技創(chuàng)新設備共享管理平臺軟件架構(gòu)設計

設備管理平臺采用三層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 實驗設備共享管理平臺軟件架構(gòu)圖

科技創(chuàng)新設備共享管理平臺的3層結(jié)構(gòu)分別是感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

(1) 感知層。使用RFID標簽對每個需要管理固定設備資產(chǎn)進行標識，通過門禁讀取器和手持讀取器從標簽中獲取設備相關屬性信息。

(2) 網(wǎng)絡層。由WIFI、有線局域網(wǎng)、3G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡組成，負責門禁讀取器或手持讀取器與設備資產(chǎn)管理云平臺之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

(3) 應用層。由共享存儲、共享數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)功能及用戶API組成，提供資產(chǎn)管理、標簽管理、盤檢管理、告警管理、統(tǒng)計分析等多項業(yè)務功能，該層次基于多用戶模型設計，可為學校多個學院和辦公部門同時提供設備資產(chǎn)的管理服務。

2.2.1 PC客戶端軟件功能設計

科技創(chuàng)新儀器管理平臺的PC客戶端軟件基于B/S架構(gòu)設計,提供新設備資產(chǎn)登記、現(xiàn)網(wǎng)設備資產(chǎn)信息的日常維護、告警監(jiān)控、盤檢任務管理等功能，具體功能如表1所示。

表1 PC客戶端軟件功能表

2.2.2 手持終端軟件功能設計

手持讀取器小巧靈活，便于攜帶，適合于實驗設備現(xiàn)場的盤點、登記等活動場景下使用，其軟件功能一般包括設備查詢、盤點管理、設備定位等，如表2所示。

表2 手持終端軟件功能表

2.3 實驗儀器設備管理業(yè)務流程

科技創(chuàng)新實驗設備從合同簽署，設備到貨后開始進入設備管理流程，主要包括設備入庫、設備出庫、設備調(diào)撥、設備日常使用管理、設備維修、設備報廢處置、設備盤點等關鍵環(huán)節(jié)，設備管理主要業(yè)務流程描述如圖3所示。

(1) 設備入庫流程。設備到貨后，管理員在實驗設備管理系統(tǒng)中登記并打印標簽，標簽中一般包含設備ID、分類、名稱、型號、品牌、設備序列號、設備使用/領用日期、設備維修記錄、資產(chǎn)保管部門、資產(chǎn)保管人等信息，粘貼標簽后的設備進入庫房，門禁讀取器將讀取設備RFID信息，并發(fā)送登記信息到設備管理系統(tǒng)。

(2) 設備調(diào)撥出庫。設備使用前首先調(diào)撥到相應的使用創(chuàng)新科技小組，管理員登錄資產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)設備調(diào)撥出庫指令，并登記設備將要調(diào)入的機房信息；設備領用人員攜帶設備離開庫房，安裝在庫房的門禁讀取器根據(jù)預先設定的設備位置判斷設備出庫，并將信息反饋到資源管理平臺，存在相應的調(diào)撥出庫指令，

圖3 實驗設備管理業(yè)務流程

則審核通過，否則通過短信、郵件等方式將告警信息發(fā)送管理員；當設備進入擬調(diào)入的機房時，門禁讀取器將設備進入信息反饋給資源管理平臺，系統(tǒng)登記本次資產(chǎn)調(diào)撥任務完成，并更新設備最新的位置信息。

(3) 設備盤點。定期通過科技創(chuàng)新實驗設備管理平臺創(chuàng)建設備盤點任務，并劃定設備盤點范圍。任務創(chuàng)建后盤點設備列表，并根據(jù)設備位置信息到設備現(xiàn)場(庫房、實驗室、機房等)進行實物盤點，手持讀取器搜索信號范圍內(nèi)的RFID信息，并自動與列表進行比對，盤點結(jié)束后，設備盤點員核實盤點信息，如有與記錄不符的情況則進行標注，之后將盤點結(jié)果提交平臺。如遇設備丟失或損壞，則在盤點結(jié)束后，啟動保修或報廢/丟失流程。

3 系統(tǒng)實施效果

基于云計算和RFID技術的科技創(chuàng)新實驗設備共享管理系統(tǒng)的實施，將有效地減輕高?？萍紕?chuàng)新設備管理工作的壓力，能有效提升設備管理的效率，減少設備的重復購買和浪費。

(1) 可實現(xiàn)快速設備登記、盤檢、校對，RFID手持讀取器可遠距離對設備進行識別，并能夠批量進行讀寫和自動校對，提升工作效率。

(2) 提升實驗設備管理操作的準確性，操作均以計算機系統(tǒng)為依托，降低了手工記錄的差錯率。

(3) 通過實驗設備有效管理將降低高校的儀器設備支出，加強了固定資產(chǎn)的監(jiān)督，保障了資產(chǎn)的安全。設備狀態(tài)監(jiān)控的明朗化，為各科技創(chuàng)新小組申請新設備、設備調(diào)撥、設備維修、設備報廢等環(huán)節(jié)的審批、決策提供科學可靠的依據(jù)。

(4) 基于云計算SaaS模式搭建實驗設備管理平臺，采用以租代售的模式，降低了高?？萍紕?chuàng)新實驗設備管理投入門檻，節(jié)省了開支，同時不需要專業(yè)技術人員去維護系統(tǒng)，降低了人力成本。

4 結(jié) 語

基于云計算和RFID技術的科技創(chuàng)新實驗設備共享管理平臺方案，具有技術先進、功能實用、部署快捷、節(jié)約成本等優(yōu)點。本系統(tǒng)的應用將取代高校創(chuàng)新基地原有設備管理作業(yè)中繁重的手工操作，提高工作效率，提升設備管理精度，降低設備記錄的差錯率。該系統(tǒng)提供的全面精確的儀器設備信息，將為高校創(chuàng)新基地實驗儀器設備管理操作提供重要依據(jù)?；谠朴嬎鉙aaS模式是目前管理軟件構(gòu)建的發(fā)展趨勢，不僅為高校設備管理節(jié)約了成本，縮短了部署時間，而且在軟件的升級、數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢將為高校實驗設備管理提供更多更優(yōu)質(zhì)的服務。

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·名人名言·

把簡單的事情考慮得很復雜，可以發(fā)現(xiàn)新領域；把復雜的現(xiàn)象看得很簡單，可以發(fā)現(xiàn)新定律。

——愛因斯坦

Construction of Technology Innovation Instrument Management Platform Based on Cloud Computing and RFID Technology

MAQin1,ZHAOXinguang2,CHENXin1,FANMengyang1

(1. College of Information and Electrical Engineering, China Agriculture University, Beijing 100083, China; 2. China Telecom Corporation Limited Beijing Branch, Beijing 100010, China)

At present, the problems such as lower efficiency, high cost, lower precision and weaker analyze methods exist when colleges and universities manage their own fixed assets. In this paper, we put forward to constructi fixed assets management system to solve the above problems by using cloud computing and RFID technology. The system composition, platform software frame, client functions, and management operation flow are respectively designed based on Software-as-a-Service (SaaS) model. The system can be used for fixed assets management and statistics in daily use sessions. The system has qualities of advance technology, practical functions, convenient deployment and low cost. The application of this system in colleges and universities fixed assets management will highly improve the assets management efficiency and precision, and significantly increase the assets life and usage rate.

RFID technology; cloud computing; SaaS model; technology innovation instrument management

2016-07-15

北京高等學校示范性校內(nèi)創(chuàng)新實踐基地建設項目

馬 欽(1978-)，女，河北唐山人，博士，副教授，研究方向：計算機應用技術，云計算。

Tel.:13391809180； E-mail:sockline@163.com

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1006-7167(2017)03-0287-04