物聯網技術在裝備質量管理信息采集中的應用

鄧傳加+劉華軍+呂占位

摘 要：為解決裝備質量管理信息化前端動態數據采集問題，提出了基于物聯網RFID技術的裝備質量管理信息采集的前端解決方法。首先介紹了RFID技術的原理并分析了信息化前端數據采集流程，在此基礎上，以傳感器測量、智能化操作面板和指紋識別為手段，研究了信息采集前端解決方法。該方法能夠有效解決裝備質量管理信息采集不準確、不及時和不規范等問題。

關鍵詞：物聯網；RFID技術；裝備質量管理；信息采集

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0141-02

Abstract： In order to solve the problem of dynamic data acquisition in the front-end of information management for equipment quality management， a front-end solution method for information collection of equipment quality management based on Internet of things（RFID） technology is proposed. First， the principle of RFID technology is introduced， and the data acquisition process of the information front end is analyzed. Based on that， the information acquisition front-end solution method is studied by means of sensor measurement， intelligent operation panel and fingerprint identification. This method can effectively solve the problems of inaccurate， untimely and non - standard information acquisition of equipment quality management.

Keywords： Internet of things； RFID Technology； Equipment quality management； information acquisition

1 概述

裝備質量管理信息是裝備在研制、生產及使用過程中體現出來的實際戰術技術狀態信息的集合，它是組織實施裝備質量管理的基礎，也是進行裝備使用、維修、保障以及改進裝備設計的重要依據。隨著信息化技術的不斷發展，如何提高裝備質量管理信息采集是一個值得研究的問題。同時，要想使裝備質量管理科學化、制度化、經常化落到實處，除了在管理理論要有創新外，另外一個重要方面就是必須依靠科學技術，研究能夠覆蓋裝備質量管理各個環節和流程的信息化管理模式。

裝備質量管理信息化模式就是構造一條裝備質量管理的動態信息鏈條，這個信息鏈條要包含前端裝備信息采集更新模塊、中間信息傳輸模塊以及后端信息處理數據庫模塊。目前裝備質量管理中解決了信息鏈條中的中間段和后端技術問題。但是，在前端裝備信息采集部分仍局限于填寫設備履歷書的人工輸入方式，導致前端裝備信息采集的實時性、真實性大打折扣。為此，本文提出了采用物聯網技術中的RFID技術的裝備質量管理信息化前端解決方法，并對基本原理和實現方法進行了詳細分析，為裝備質量管理信息化提供了新的思路。

2 物聯網技術

物聯網是指在計算機互聯網基礎上利用射頻（RFID）技術、無線通信技術、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監測和管理的一種網絡。

2.1 RFID的結構及原理

2.1.1 讀寫器。也稱閱讀器，用于讀取（或寫入）標簽信息的設備。讀寫器的收發距離范圍較大，根據輸出功率和使用頻率的不同，從幾厘米到幾十米不等。從電路實現角度來說，讀寫器可分為兩大部分，即射頻模塊與基帶模塊。射頻模塊主要由調制解調電路模塊及天線組成，主要功能有兩個，一是實現將讀寫器欲發往射頻標簽的命令調制到射頻信號上，經由發射天線發送到射頻標簽上，而射頻標簽對照射在其上的射頻信號做出響應。二是實現將射頻標簽返回到讀寫器的回波信號進行加工處理，并從中解調提取出射頻標簽回送的數據。

2.1.2 電子標簽。也稱射頻標簽、射頻識別。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號識別目標對象并獲取相關數據。由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信，它是射頻識別系統真正的數據載體，由線圈（天線） 和存儲有關應用標識信息的存儲器及微電子芯片組成。

一般來說射頻標簽的主要特點有：體積小、容量大、壽命長、可重復利用等特點，可支持快速讀寫、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。

2.1.3 天線。用于在電子標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號，以控制數據的獲取和通訊。天線在射頻標簽和讀寫器間發射電磁波，給射頻標簽提供微量能量，并負責接收來自射頻標簽發出的射頻信號。一般而言，天線都會與讀寫器整合在一起，可設計為手持式或固定式。

RFID技術的創新主要體現在電子標簽智能化和標簽信息采集存儲無線通信化上，在這兩個方面延伸的功能使其實用性、靈活性更強，為信息化建設的前端信息采集提供了解決方法。其技術實現原理如圖1所示。

該技術可對電子標簽進行數據讀寫操作，賦碼系統對信息數據的獨有加密、解密、讀取、寫入，使其具有最好的保密性和智能化。標簽信息采集與儲存采取無線通信方式，可以實現一定距離、高速、大范圍內多個電子標簽同時通信，通過專用天線設備可以實現對貼有電子標簽的相關裝備非接觸式監控管理。通過網絡及軟件應用系統，各類信息可與數據庫服務器保持同步更新，為管理的靈活性、實時性提供了可能。endprint

2.2 基于RFID技術的前端解決方法原理

為解決前端設備使用信息由以往的手寫填表，改為智能鍵盤輸入。此外，針對裝備日常管理信息由原來的可任意變更問題，改為自動存儲和不可更改，且對設備操作人員的不作為也有記錄。其實現原理如圖2所示。

通過智能化操作面板、指紋識別和RFID技術實現前端信息的智能采集，并自動完成對電子標簽信息的寫入。利用讀寫器對電子標簽信息非接觸收集并送入裝備質量管理后臺數據庫中；或管理人員手持PDA讀寫器，讀寫電子標簽信息，再送回裝備質量管理后臺數據庫中。

在每套裝備外殼的適當位置貼裝RFID電子標簽，在設備的電源線上安裝感應式電流傳感器，同時在裝備的操作面板旁安裝智能電子鍵盤。每套裝備的固定靜態信息在裝備投入使用前已通過專用PDA讀寫器儲存在RFID的后臺數據庫中，每套裝備使用人員的指紋也存儲在后臺數據庫中。裝備日常管理的動態信息則通過智能電子鍵盤，存儲在RFID電子標簽中。當管理人員開機使用設備時，電流傳感器給出信號，智能電子鍵盤自動記錄開機時間。當管理人員使用完設備關機時，電流傳感器又給出信號，智能電子鍵盤記錄關機時間，同時發出語音提示。該語音提示給出根據裝備日常管理要求設計好的操作菜單，要求管理人員按照提示內容完成此次操作的相關信息輸入。輸入完畢后，操作者按下智能電子鍵盤上的指紋識別鍵，至此設備本次操作的所有動態信息便儲存在RFID電子標簽中。隨后，設備操作的動態信息通過天線，傳入電子標簽讀寫器并進行編碼處理，再送入裝備質量管理后臺數據庫中。另外，裝備質量管理人員可定期使用手持PDA讀寫設備，通過無線電掃描方式，批量讀取各設備上RFID電子標簽儲存的動態信息，送入裝備質量管理信息系統數據庫中，對數據庫中已儲存的裝備質量管理信息進行補充和更新。

2.3 基于RFID技術前端解決方法的實現

對于設備開機和開機時間的自動記錄，采用在設備供電電源線外安裝傳感器檢測開關機的電流和電壓變化情況的方法。當傳感器檢測到有關的信號后，經過模數變換，輸入到智能電子鍵盤中的緩存器中。在智能電子鍵盤中有一個時鐘，提供前端信息采集的絕對時間，保證開關機時間的自動記錄。

對于設備操作和日常管理信息則通過智能電子鍵盤輸入，當檢測到關機信號后，智能電子鍵盤發出語音提示，管理人員需要按提示步驟進行操作。操作結束后，管理人員按下智能鍵盤上的指紋識別鍵，當按下該鍵后，此次設備操作的有關信息和操作人員信息通過無線方式傳送至貼于該設備外殼上的RFID電子標簽中。每次設備操作都履行這樣一個過程。RFID電子標簽可存儲1024KB的編碼信息，完全可滿足一臺設備約1000次動態信息的存儲。當RFID電子標簽中內存已滿時，還可以通過PDA讀寫器對其進行刷新處理。

對于存儲在RFID電子標簽中的信息，則是由RFID系統中配套的天線和PDA讀寫器，通過無線傳輸方式，收集于PDA讀寫器中，經過賦碼系統處理后送入裝備質量管理信息系統的后臺數據庫中。由于RFID電子標簽中的信息只能由PDA讀寫器讀出，而PDA讀寫器一般掌握在裝備質量管理機關人員手中，所以對于設備管理人員來說，儲存在RFID電子標簽中的內容無法隨意更改，這也使得信息的采集更為真實。

3 結束語

無線物聯網技術中的RFID技術可以有效解決裝備日常管理動態信息采集不準確、不及時和不規范等問題，為裝備質量管理信息的真實可靠提供了技術保證。此外，這套信息化前端解決方法中的智能電子鍵盤輸入，采用語音提示和自動存儲方式，具有一定的強制性，可以提醒非故意忘記填寫設備履歷書的情況。同時，對設備操作人員的不作為也有記錄。總之，采用該技術可以使設備使用和管理更加信息化和規范化。

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