基于掃碼裝置的汽車實(shí)訓(xùn)工器具借還管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

苗志鋒，趙春平

(廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

0 引言

汽車實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，會(huì)用到檢修拆裝類工器具,這些工器具需要事前向?qū)嵱?xùn)中心借用，實(shí)訓(xùn)結(jié)束后歸還。在實(shí)訓(xùn)周比較集中的時(shí)段，存在多名教師同時(shí)借還工器具操作。套裝工器具中有多個(gè)零部件，實(shí)訓(xùn)管理員領(lǐng)取、核對(duì)、登記工作需要時(shí)間,多人同時(shí)借還會(huì)導(dǎo)致登記時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引發(fā)教學(xué)延誤或核對(duì)不仔細(xì)等問(wèn)題。如何快速完成套裝實(shí)訓(xùn)工器具的預(yù)約申請(qǐng)、及時(shí)登記，從而提高借還效率，讓管理員將工作重點(diǎn)放在工器具的檢查、核對(duì)和整理上，是汽車實(shí)訓(xùn)室管理中迫切需要解決的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

1 現(xiàn)有研究基礎(chǔ)

當(dāng)前的研究與實(shí)踐中，探索和應(yīng)用各種信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)管理的信息化和數(shù)字化。丁順鶯等[1]提出了對(duì)接智慧校園和統(tǒng)一登錄的基于B/S結(jié)構(gòu)的多模塊實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)，加強(qiáng)了對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)、耗材、設(shè)備和安全等管理。王玉[2]提出了將二維碼用在實(shí)訓(xùn)室設(shè)備管理、安全教育管理的一種思路和探索。李春秋等[3]從提供實(shí)訓(xùn)室的資源利用共享出發(fā)，分析研究實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)的5大功能模塊和信息技術(shù)的應(yīng)用。徐玉明等[4]研究了一種利用RFID在衣柜中測(cè)距和快速查找衣柜內(nèi)衣物的方法和系統(tǒng)，為在倉(cāng)儲(chǔ)柜內(nèi)快速定位和查找套裝工器具提供了一種思路和方法。上述，丁順鶯和李春秋等側(cè)重在實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和功能模塊的完整性和共享；王玉和徐玉明等側(cè)重在利用二維碼和RFID兩種技術(shù)改善設(shè)備管理。為在工器具套裝的借還管理中的快速登記提供了系統(tǒng)平臺(tái)和方法思路。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由用戶權(quán)限模塊、器具管理模塊、預(yù)約管理模塊、出入庫(kù)管理模塊組成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 工器具管理模塊

工器具數(shù)據(jù)信息源于或?qū)訉W(xué)院資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在資產(chǎn)信息表的基礎(chǔ)上，在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)新增擴(kuò)展數(shù)據(jù)表，包括工器具信息表Toolset、定位表Location、狀態(tài)維護(hù)表State等。在數(shù)據(jù)庫(kù)中擴(kuò)展技術(shù)是一對(duì)一關(guān)聯(lián)的方式。在資產(chǎn)系統(tǒng)中，每項(xiàng)設(shè)備都要一個(gè)具體唯一的編碼Instrument_id。其作為本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)Toolset表的外鍵，進(jìn)行表間一對(duì)一關(guān)聯(lián)。

為快速查詢定位工器具，引入RFID條形碼和配套掃碼設(shè)備，為每套工器具進(jìn)行粘貼、標(biāo)識(shí)RFID標(biāo)簽，將其數(shù)字標(biāo)識(shí)串loc_keys存入定位表中進(jìn)行關(guān)聯(lián)。通過(guò)loc_keys能快速顯示工器具所在區(qū)域Area和貨架Stock,可以進(jìn)一步查詢?cè)摴て骶咛籽b的借還記錄。

2.2 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)有3類用戶：系統(tǒng)管理員、應(yīng)用管理員和使用申請(qǐng)者，每個(gè)用戶都具備不同等級(jí)的操作權(quán)限。用戶權(quán)限采用Django內(nèi)置的權(quán)限系統(tǒng)Django.contrib.auth.models庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)置。

(1)系統(tǒng)管理員是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的管理和運(yùn)維人員，擁有最高系統(tǒng)權(quán)限，負(fù)責(zé)創(chuàng)建、更新和維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行日志，維護(hù)系統(tǒng)的安全等。一般不負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)操作。

(2)應(yīng)用管理員。一般是實(shí)訓(xùn)中心管理人員，直接面對(duì)申請(qǐng)者，借還管理的具體經(jīng)手人員。當(dāng)有工器具的申請(qǐng)預(yù)約時(shí)，及時(shí)查看庫(kù)存，進(jìn)行審核分派，并及時(shí)反饋。及時(shí)清點(diǎn)核對(duì)工器具套裝，完成快速的出入庫(kù)操作。

(3)使用申請(qǐng)者。是借用設(shè)備的教師和學(xué)生團(tuán)隊(duì)，一般是教師。每個(gè)教師有個(gè)身份碼，關(guān)聯(lián)自己的工號(hào)或?qū)W號(hào)。需要在事前1～2天在線預(yù)約，能隨時(shí)查看預(yù)約進(jìn)度和結(jié)果的反饋。可以授權(quán)自己的工號(hào)身份碼，給班級(jí)學(xué)生代為進(jìn)行借還操作。

2.3 預(yù)約管理

使用者界面中有3個(gè)功能TAB頁(yè)：預(yù)約申請(qǐng)頁(yè)、進(jìn)度查看頁(yè)和我的記錄。使用者在預(yù)約申請(qǐng)頁(yè)中發(fā)起預(yù)約，生成一條預(yù)約記錄，給應(yīng)用管理員審核分派工器具資源或退回，審核的狀態(tài)可以在進(jìn)度查看頁(yè)中隨時(shí)訪問(wèn)。審核通過(guò)的預(yù)約記錄會(huì)生成一個(gè)二維碼鏈接，這個(gè)鏈接在登記借還時(shí)可以出示。我的記錄頁(yè)保留個(gè)人信息、借還記錄等。

2.4 出入庫(kù)管理

在實(shí)訓(xùn)開始前，申請(qǐng)者需要到管理室去借用登記、領(lǐng)用工器具套件。在領(lǐng)用時(shí)，向管理員出示預(yù)約申請(qǐng)單鏈接的二維碼。經(jīng)管理員掃碼打開領(lǐng)用或歸還頁(yè)，再用RFID掃碼設(shè)備，直接將工器具套裝的數(shù)字識(shí)別碼快速錄入系統(tǒng)，將出入庫(kù)記錄與預(yù)約單進(jìn)行關(guān)聯(lián)和綁定，并生成一條借還記錄。出入庫(kù)登記流程如圖2所示。

圖2 出入庫(kù)登記流程

3 系統(tǒng)技術(shù)說(shuō)明

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用Web架構(gòu)和操作臺(tái)的混合式架構(gòu)，其中操作臺(tái)包括二維碼掃碼、RFID感應(yīng)掃描設(shè)備以及攝像頭；Web應(yīng)用選用Python的Web框架Django和RestFramework，數(shù)據(jù)庫(kù)使用MySQL，JS框架采用Vue及組件。在開發(fā)中混合使用了基于API的前后端分離的開發(fā)模式。

3.1 Django和Vue的開發(fā)模式

Web應(yīng)用開發(fā)中，采用當(dāng)前較新的基于JSON-RPC規(guī)范的前后端相分離的開發(fā)模式。后端采用Djanog Rest Framework框架為所有前端(PC瀏覽器、H5、小程序等)提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和序列化(Serializer)、用戶權(quán)限管理等基本服務(wù)。

前端開發(fā)采用基于NodeJS的框架。安裝有Vue3+ElementPlus組件庫(kù)進(jìn)行前端開發(fā)多端應(yīng)用。通過(guò)Axios庫(kù)與后端進(jìn)行Http/WebSocket的數(shù)據(jù)通信，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染生成，提供給用戶進(jìn)行操作和管理。

3.2 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。作為一種新興的先進(jìn)技術(shù)，RFID具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如：唯一性識(shí)別，非接觸式自動(dòng)識(shí)別，無(wú)需光學(xué)可視即能完成信息處理，較長(zhǎng)距離識(shí)別，高速運(yùn)動(dòng)物體識(shí)別，多個(gè)標(biāo)簽識(shí)別，可在各種較為惡劣的環(huán)境下應(yīng)用等。

RFID主要由電子標(biāo)簽(Tag)、RFID讀寫器(Reader)、RFID天線及系統(tǒng)組成，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將電子標(biāo)簽內(nèi)資料，以非接觸式的方式傳送到RFID讀寫器中，RFID閱讀器再將擷取、辨識(shí)的信息傳送給后端應(yīng)用系統(tǒng)，以便進(jìn)一步處理、使用或加值運(yùn)用這些資料。

在本應(yīng)用中，將FRID的電子標(biāo)簽(TAG)按要求張貼于套裝工器具或其包裝上。RFID讀寫器可以在操作臺(tái)對(duì)出入庫(kù)的工器具進(jìn)行快速批量非接觸式識(shí)別，一次性關(guān)聯(lián)綁定多項(xiàng)工器具設(shè)備碼。

3.3 二維碼技術(shù)

二維碼是通過(guò)多個(gè)條形碼存儲(chǔ)信息，并且以二維空間的模式將其擴(kuò)展開來(lái)，不再需要連接特定的數(shù)據(jù)庫(kù)，自身便擁有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以有效提供海量數(shù)據(jù)。此外，二維碼還具有識(shí)別率高、防偽性能高等優(yōu)勢(shì)，可以印刷在報(bào)紙、雜志等平面刊物上，增強(qiáng)二維碼的流動(dòng)性，同時(shí)擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用中，在預(yù)約審核鏈接生成二維碼，可以通過(guò)掃碼方式快速調(diào)出頁(yè)面，開始下一步操作，提高業(yè)務(wù)操作效率。

二維碼的結(jié)構(gòu)遵循ISO/IEC 18004標(biāo)準(zhǔn)，在二維碼的生成和識(shí)別中，可以直接使用Python的第三方二維碼庫(kù)進(jìn)行處理。需要安裝Qrcode及依賴庫(kù)，在Shell命令行下，輸入安裝指令“>pip install qrcode pillow image”。安裝完成后，打開Python開發(fā)環(huán)境PyCharm，在項(xiàng)目文件中進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。編碼生成二維碼驗(yàn)證程序如圖3所示。

圖3 編碼生成二維碼驗(yàn)證程序

4 應(yīng)用效果分析

通過(guò)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，導(dǎo)入用戶、工器具等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。組織多名教師事前申請(qǐng)預(yù)約，生成鏈接二維碼。管理員能根據(jù)鏈接中定位表信息快速確定工器具定位，核查后通過(guò)RFID掃碼槍輸入關(guān)聯(lián)，登記借用記錄，并在數(shù)據(jù)中生成。狀態(tài)變?yōu)橐呀璩觯却龤w還。通過(guò)掃碼歸還，生成一條歸還記錄，將本次預(yù)約記錄歸檔，形成閉環(huán)。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，通過(guò)兩次掃碼，將手動(dòng)輸入操作的時(shí)間降低到了10 s以內(nèi)，大大縮短了流程所需時(shí)間，提升了操作效率。

5 結(jié)語(yǔ)

在汽車實(shí)訓(xùn)室借還管理中，除應(yīng)用Web服務(wù)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)登記之外，引入在超市、圖書館應(yīng)用相對(duì)普遍的RFID感知識(shí)別技術(shù)以及二維碼技術(shù)，將多維多元數(shù)據(jù)基于Web服務(wù)進(jìn)行整合、關(guān)聯(lián)，明顯減少了手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)量，提高了效率和效益，充分展現(xiàn)了新一代信息技術(shù)的應(yīng)用成效。但是在研究過(guò)程中，關(guān)于套裝工器具的零部件的配套記錄、識(shí)別和核對(duì)還是一個(gè)難點(diǎn)，需要后續(xù)繼續(xù)研究解決。