基于RFID技術的實驗室資產管理系統設計

摘要：儀器設備的管理是通信類實驗室日常工作中非常重要的部分。實驗室需要管理大量不同類型的儀器設備，涉及出入庫、盤點、校準、領用、報廢等多個流程環節。這些儀器設備具備的移動需求大、維護要求高的特點，對設備管理的時效性和精準度提出了更高要求。RFID技術是一種自動識別技術，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（如電子標簽或射頻卡）進行讀寫。本文研究了利用RFID技術解決實驗室儀器設備管理中的一系列問題，并給出了可行的解決方案。

關鍵詞：實驗室管理；設備管理；RFID；物聯網

一、研究背景

隨著通信實驗室業務的發展和規模的擴展，實驗管理設備的數量和種類持續增多。再加上通信實驗室儀器設備移動需求大、維護要求高等特點，實驗室的管理難度越來越大，復雜程度也呈現上升趨勢。隨著RFID在各領域的廣泛使用，尤其是在倉庫管理等方面的應用，使得實驗室管理可以借鑒工業領域的倉庫管理方法和理念，通過RFID技術實現實驗室的全流程線上自動化管理。

本文以RFID感知物聯網技術為基礎，旨在設計出能夠監控、管理實驗室物聯網的軟件平臺，使傳感信息以數字化的方式呈現給用戶。同時也方便傳感器的擴展，對傳感網絡和傳感數據實現線上的數字化管理。

二、資產管理系統方案概述

（一）系統架構介紹

本文從當前研究院對資產管理的迫切需求出發，分析了RFID技術在實驗室資產管理中的可靠性和必要性，并提出了建設RFID管理系統的目標。首先將構建系統方案的整體架構，并對架構中的RFID設備和軟件功能模塊這三個主要部分進行需求設計。其次從組網的角度對RFID設備和服務器端之間的通信需求進行分析，從而在整體上對項目的實際需求和初步解決方案進行概要設計。系統組成分為三個部分：信息采集和識別的RFID 設備，信息傳輸的網絡設備和數據庫，可視化的資產管理控制臺。

（二）RFID 設備：信息采集和識別

RFID設備包含RFID讀寫器（識別裝置）和RFID標簽兩大核心組件。前者負責發射無線信號以激活標簽并讀取返回的數據，后者則附著在設備上，存儲著關于設備的唯一信息。二者共同組成了前端數據采集系統，是整個RFID基礎架構中原始數據的來源。設備和標簽共同實現了實驗室儀器設備管理的自動化和精確化。

1.手持讀寫器

手持讀寫器是工作人員用于設備信息錄入、資產信息盤點和標簽管理的關鍵設備。為了實現與資產管理系統的信息傳輸，手持讀寫器需要具備與PC機通信的接口，如RS232或USB，或者通過內置Wi-Fi模塊實現無線通訊。這些功能確保了設備可以與RFID標簽進行有效通信，并及時同步數據。

手持設備的入網方式通常有三種：（1）2.4G頻段WLAN接入：要求具有802.11a/b/g的接入能力，以適應2.4GHz頻段的無線網絡環境。（2）RJ45接入：要求設備具有100M全雙工的以太網接入能力，并支持TCP/UDP傳輸協議。（3）與管理軟件數據庫的網絡端口開放：意味著除了物理層面的連接外，手持設備還需要能夠在網絡層面上與管理軟件的數據庫進行通信。

2.無源抗金屬標簽：TYTF-9622

RFID標簽采用無源抗金屬標簽，具有抗破壞性、掃描感應能力和體積上的優勢，可以滿足實驗室所有場景的需求。具體指標如表1所示。

3.軟件功能模塊

資產管理系統是一種用于追蹤和管理組織內資產的軟件解決方案，它通常運行在服務端與RFID（無線射頻識別）設備配合使用，以自動化的方式收集和處理資產數據。系統兩大模塊可以大幅提高資產管理的效率和準確性，減少人工錯誤，并提供實時的資產信息。

基本功能模塊：包括基礎數據管理子系統；資產錄入、管理子系統；資產盤點子系統；統計分析子系統；系統管理子系統；

手持機軟件模塊：包括無源RFID監控數據采集、傳輸子系統；重點資產進出監控子系統。

三、系統詳細設計

（一）系統功能架構

整個RFID固定資產管理系統分為儀表狀態管理模塊和系統管理模塊兩部分。儀表狀態管理模塊是系統的可視化監控中心，它通過圖形用戶界面（GUI）提供直觀的監控功能，負責實時顯示和管理固定資產的多個關鍵狀態，包括資產的入庫、盤點、標簽更換、異動處理以及出庫等環節。系統管理模塊則主要聚焦于后臺管理操作，為管理人員提供前臺窗口，用于錄入、更新和維護設備信息、人員信息以及庫房信息。

（二）數據處理流程

為了充分考慮系統設計的層次性和模塊間的低耦合性，系統從底至上被劃分為傳感域、業務域和應用域三個主要層級。

在應用域的設計中，系統采用了瀏覽器/服務器架構。這意味著應用端可以專注于信息的采集和提高系統的可靠性。而信息的處理和錄入則由服務器集中處理，這樣不僅簡化客戶端的設計，還允許服務器對數據分類加工。應用服務器直接與用戶交互，支持資產信息查詢、用戶管理等功能。用戶可以輕松登錄應用服務器頁面，實現高效便捷的資產管理。

業務域位于應用系統和硬件設備之間。鑒于RFID應用系統的數據量龐大且冗余度高，為了擴展RFID中間件的應用范圍并提高其使用靈活性，在ALE規范的基礎上，設計了一種適用于分布式、多網關應用環境的中間件架構。RFID中間件通過內部的容錯機制和邏輯判斷機制，能夠對原始采集數據進行智能判斷，并根據不同的應用層事件要求，生成相應的報告返回給應用系統。企業應用系統也可以利用 RFID 中間件處理大規模的原始數據流，濾除冗余數據，提取有價值的信息，有效減輕應用系統的處理負擔。

傳感域包括RFID閱讀器，分支器以及射頻天線等硬件設備，它們是系統獲取外部數據的主要來源。工作流程為：（1）應用域發起請求：系統的應用層負責發起各種應用請求，這些請求包括資產盤點、資產掃描和資產定位等操作。（2）業務域處理與轉發：應用層的請求經過處理后，會被轉發到系統的業務層。在業務層，請求會進一步被傳遞到中間件進行后續處理。（3）中間件的事件處理：中間件接收到來自業務層的請求后，會進行事件分解和其他必要的處理。這一步驟是為了確保請求能夠被正確地解析和執行。（4）傳感層標簽讀?。禾幚砗蟮恼埱髸恢虚g件用來指揮傳感層中的所有相關標簽閱讀器，進行標簽讀取操作。（5）標簽信息解析與反饋：標簽信息被讀取后，中間件會對這些信息進行解析處理，并將處理結果回傳給應用層。（6）資產信息的可視化展示：應用層接收到解析后的資產標簽信息，并將其轉化為直觀的資產數據，通過用戶界面展示出來，從而實現了從請求發起到信息展示的完整操作流程。（7）分層設計與模塊化：通過將系統的數據流按照功能模塊進行分層設計，實現了系統的模塊化，這不僅提高了系統的可維護性和擴展性，也增強了系統的魯棒性。

系統的整體流程如圖1所示。

（三）資產狀態轉換圖

系統中管理的資產可能處于入庫、定點、移動、替換或出庫狀態，并可在定點態、移動態和替換態之間自由轉換。

入庫態：指標簽剛被寫入ID，并在數據庫中與資產ID進行綁定的狀態，這是在第一次進入定點態之前的狀態。該狀態下，標簽會被系統跟蹤，但不會引起其他反應。

定點態：指標簽被限定在某個范圍內的狀態。該狀態下，標簽一旦越界，也就是通過了某個不該通過的門禁，那么標簽將轉入移動態，并會提醒管理員。

移動態：指標簽在移動中的狀態，此時資產通過門禁只進行記錄，不進行提醒。

出庫態：指標簽ID與資產ID解綁，資產ID被標注為出庫的狀態。

（四）基礎數據結構

1.普通資產及狀態

普通資產的基本信息包括資產ID、設備名稱、設備編號、部門、廠家、責任人、使用人、入庫時間、位置、狀態、類別等以及資產在上文所述的四種狀態。

2. 管理員角色檔案

對于資產管理員，目前系統采用了分級管理機制，通過不同的級別來實施對資產的分層管理和維護。具體來說，系統設有最高權限的院級資產管理員，以及權限較低的部門管理員。

各角色的職責明確如下：

院級資產管理員：具有系統的最高執行權限，可執行系統內所有業務流程并管理系統中的所有資產信息。

僅院級資產管理員：負責綜合管理系統的審批工作，包括資產入庫時的發卡、替換標簽發卡、資產出庫、部門間資產的調撥移動，以及資產門禁記錄的管理。

部門資產管理員：負責管理所轄部門的資產，包括資產的入庫與標簽替換時的貼標確認、所轄資產的標簽替換申請、所轄資產的盤點、所轄房間的掃描、所轄資產在一級部門內部的移動，以及所轄資產的門禁記錄。

院級資產協管員：具有部門資產管理員的所有操作權限。

責任人：僅限于查詢自己所負責的資產，并查看部門資產管理員的盤點結果。

四、結束語

截至目前，本文涉及的項目系統已全部完成并運行兩年。極大改善了實驗室固定資產的管理流程，顯著提高了工作效率與管理的準確性，實時監控固定資產的場地變更與更換，使資產管理更科學便捷，提高了安全性。該系統的建立及運用也為院內資產管理提供了一種數字化的創新思路。該系統降低了人力成本實現了固定資產管理的便捷性、實時性和精確性。預示著資產管理邁入了一個更智能化、數字化的新時代。

作者單位：吳瓊 李靜 中國信息通信研究院

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