RFID技術(shù)在軍事器材倉儲管理中的應(yīng)用

韓月霞+李雄偉+王凱+康呂欣

摘 要：針對傳統(tǒng)器材倉儲管理存在的問題，深入分析了RFID在器材倉儲管理中的應(yīng)用需求，對各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于RFID的器材倉儲管理信息系統(tǒng)，以完成器材倉儲管理中的入庫、出庫、盤點(diǎn)和貨位分配的規(guī)范化和自動化，改善了器材倉儲管理流程，從而大大提高了器材倉儲的管理效率。

關(guān)鍵詞：無線射頻識別技術(shù)；裝備保障；器材倉儲；管理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）10-00-03

0 引 言

器材倉儲管理是裝備器材保障的重要組成部分，是裝備技術(shù)性能充分發(fā)揮的重要保障，也是影響部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵因素[1]。目前，我軍器材倉庫中保障物資種類和數(shù)量繁多，但倉儲管理手段卻比較落后，大部分仍主要依賴人工方式，信息化程度不高。雖然也有部分倉庫利用條碼化管理實(shí)現(xiàn)了信息采集的數(shù)字化，但是條碼技術(shù)存在信息無法更改、存儲容量小以及讀取信息不方便等缺點(diǎn)，不能適應(yīng)新形勢下器材倉儲管理快速、有效獲取信息的要求[2]。RFID（Radio Frequency Identification）無線射頻識別技術(shù)具備對多個高速移動目標(biāo)進(jìn)行非接觸識別、電子標(biāo)簽可重復(fù)使用且存儲容量大等優(yōu)勢[3]，正逐漸被廣泛應(yīng)用于物流倉儲、交通以及軍事等多個領(lǐng)域。本文以“試點(diǎn)部隊(duì)射頻識別系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目為依托，深入分析了RFID在器材倉儲管理中的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于RFID的器材倉儲管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)器材倉儲信息的自動采集，改善器材倉儲管理流程，大大提高器材倉儲的管理效率，有效實(shí)現(xiàn)了對器材的信息化、自動化管理。

1 基于RFID的倉儲管理系統(tǒng)需求分析

器材倉儲管理主要指對器材庫中的物資、環(huán)境、人及其運(yùn)行過程，有目的地加以計(jì)劃、組織、指揮、監(jiān)督和調(diào)節(jié)的工作行為，其主要任務(wù)是完成器材出入庫、器材倉庫盤點(diǎn)、貨位管理等工作[2]。針對傳統(tǒng)器材倉儲管理存在的問題，實(shí)現(xiàn)器材倉儲管理從手工方式到信息化的根本轉(zhuǎn)變，首先需要對各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼，完成器材倉儲管理中的入庫、出庫、盤點(diǎn)和貨位分配的規(guī)范化和自動化，減少工作量，全面提高了工作效率。根據(jù)對實(shí)際倉儲管理作業(yè)流程的分析，得出具體需求分析如下：

（1）器材出入庫自動化信息采集。結(jié)合RFID固定式讀寫器和手持式讀寫器正確獲取器材的RFID數(shù)據(jù)信息，快速、準(zhǔn)確地完成器材出入庫操作。

（2）倉儲庫存盤點(diǎn)。通過手持讀寫器讀取器材標(biāo)簽信息，完成庫存盤點(diǎn)工作；或隨機(jī)抽取貨物獲取貨位信息，進(jìn)行進(jìn)程抽查盤點(diǎn)工作。

（3）動態(tài)貨位管理。通過貨位標(biāo)簽標(biāo)識倉庫貨位信息，監(jiān)控貨位使用情況，根據(jù)貨位倉儲空間信息，動態(tài)分配貨位，最大限度地利用倉儲空間。

（4）查詢追蹤貨物位置。通過查詢獲取貨物實(shí)際存儲位置，將信息傳輸?shù)绞殖纸K端，實(shí)現(xiàn)貨物定位。

2 基于RFID的器材倉儲管理信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

根據(jù)RFID系統(tǒng)的概念和工作原理，結(jié)合器材倉儲管理的實(shí)際需要，系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件拓?fù)鋱D

系統(tǒng)主要由前端硬件設(shè)備、工作站及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三部分組成。系統(tǒng)前端硬件設(shè)備主要包括電子標(biāo)簽、讀寫器和電子標(biāo)簽打印機(jī)。通過電子標(biāo)簽打印機(jī)和相應(yīng)的標(biāo)簽管理軟件自動完成標(biāo)簽信息寫入和打印，生成唯一的器材和貨位電子標(biāo)簽。固定式和手持式讀寫器完成RFID標(biāo)簽信息采集，固定讀寫器安裝在器材倉庫出入口，完成器材出入庫標(biāo)簽信息的讀取，數(shù)據(jù)通過交換機(jī)傳送到器材倉庫管理局域網(wǎng)上；手持式讀寫器主要在庫存盤點(diǎn)和貨位管理中使用，數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給無線接收器，再由交換機(jī)傳送到器材倉庫管理局域網(wǎng)上，之后由工作站完成日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)存儲和更新。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳遞的特點(diǎn)，利用客戶端快速處理和響應(yīng)的優(yōu)勢，系統(tǒng)采用C/S模式進(jìn)行開發(fā)，基于.net平臺構(gòu)建系統(tǒng)三層軟件架構(gòu)，即數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層，系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層形成了一個緊密的整體，它們在邏輯上相對獨(dú)立，在功能上相互依賴。業(yè)務(wù)邏輯層依賴于表示層顯示和傳送數(shù)據(jù)，依賴數(shù)據(jù)訪問層提供和存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問層依賴業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用相關(guān)接口來傳遞數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)訪問層也稱數(shù)據(jù)持久層，主要用于訪問數(shù)據(jù)庫，主要的操作有查詢（Select）、更新（Update）、添加（Insert）、刪除（Delete）等。

2.3 電子標(biāo)簽編碼設(shè)計(jì)

由于器材存在的形態(tài)和類別多種多樣，因此對各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼就成為實(shí)現(xiàn)器材信息自動采集的關(guān)鍵問題。系統(tǒng)對主要涉及到的單件器材、集合體器材及貨位三類電子標(biāo)簽進(jìn)行了唯一編碼設(shè)計(jì)，標(biāo)簽編碼格式如圖3所示 。

標(biāo)簽編碼格式由TID區(qū)和唯一編碼區(qū)兩部分組成。TID區(qū)即標(biāo)簽ID號，是一組64 b的號碼，是標(biāo)簽芯片的生產(chǎn)商在生產(chǎn)芯片時(shí)就燒死在標(biāo)簽芯片內(nèi)的信息，不可改寫，具有全球唯一性。唯一編碼區(qū)針對三種情況有不同設(shè)計(jì)，其中發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼是一組8位數(shù)字的編碼，用于標(biāo)識發(fā)行該標(biāo)簽的組織，可以使用部隊(duì)番號作為發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼。

圖3 標(biāo)簽編碼格式

2.3.1 單件標(biāo)簽編碼

單件標(biāo)簽編碼是對單一器材、包裝箱進(jìn)行的標(biāo)簽編碼。其唯一編碼區(qū)采用“類別代碼+發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+順序號”的方式進(jìn)行編碼，“類別代碼”是一組18位數(shù)字的編碼，用于標(biāo)識管理對象的類別，可采用軍用器材編碼進(jìn)行標(biāo)識。“順序號”規(guī)定為一組14位數(shù)字的號碼，是該類器材的順序編號。三組號碼共計(jì)40位數(shù)字，共同組成了某一單件器材、包裝箱的唯一標(biāo)識。

2.3.2 貨位標(biāo)簽編碼

貨位標(biāo)簽編碼是對某一貨位進(jìn)行唯一標(biāo)識的標(biāo)簽編碼，其唯一編碼區(qū)采用“發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+‘庫號+區(qū)號+架號+層號+位號”的方式實(shí)現(xiàn)庫位信息的唯一編碼。 “庫號+區(qū)號+架號+層號+位號”五組號位用于標(biāo)識某一貨位的位置，每組號位分別采用4位數(shù)字表示，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 貨位標(biāo)簽應(yīng)用格式

其中，每組號位中的前三位數(shù)字‘ABC表示貨位針對該號位的具體位置，第四位‘D是擴(kuò)展數(shù)，當(dāng)庫位調(diào)整不超過9個位置時(shí)，該位可用于標(biāo)識增加的位置，而無需調(diào)整其他貨位信息，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。例如，當(dāng)3號庫12區(qū)需要在34架和35架間增加一個貨架時(shí)，新增貨架可表示為“0341”，其它號位可保持不變。

2.3.3 集合體標(biāo)簽編碼

集合體編碼主要是對打包了多個或多種器材的集合體進(jìn)行標(biāo)識，其唯一編碼區(qū)采用 “發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+順序號”進(jìn)行編碼，順序號規(guī)定為一組32位數(shù)字編碼，是集合體的順序號。需要注意的是，集合體在拆分或重組時(shí)，需要重新建立新的集合體標(biāo)簽編碼，而不是在原有標(biāo)簽編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，避免造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 持久化實(shí)現(xiàn)

持久化是把內(nèi)存中的對象永久保存到存儲設(shè)備中使其持久，可以保存到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、磁盤文件或XML數(shù)據(jù)文件中。系統(tǒng)采用了ORM（Object/Relational Mapper）對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)映射持久化技術(shù)，選用Entity Framework（EF）實(shí)體框架在ADO.NET上層實(shí)現(xiàn)ORM封裝[4]。EF利用抽象化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式，將數(shù)據(jù)庫中的E/R模型完全轉(zhuǎn)成對象模型。在創(chuàng)建實(shí)體時(shí)采用DB-First的設(shè)計(jì)方式，先設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，再由EF自動生成模型，通過EF自動創(chuàng)建一個類型為Object Context的上下文環(huán)境變量以及所有的實(shí)體類的定義，由這個上下文環(huán)境變量完成對實(shí)體類的持久化操作。

3.2 MVVM設(shè)計(jì)模式

MVVM模式由MVC模式演變而來，是運(yùn)用數(shù)據(jù)綁定和命令相結(jié)合的方法將顯示層和業(yè)務(wù)邏輯層完全分離，具有非常良好的可擴(kuò)展性[5]。標(biāo)準(zhǔn)MVVM模式分為三層，即Model層、View層和ViewModel層，如圖5所示。

圖5 MVVM模式

Model層是MVVM模式架構(gòu)的底層，與EF密切相關(guān)，Model層中的類就是EF生成的實(shí)體，可以通過訪問該層中的對象實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀寫。ViewModel層介于Model層和View層之間，實(shí)現(xiàn)多Model層的封裝和對View層的數(shù)據(jù)綁定。系統(tǒng)中選用Caliburn.Micro（CM）實(shí)現(xiàn)基于WPF的MVVM模式。首先，集成CM程序集，通過加載器Bootstrapper啟動框架，配置CM的加載策略，重載Configure函數(shù)設(shè)置IOC（Inversion of Control）控制反轉(zhuǎn)容器，使用MEF（Managed Extensibility Framework）作為默認(rèn)的IOC實(shí)現(xiàn)，通過GetInstance方法獲取IOC容器中的組件，通過重載OnStartup方法定義程序的入口-登錄界面，通過配置App.xaml文件使其發(fā)揮作用。之后，通過CM的Bind.Model屬性綁定View和ViewModel，將所有與界面相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯都封裝在ViewModel中，使界面設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)相分離，從而提高開發(fā)效率，便于測試。

4 系統(tǒng)運(yùn)行測試

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，為驗(yàn)證系統(tǒng)的效率及準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際部署及試運(yùn)行，并針對安裝于器材倉庫門口的固定讀寫器進(jìn)行大批量電子標(biāo)簽識別壓力測試。測試時(shí)，將貼有RFID標(biāo)簽不同數(shù)量的器材分批次經(jīng)過固定讀寫器進(jìn)行出入庫操作，測試結(jié)果如表1所列。

表1中，單位器材入庫數(shù)量是指單次進(jìn)行出入庫操作的器材標(biāo)簽數(shù)量，每單位數(shù)量的讀取測試重復(fù)6次，表中給出每次識別成功標(biāo)簽數(shù)量以及該批次器材標(biāo)簽平均讀取成功率。為最大限度測試器材出入庫操作讀取準(zhǔn)確率，測試時(shí)選取的單位讀取數(shù)量較大，從測試結(jié)果可以看出，單位器材出入庫數(shù)量越少識別成功率越高。當(dāng)單位器材入庫數(shù)量過大時(shí)，由于電磁干擾等多因素影響，會導(dǎo)致識別時(shí)間過長、讀取率下降等問題，但在該項(xiàng)目實(shí)際使用中，單次出入庫器材數(shù)量不大，即使固定讀寫器識別出現(xiàn)誤差，也可以通過手持讀寫器予以確認(rèn)，該系統(tǒng)完全滿足用戶需要。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)目前已經(jīng)在部隊(duì)某器材倉庫正式上線使用，運(yùn)行效果良好，徹底改善了傳統(tǒng)的器材管理模式，極大地提高了器材倉儲管理效率。RFID技術(shù)在器材倉儲管理中的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，關(guān)于RFID的一些關(guān)鍵問題仍需得到進(jìn)一步研究。目前，全軍沒有形成系統(tǒng)性信息編碼體系，各種RFID應(yīng)用中的信息編碼都是基于各自的管理需求制定的，難以滿足不同系統(tǒng)間的互聯(lián)互通；此外，作為各類軍事信息系統(tǒng)的一種高效采集手段，RFID標(biāo)簽會存有一些重要的信息，其安全問題必須加強(qiáng)研究[6]。隨著全軍信息化建設(shè)的全面推進(jìn)，作為信息采集手段的RFID在軍事應(yīng)用方面必將得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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