基于稱(chēng)重原理和RFID 技術(shù)的智能軍械物流系統(tǒng)

畢 琪，王維斌，王璐靜，應(yīng) 超，趙宏旭

（1.北京計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用研究所，北京；2.北京航天愛(ài)威電子技術(shù)有限公司，北京）

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，帶動(dòng)著智能物流系統(tǒng)的發(fā)展，在庫(kù)存監(jiān)控、配送管理和安全追溯等方面實(shí)現(xiàn)物流智能化，同步實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、部門(mén)和行業(yè)的信息交互和一體化管理[1]。智能物流系統(tǒng)是以物品標(biāo)識(shí)系統(tǒng)為基礎(chǔ)[2]，通過(guò)智能交通系統(tǒng)，運(yùn)用多種信息技術(shù)，以電子商務(wù)方式動(dòng)作的供應(yīng)鏈服務(wù)體系[3]。大批次/量的軍械產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運(yùn)輸配給過(guò)程在智能物流系統(tǒng)中運(yùn)行[4]，會(huì)極大地提升軍品的生產(chǎn)管控和配送效率[5]，同時(shí)便于生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中的調(diào)度和監(jiān)控。但是由于軍械產(chǎn)品的保密和隔離要求，似乎和運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化形成了天然對(duì)抗[6]。本文將提出一種利用射頻識(shí)別技術(shù)和智能貨柜的優(yōu)勢(shì)，在安全保密的前提下，實(shí)現(xiàn)軍械產(chǎn)品的智能高效智能的生產(chǎn)運(yùn)輸管控系統(tǒng)。

1 RFID 概述

RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取對(duì)象數(shù)據(jù)。RFID 的應(yīng)用目的就是對(duì)物品進(jìn)行快速標(biāo)識(shí)，由于RFID 標(biāo)簽價(jià)格低廉，可讀寫(xiě)性強(qiáng)，重用復(fù)用便捷，在物流系統(tǒng)領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，尤其是區(qū)別于條碼和二維碼的可復(fù)寫(xiě)性，即重新定義，有利于對(duì)軍械類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸管控鏈中進(jìn)行全過(guò)程的管理和管控[7]。

RFID 系統(tǒng)的通信模型可劃為應(yīng)用層、通信層和物理層三層。應(yīng)用層是指在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的實(shí)際數(shù)據(jù)信息的傳輸；通信層定義閱讀器和標(biāo)簽之間的通信方式和特定的防碰撞協(xié)議；物理層定義了頻率、傳輸調(diào)制、數(shù)據(jù)編碼和定時(shí)等，實(shí)現(xiàn)信息的協(xié)議化識(shí)別。

RFID 標(biāo)簽芯片只有非常有限的計(jì)算資源，限制了RFID 的處理能力和安全加密措施，并且RFID 技術(shù)本身的開(kāi)放從技術(shù)上很難給它提供保護(hù)。

軍械產(chǎn)品的保密特點(diǎn)和RFID 的開(kāi)放特征，形成天然抵觸，本文所使用的RFID 將僅用于對(duì)產(chǎn)品的某些非保密特征進(jìn)行標(biāo)記、存儲(chǔ)和讀取，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的重復(fù)定義。

2 稱(chēng)重原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于稱(chēng)重原理的物品識(shí)別技術(shù)使用的是重力感應(yīng)技術(shù)，物品的重量作為識(shí)別的主要信息，將稱(chēng)重傳感器安裝在售貨柜的貨盤(pán)或貨道下，形成簡(jiǎn)單陣列，通過(guò)總線或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)訪問(wèn)每一個(gè)貨盤(pán)或貨道的重量及重量變化[8]。通過(guò)陣列的稱(chēng)重傳感器實(shí)時(shí)判別貨物的位置和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)貨物的入庫(kù)、出庫(kù)和存量信息的智能化判別。

系統(tǒng)的硬件包括標(biāo)準(zhǔn)貨盤(pán)、稱(chēng)重傳感器陣列和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，系統(tǒng)基于稱(chēng)重原理、成熟的程序算法、硬件設(shè)備和稱(chēng)重單元，具備滿(mǎn)足長(zhǎng)期可靠工作的穩(wěn)定性要求；單元化、模塊化的設(shè)計(jì)，再配合特制的安裝和檢測(cè)工裝使得安裝過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，實(shí)現(xiàn)貨柜管理的無(wú)人化和智能化。

技術(shù)已經(jīng)通過(guò)零售企業(yè)在市場(chǎng)上推廣應(yīng)用，具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，在成本和效率方面得到了較好的提升效果。

該技術(shù)在軍械產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，將產(chǎn)品的重量信息作為主要信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軍械產(chǎn)品主要運(yùn)輸信息和涉密信息進(jìn)行剝離，使涉密產(chǎn)品的運(yùn)輸信息非密化，本論文所述的智能化軍械物流具有了可實(shí)施性。

3 智能軍械物流系統(tǒng)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化稱(chēng)重貨柜

標(biāo)準(zhǔn)化貨柜是智能化軍械物流系統(tǒng)的最基本單元，為了匹配和適應(yīng)稱(chēng)重式貨柜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于RFID 技術(shù)的軍械產(chǎn)品的重量信息定義，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化貨柜分為行、列、層三重定義，可以實(shí)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化貨柜內(nèi)的任意產(chǎn)品的入庫(kù)、出庫(kù)和存量的實(shí)時(shí)確定，并且對(duì)貨物存放區(qū)域進(jìn)行清晰的管控。圖1 為標(biāo)準(zhǔn)化貨柜的基本形式，圖2 為標(biāo)準(zhǔn)化貨柜的多層堆疊模式。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化貨柜的行與列

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化貨柜的分層

對(duì)于層的定義，可以簡(jiǎn)單理解為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貨盤(pán)的堆疊。標(biāo)準(zhǔn)化貨柜根據(jù)貨物排放的最簡(jiǎn)單要求，進(jìn)行4-6行、2-3 列、2-3 層的定義是比較便于位置范圍識(shí)別的，同時(shí)也有利于工作人員對(duì)貨物的存取和找尋操作。

由于本系統(tǒng)要使用稱(chēng)重感應(yīng)識(shí)別，所以每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貨盤(pán)堆帶有獨(dú)立的稱(chēng)重傳感器陣列。稱(chēng)重傳感器陣列根據(jù)貨盤(pán)的行與列的劃分密度設(shè)置，一般最簡(jiǎn)單的陣列為4 組傳感器組成的矩形陣列，通過(guò)稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)重總和差判斷貨物的出入庫(kù)狀態(tài)，通過(guò)各稱(chēng)重傳感器稱(chēng)重值解算出貨物的存放與取出區(qū)域，同步形成總重與區(qū)域重心變化的相互校驗(yàn)。稱(chēng)重傳感器陣列如圖3 所示。

圖3 稱(chēng)重傳感器陣列

3.2 物資綜合處理系統(tǒng)

物資綜合處理系統(tǒng)主要由綜合處理機(jī)、標(biāo)簽讀寫(xiě)器和加密信息卡組成。

綜合處理機(jī)的核心功能是對(duì)稱(chēng)重傳感器陣列進(jìn)行解算，基本功能是讀取產(chǎn)品物資基礎(chǔ)RFID 信息，形成物資信息清單，通過(guò)稱(chēng)重傳感器陣列解算后形成物資在庫(kù)清單，結(jié)合產(chǎn)品物資的運(yùn)輸時(shí)間和地點(diǎn)的過(guò)程信息，形成生產(chǎn)制造、配給運(yùn)輸?shù)娜溛镔Y信息清單，如圖4 所示。

圖4 物資綜合處理系統(tǒng)

物資在標(biāo)準(zhǔn)化貨柜中是以物資重量為核心識(shí)別信息的，物資名稱(chēng)根據(jù)軍代保密的要求按照指定的密碼本進(jìn)行偽名替代，物資的存取均以物資入庫(kù)時(shí)的重量信息作為主識(shí)別碼，物資的偽名作為次識(shí)別碼，同時(shí)設(shè)置物資的第二、第三、第N 等有限多個(gè)識(shí)別碼對(duì)相似物資進(jìn)行區(qū)分。物資信息存儲(chǔ)于偽碼RFID 標(biāo)簽中，偽碼RFID 標(biāo)簽根據(jù)標(biāo)簽讀取的便利性通過(guò)粘貼、掛綁等方式依附于物資上。

結(jié)合處理機(jī)對(duì)物資的偽碼RFID 標(biāo)簽進(jìn)行物資信息讀取，讀取后綜合物資的存取時(shí)間、存放位置、運(yùn)輸信息形成物資的信息表，按照軍械產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)谋Ｃ芤螅C合處理機(jī)通過(guò)加密讀卡器將信息輸出于加密信息卡中，通過(guò)加密信息卡進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貨柜內(nèi)物資的信息上報(bào)。

3.3 物資的入庫(kù)流程

物資的入庫(kù)流程是本文所述的智能軍械物流系統(tǒng)的最重要流程，涉及到物資或產(chǎn)品在進(jìn)入智能物流系統(tǒng)的核心信息賦予，確定物資的重量和偽名信息以及其他識(shí)別碼，將物資的標(biāo)簽信息填寫(xiě)完整，制成偽碼RFID 標(biāo)簽與物資捆綁，使物資具有了全網(wǎng)唯一的信息。

重量的識(shí)別是物資入庫(kù)的核心信息，牽涉到物資的入庫(kù)、出庫(kù)和庫(kù)間轉(zhuǎn)移，所以每一次的入庫(kù)必須對(duì)物資的重量進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并將復(fù)驗(yàn)后的重量信息重新寫(xiě)入物資的識(shí)別RFID 標(biāo)簽中。在運(yùn)輸入過(guò)程中不斷地對(duì)物資重量的核驗(yàn)，使得物資在運(yùn)輸?shù)娜我猸h(huán)節(jié)中均具有可信的重量信息，也是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化稱(chēng)重貨柜能夠穩(wěn)定運(yùn)行的保證。

物資入庫(kù)流程見(jiàn)圖5。

圖5 物資入庫(kù)流程

對(duì)于相似類(lèi)的物資或產(chǎn)品，尤其是在生產(chǎn)線中流動(dòng)的產(chǎn)品，由于批量產(chǎn)品的重量信息重復(fù)，使得物資出現(xiàn)偽碼RFID 標(biāo)簽內(nèi)容完全一致的情況，此類(lèi)問(wèn)題是符合實(shí)際情況的，并且是允許的。但是對(duì)于異種物資出現(xiàn)重量信息的重合，需要對(duì)物資進(jìn)行差異化配重后再入庫(kù)，該配重物將與物資在物流鏈中一起流通，直至信息重合在某個(gè)不斷的庫(kù)間轉(zhuǎn)移中消失。

3.4 物流網(wǎng)絡(luò)

軍械物資的運(yùn)輸管控非常嚴(yán)格，要形成監(jiān)控與調(diào)度的物流網(wǎng)絡(luò)，在物資和產(chǎn)品進(jìn)入物流鏈后需要進(jìn)行全鏈的透明化管理和管控，同時(shí)根據(jù)物資調(diào)撥的時(shí)效要求進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控和調(diào)度。

每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化貨柜就是軍械物資進(jìn)行物流網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在該節(jié)點(diǎn)中，對(duì)物資進(jìn)行偽碼化的入庫(kù)，并形成物流鏈中的數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包在每一次信息發(fā)生變化時(shí)，重新整理和打包形成新的數(shù)據(jù)包。

每個(gè)數(shù)據(jù)包中的信息僅包含軍械產(chǎn)品和物資的偽名和重量信息，在基于RFID 標(biāo)簽的開(kāi)放環(huán)境中，并不會(huì)造成敏感信息的泄漏。通過(guò)加密信息卡進(jìn)行數(shù)據(jù)擺渡，進(jìn)行軍線網(wǎng)絡(luò)的物流管理系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息更新后，便可以實(shí)現(xiàn)軍線網(wǎng)絡(luò)的軍械物流管理和管控?；谲娋€網(wǎng)絡(luò)的物流管理系統(tǒng)如圖6 所示。

圖6 物流網(wǎng)絡(luò)示意

4 結(jié)論

基于稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)采集技術(shù)和RFID 標(biāo)簽技術(shù)，將其優(yōu)勢(shì)部分進(jìn)行整合，形成標(biāo)準(zhǔn)化的軍械物流貨柜和基于軍線網(wǎng)絡(luò)的軍械流程系統(tǒng)，能夠提升軍械產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)軍械產(chǎn)品的全物流鏈的管控。但出于嚴(yán)格保密的原因，軍械產(chǎn)品的運(yùn)輸信息必須與外界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離，在物流鏈的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中均需要通過(guò)信息包擺渡的方式進(jìn)行信息上傳和下載，會(huì)造成一定的信息延遲和人員工作壓力，但是從技術(shù)層面上可以判斷該技術(shù)相較原始的方式已經(jīng)得到質(zhì)的提升。

本文所述的軍械物流系統(tǒng)具有以下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)：

(1) 將軍械產(chǎn)品的信息通過(guò)偽名+重量的形式進(jìn)入物流鏈中，隔離了敏感信息。

(2) 對(duì)RFID 的偽名標(biāo)簽的使用，使軍械產(chǎn)品在物流鏈中具有信息可讀可寫(xiě)，便于有運(yùn)輸損耗類(lèi)物資的入鏈管理。

(3) 智能化標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)重傳感器陣列貨柜對(duì)軍械產(chǎn)品的分批運(yùn)輸、分類(lèi)運(yùn)輸和混合運(yùn)輸均具有良好的兼容性。

(4) 貨柜式的運(yùn)輸可以隔離開(kāi)放式的RFID 標(biāo)簽在運(yùn)輸過(guò)程中被盜讀，進(jìn)一步降低偽碼稱(chēng)重標(biāo)簽信息的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。