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        基于QR二維碼與RFID射頻識別技術的裝備備件管理信息系統(tǒng)設計

        2022-11-10 18:53:49何翊飛胡華勇
        物聯(lián)網(wǎng)技術 2022年7期
        關鍵詞:備件二維碼射頻

        何翊飛,謝 晨,于 喜,胡華勇

        (1.武警工程大學 研究生大隊,陜西 西安 710086;2.火箭軍工程大學 研究生大隊,陜西 西安 710025;3.武警陜西省總隊保障部,陜西 西安 710054)

        0 引 言

        隨著計算機技術和增材制造技術的發(fā)展,備件全系統(tǒng)全壽命管理成為必然趨勢。為解決現(xiàn)有備件管理效率不高、數(shù)據(jù)存取繁瑣問題以及動態(tài)信息追蹤方面存在的不足,本文立足備件管理現(xiàn)狀與QR二維碼、RFID射頻識別兩種技術的特點,對備件管理信息系統(tǒng)進行了必要性與可行性分析。在此基礎上設計了備件管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構與信息通信方式。

        1 QR二維碼與RFID射頻技術可行性分析

        1.1 裝備備件管理現(xiàn)狀與系統(tǒng)需求分析

        過去,裝備備件在很大程度上依靠專人進行管理,通過紙質檔案進行集中整理、歸類、保存、調閱等。在人員更替、任務轉換時,交接手續(xù)繁瑣,報批程序復雜,不僅未能達到備件動態(tài)管理、全壽命跟蹤等精細化管理目標,更無法滿足強度高、變化快的作戰(zhàn)保障需求。

        隨著現(xiàn)代物流技術的發(fā)展和軍隊信息化建設不斷推進,部分單位實現(xiàn)了備件資料電子化,相比于過去有了很大提升。為進一步增強裝備備件供應保障的主動性,減少供應層次,簡化領用手續(xù),節(jié)省領用時間,快速、及時地將備件送到一線末端,可基于當前的備件數(shù)據(jù)庫,結合QR二維碼識別錄入快、RFID批量存取等優(yōu)點,探索改進方法與措施,實現(xiàn)備件保障資源實時可現(xiàn)、保障活動實時可控。

        1.2 QR二維碼與RFID射頻技術特點

        1.2.1 QR二維碼編解碼過程

        本文討論的QR(Quick Response)二維碼是第二代矩陣式二維條碼,由日本工程師原昌宏(Massahiro Hara)發(fā)明,通過在二維平面內按一定規(guī)律排列黑白相間圖案記錄數(shù)據(jù)與符號信息。其組成通常包括:空白區(qū)、位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形、校正圖形、格式信息、版本信息、數(shù)據(jù)和糾錯碼。

        編碼技術流程主要包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)編碼、糾錯編碼、構造最終數(shù)字信息、構造矩陣、添加掩碼、格式和版本信息等。QR解碼技術流程順序與編碼正好相反,即包括識別模塊、格式信息譯碼、確定版本、消除掩模、恢復數(shù)據(jù)和糾錯碼字、糾錯、數(shù)字碼字譯碼等步驟。

        QR二維碼的編解碼基于Google提供的ZXing開源代碼庫,常見的開發(fā)語言環(huán)境如Java、C++、Python、C#、Object-C、Ruby等均可支持;目前被廣泛應用于各類Android、IOS平臺的手持終端上,通過攝像頭完成對QR二維碼的掃描與生成工作。ZXing可以在無網(wǎng)絡連接的條件下實現(xiàn)二維碼的識別生成,并且可以讀取部分模糊或缺損二維碼,還可以實現(xiàn)多碼同時讀取,較為適合戰(zhàn)時高效備件、精準保障。

        1.2.2 RFID射頻識別技術特點

        RFID即射頻識別技術,屬于自動識別技術的一種,通過無線電波實現(xiàn)非接觸式雙向數(shù)據(jù)通信,進行電子標簽數(shù)據(jù)交換。本文研究的無源RFID由射頻卡(應答器)、讀寫器(閱讀器)和應用系統(tǒng)(包括連接線路)三部分構成。通過電磁反向散射耦合進行電磁感應,閱讀器向電子標簽提供工作能量。當標簽離開射頻識別場時,標簽無能量激活處于休眠狀態(tài);當其進入射頻識別場,閱讀器所發(fā)出的射頻波瞬間激活標簽電路,通過整流的方法將射頻波轉換為電能存儲在標簽中的微小電容內,進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

        1.3 可行性分析

        QR二維碼的優(yōu)勢在于信息存儲密度大、可靠性高、容錯性好、保密性強、可表示數(shù)據(jù)的類型多、空間利用率高等。可將備件代碼、名稱、供應廠商、規(guī)格型號、列裝單位、生產(chǎn)日期、質量等級、維修保養(yǎng)要求、封存期限等詳細靜態(tài)信息生成二維碼,通過紙質貼片打印形式粘貼附著在備件表面。

        RFID射頻識別技術的優(yōu)勢在于標簽批量存取、信息存儲量大、適應環(huán)境范圍廣泛、信號穿透力強等,其電子標簽可重復讀寫,便于實現(xiàn)對備件的全壽命跟蹤。利用RFID射頻卡編碼(產(chǎn)品電子代碼,Electronic Product Code, EPC)的唯一性來唯一標識每個備件代碼,批量記錄出庫和入庫信息、維修保養(yǎng)動態(tài)信息,實現(xiàn)實時庫存盤點、位置查詢。

        根據(jù)QR二維碼與RFID射頻技術的特點,分別將其作為靜態(tài)、動態(tài)信息的記錄載體??赏瑫r將二維碼和RFID標簽打印于備件標識卡進行集成,兩種標簽互為補充,當其中一種損壞、脫落或失效,可通過掃描二維碼對備件情況迅速進行補充,打印并錄入新的RFID信息,確保備件信息連續(xù)。

        2 系統(tǒng)設計

        本系統(tǒng)采用輕前端重后端的設計思路,由手持終端與備件管理信息終端計算機相互配合,將采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡同步上傳至上級機關,充分發(fā)揮RFID信息高效采集、QR二維碼信息存儲量大的優(yōu)勢,提高備件信息掌控權限,最大化還原信息真實度。

        2.1 網(wǎng)絡結構設計

        備件信息系統(tǒng)采用B/S(Browser/Server)架構,系統(tǒng)內部應用局域網(wǎng)連接,并由以下部分組成:

        (1)手持終端:作為前端重要組成部分,軟件由預裝的SaaS(Software as a Service)平臺模式完成備件信息采集,硬件由自動對焦攝像頭的工業(yè)級PDA或手持設備終端構成。射頻模塊執(zhí)行GB/T 29768-2013標準,使用超高頻(Ultra High Frequency,UHF)的工作頻段920~925 MHz,讀寫距離為2.5~1 000 cm。嵌入式二維碼識別模塊根據(jù)GB/T 35420-2017物聯(lián)網(wǎng)標準,配合LED燈完成掃描或生成備件信息工作。

        (2)RFID打印機:根據(jù)備件信息生成的QR二維碼和RFID電子標簽在熱敏紙上進行打印,將打印后的QR二維碼和RFID標簽共同粘貼在備件上,其中QR二維碼也可由普通激光打印機打印,便于統(tǒng)計與讀取各項備件信息。

        (3)Web服務器:備件管理信息系統(tǒng)后端服務器操作系統(tǒng)為Linux,基于J2EE框架下的JBoss進行源代碼開發(fā),實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁管理更新。當接收到瀏覽器發(fā)送的請求后,服務器處理該請求并將結果反饋回瀏覽器。服務器前端頁面支持JSP、extjs、velocity寫入,表現(xiàn)層使用耦合性較低且便于維護的Spring MVC,持久層使用Hibernate,業(yè)務層使用Spring框架模式。

        (4)Elasticsearch搜索應用服務器:作為一種分布式、高擴展、高實時的搜索與數(shù)據(jù)分析引擎,將數(shù)據(jù)庫搜索壓力傳導至集群,使大量備件數(shù)據(jù)具有搜索、分析和探索的能力。

        (5)Redis緩存應用服務器:一種通過分布式緩存的方式應對MySQL備件數(shù)據(jù)庫高密度查詢請求的內存對象緩存系統(tǒng),能夠減輕數(shù)據(jù)庫連接池與Elasticsearch搜索引擎并發(fā)處理的壓力,平衡負載,進而提高查詢處理效率。

        (6)軍用加密無線路由器:采用基于局域網(wǎng)通信方式,有效連接手持終端與備件管理信息系統(tǒng)終端計算機,實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。WiFi路由器無線信號覆蓋區(qū)域室內可達100 m,室外可達400 m范圍,穿透性強、覆蓋廣,可實現(xiàn)對備件信息實時識別統(tǒng)計、修改完善。

        2.2 功能模塊設計

        2.2.1 備件基本履歷信息模塊

        備件基本履歷信息模塊包括備件名稱、生產(chǎn)日期、出入庫時間、型號代碼、供應廠商、列裝單位參戰(zhàn)記錄等基本履歷信息。其中動態(tài)備件信息存儲在RFID電子標簽中,在手持終端上就可以進行讀寫修改,便于定位備件和查詢信息,QR二維碼中記錄靜態(tài)備件信息等永久存儲類型信息。

        2.2.2 備件實時庫存狀態(tài)模塊

        實現(xiàn)庫存?zhèn)浼?shù)目盤點、批量信息修改、實時位置查詢,同時根據(jù)大修記錄、重大故障、壽命周期、封存時限生成到檢、保養(yǎng)、報廢預警等提示信息。

        2.2.3 備件動態(tài)管理日志模塊

        詳細記錄每次出入庫包括請領歸還、使用測試、訓練保障、維修保養(yǎng)、退役報廢等環(huán)節(jié)的具體時間以及負責人員等信息,實現(xiàn)全系統(tǒng)單據(jù)電子化、全壽命簽名數(shù)字化。

        2.2.4 備件性能結構數(shù)據(jù)模塊

        存儲備件作戰(zhàn)性能、環(huán)境要求、缺陷信息、CAD模型等,便于戰(zhàn)時快速維修與3D打印。不同層級賦予不同訪問系統(tǒng)終端權限,確保備件系統(tǒng)安全保密。前三層級備件信息由作業(yè)處理層人員負責運行維護,這一功能的性能結構數(shù)據(jù)被賦予更高權限,訪問密鑰由管理控制層專人專管。

        2.2.5 備件綜合信息查詢模塊

        根據(jù)提交的字、句、段落、數(shù)據(jù)等以及具體時間、人員、狀態(tài)、型號信息,實現(xiàn)模糊查詢與精確查詢相結合的方式,并且可以根據(jù)備件數(shù)據(jù)整理自動生成圖表或綜合報表,實現(xiàn)信息分析功能。

        2.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

        應用QR二維碼與RFID射頻技術,將有效促進備件管理信息系統(tǒng)的各項功能實現(xiàn)。由用戶按不同權限在手持終端登錄系統(tǒng)并提交請求后,系統(tǒng)自動根據(jù)功能需求進入SaaS預裝的操作界面,根據(jù)是否需要掃描進行下一步工作,如需批量錄入出入庫等動態(tài)信息、射頻識別編碼、記錄數(shù)量、修改數(shù)據(jù);如果需要獲得備件生產(chǎn)日期、供應廠商等詳細靜態(tài)信息則掃描二維碼,直接在終端上就可完成信息查找、修改、補錄等工作。當遇有標簽脫落、二維碼損壞或因少錄入、未錄入等導致賬、物、卡不符的情況,通過掃描即可迅速定位,便于對備件與相關責任人進行倒查和信息補充。完成操作保存后系統(tǒng)會生成新的備件數(shù)據(jù)信息,通過打印機進行補打印后粘貼或磁性附著即可。日志中會自動記錄出入庫時間、人員等操作信息,便于查詢,無須重復補充,完成后退出操作界面即可。

        3 結 語

        隨著計算機技術和增材制造技術被廣泛應用于裝備工作各個方面,備件全系統(tǒng)全壽命管理成為未來智能化戰(zhàn)爭的必然趨勢。本文立足備件管理現(xiàn)狀與QR二維碼、RFID射頻識別兩種配套技術的特點,對備件管理信息系統(tǒng)進行了必要性與可行性分析。在此基礎上對備件管理信息系統(tǒng)進行設計,該系統(tǒng)具有用戶賦權、備件數(shù)據(jù)查詢、動靜態(tài)信息感知、狀態(tài)智能預警、數(shù)據(jù)報表自動生成等特點。

        通過將QR二維碼與RFID射頻識別技術應用于備件管理信息系統(tǒng),有效提高備件精細化管理水平,促進新軍事變革中的技術要素充分發(fā)揮作用,提高再生戰(zhàn)斗力生成效率,大大減少人工操作過程中無法避免的信息誤差與資源浪費,降低作戰(zhàn)保障過程中存在的效率低下、保障失準等問題,提升保障效能。系統(tǒng)以備件數(shù)據(jù)矩陣的表現(xiàn)方式克服傳統(tǒng)描述性信息的失真問題,以扁平化的組織架構縮短信息傳輸鏈路,向戰(zhàn)略決策層提供從預研到再制造新裝備的建議。通過這一方式,未來將不斷提升備件管理水平與裝備保障效能。

        注:本文通訊作者為于喜。

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