摘要：儀器設(shè)備的管理是通信類實(shí)驗(yàn)室日常工作中非常重要的部分。實(shí)驗(yàn)室需要管理大量不同類型的儀器設(shè)備，涉及出入庫、盤點(diǎn)、校準(zhǔn)、領(lǐng)用、報(bào)廢等多個(gè)流程環(huán)節(jié)。這些儀器設(shè)備具備的移動(dòng)需求大、維護(hù)要求高的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備管理的時(shí)效性和精準(zhǔn)度提出了更高要求。RFID技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對(duì)記錄媒體（如電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫。本文研究了利用RFID技術(shù)解決實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理中的一系列問題，并給出了可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室管理；設(shè)備管理；RFID；物聯(lián)網(wǎng)

一、研究背景

隨著通信實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)展，實(shí)驗(yàn)管理設(shè)備的數(shù)量和種類持續(xù)增多。再加上通信實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備移動(dòng)需求大、維護(hù)要求高等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室的管理難度越來越大，復(fù)雜程度也呈現(xiàn)上升趨勢。隨著RFID在各領(lǐng)域的廣泛使用，尤其是在倉庫管理等方面的應(yīng)用，使得實(shí)驗(yàn)室管理可以借鑒工業(yè)領(lǐng)域的倉庫管理方法和理念，通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全流程線上自動(dòng)化管理。

本文以RFID感知物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，旨在設(shè)計(jì)出能夠監(jiān)控、管理實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)的軟件平臺(tái)，使傳感信息以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)給用戶。同時(shí)也方便傳感器的擴(kuò)展，對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)和傳感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)線上的數(shù)字化管理。

二、資產(chǎn)管理系統(tǒng)方案概述

（一）系統(tǒng)架構(gòu)介紹

本文從當(dāng)前研究院對(duì)資產(chǎn)管理的迫切需求出發(fā)，分析了RFID技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)管理中的可靠性和必要性，并提出了建設(shè)RFID管理系統(tǒng)的目標(biāo)。首先將構(gòu)建系統(tǒng)方案的整體架構(gòu)，并對(duì)架構(gòu)中的RFID設(shè)備和軟件功能模塊這三個(gè)主要部分進(jìn)行需求設(shè)計(jì)。其次從組網(wǎng)的角度對(duì)RFID設(shè)備和服務(wù)器端之間的通信需求進(jìn)行分析，從而在整體上對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際需求和初步解決方案進(jìn)行概要設(shè)計(jì)。系統(tǒng)組成分為三個(gè)部分：信息采集和識(shí)別的RFID 設(shè)備，信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫，可視化的資產(chǎn)管理控制臺(tái)。

（二）RFID 設(shè)備：信息采集和識(shí)別

RFID設(shè)備包含RFID讀寫器（識(shí)別裝置）和RFID標(biāo)簽兩大核心組件。前者負(fù)責(zé)發(fā)射無線信號(hào)以激活標(biāo)簽并讀取返回的數(shù)據(jù)，后者則附著在設(shè)備上，存儲(chǔ)著關(guān)于設(shè)備的唯一信息。二者共同組成了前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是整個(gè)RFID基礎(chǔ)架構(gòu)中原始數(shù)據(jù)的來源。設(shè)備和標(biāo)簽共同實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理的自動(dòng)化和精確化。

1.手持讀寫器

手持讀寫器是工作人員用于設(shè)備信息錄入、資產(chǎn)信息盤點(diǎn)和標(biāo)簽管理的關(guān)鍵設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)與資產(chǎn)管理系統(tǒng)的信息傳輸，手持讀寫器需要具備與PC機(jī)通信的接口，如RS232或USB，或者通過內(nèi)置Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)無線通訊。這些功能確保了設(shè)備可以與RFID標(biāo)簽進(jìn)行有效通信，并及時(shí)同步數(shù)據(jù)。

手持設(shè)備的入網(wǎng)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(yīng)2.4GHz頻段的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。（2）RJ45接入：要求設(shè)備具有100M全雙工的以太網(wǎng)接入能力，并支持TCP/UDP傳輸協(xié)議。（3）與管理軟件數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)端口開放：意味著除了物理層面的連接外，手持設(shè)備還需要能夠在網(wǎng)絡(luò)層面上與管理軟件的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信。

2.無源抗金屬標(biāo)簽：TYTF-9622

RFID標(biāo)簽采用無源抗金屬標(biāo)簽，具有抗破壞性、掃描感應(yīng)能力和體積上的優(yōu)勢，可以滿足實(shí)驗(yàn)室所有場景的需求。具體指標(biāo)如表1所示。

3.軟件功能模塊

資產(chǎn)管理系統(tǒng)是一種用于追蹤和管理組織內(nèi)資產(chǎn)的軟件解決方案，它通常運(yùn)行在服務(wù)端與RFID（無線射頻識(shí)別）設(shè)備配合使用，以自動(dòng)化的方式收集和處理資產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)兩大模塊可以大幅提高資產(chǎn)管理的效率和準(zhǔn)確性，減少人工錯(cuò)誤，并提供實(shí)時(shí)的資產(chǎn)信息。

基本功能模塊：包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)；資產(chǎn)錄入、管理子系統(tǒng)；資產(chǎn)盤點(diǎn)子系統(tǒng)；統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)；系統(tǒng)管理子系統(tǒng)；

手持機(jī)軟件模塊：包括無源RFID監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、傳輸子系統(tǒng)；重點(diǎn)資產(chǎn)進(jìn)出監(jiān)控子系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)功能架構(gòu)

整個(gè)RFID固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)分為儀表狀態(tài)管理模塊和系統(tǒng)管理模塊兩部分。儀表狀態(tài)管理模塊是系統(tǒng)的可視化監(jiān)控中心，它通過圖形用戶界面（GUI）提供直觀的監(jiān)控功能，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示和管理固定資產(chǎn)的多個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)，包括資產(chǎn)的入庫、盤點(diǎn)、標(biāo)簽更換、異動(dòng)處理以及出庫等環(huán)節(jié)。系統(tǒng)管理模塊則主要聚焦于后臺(tái)管理操作，為管理人員提供前臺(tái)窗口，用于錄入、更新和維護(hù)設(shè)備信息、人員信息以及庫房信息。

（二）數(shù)據(jù)處理流程

為了充分考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次性和模塊間的低耦合性，系統(tǒng)從底至上被劃分為傳感域、業(yè)務(wù)域和應(yīng)用域三個(gè)主要層級(jí)。

在應(yīng)用域的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)采用了瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)。這意味著應(yīng)用端可以專注于信息的采集和提高系統(tǒng)的可靠性。而信息的處理和錄入則由服務(wù)器集中處理，這樣不僅簡化客戶端的設(shè)計(jì)，還允許服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)分類加工。應(yīng)用服務(wù)器直接與用戶交互，支持資產(chǎn)信息查詢、用戶管理等功能。用戶可以輕松登錄應(yīng)用服務(wù)器頁面，實(shí)現(xiàn)高效便捷的資產(chǎn)管理。

業(yè)務(wù)域位于應(yīng)用系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間。鑒于RFID應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量龐大且冗余度高，為了擴(kuò)展RFID中間件的應(yīng)用范圍并提高其使用靈活性，在ALE規(guī)范的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種適用于分布式、多網(wǎng)關(guān)應(yīng)用環(huán)境的中間件架構(gòu)。RFID中間件通過內(nèi)部的容錯(cuò)機(jī)制和邏輯判斷機(jī)制，能夠?qū)υ疾杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷，并根據(jù)不同的應(yīng)用層事件要求，生成相應(yīng)的報(bào)告返回給應(yīng)用系統(tǒng)。企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)也可以利用 RFID 中間件處理大規(guī)模的原始數(shù)據(jù)流，濾除冗余數(shù)據(jù)，提取有價(jià)值的信息，有效減輕應(yīng)用系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)。

傳感域包括RFID閱讀器，分支器以及射頻天線等硬件設(shè)備，它們是系統(tǒng)獲取外部數(shù)據(jù)的主要來源。工作流程為：（1）應(yīng)用域發(fā)起請求：系統(tǒng)的應(yīng)用層負(fù)責(zé)發(fā)起各種應(yīng)用請求，這些請求包括資產(chǎn)盤點(diǎn)、資產(chǎn)掃描和資產(chǎn)定位等操作。（2）業(yè)務(wù)域處理與轉(zhuǎn)發(fā)：應(yīng)用層的請求經(jīng)過處理后，會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)的業(yè)務(wù)層。在業(yè)務(wù)層，請求會(huì)進(jìn)一步被傳遞到中間件進(jìn)行后續(xù)處理。（3）中間件的事件處理：中間件接收到來自業(yè)務(wù)層的請求后，會(huì)進(jìn)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(zhí)行。（4）傳感層標(biāo)簽讀取：處理后的請求會(huì)被中間件用來指揮傳感層中的所有相關(guān)標(biāo)簽閱讀器，進(jìn)行標(biāo)簽讀取操作。（5）標(biāo)簽信息解析與反饋：標(biāo)簽信息被讀取后，中間件會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行解析處理，并將處理結(jié)果回傳給應(yīng)用層。（6）資產(chǎn)信息的可視化展示：應(yīng)用層接收到解析后的資產(chǎn)標(biāo)簽信息，并將其轉(zhuǎn)化為直觀的資產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過用戶界面展示出來，從而實(shí)現(xiàn)了從請求發(fā)起到信息展示的完整操作流程。（7）分層設(shè)計(jì)與模塊化：通過將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流按照功能模塊進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化，這不僅提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。

系統(tǒng)的整體流程如圖1所示。

（三）資產(chǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

系統(tǒng)中管理的資產(chǎn)可能處于入庫、定點(diǎn)、移動(dòng)、替換或出庫狀態(tài)，并可在定點(diǎn)態(tài)、移動(dòng)態(tài)和替換態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換。

入庫態(tài)：指標(biāo)簽剛被寫入ID，并在數(shù)據(jù)庫中與資產(chǎn)ID進(jìn)行綁定的狀態(tài)，這是在第一次進(jìn)入定點(diǎn)態(tài)之前的狀態(tài)。該狀態(tài)下，標(biāo)簽會(huì)被系統(tǒng)跟蹤，但不會(huì)引起其他反應(yīng)。

定點(diǎn)態(tài)：指標(biāo)簽被限定在某個(gè)范圍內(nèi)的狀態(tài)。該狀態(tài)下，標(biāo)簽一旦越界，也就是通過了某個(gè)不該通過的門禁，那么標(biāo)簽將轉(zhuǎn)入移動(dòng)態(tài)，并會(huì)提醒管理員。

移動(dòng)態(tài)：指標(biāo)簽在移動(dòng)中的狀態(tài)，此時(shí)資產(chǎn)通過門禁只進(jìn)行記錄，不進(jìn)行提醒。

出庫態(tài)：指標(biāo)簽ID與資產(chǎn)ID解綁，資產(chǎn)ID被標(biāo)注為出庫的狀態(tài)。

（四）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.普通資產(chǎn)及狀態(tài)

普通資產(chǎn)的基本信息包括資產(chǎn)ID、設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、部門、廠家、責(zé)任人、使用人、入庫時(shí)間、位置、狀態(tài)、類別等以及資產(chǎn)在上文所述的四種狀態(tài)。

2. 管理員角色檔案

對(duì)于資產(chǎn)管理員，目前系統(tǒng)采用了分級(jí)管理機(jī)制，通過不同的級(jí)別來實(shí)施對(duì)資產(chǎn)的分層管理和維護(hù)。具體來說，系統(tǒng)設(shè)有最高權(quán)限的院級(jí)資產(chǎn)管理員，以及權(quán)限較低的部門管理員。

各角色的職責(zé)明確如下：

院級(jí)資產(chǎn)管理員：具有系統(tǒng)的最高執(zhí)行權(quán)限，可執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)所有業(yè)務(wù)流程并管理系統(tǒng)中的所有資產(chǎn)信息。

僅院級(jí)資產(chǎn)管理員：負(fù)責(zé)綜合管理系統(tǒng)的審批工作，包括資產(chǎn)入庫時(shí)的發(fā)卡、替換標(biāo)簽發(fā)卡、資產(chǎn)出庫、部門間資產(chǎn)的調(diào)撥移動(dòng)，以及資產(chǎn)門禁記錄的管理。

部門資產(chǎn)管理員：負(fù)責(zé)管理所轄部門的資產(chǎn)，包括資產(chǎn)的入庫與標(biāo)簽替換時(shí)的貼標(biāo)確認(rèn)、所轄資產(chǎn)的標(biāo)簽替換申請、所轄資產(chǎn)的盤點(diǎn)、所轄房間的掃描、所轄資產(chǎn)在一級(jí)部門內(nèi)部的移動(dòng)，以及所轄資產(chǎn)的門禁記錄。

院級(jí)資產(chǎn)協(xié)管員：具有部門資產(chǎn)管理員的所有操作權(quán)限。

責(zé)任人：僅限于查詢自己所負(fù)責(zé)的資產(chǎn)，并查看部門資產(chǎn)管理員的盤點(diǎn)結(jié)果。

四、結(jié)束語

截至目前，本文涉及的項(xiàng)目系統(tǒng)已全部完成并運(yùn)行兩年。極大改善了實(shí)驗(yàn)室固定資產(chǎn)的管理流程，顯著提高了工作效率與管理的準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)監(jiān)控固定資產(chǎn)的場地變更與更換，使資產(chǎn)管理更科學(xué)便捷，提高了安全性。該系統(tǒng)的建立及運(yùn)用也為院內(nèi)資產(chǎn)管理提供了一種數(shù)字化的創(chuàng)新思路。該系統(tǒng)降低了人力成本實(shí)現(xiàn)了固定資產(chǎn)管理的便捷性、實(shí)時(shí)性和精確性。預(yù)示著資產(chǎn)管理邁入了一個(gè)更智能化、數(shù)字化的新時(shí)代。

作者單位：吳瓊 李靜 中國信息通信研究院

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