基于射频技术的随船器材仓储监控系统的研究

吕志彤，宁兆宇，皮湛恩

(1.海军装备技术研究所，北京 102442;2.海军装备部，北京 100841)

随船器材仓储管理是器材保障工作的终端和服务对象，随船器材消耗采集是器材采购工作的基础和数据来源。目前随船器材仓储管理和消耗采集是器材保障信息化建设的瓶颈。

针对这一问题，我们遵循现有的随船器材保障模式和组织管理体制，将最新成熟的射频识别技术引入该领域，进行了基于射频技术的随船器材仓储监控系统的研究。

1 研究思路

充分调研随船器材管理模式和舱室布局，采用射频识别技术，定制随船器材收发设备，部署随船器材货架标签，开发舱室主机管理系统，实现随船器材便携式收发管理和方便快捷的消耗数据采集，达到精确化器材保障的目的。

2 体系结构

1)业务部门应用程序。完成设备操作权限控制和用户权限控制等。

2)舱室主机管理系统。完成随船器材收发开单打印，库存数据查询和消耗报表生成，实时监控货架标签以获取最新的库存、收发和消耗等功能。

3)货架标签系统。系统首要工作是部署货架标签，用来存储该货架摆放器材的相关数据。每种器材对应1个标签，依次排列。

3 硬件配置

系统硬件设备由主机、管理设备、固定读写器、收发设备、货架标签、数据标签等组成，如图1所示。

1)主机。安装系统应用程序和数据库系统。

2)管理设备。管理设备集成读写模块，用于设置数据标签中的用户操作权限。管理设备与主机通过数据线连接，可将读取的数据写入主机数据库中。

3)固定读写器。每个舱室顶部安装1台固定读写器，与舱室主机通过多功能卡或网线连接。固定读写器监控该舱室内各个货架标签，以无线方式采集货架标签信息，实时传输到舱室主机处理，同步更新舱室管理数据库。

4)收发设备。每个舱室配备1个手持收发设备。该设备具有标签读写功能，收发或盘点操作的同时更新货架标签数据。并将收发数据写入数据标签。

5)货架标签。舱室包含若干货架，每个货架粘贴一张标签，用来记录该货架器材的位置、库存和最近1次收发信息。货架标签采用纸质标签，可弯曲裁剪，有胶一面可粘贴。货架标签信息在每次收发操作后由收发设备刷新，并由固定读写器同步传输到主机数据库中。货架标签激活或失效等初始化功能由收发设备完成。

6)数据标签。该标签用作身份卡，用来规范系统各用户的角色，明确其对各设备各专业数据的操作权限。收发设备和数据标签由管理员统一保管。收发时操作人员到管理员处领取收发设备和数据标签。此外，数据标签的一项重要功能是担当数据媒介，数据标签交回时，可读取该数据标签更新主机数据库系统。

图1 系统硬件配置图

4 工作流程

1)系统入库流程，如图2所示。

图2 系统入库流程图

(1)激活收发设备。管理员使用收发设备扫描相应权限的数据标签，激活手持设备，同时赋予该操作员相应的权限。

(2)输入入库信息。在主机系统中输入入库信息。包括时间、数量、货位码等。

(3)产生入库单。打印入库单，将该单据和收发设备发放给操作员。

(4)器材入库。操作员对器材进行点验，并放置在入库单指定的货架上。

(5)更新货架标签。将收发设备设置在入库操作状态，读取当前货架标签的库存，根据入库单重新计算出新的库存并更新货架标签。

(6)记录操作日志。在收发设备上记录操作日志，包括:操作时间、操作状态、器材编码、货位码、入库数量、库存数量等信息。

(7)关闭并归还收发设备。

(8)更新货架库存信息。

舱室顶部的固定读写器实时将货架标签上的新库存写入主机管理数据库中。

2)器材出库流程，如图3所示。器材出库操作是入库操作的逆过程，包括出库单生成、提取器材、更新标签以及确认出库等操作。其流程如下:①产生出库单。使用主机管理系统，在库存列表中选择要出库的器材及其数量，打印出库单。②激活收发设备。管理员使用收发设备扫描相应权限的身份卡，激活手持设备，设置在出库操作状态，发放给操作员。③器材出库。在器材舱室，操作员根据出库单，在指定的货架上取下相应的器材，在收发设备上确认出库。④更新货架标签。操作员用收发设备读取当前货架标签的库存数据，并计算出新的库存数据，将其写入货架标签。⑤记录操作日志。在收发设备上生成操作日志。记录出库的时间、数量等。⑥关闭并将收发设备归还。⑦更新货架库存信息。舱室顶部的固定读写器实时将货架标签的变更读入主机管理系统并更新数据库，确认器材已经出库。

图3 系统出库流程图

3)库存盘点流程。①使用收发设备进行盘点。操作员持激活的收发设备进入盘点舱室，以货架为单位进行盘点。将收发设备设置在盘点状态，用该收发设备扫描货架标签。当扫描完所有标签，操作员在收发设备上对该舱室盘点操作进行确认，计算生成舱室盘点库存数据，并将该数据写入货架标签。同时收发设备将操作时间、状态、货位码、标签编号、盘点库存等信息保存在其操作日志中。②关闭并归还收发设备。③主机盘点对比。管理主机控制固定读写器对货架标签上的盘点数据进行查询，将获取的最新盘点数据与原有库存数据相比较，产生库存差额，做进一步处理。

5 标签制作

主要内容是根据射频标签内EEPROM芯片的存储容量和内部结构定制数据存储格式。器材标签拟采用无源纸质标签，常用容量是16 K，共有64个数据块，每个数据块存储量是4个字节。货架标签每张记录1种器材的信息，汉字可将其转换为ASCII码存储。数字按每4位计量1个数值，每个字节记录两位数，最大值为99。存储格式紧凑，可以节约大量存储空间。

6 设备定制

手持设备由掌上电脑与读写控制模块集成。读写标签方式为靠近读写，作用距离在10 cm内，功耗低，对其它设备影响可忽略。掌上电脑与读写控制模块均提供动态链接库或串口通讯函数，可在其基础上按照项目需求进行编程。读写控制模块采用2片AT89S52单片机。1片用于和射频模块通信，1片用于数据存储显示。单片机之间采用高速双口RAMDS1609实现数据共享和通信同步。数据存储器采用FM1608，该存储器是1种非易失性存储器，即使在掉电的情况下也不会丢失所存储的数据。手持设备采用SMG12864B液晶，该液晶的显示容量为128×64点阵，不仅可显示数字，还可显示汉字和图形。

手持设备定制要点介绍如下。

1)掌上电脑与读写器控制模块的兼容。设计新模具，选择适用配件，合理规划空间，尤其是合理分配电源供给和数据传输，将各模块配置在恰当的位置。硬件组装完成后，要进行兼容性测试，保证各模块互不影响，而且便于升级维修。编制数据读写程序，测试各模块驱动程序和函数库是否可用。

2)读写控制加校验确认。读写控制使用循环冗余校验，将校验码同数据一起写入标签中，写入后再立即读出进行校验;每次读取标签信息时都是先读取校验码进行校验，确认无误后再将数据提交给用户。虽然延长了操作时间，但是可以保证数据完整有效。

3)操作撤销机制。手持设备所有操作记录都存储在设备中，可随时察看。如发行操作失误，可对误操作的标签进行撤销操作，其记录的库存数量就会恢复到上次操作之前的状态，手持设备中增加1条撤销记录，与先前的误操作记录相对应。

7 开发环境

1)操作系统。主机采用Windows XP，手持设备采用Windows Mobile6。

2)数据库系统。主机采用SQL Server 2000，手持设备采用SQLlite。

3)开发工具。采用C#.Net 2008。

8 系统组成

主机管理系统主要由基本信息管理、收发和盘点、库存查询、器材申领与消耗登记、手持设备及标签管理、设备及标签检测、库存报警、用户角色及权限管理等组成，如图4所示。手持设备管理系统功能是该系统功能的子集。

图4 主机管理系统的组成图

1)基本信息管理。包括编码维护、字典维护、日志维护和数据备份等功能。

2)收发和盘点。包括入库操作、出库操作、库存盘点等功能。实现器材出入库按照货位码管理，并打印入库单和出库单等。

(1)入库操作。选择入库类型，填写入库器材的数量与单价，系统自动搜索已有或空闲的货架产生入库单和标准货位码。

(2)出库操作。选择器材类别及器材名称和数量，系统自动搜索库存器材信息，产生出库单。出库单上有指定货位码，指引出库操作员进行出库操作。出库有2种模式:1种是根据入库时间早先出库的原则产生出库单;另1种是根据器材在货架上比例小的先出库的原则产生出库单。

(3)库存盘点。库存盘点有2种模式:一是库存清查模式。库存盘点模块与收发设备配合，对某舱室或某器材的库存及存放位置进行查询比对，比对不一致则进行处理修改。二是某项器材盘点查询。选择器材类别及名称，查询出该器材在舱室中的库存情况及库存总量。当盘点出库盈或库亏时，可以通过此模块对器材库存微调。

3)库存查询。可查询各舱室内某器材存放位置和货架空闲情况，实时查询库存数据生成各种报表。

4)器材申领与消耗登记。随船器材损坏或损耗，或者维修时要求替换，可向支队进行器材申领，从库存器材中选择要申领的器材，填写该器材现有数量、消耗数量和申领数量，生成申领单并打印。申领单可作为器材入库的依据。器材申领所填报的消耗数量可作为1项器材消耗登记。系统可随时生成各个时间段的器材消耗统计表上报。

5)手持设备及标签管理。手持设备的管理是通过数据标签间接完成的。对手持设备的管理分为两个部分:一是对手持设备使用权限的管理;二是手持设备到主机系统的数据传输。根据手持设备功能菜单划分手持设备角色，该角色可写入数据标签，使用该数据标签激活的手持设备具有相应角色的权限。手持设备到主机的数据传输通过数据标签或数据线作媒介。标签的管理包括:建卡、激活或失效、查询等功能。

6)设备及标签检测模块。该模块用来对舱室固定读写器进行控制，同时对货架标签信息进行更新。该模块可以检测各固定读写器的状态，设置固定读写器定时数据更新的时间，以及进行货架标签器材信息的手动更新，手动更新可分舱室、分货架和分标签更新。系统自动检测舱室内的所有固定读写器，检测后的设备状态将显示在状态栏中。最重要的功能是设定自动更新数据的时间，假设系统初始化为30 min，则读写器将每隔30 min扫描1遍货架标签以更新数据库。也可设置为手动控制，操作员操作读写器读取标签信息更新数据库。而且可以“关闭天线”来实现舱室固定读写器天线的关闭。

7)库存报警。该模块用来实时监控器材库存数量，当库存量低于该器材的最小安全库存量时，系统会及时警示。

8)用户角色及权限管理。根据系统菜单和数据专业项划分用户角色，为系统所有用户分配角色，完成系统权限控制机制。

9 技术指标

1)设备满足随船器材舱室环境要求，适应高温、低温、高湿、高盐、高震等环境。设备频段选用工信部核准的800～900 MHz中的某频段;数据传输率达到115 kB/s;手持设备超低功耗，不高于0.25 mW(手机的发射功率是200 mW);读写距离不大于10 cm，读写时间不超过0.5 s，货架标签可擦写次数不少于百万次。

2)手持设备具有工信部的型号核准证和无委会的射频设备认可应用证书和授权使用频率的资质证明。

3)设备各模块兼容性好，服役周期长;系统软件功能齐全、运行稳定、数据可靠;各类单据遵循随船器材管理相关规定和现有的工作模式，库存报警及时准确。

10 技术难题

1)设备抗金属干扰。标签粘贴在货架上，设备近距离直接读写，影响范围很小，不存在金属干扰的问题。

2)设备与原有设备电磁信号的相互干扰。系统设备功耗极低，读写距离在10 cm之内，采用频段避开船上使用频段，它们之间的相互干扰可以忽略。

3)设备之间的相互干扰。舱室空间狭小，所部署的读写器和标签位置相近，而且采用同一频段，相互之间的干扰影响读写效果，必须编写防冲撞算法，在读取数据时首先判断标签的唯一标识EPC。

11 工作难点

1)消耗精确采集和消耗规律的统计分析。消耗数据是器材采购的基础，关系到经费的使用效率。随船器材消耗最准确的定义应该是该器材已经损坏损耗，不能修复，但这一判断标准太严，实际无法执行。此外采集到大量的消耗数据，对其规律统计分析也是1个难题。

对策:将器材消耗定义为在向支队申领器材时所填写的消耗数量。随着船舶维修技术提高，这一数据将逐步准确。随船器材消耗规律的统计分析拟在有大量数据的基础上建立1个统计概率模型，目前只处于数据采集阶段。

2)库存数量的报警监控。系统对随船器材库存数量实时监控，是否补库由人工判断。安全库存量的计算和随船器材的消耗规律有关，系统自动计算安全库存是1个难题。

对策:拟使用经济采购数量模型来确定最小安全库存。最小安全库存量可定义为:平均日消耗数量×安全库存天数。平均日消耗数量可定义为:最近n天总消耗数量/n，总消耗数量可从消耗登记统计中自动得出;安全库存天数可从该项器材从申领单打印到入库单打印所花费天数自动计算。

12 结束语

该系统研制成功，如果能够在各船上推广应用，必能实现随船器材仓储精确化管理和随船器材消耗的准确采集统计。同时可辅助机关器材采购工作，降低冗余库存，提高器材经费的使用效率。