基于扫码装置的汽车实训工器具借还管理系统设计

苗志锋，赵春平

(广西水利电力职业技术学院，广西 南宁 530023)

0 引言

汽车实训教学时，会用到检修拆装类工器具,这些工器具需要事前向实训中心借用，实训结束后归还。在实训周比较集中的时段，存在多名教师同时借还工器具操作。套装工器具中有多个零部件，实训管理员领取、核对、登记工作需要时间,多人同时借还会导致登记时间过长，引发教学延误或核对不仔细等问题。如何快速完成套装实训工器具的预约申请、及时登记，从而提高借还效率，让管理员将工作重点放在工器具的检查、核对和整理上，是汽车实训室管理中迫切需要解决的一个难点问题。

1 现有研究基础

当前的研究与实践中，探索和应用各种信息技术进行实训管理的信息化和数字化。丁顺莺等[1]提出了对接智慧校园和统一登录的基于B/S结构的多模块实验实训管理系统，加强了对实训教学、耗材、设备和安全等管理。王玉[2]提出了将二维码用在实训室设备管理、安全教育管理的一种思路和探索。李春秋等[3]从提供实训室的资源利用共享出发，分析研究实训管理系统的5大功能模块和信息技术的应用。徐玉明等[4]研究了一种利用RFID在衣柜中测距和快速查找衣柜内衣物的方法和系统，为在仓储柜内快速定位和查找套装工器具提供了一种思路和方法。上述，丁顺莺和李春秋等侧重在实训管理系统的整体设计和功能模块的完整性和共享；王玉和徐玉明等侧重在利用二维码和RFID两种技术改善设备管理。为在工器具套装的借还管理中的快速登记提供了系统平台和方法思路。

2 系统总体设计

系统主要由用户权限模块、器具管理模块、预约管理模块、出入库管理模块组成，详细结构如图1所示。

图1 系统结构

2.1 工器具管理模块

工器具数据信息源于或对接学院资产管理数据库，是本系统的基础数据。在资产信息表的基础上，在本地数据库新增扩展数据表，包括工器具信息表Toolset、定位表Location、状态维护表State等。在数据库中扩展技术是一对一关联的方式。在资产系统中，每项设备都要一个具体唯一的编码Instrument_id。其作为本地数据库Toolset表的外键，进行表间一对一关联。

为快速查询定位工器具，引入RFID条形码和配套扫码设备，为每套工器具进行粘贴、标识RFID标签，将其数字标识串loc_keys存入定位表中进行关联。通过loc_keys能快速显示工器具所在区域Area和货架Stock,可以进一步查询该工器具套装的借还记录。

2.2 用户权限管理

系统有3类用户：系统管理员、应用管理员和使用申请者，每个用户都具备不同等级的操作权限。用户权限采用Django内置的权限系统Django.contrib.auth.models库进行扩展设置。

(1)系统管理员是整个应用系统的管理和运维人员，拥有最高系统权限，负责创建、更新和维护基础数据、各种业务数据、运行日志，维护系统的安全等。一般不负责具体的业务操作。

(2)应用管理员。一般是实训中心管理人员，直接面对申请者，借还管理的具体经手人员。当有工器具的申请预约时，及时查看库存，进行审核分派，并及时反馈。及时清点核对工器具套装，完成快速的出入库操作。

(3)使用申请者。是借用设备的教师和学生团队，一般是教师。每个教师有个身份码，关联自己的工号或学号。需要在事前1～2天在线预约，能随时查看预约进度和结果的反馈。可以授权自己的工号身份码，给班级学生代为进行借还操作。

2.3 预约管理

使用者界面中有3个功能TAB页：预约申请页、进度查看页和我的记录。使用者在预约申请页中发起预约，生成一条预约记录，给应用管理员审核分派工器具资源或退回，审核的状态可以在进度查看页中随时访问。审核通过的预约记录会生成一个二维码链接，这个链接在登记借还时可以出示。我的记录页保留个人信息、借还记录等。

2.4 出入库管理

在实训开始前，申请者需要到管理室去借用登记、领用工器具套件。在领用时，向管理员出示预约申请单链接的二维码。经管理员扫码打开领用或归还页，再用RFID扫码设备，直接将工器具套装的数字识别码快速录入系统，将出入库记录与预约单进行关联和绑定，并生成一条借还记录。出入库登记流程如图2所示。

图2 出入库登记流程

3 系统技术说明

系统的设计采用Web架构和操作台的混合式架构，其中操作台包括二维码扫码、RFID感应扫描设备以及摄像头；Web应用选用Python的Web框架Django和RestFramework，数据库使用MySQL，JS框架采用Vue及组件。在开发中混合使用了基于API的前后端分离的开发模式。

3.1 Django和Vue的开发模式

Web应用开发中，采用当前较新的基于JSON-RPC规范的前后端相分离的开发模式。后端采用Djanog Rest Framework框架为所有前端(PC浏览器、H5、小程序等)提供统一的业务数据、数据验证和序列化(Serializer)、用户权限管理等基本服务。

前端开发采用基于NodeJS的框架。安装有Vue3+ElementPlus组件库进行前端开发多端应用。通过Axios库与后端进行Http/WebSocket的数据通信，对数据进行渲染生成，提供给用户进行操作和管理。

3.2 RFID技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，可以通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为一种新兴的先进技术，RFID具有许多突出的优点，如：唯一性识别，非接触式自动识别，无需光学可视即能完成信息处理，较长距离识别，高速运动物体识别，多个标签识别，可在各种较为恶劣的环境下应用等。

RFID主要由电子标签(Tag)、RFID读写器(Reader)、RFID天线及系统组成，通过无线通信技术将电子标签内资料，以非接触式的方式传送到RFID读写器中，RFID阅读器再将撷取、辨识的信息传送给后端应用系统，以便进一步处理、使用或加值运用这些资料。

在本应用中，将FRID的电子标签(TAG)按要求张贴于套装工器具或其包装上。RFID读写器可以在操作台对出入库的工器具进行快速批量非接触式识别，一次性关联绑定多项工器具设备码。

3.3 二维码技术

二维码是通过多个条形码存储信息，并且以二维空间的模式将其扩展开来，不再需要连接特定的数据库，自身便拥有着强大的数据内容，可以有效提供海量数据。此外，二维码还具有识别率高、防伪性能高等优势，可以印刷在报纸、杂志等平面刊物上，增强二维码的流动性，同时扩展其应用领域。应用中，在预约审核链接生成二维码，可以通过扫码方式快速调出页面，开始下一步操作，提高业务操作效率。

二维码的结构遵循ISO/IEC 18004标准，在二维码的生成和识别中，可以直接使用Python的第三方二维码库进行处理。需要安装Qrcode及依赖库，在Shell命令行下，输入安装指令“>pip install qrcode pillow image”。安装完成后，打开Python开发环境PyCharm，在项目文件中进行测试和验证。编码生成二维码验证程序如图3所示。

图3 编码生成二维码验证程序

4 应用效果分析

通过搭建试验平台，导入用户、工器具等基础数据，进行模拟试验验证。组织多名教师事前申请预约，生成链接二维码。管理员能根据链接中定位表信息快速确定工器具定位，核查后通过RFID扫码枪输入关联，登记借用记录，并在数据中生成。状态变为已借出，等待归还。通过扫码归还，生成一条归还记录，将本次预约记录归档，形成闭环。经试验对比，通过两次扫码，将手动输入操作的时间降低到了10 s以内，大大缩短了流程所需时间，提升了操作效率。

5 结语

在汽车实训室借还管理中，除应用Web服务进行基础数据和业务数据登记之外，引入在超市、图书馆应用相对普遍的RFID感知识别技术以及二维码技术，将多维多元数据基于Web服务进行整合、关联，明显减少了手动输入数据量，提高了效率和效益，充分展现了新一代信息技术的应用成效。但是在研究过程中，关于套装工器具的零部件的配套记录、识别和核对还是一个难点，需要后续继续研究解决。