韓月霞+李雄偉+王凱+康呂欣

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)器材倉(cāng)儲(chǔ)管理存在的問(wèn)題，深入分析了RFID在器材倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用需求，對(duì)各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于RFID的器材倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)，以完成器材倉(cāng)儲(chǔ)管理中的入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)和貨位分配的規(guī)范化和自動(dòng)化，改善了器材倉(cāng)儲(chǔ)管理流程，從而大大提高了器材倉(cāng)儲(chǔ)的管理效率。

關(guān)鍵詞：無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)；裝備保障；器材倉(cāng)儲(chǔ)；管理信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）10-00-03

0 引 言

器材倉(cāng)儲(chǔ)管理是裝備器材保障的重要組成部分，是裝備技術(shù)性能充分發(fā)揮的重要保障，也是影響部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵因素[1]。目前，我軍器材倉(cāng)庫(kù)中保障物資種類和數(shù)量繁多，但倉(cāng)儲(chǔ)管理手段卻比較落后，大部分仍主要依賴人工方式，信息化程度不高。雖然也有部分倉(cāng)庫(kù)利用條碼化管理實(shí)現(xiàn)了信息采集的數(shù)字化，但是條碼技術(shù)存在信息無(wú)法更改、存儲(chǔ)容量小以及讀取信息不方便等缺點(diǎn)，不能適應(yīng)新形勢(shì)下器材倉(cāng)儲(chǔ)管理快速、有效獲取信息的要求[2]。RFID（Radio Frequency Identification）無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)具備對(duì)多個(gè)高速移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行非接觸識(shí)別、電子標(biāo)簽可重復(fù)使用且存儲(chǔ)容量大等優(yōu)勢(shì)[3]，正逐漸被廣泛應(yīng)用于物流倉(cāng)儲(chǔ)、交通以及軍事等多個(gè)領(lǐng)域。本文以“試點(diǎn)部隊(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目為依托，深入分析了RFID在器材倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于RFID的器材倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)器材倉(cāng)儲(chǔ)信息的自動(dòng)采集，改善器材倉(cāng)儲(chǔ)管理流程，大大提高器材倉(cāng)儲(chǔ)的管理效率，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)器材的信息化、自動(dòng)化管理。

1 基于RFID的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)需求分析

器材倉(cāng)儲(chǔ)管理主要指對(duì)器材庫(kù)中的物資、環(huán)境、人及其運(yùn)行過(guò)程，有目的地加以計(jì)劃、組織、指揮、監(jiān)督和調(diào)節(jié)的工作行為，其主要任務(wù)是完成器材出入庫(kù)、器材倉(cāng)庫(kù)盤(pán)點(diǎn)、貨位管理等工作[2]。針對(duì)傳統(tǒng)器材倉(cāng)儲(chǔ)管理存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)器材倉(cāng)儲(chǔ)管理從手工方式到信息化的根本轉(zhuǎn)變，首先需要對(duì)各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼，完成器材倉(cāng)儲(chǔ)管理中的入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)和貨位分配的規(guī)范化和自動(dòng)化，減少工作量，全面提高了工作效率。根據(jù)對(duì)實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)管理作業(yè)流程的分析，得出具體需求分析如下：

（1）器材出入庫(kù)自動(dòng)化信息采集。結(jié)合RFID固定式讀寫(xiě)器和手持式讀寫(xiě)器正確獲取器材的RFID數(shù)據(jù)信息，快速、準(zhǔn)確地完成器材出入庫(kù)操作。

（2）倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)。通過(guò)手持讀寫(xiě)器讀取器材標(biāo)簽信息，完成庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)工作；或隨機(jī)抽取貨物獲取貨位信息，進(jìn)行進(jìn)程抽查盤(pán)點(diǎn)工作。

（3）動(dòng)態(tài)貨位管理。通過(guò)貨位標(biāo)簽標(biāo)識(shí)倉(cāng)庫(kù)貨位信息，監(jiān)控貨位使用情況，根據(jù)貨位倉(cāng)儲(chǔ)空間信息，動(dòng)態(tài)分配貨位，最大限度地利用倉(cāng)儲(chǔ)空間。

（4）查詢追蹤貨物位置。通過(guò)查詢獲取貨物實(shí)際存儲(chǔ)位置，將信息傳輸?shù)绞殖纸K端，實(shí)現(xiàn)貨物定位。

2 基于RFID的器材倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

根據(jù)RFID系統(tǒng)的概念和工作原理，結(jié)合器材倉(cāng)儲(chǔ)管理的實(shí)際需要，系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件拓?fù)鋱D

系統(tǒng)主要由前端硬件設(shè)備、工作站及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分組成。系統(tǒng)前端硬件設(shè)備主要包括電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽打印機(jī)。通過(guò)電子標(biāo)簽打印機(jī)和相應(yīng)的標(biāo)簽管理軟件自動(dòng)完成標(biāo)簽信息寫(xiě)入和打印，生成唯一的器材和貨位電子標(biāo)簽。固定式和手持式讀寫(xiě)器完成RFID標(biāo)簽信息采集，固定讀寫(xiě)器安裝在器材倉(cāng)庫(kù)出入口，完成器材出入庫(kù)標(biāo)簽信息的讀取，數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)傳送到器材倉(cāng)庫(kù)管理局域網(wǎng)上；手持式讀寫(xiě)器主要在庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)和貨位管理中使用，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給無(wú)線接收器，再由交換機(jī)傳送到器材倉(cāng)庫(kù)管理局域網(wǎng)上，之后由工作站完成日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和更新。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳遞的特點(diǎn)，利用客戶端快速處理和響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)采用C/S模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，基于.net平臺(tái)構(gòu)建系統(tǒng)三層軟件架構(gòu)，即數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層，系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層形成了一個(gè)緊密的整體，它們?cè)谶壿嬌舷鄬?duì)獨(dú)立，在功能上相互依賴。業(yè)務(wù)邏輯層依賴于表示層顯示和傳送數(shù)據(jù)，依賴數(shù)據(jù)訪問(wèn)層提供和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層依賴業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用相關(guān)接口來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層也稱數(shù)據(jù)持久層，主要用于訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要的操作有查詢（Select）、更新（Update）、添加（Insert）、刪除（Delete）等。

2.3 電子標(biāo)簽編碼設(shè)計(jì)

由于器材存在的形態(tài)和類別多種多樣，因此對(duì)各類裝備器材進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一編碼就成為實(shí)現(xiàn)器材信息自動(dòng)采集的關(guān)鍵問(wèn)題。系統(tǒng)對(duì)主要涉及到的單件器材、集合體器材及貨位三類電子標(biāo)簽進(jìn)行了唯一編碼設(shè)計(jì)，標(biāo)簽編碼格式如圖3所示 。

標(biāo)簽編碼格式由TID區(qū)和唯一編碼區(qū)兩部分組成。TID區(qū)即標(biāo)簽ID號(hào)，是一組64 b的號(hào)碼，是標(biāo)簽芯片的生產(chǎn)商在生產(chǎn)芯片時(shí)就燒死在標(biāo)簽芯片內(nèi)的信息，不可改寫(xiě)，具有全球唯一性。唯一編碼區(qū)針對(duì)三種情況有不同設(shè)計(jì)，其中發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼是一組8位數(shù)字的編碼，用于標(biāo)識(shí)發(fā)行該標(biāo)簽的組織，可以使用部隊(duì)番號(hào)作為發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼。

圖3 標(biāo)簽編碼格式

2.3.1 單件標(biāo)簽編碼

單件標(biāo)簽編碼是對(duì)單一器材、包裝箱進(jìn)行的標(biāo)簽編碼。其唯一編碼區(qū)采用“類別代碼+發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+順序號(hào)”的方式進(jìn)行編碼，“類別代碼”是一組18位數(shù)字的編碼，用于標(biāo)識(shí)管理對(duì)象的類別，可采用軍用器材編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)?！绊樞蛱?hào)”規(guī)定為一組14位數(shù)字的號(hào)碼，是該類器材的順序編號(hào)。三組號(hào)碼共計(jì)40位數(shù)字，共同組成了某一單件器材、包裝箱的唯一標(biāo)識(shí)。

2.3.2 貨位標(biāo)簽編碼

貨位標(biāo)簽編碼是對(duì)某一貨位進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽編碼，其唯一編碼區(qū)采用“發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+‘庫(kù)號(hào)+區(qū)號(hào)+架號(hào)+層號(hào)+位號(hào)”的方式實(shí)現(xiàn)庫(kù)位信息的唯一編碼。 “庫(kù)號(hào)+區(qū)號(hào)+架號(hào)+層號(hào)+位號(hào)”五組號(hào)位用于標(biāo)識(shí)某一貨位的位置，每組號(hào)位分別采用4位數(shù)字表示，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 貨位標(biāo)簽應(yīng)用格式

其中，每組號(hào)位中的前三位數(shù)字‘ABC表示貨位針對(duì)該號(hào)位的具體位置，第四位‘D是擴(kuò)展數(shù)，當(dāng)庫(kù)位調(diào)整不超過(guò)9個(gè)位置時(shí)，該位可用于標(biāo)識(shí)增加的位置，而無(wú)需調(diào)整其他貨位信息，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。例如，當(dāng)3號(hào)庫(kù)12區(qū)需要在34架和35架間增加一個(gè)貨架時(shí)，新增貨架可表示為“0341”，其它號(hào)位可保持不變。

2.3.3 集合體標(biāo)簽編碼

集合體編碼主要是對(duì)打包了多個(gè)或多種器材的集合體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，其唯一編碼區(qū)采用 “發(fā)行機(jī)構(gòu)代碼+順序號(hào)”進(jìn)行編碼，順序號(hào)規(guī)定為一組32位數(shù)字編碼，是集合體的順序號(hào)。需要注意的是，集合體在拆分或重組時(shí)，需要重新建立新的集合體標(biāo)簽編碼，而不是在原有標(biāo)簽編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，避免造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 持久化實(shí)現(xiàn)

持久化是把內(nèi)存中的對(duì)象永久保存到存儲(chǔ)設(shè)備中使其持久，可以保存到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、磁盤(pán)文件或XML數(shù)據(jù)文件中。系統(tǒng)采用了ORM（Object/Relational Mapper）對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)映射持久化技術(shù)，選用Entity Framework（EF）實(shí)體框架在ADO.NET上層實(shí)現(xiàn)ORM封裝[4]。EF利用抽象化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的E/R模型完全轉(zhuǎn)成對(duì)象模型。在創(chuàng)建實(shí)體時(shí)采用DB-First的設(shè)計(jì)方式，先設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，再由EF自動(dòng)生成模型，通過(guò)EF自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)類型為Object Context的上下文環(huán)境變量以及所有的實(shí)體類的定義，由這個(gè)上下文環(huán)境變量完成對(duì)實(shí)體類的持久化操作。

3.2 MVVM設(shè)計(jì)模式

MVVM模式由MVC模式演變而來(lái)，是運(yùn)用數(shù)據(jù)綁定和命令相結(jié)合的方法將顯示層和業(yè)務(wù)邏輯層完全分離，具有非常良好的可擴(kuò)展性[5]。標(biāo)準(zhǔn)MVVM模式分為三層，即Model層、View層和ViewModel層，如圖5所示。

圖5 MVVM模式

Model層是MVVM模式架構(gòu)的底層，與EF密切相關(guān)，Model層中的類就是EF生成的實(shí)體，可以通過(guò)訪問(wèn)該層中的對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)。ViewModel層介于Model層和View層之間，實(shí)現(xiàn)多Model層的封裝和對(duì)View層的數(shù)據(jù)綁定。系統(tǒng)中選用Caliburn.Micro（CM）實(shí)現(xiàn)基于WPF的MVVM模式。首先，集成CM程序集，通過(guò)加載器Bootstrapper啟動(dòng)框架，配置CM的加載策略，重載Configure函數(shù)設(shè)置IOC（Inversion of Control）控制反轉(zhuǎn)容器，使用MEF（Managed Extensibility Framework）作為默認(rèn)的IOC實(shí)現(xiàn)，通過(guò)GetInstance方法獲取IOC容器中的組件，通過(guò)重載OnStartup方法定義程序的入口-登錄界面，通過(guò)配置App.xaml文件使其發(fā)揮作用。之后，通過(guò)CM的Bind.Model屬性綁定View和ViewModel，將所有與界面相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯都封裝在ViewModel中，使界面設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)邏輯開(kāi)發(fā)相分離，從而提高開(kāi)發(fā)效率，便于測(cè)試。

4 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，為驗(yàn)證系統(tǒng)的效率及準(zhǔn)確性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際部署及試運(yùn)行，并針對(duì)安裝于器材倉(cāng)庫(kù)門口的固定讀寫(xiě)器進(jìn)行大批量電子標(biāo)簽識(shí)別壓力測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將貼有RFID標(biāo)簽不同數(shù)量的器材分批次經(jīng)過(guò)固定讀寫(xiě)器進(jìn)行出入庫(kù)操作，測(cè)試結(jié)果如表1所列。

表1中，單位器材入庫(kù)數(shù)量是指單次進(jìn)行出入庫(kù)操作的器材標(biāo)簽數(shù)量，每單位數(shù)量的讀取測(cè)試重復(fù)6次，表中給出每次識(shí)別成功標(biāo)簽數(shù)量以及該批次器材標(biāo)簽平均讀取成功率。為最大限度測(cè)試器材出入庫(kù)操作讀取準(zhǔn)確率，測(cè)試時(shí)選取的單位讀取數(shù)量較大，從測(cè)試結(jié)果可以看出，單位器材出入庫(kù)數(shù)量越少識(shí)別成功率越高。當(dāng)單位器材入庫(kù)數(shù)量過(guò)大時(shí)，由于電磁干擾等多因素影響，會(huì)導(dǎo)致識(shí)別時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、讀取率下降等問(wèn)題，但在該項(xiàng)目實(shí)際使用中，單次出入庫(kù)器材數(shù)量不大，即使固定讀寫(xiě)器識(shí)別出現(xiàn)誤差，也可以通過(guò)手持讀寫(xiě)器予以確認(rèn)，該系統(tǒng)完全滿足用戶需要。

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)目前已經(jīng)在部隊(duì)某器材倉(cāng)庫(kù)正式上線使用，運(yùn)行效果良好，徹底改善了傳統(tǒng)的器材管理模式，極大地提高了器材倉(cāng)儲(chǔ)管理效率。RFID技術(shù)在器材倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，關(guān)于RFID的一些關(guān)鍵問(wèn)題仍需得到進(jìn)一步研究。目前，全軍沒(méi)有形成系統(tǒng)性信息編碼體系，各種RFID應(yīng)用中的信息編碼都是基于各自的管理需求制定的，難以滿足不同系統(tǒng)間的互聯(lián)互通；此外，作為各類軍事信息系統(tǒng)的一種高效采集手段，RFID標(biāo)簽會(huì)存有一些重要的信息，其安全問(wèn)題必須加強(qiáng)研究[6]。隨著全軍信息化建設(shè)的全面推進(jìn)，作為信息采集手段的RFID在軍事應(yīng)用方面必將得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]夏亞桃. RFID技術(shù)在軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué)， 2011.

[2]王彥慶，姚曉文.基礎(chǔ)類裝備倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)中RFID技術(shù)應(yīng)用研究[J].物流科技，2011（1）：59-62.

[3]郎為民.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006：20-55.

[4]謝日星.Entity Framework技術(shù)在分層架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7（14）：3326-3327.

[5]康呂欣.基于CM的MVVM設(shè)計(jì)模式應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)， 2013， 39（16）： 53-56.

[6]鄭文.基于RFID倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的構(gòu)建及其安全性研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)， 2012.