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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。

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固定式讀寫器和手持式讀寫器正確獲取器材的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)存盤點(diǎn)。通過(guò)手持讀寫器讀取器材標(biāo)簽信息, 完成庫(kù)存盤點(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。

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  下載原圖

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器完成RFID標(biāo)簽信息采集, 固定讀寫器安裝在器材倉(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;手持式讀寫器主要在庫(kù)存盤點(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。

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  下載原圖

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。

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, 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  下載原圖

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)。

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?！皫?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  下載原圖

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。

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。

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。

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View Model層, 如圖5所示。

圖5 MVVM模式  下載原圖

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。View Model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)Get Instance方法獲取IOC容器中的組件, 通過(guò)重載On Startup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View Model, 將所有與界面相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯都封裝在View Model中, 使界面設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)相分離, 從而提高開發(fā)效率, 便于測(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)固定讀寫器進(jìn)行出入庫(kù)操作, 測(cè)試結(jié)果如表1所列。

表1 器材出入庫(kù)標(biāo)簽讀取測(cè)試結(jié)果  下載原圖

表1 器材出入庫(kù)標(biāo)簽讀取測(cè)試結(jié)果

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, 即使固定讀寫器識(shí)別出現(xiàn)誤差, 也可以通過(guò)手持讀寫器予以確認(rèn), 該系統(tǒng)完全滿足用戶需要。

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。