基于RFID的智能貨架管理方案

一、背景

　　不可否認，物聯(lián)網(wǎng)將會成為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，打破了以往物物間孤立無聯(lián)系的瓶頸，讓人與人、物與物、人與物之間自此建立起了更加緊密的聯(lián)系。站在物聯(lián)網(wǎng)的視野下，通過采用創(chuàng)新性的行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，將會實現(xiàn)人與物的完美交互，促進人與物質世界的融和，讓一切變的更加智能、高效與便捷。

　　航天企業(yè)是中國航天事業(yè)的領導者，航天系統(tǒng)是現(xiàn)代典型的復雜工程大系統(tǒng)，具有規(guī)模龐大、系統(tǒng)復雜、技術密集、綜合性強，以及投資大、周期長、風險大、應用廣泛和社會經(jīng)濟效益十分可觀等特點，是國家級的大型工程系統(tǒng)。因此，航天企業(yè)的設備資產(chǎn)繁多復雜，許多設備具有價值高、流動性強、安全管理難等特點，而管理者為了清查或清點資產(chǎn)的實時狀況，跟蹤資產(chǎn)的流向，需要浪費大量寶貴的時間和人力物力。傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理方式一般依賴于以紙張文件為基礎的非自動化方式來記錄、追蹤管理，效率低下。隨著設備數(shù)量的增加，設備管理人員的負擔越來越重。人工清點時也容易遺漏或重復，實物很難與賬面相符，同時也增加了資產(chǎn)管理的難度，常常造成數(shù)據(jù)不及時，出錯率高等問題。

　　北京慧感嘉聯(lián)科技有限公司致力于物聯(lián)網(wǎng)領域的行業(yè)應用，立志成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的領跑者和物聯(lián)網(wǎng)方案解決專家，慧感嘉聯(lián)所提供的基于RFID 的設備管理方案方案，充分考慮到設備管理的實際需求，秉承安全、高效、便捷的理念，采用了獨有的Sense-ID 感知識別RFID 核心技術，實現(xiàn)了“感知”與“識別”的完美融合，通過高效靈活的組建方式，讓設備管理用戶自此跨入了物聯(lián)網(wǎng)時代。

二、物聯(lián)網(wǎng)與RFID技術簡介

　　物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是“The Internet of things”。顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

　　射頻技術（RFID）是一種世界上較為領先的自動識別技術，RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽， 操作快捷方便。RFID 是一種突破性的技術："第一，可以識別單個的非常具體的物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)；第三，可以同時對多個物體進行識讀。此外，儲存的信息量也非常大。目前該技術廣范應用于以下領域，如身份識別、防偽、大型設備固定資產(chǎn)管理、藥品物流識別、檔案、車輛管理等諸多領域。

　　最基本的RFID 系統(tǒng)由三部分組成：

　　A、標簽（有、無源）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；

　　B、讀寫器：讀取(可以寫入)標簽信息的設備；

　　C、天線：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

三、方案說明

　　3.1基本需求

　　1、所有的設備均配備有唯一標識的RFID 標簽。通過固定讀寫器和天線可以實現(xiàn)對貨架上的所有設備進行進行實施的狀態(tài)跟蹤。

　　2、可通過手持機隨時獲取設備編碼并查詢設備相關信息。

　　3、可使用手持機在一定距離內(nèi)對貨架上的設備進行定位。

　　3、系統(tǒng)中配備發(fā)卡器，可以隨時向新增設備配發(fā)標簽

　　4、可以通過管理系統(tǒng)提供設備外借歸還功能。

　　5、管理系統(tǒng)可以提供查詢功能，可隨時獲知各設備的狀態(tài)。

　　6、設備庫房出入口配備有固定讀寫裝置，當帶有標簽的設備在到達出入?yún)^(qū)域時，該設備的信息和進入時間將會被7、對于未辦理外借手續(xù)的設備到達出入?yún)^(qū)域時，系統(tǒng)將會發(fā)出報警并記錄。

　　8、系統(tǒng)配備有盤點功能，利用PDA 可以實現(xiàn)對設備的快速盤點并生成盤點文件。

　　RFID設備管理系統(tǒng)的功能如下：

　　?? 信息采集：設備管理系統(tǒng)具有信息快速采集功能，利用固定在貨架上的固定式讀寫器和天線陣對貨架上在架設備進行實時的數(shù)據(jù)采集并匯報至應用程序端。也可以利用系統(tǒng)中的PDA 實時采集設備的具體信息包括但不限于設備

　　名稱、所屬貨架、管理人等內(nèi)容。同時管理員也可以利用PDA 對設備的信息進行在線修改。

　　?? 狀態(tài)跟蹤：利用資產(chǎn)應用程序或者PDA，可以實現(xiàn)對資產(chǎn)設備進行狀態(tài)跟蹤。即可以快速的獲知該設備的狀態(tài)比如是使用中、已外借、已歸還還是已報廢等。

　　?? 設備定位：可以利用PDA 在一定范圍內(nèi)對貨架上的設備進行定位，即可以在大量的設備或設備中尋找特定的設備，當PDA 發(fā)現(xiàn)該設備時，將會發(fā)出提示。

　　?? 外借歸還管理：管理系統(tǒng)可以對設備的外借或歸還進行管理，借用人在外借某設備時，需要在管理系統(tǒng)出進行申請，管理系統(tǒng)將會對相關操作予以記錄，當設備逾期未還時，系統(tǒng)將會予以提示，管理員還可以通過系統(tǒng)的查詢功能對在借設備進行查詢。

　　?? 進出入管理：系統(tǒng)在庫房門口安裝有固定式讀寫器、天線以及紅外感應裝置，當帶有標簽的設備到達進出區(qū)域時，該設備的信息將會被管理系統(tǒng)記錄，對于沒有辦理外借手續(xù)的設備，系統(tǒng)將會發(fā)出報警。

　　?? 利用PDA 可以實現(xiàn)設備的快速盤點，并能一鍵生成相關的盤點記錄，省卻傳統(tǒng)利用紙筆進行盤點記錄的繁瑣與低效。

　　3.2 系統(tǒng)結構

　　根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的結構定義和設備資產(chǎn)管理領域的實際情況，智能貨架管理方案將根據(jù)功能劃分為三層，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層，具體的系統(tǒng)結構如下圖所示：

　　如圖2 所示，貨架上各個設備均安裝的RFID 無源抗金屬標簽、貨架上安裝的固定讀寫器和天線組、PDA 手持機、位于出入口的固定讀寫器及天線以及資產(chǎn)借還器組成了RFID 智能貨架管理系統(tǒng)，其工作原理和流程如下：

　　1、發(fā)標簽：當有新的設備進入時，應首先為設備配發(fā)標簽，利用管理客戶端的發(fā)卡程序和資產(chǎn)借還器，可以給設備配發(fā)標簽，標簽內(nèi)存儲著該設備的編號，同時該設備的信息將會寫入后臺的數(shù)據(jù)庫服務器中。

　　2、安裝標簽：利用3M 背膠或其它固定方式將已寫入編碼的標簽粘貼在設備表面。隨后設備可放置在相應的貨架上。

　　3、信息采集：貨架上的所有設備都會通過貨架上的固定式讀寫器和天線組實現(xiàn)實時監(jiān)控。當設備離開該貨架時，系統(tǒng)將會予以記錄，當設備放置在錯誤的貨架上時，系統(tǒng)也會予以提示。將PDA 移至待讀取設備的標簽附近，PDA 也會顯示出相關的設備信息。

　　4、設備定位：利用PDA 可以在一定距離內(nèi)對設備進行定位，在PDA 中輸入想要查找的設備的編號或者名稱，隨后在貨架周圍搜尋該設備，當PDA 發(fā)現(xiàn)與待查詢設備匹配的設備時，會發(fā)出相應提示。

　　5、外借歸還管理：當設備需要外借時，可以利用在管理客戶端處辦理相關手續(xù)，在辦理相關手續(xù)之后，設備的狀態(tài)將會更改為已外借，并會將相應的外界人信息、外借時間與歸還時間等內(nèi)容更新至后臺，在到達歸還時間時，系統(tǒng)將會發(fā)出提示。在設備歸還后，相關內(nèi)容會予以更新。

　　6、防盜管理：當人員在持有未辦理外借手續(xù)的設備經(jīng)過門口的進出區(qū)域時，安裝在門口的天線和固定式讀寫器將會捕獲到該設備的信息并發(fā)出報警提示。所有進入該區(qū)域的設備都會在系統(tǒng)里進行記錄。

　　7、快速盤點：利用PDA 可以進行設備的快速盤點，只需要掃描貨架上的所有在線設備，PDA 將會自動進行盤點，并生成相應的盤點報告。

　　3.3 系統(tǒng)結構

　　方案將由三層組成，即感知層、網(wǎng)絡層以及應用層

　　?? 感知層：感知層主要實現(xiàn)信息的采集與感應，感知層設備包括無源標簽、RFID固定式讀寫器、RFID PDA、資產(chǎn)借還器。主要使用ISO18000-6C 協(xié)議進行通信。

　　?? 網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層主要負責數(shù)據(jù)的收集與存儲，換言之，網(wǎng)絡層的主要功能是實現(xiàn)應用層與感知層的通信，在本方案中， 利用TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)固定式讀寫器與管理端的通信，使用USB 接口連接資產(chǎn)借還器和管理客戶端，而PDA則可利用USB 與客戶端同步。

　　?? 應用層：應用層主要是貨架管理的客戶端，是用于人機交互的應用程序。

　　3.4 硬件組成

　　本節(jié)對智能貨架設備管理系統(tǒng)的硬件組成進行詳細說明，表1 列出了詳細的設備清單：

四、產(chǎn)品說明

　　4.1 標簽

　　方案中使用的標簽為北京慧感嘉聯(lián)自主研發(fā)的Mtag-05 和Mtag-02 型UHF 抗金屬標簽，Mtag-05 具有超薄、讀取距離遠、抗金屬材質的優(yōu)點，非常適合固定在較大的設備上使用：Mtag-01 體積較小，適合用于管理小型設備

　　規(guī)格參數(shù):

　　?? 讀取距離（1W 輸出6dBi 圓極化天線）： >3m

　　?? 尺寸（mm）： 20(L)*10(W)*1(T)

　　?? 重量（g）： 10

　　?? 頻率范圍（：MHz） 860-928

　　?? 芯片型號： Monza 4E（或用戶指定）

　　?? 用戶數(shù)據(jù)區(qū)： 128bits

　　?? EPC 數(shù)據(jù)區(qū)：496bits

　　?? 工作溫度： –40 to +85 °C

　　?? 安裝方式： 背膠或機械固定（可定制）

　　規(guī)格參數(shù):

　　?? 讀取距離（1W 輸出6dBi 圓極化天線） >8m

　　?? 尺寸（mm） 100(L)*30(W)*3(T)

　　?? 重量（g） 25

　　?? 頻率范圍（MHz） 860-928

　　?? 芯片型號Monza 4E（或用戶指定）

　　?? 用戶數(shù)據(jù)區(qū)128bits

　　?? EPC 數(shù)據(jù)區(qū)496bits

　　?? 工作溫度–40 to +85 °C

　　4.2 固定式讀寫器
系統(tǒng)中使用的固定式讀寫器的型號為Sread-01 型無源UHF 讀寫器，其具有極高的靈敏度，可敏銳的捕捉到帶有標簽的設備。該設備將會安裝到貨架上和出入?yún)^(qū)域以進行貨架管理和物品防盜管理

規(guī)格參數(shù)：

頻率                                                中國大陸920-925MHz;
                                                    OPEN'(Custom) 860-960MHz

天線                                                外置式，雙天線

天線接頭形式                                        SMA 陰頭

輸出功率                                            最大功率30dBm;+/-1.0dBM 可調有效讀取距離（標準標簽及測試環(huán)境）                   >6m

標簽識別率                                          大于170 個/秒

尺寸                                                150X110X47(mm)

網(wǎng)口                                                RJ45TCP/IP 10 100M 自適應

供電                                                DC 5V

供電電流                                            <2A

儲存溫度：                                         -40～+85℃

工作溫度：                                         -20～+65℃

濕度                                               90%非凝結

　　4.3 PDA

　　PDA 為手持設備，其型號為Sread-03，采用windows CE 操作系統(tǒng)，帶有數(shù)字鍵盤及觸屏輸入，內(nèi)置有應用程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備定位和快速盤點功能。應用程序會根據(jù)客戶實際需求進行開發(fā)并提供升級服務。

　　4.4 資產(chǎn)借還器

　　桌面式發(fā)卡器使用慧感嘉聯(lián)科技自主研發(fā)的Sread-02 型發(fā)卡器，發(fā)卡速度快，體積小，不占空間，性能極其穩(wěn)定。

規(guī)格參數(shù)：

支持頻段                                                中國大陸920-925MHz;
                                                        OPEN'(Custom) 860-960MHz

天線                                                    內(nèi)置式，單天線

輸出功率                                                最大功率20dBm;+/-1.0dBm 可調有效讀取距離（標準標簽及測試環(huán)境）                                       >1m

尺寸                                                    110X80X26(mm)

接口                                                    USB

供電                                                    USB 自供電

供電電流                                                <600mA

儲存溫度：                                              -40～+85℃

　　4.5智能貨架原理

　　所謂智能貨架是采用了RFID 高性能的資產(chǎn)定位管理設備進行資產(chǎn)管理的貨架，其支持ISO18000-6C 協(xié)議標簽識別，支持單節(jié)貨架最大寬度10m，并支持多節(jié)貨架并列應用，通過貨架分層標簽掃描，可完成物品清點、查詢、錯架統(tǒng)計等功能。

　　智能貨架的性能包括：

　　采用先進的防沖突算法，具有強大的標簽檢測功能

　　低功耗設計，輸出功率可調性能穩(wěn)定、抗干擾能力強，單次檢測成功率大于99.5%，高于國際同類產(chǎn)品，實現(xiàn)一臺讀寫器分層貨架控制，降低應用成本。

　　4.6 設備管理程序

　　管理程序基于Java 開發(fā)，運行穩(wěn)定，對計算機硬件配置要求較低低，可在客戶現(xiàn)有的計算機上安裝使用，而不會對其它應用造成影響，可支持Windows XP SP2及以上的操作系統(tǒng)，后臺數(shù)據(jù)庫采用Mysql 5.0 版本，在管理資產(chǎn)較多時，建議使用專門的服務器。具體的運行環(huán)境要求如下所述：

　　? 操作系統(tǒng)：Window XP SP2+及以上

　　? CPU：主頻1.5GHz 及以上

 　　? 內(nèi)存：512M 及以上

　　? 硬盤：20G 及以上

　　管理程序會根據(jù)用戶的具體要求進行開發(fā)，并會視使用效果和用戶反饋提供升級更新服務。

四、費用預算

　　4.1 產(chǎn)品報價

　　本著一切為了客戶的原則，慧感嘉聯(lián)結合以往的成功應用經(jīng)驗，對設備管理系統(tǒng)進行了性價比的最大優(yōu)化，并對產(chǎn)品進行了有效的成本控制，將系統(tǒng)整體費用最低程度的降低。

　　4.2 其它服務

　　貨架管理系統(tǒng)的質保期為系統(tǒng)交付使用之日起的12 個日歷月，在質保期內(nèi)，所有的產(chǎn)品將會享受慧感嘉聯(lián)提供的免費質保服務，對于非人為因素所造成的產(chǎn)品損毀，慧感嘉聯(lián)將會在7 日內(nèi)完成更換或維修工作?；鄹屑温?lián)將會在質保期內(nèi)向用戶免費提供兩次生產(chǎn)設備管理系統(tǒng)的培訓，并提供全程的技術支持服務。除此以外，在質保期內(nèi)，慧感嘉聯(lián)會可根據(jù)用戶要求免費提供兩次軟件的更新升級服務。