隨船器材保障可視化系統(tǒng)建設(shè)的研究

呂志彤，寧兆宇，皮湛恩

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海軍裝備部，北京 100841)

0 前言

器材保障可視化是利用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫隙、經(jīng)濟(jì)有效的器材保障系統(tǒng)。該系統(tǒng)為器材保障人員提供有關(guān)器材的位置、外形、運(yùn)動(dòng)等信息，可隨時(shí)掌握裝備狀態(tài)和器材補(bǔ)給情況，從而提高器材管理的直觀性和透明度，最大限度地減少資源浪費(fèi)。本文針對(duì)隨船器材保障存在著“艙室狹小、品種雜亂、查找困難”等問(wèn)題，利用射頻識(shí)別、二維條碼、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行隨船器材保障可視化系統(tǒng)建設(shè)的研究。該系統(tǒng)覆蓋了倉(cāng)儲(chǔ)、收發(fā)、定位等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了不開(kāi)箱情況下的器材自動(dòng)收發(fā)操作，長(zhǎng)距離精確定位跟蹤等功能。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作是器材存儲(chǔ)位置和跟蹤定位的虛擬場(chǎng)景建設(shè)，可直觀精確標(biāo)準(zhǔn)器材的位置和運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)器材可視化查詢。即在傳統(tǒng)的查詢結(jié)果中，以醒目顏色在虛擬艙室場(chǎng)景圖上標(biāo)注所查詢器材的位置。

1 技術(shù)分析

射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸識(shí)別技術(shù)，由于遠(yuǎn)距離、動(dòng)態(tài)自動(dòng)識(shí)別、一次識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽等優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)傳遞更加迅速和準(zhǔn)確。射頻識(shí)別系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和天線組成。二維條碼技術(shù)按一定規(guī)律以黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)，可以從水平、垂直2個(gè)方向來(lái)獲取信息。二維條碼技術(shù)具有成本低、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是較易磨損，識(shí)別距離短，識(shí)別時(shí)需要光學(xué)可視;數(shù)據(jù)寫(xiě)入不可更改;無(wú)法同時(shí)識(shí)別多個(gè)條碼等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人與計(jì)算機(jī)通信交互的最自然的方式，具有直觀交互的特點(diǎn)。該技術(shù)構(gòu)建的三維信息虛擬場(chǎng)景，能夠通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和感覺(jué)等產(chǎn)生身臨其境的視覺(jué)仿真。在暢通的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

系統(tǒng)建設(shè)須滿足隨船器材保障管理要求，在滿足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，規(guī)劃低耦合的模塊結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)成熟硬件，軟件采用開(kāi)源軟件、J2EE體系架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用分布式結(jié)構(gòu)。

2 建設(shè)目標(biāo)

系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo):加快器材出入庫(kù)速度，增大庫(kù)存吞吐量;縮短器材查找時(shí)間，加強(qiáng)機(jī)動(dòng)靈活性;實(shí)現(xiàn)庫(kù)存信息自動(dòng)化收集，提供及時(shí)準(zhǔn)確的庫(kù)存消耗信息，提高器材查詢的準(zhǔn)確性;改善器材盤(pán)點(diǎn)作業(yè)的質(zhì)量，降低器材庫(kù)存管理的成本;實(shí)現(xiàn)器材收發(fā)定位庫(kù)存管理的無(wú)紙化作業(yè)。

3 總體思路

供貨廠商在器材包裝箱上粘貼二維條碼，用來(lái)反映該器材入庫(kù)信息。同時(shí)在艙室每個(gè)貨架上粘貼一張射頻標(biāo)簽，用來(lái)收集該貨架上所擺放器材的庫(kù)存信息。貨架標(biāo)簽上的器材信息通過(guò)手持射頻標(biāo)簽二維條碼讀寫(xiě)器，在掃描擺放在貨架上的器材包裝箱二維條碼后更新。為各艙室門(mén)安裝二維條碼固定讀寫(xiě)器，實(shí)現(xiàn)器材包裝箱出入庫(kù)門(mén)時(shí)自動(dòng)掃描，準(zhǔn)確記錄出入庫(kù)時(shí)間，生成器材出入庫(kù)單據(jù)。為重要器材配備有源標(biāo)簽，在各艙室和甲板安裝天線，實(shí)現(xiàn)被跟蹤器材在艙室虛擬場(chǎng)景上的跟蹤監(jiān)控定位。所有設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器中，開(kāi)發(fā)服務(wù)器版隨船器材管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隨船器材數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯集、查詢與統(tǒng)計(jì)，以及各種單據(jù)的打印。該方案通過(guò)二維條碼方式和射頻標(biāo)簽方式結(jié)合使用的方式，有效地提高了信息收集的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)出入庫(kù)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便了對(duì)庫(kù)存器材的定位與查詢，避免了完全使用射頻標(biāo)簽的高額成本，大幅提高了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的工作效率。

4 建設(shè)內(nèi)容

1)隨船器材倉(cāng)儲(chǔ)可視化系統(tǒng)建設(shè)。

編制器材編碼，劃分器材艙室，規(guī)范貨位碼，弄清器材庫(kù)存和消耗，將相關(guān)信息寫(xiě)入標(biāo)簽并部署，這些信息隨時(shí)更新，同步傳輸?shù)奖O(jiān)控室。監(jiān)控室虛擬倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景，采用俯視圖和側(cè)視圖來(lái)描述整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)空間，用不同顏色直觀顯示各艙室存放位置的狀態(tài):空閑、存放、出貨、不可存放等，以及所存儲(chǔ)器材的基本情況、修理情況、收發(fā)情況、庫(kù)存情況等。可及時(shí)統(tǒng)計(jì)各類(lèi)器材庫(kù)存報(bào)表和消耗報(bào)表。這些信息包括:基本信息 (器材編碼、器材名稱(chēng)、型號(hào)規(guī)格、技術(shù)參數(shù))、器材履歷 (出廠時(shí)間、運(yùn)行壽命、完好率、維修保養(yǎng)等)、庫(kù)存信息 (現(xiàn)有庫(kù)存、單價(jià)、消耗數(shù)據(jù))、出入庫(kù)數(shù)據(jù) (出入庫(kù)時(shí)間、單號(hào)、數(shù)量、任務(wù)來(lái)源、生產(chǎn)廠家)。通過(guò)讀寫(xiě)器可對(duì)這些信息進(jìn)行自動(dòng)記錄、檢查、統(tǒng)計(jì)與管理，并與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)保持一致。

2)隨船器材收發(fā)可視化系統(tǒng)建設(shè)。

器材艙室門(mén)安裝讀寫(xiě)器，實(shí)現(xiàn)器材出入庫(kù)或移庫(kù)時(shí)的出入口處無(wú)停留自動(dòng)掃描識(shí)別，系統(tǒng)根據(jù)所讀信息，在數(shù)據(jù)庫(kù)中準(zhǔn)確記錄進(jìn)出庫(kù)門(mén)的器材數(shù)量、入出庫(kù)時(shí)間、存放位置等上傳數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成各種出入庫(kù)單據(jù)以供查詢，自動(dòng)提示出入庫(kù)貨位，指導(dǎo)器材入位或補(bǔ)充等，器材驗(yàn)收和出入庫(kù)同時(shí)完成。器材庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)時(shí)，只需利用手持式讀寫(xiě)器選擇盤(pán)點(diǎn)功能，讀寫(xiě)器就自動(dòng)實(shí)時(shí)獲取所有標(biāo)簽的信息并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。在監(jiān)控終端顯示盤(pán)點(diǎn)對(duì)比結(jié)果。

3)隨船器材定位可視化系統(tǒng)建設(shè)。

射頻技術(shù)的核心是標(biāo)簽的EPC(產(chǎn)品電子代碼)，提供物理對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)，利用EPC可以實(shí)現(xiàn)器材定位跟蹤。為重要器材佩戴有源抗金屬干擾的高精度標(biāo)簽，在各艙室和甲板安裝天線工程箱擴(kuò)展定位距離?？蓪?shí)現(xiàn)被跟蹤器材在各艙室虛擬場(chǎng)景圖上的跟蹤定位監(jiān)控，最高精度可達(dá)到150 mm。同時(shí)可根據(jù)手持終端指導(dǎo)船員所查找器材的位置。

4)器材編碼系統(tǒng)建設(shè)。

統(tǒng)一的器材編碼系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)隨船器材保障可視化的基礎(chǔ)。器材編碼是對(duì)所管理器材按照一定的規(guī)則編制代碼，這些代碼通常是數(shù)字和字母的集合。該系統(tǒng)器材編碼用于代替器材名稱(chēng)等存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)、射頻卡等設(shè)備內(nèi)進(jìn)行檢索統(tǒng)計(jì)，并可轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二維條碼打印粘貼在器材包裝箱上。器材編碼系統(tǒng)建設(shè)包括:編碼標(biāo)準(zhǔn)、代碼結(jié)構(gòu)、編碼組織、編碼管理等內(nèi)容。

5 性能指標(biāo)

1)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。

射頻標(biāo)簽適應(yīng)艙室環(huán)境，壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，防震、防靜電、抗高溫、抗高濕等。貨架標(biāo)簽采用860 MHz或960 MHz頻段的無(wú)源紙質(zhì)標(biāo)簽，要求靈敏度高，多讀寫(xiě)器環(huán)境下運(yùn)行可靠，可防止未經(jīng)許可非法讀寫(xiě)，標(biāo)簽通過(guò)RF前端的模擬電路將天線接收能量部分轉(zhuǎn)化為電量，為內(nèi)部電路供電。其內(nèi)部包含有16位CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))編碼，具有很高的數(shù)據(jù)完整性。讀寫(xiě)器要求在有效區(qū)域內(nèi)一次可識(shí)讀2 000個(gè)標(biāo)簽。

2)艙室門(mén)出入庫(kù)系統(tǒng)。

能夠準(zhǔn)確記錄進(jìn)入庫(kù)門(mén)器材并上傳數(shù)據(jù)庫(kù)。具備自動(dòng)導(dǎo)航功能，進(jìn)行器材貨位提示，指導(dǎo)上架和補(bǔ)貨，保證100%準(zhǔn)確率。艙室門(mén)讀寫(xiě)器可對(duì)靠近其的300 km/h高速狀態(tài)運(yùn)行的器材進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)讀。

3)定位跟蹤系統(tǒng)。

配備2個(gè)位置傳感器，能夠在150°的扇形范圍內(nèi)標(biāo)簽定位精度達(dá)到150 mm。定位標(biāo)簽采用有源標(biāo)簽，要求讀寫(xiě)距離，500 m;超高速數(shù)據(jù)傳輸，115.2 kb/s;最大發(fā)射功率，0.75 mW;電池壽命，大于8年;寫(xiě)數(shù)據(jù)次數(shù)，100 000次;防震，防潮、防塵、防摔。

6 系統(tǒng)設(shè)備

1)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備。

由手持讀寫(xiě)器、固定讀寫(xiě)器、貨架標(biāo)簽、器材包裝箱條碼和主機(jī)管理5部分組成。手持讀寫(xiě)器具有條碼和標(biāo)簽讀寫(xiě)功能，可與主機(jī)系統(tǒng)通信。倉(cāng)儲(chǔ)操作中，操作員首先用手持設(shè)備掃描器材包裝箱上的條碼信息，將讀出的器材出入庫(kù)信息通過(guò)手持設(shè)備寫(xiě)入貨架標(biāo)簽，更新其庫(kù)存信息。固定讀寫(xiě)器安裝在艙室頂部，通過(guò)多串口卡連接到主機(jī)，實(shí)時(shí)讀取貨架標(biāo)簽信息，及時(shí)更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。貨架標(biāo)簽用來(lái)記錄該貨架所擺放器材信息。器材包裝箱條碼是系統(tǒng)生成的與入庫(kù)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部條碼，記錄器材入庫(kù)信息。在各艙室門(mén)安裝高精度和高識(shí)別率的讀寫(xiě)器，進(jìn)行器材出入庫(kù)門(mén)無(wú)停留的自動(dòng)操作。

2)定位設(shè)備。

設(shè)備要求信號(hào)繞射能力強(qiáng)，抗金屬干擾。包括:有源射頻卡的佩戴、天線部署和讀寫(xiě)器部署。有源標(biāo)簽可通過(guò)螺絲孔固定在器材上或直接綁在器材包裝箱上。天線和固定讀寫(xiě)器的連接線等組件可集成到工程箱中。根據(jù)艙室實(shí)際布局劃分區(qū)域，合理布局工程箱，放置射頻天線。建議工程箱放置在中甲板層的各個(gè)區(qū)域的橋通道的欄桿上，天線固定在橋通道的兩端的欄桿上，兩端天線方向相反擺放，垂直固定。

3)安全設(shè)備。

主機(jī)設(shè)置雙硬盤(pán)，自動(dòng)備份數(shù)據(jù)，防止意外情況，必要時(shí)可由操作人員將數(shù)據(jù)備份。

7 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)建設(shè)的意義表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)提高隨船器材保障業(yè)務(wù)的自動(dòng)化水平。

依據(jù)隨船器材管理規(guī)范，通過(guò)隨船器材資源出入庫(kù)作業(yè)全過(guò)程管理監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了電子形式的隨船器材信息的儲(chǔ)存和傳遞，有效提高隨船器材信息收集的自動(dòng)化程度，方便庫(kù)存器材的定位與查詢。

2)提高隨船器材保障業(yè)務(wù)的快速反應(yīng)能力。

可實(shí)時(shí)掌握器材消耗、儲(chǔ)備、分布及流轉(zhuǎn)等動(dòng)態(tài)信息，提前預(yù)知器材需求，及時(shí)、準(zhǔn)確地確定器材應(yīng)急保障方案，優(yōu)化使用器材保障資源，適時(shí)進(jìn)行器材調(diào)配與供應(yīng)，為器材保障決策提供高效、精確、快速與及時(shí)的信息服務(wù)。

3)提高隨船器材保障業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)的使用效率。

能及時(shí)、準(zhǔn)確、全面了解器材庫(kù)存情況，進(jìn)行庫(kù)存分析和預(yù)測(cè)，合理安排器材采購(gòu)，避免冗余訂貨，減少器材積壓，杜絕器材短缺。能及時(shí)更正錯(cuò)誤的庫(kù)存信息?？娠@著減少器材庫(kù)存費(fèi)用，節(jié)省人力物力，提高器材保障業(yè)務(wù)的自動(dòng)化水平。

總之，該系統(tǒng)提高了隨船器材保障工作效率和質(zhì)量，減少了經(jīng)費(fèi)的開(kāi)支，提高了隨船器材快速反應(yīng)保障能力，提升了隨船器材保障的可視化水平。