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)實現(xiàn)無縫隙、經(jīng)濟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、運動等信息，可隨時掌握裝備狀態(tài)和器材補給情況，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。本文針對隨船器材保障存在著“艙室狹小、品種雜亂、查找困難”等問題，利用射頻識別、二維條碼、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)進行隨船器材保障可視化系統(tǒng)建設的研究。該系統(tǒng)覆蓋了倉儲、收發(fā)、定位等各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了不開箱情況下的器材自動收發(fā)操作，長距離精確定位跟蹤等功能。該系統(tǒng)的基礎工作是器材存儲位置和跟蹤定位的虛擬場景建設，可直觀精確標準器材的位置和運動方向，實現(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景圖上標注所查詢器材的位置。

1 技術(shù)分析

射頻識別技術(shù)是一種非接觸識別技術(shù)，由于遠距離、動態(tài)自動識別、一次識別多個標簽等優(yōu)勢，數(shù)據(jù)傳遞更加迅速和準確。射頻識別系統(tǒng)由標簽、讀寫器和天線組成。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個方向來獲取信息。二維條碼技術(shù)具有成本低、保密性強等優(yōu)點，不足之處是較易磨損，識別距離短，識別時需要光學可視;數(shù)據(jù)寫入不可更改;無法同時識別多個條碼等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人與計算機通信交互的最自然的方式，具有直觀交互的特點。該技術(shù)構(gòu)建的三維信息虛擬場景，能夠通過視覺、聽覺和感覺等產(chǎn)生身臨其境的視覺仿真。在暢通的網(wǎng)絡技術(shù)的基礎上，可輕松實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

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

2 建設目標

系統(tǒng)建設目標:加快器材出入庫速度，增大庫存吞吐量;縮短器材查找時間，加強機動靈活性;實現(xiàn)庫存信息自動化收集，提供及時準確的庫存消耗信息，提高器材查詢的準確性;改善器材盤點作業(yè)的質(zhì)量，降低器材庫存管理的成本;實現(xiàn)器材收發(fā)定位庫存管理的無紙化作業(yè)。

3 總體思路

供貨廠商在器材包裝箱上粘貼二維條碼，用來反映該器材入庫信息。同時在艙室每個貨架上粘貼一張射頻標簽，用來收集該貨架上所擺放器材的庫存信息。貨架標簽上的器材信息通過手持射頻標簽二維條碼讀寫器，在掃描擺放在貨架上的器材包裝箱二維條碼后更新。為各艙室門安裝二維條碼固定讀寫器，實現(xiàn)器材包裝箱出入庫門時自動掃描，準確記錄出入庫時間，生成器材出入庫單據(jù)。為重要器材配備有源標簽，在各艙室和甲板安裝天線，實現(xiàn)被跟蹤器材在艙室虛擬場景上的跟蹤監(jiān)控定位。所有設備通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到服務器中，開發(fā)服務器版隨船器材管理系統(tǒng)，實現(xiàn)隨船器材數(shù)據(jù)的自動匯集、查詢與統(tǒng)計，以及各種單據(jù)的打印。該方案通過二維條碼方式和射頻標簽方式結(jié)合使用的方式，有效地提高了信息收集的自動化程度，實現(xiàn)了對出入庫作業(yè)的實時監(jiān)控，方便了對庫存器材的定位與查詢，避免了完全使用射頻標簽的高額成本，大幅提高了倉儲作業(yè)的工作效率。

4 建設內(nèi)容

1)隨船器材倉儲可視化系統(tǒng)建設。

編制器材編碼，劃分器材艙室，規(guī)范貨位碼，弄清器材庫存和消耗，將相關(guān)信息寫入標簽并部署，這些信息隨時更新，同步傳輸?shù)奖O(jiān)控室。監(jiān)控室虛擬倉儲場景，采用俯視圖和側(cè)視圖來描述整個倉儲空間，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，以及所存儲器材的基本情況、修理情況、收發(fā)情況、庫存情況等?？杉皶r統(tǒng)計各類器材庫存報表和消耗報表。這些信息包括:基本信息 (器材編碼、器材名稱、型號規(guī)格、技術(shù)參數(shù))、器材履歷 (出廠時間、運行壽命、完好率、維修保養(yǎng)等)、庫存信息 (現(xiàn)有庫存、單價、消耗數(shù)據(jù))、出入庫數(shù)據(jù) (出入庫時間、單號、數(shù)量、任務來源、生產(chǎn)廠家)。通過讀寫器可對這些信息進行自動記錄、檢查、統(tǒng)計與管理，并與服務器數(shù)據(jù)庫保持一致。

2)隨船器材收發(fā)可視化系統(tǒng)建設。

器材艙室門安裝讀寫器，實現(xiàn)器材出入庫或移庫時的出入口處無停留自動掃描識別，系統(tǒng)根據(jù)所讀信息，在數(shù)據(jù)庫中準確記錄進出庫門的器材數(shù)量、入出庫時間、存放位置等上傳數(shù)據(jù)庫，自動生成各種出入庫單據(jù)以供查詢，自動提示出入庫貨位，指導器材入位或補充等，器材驗收和出入庫同時完成。器材庫存盤點時，只需利用手持式讀寫器選擇盤點功能，讀寫器就自動實時獲取所有標簽的信息并錄入數(shù)據(jù)庫。在監(jiān)控終端顯示盤點對比結(jié)果。

3)隨船器材定位可視化系統(tǒng)建設。

射頻技術(shù)的核心是標簽的EPC(產(chǎn)品電子代碼)，提供物理對象的唯一標識，利用EPC可以實現(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簽，在各艙室和甲板安裝天線工程箱擴展定位距離。可實現(xiàn)被跟蹤器材在各艙室虛擬場景圖上的跟蹤定位監(jiān)控，最高精度可達到150 mm。同時可根據(jù)手持終端指導船員所查找器材的位置。

4)器材編碼系統(tǒng)建設。

統(tǒng)一的器材編碼系統(tǒng)是實現(xiàn)隨船器材保障可視化的基礎。器材編碼是對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等存儲于計算機、射頻卡等設備內(nèi)進行檢索統(tǒng)計，并可轉(zhuǎn)換為對應的二維條碼打印粘貼在器材包裝箱上。器材編碼系統(tǒng)建設包括:編碼標準、代碼結(jié)構(gòu)、編碼組織、編碼管理等內(nèi)容。

5 性能指標

1)倉儲系統(tǒng)。

射頻標簽適應艙室環(huán)境，壽命長、性能穩(wěn)定，防震、防靜電、抗高溫、抗高濕等。貨架標簽采用860 MHz或960 MHz頻段的無源紙質(zhì)標簽，要求靈敏度高，多讀寫器環(huán)境下運行可靠，可防止未經(jīng)許可非法讀寫，標簽通過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)編碼，具有很高的數(shù)據(jù)完整性。讀寫器要求在有效區(qū)域內(nèi)一次可識讀2 000個標簽。

2)艙室門出入庫系統(tǒng)。

能夠準確記錄進入庫門器材并上傳數(shù)據(jù)庫。具備自動導航功能，進行器材貨位提示，指導上架和補貨，保證100%準確率。艙室門讀寫器可對靠近其的300 km/h高速狀態(tài)運行的器材進行準確識讀。

3)定位跟蹤系統(tǒng)。

配備2個位置傳感器，能夠在150°的扇形范圍內(nèi)標簽定位精度達到150 mm。定位標簽采用有源標簽，要求讀寫距離，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;寫數(shù)據(jù)次數(shù)，100 000次;防震，防潮、防塵、防摔。

6 系統(tǒng)設備

1)倉儲設備。

由手持讀寫器、固定讀寫器、貨架標簽、器材包裝箱條碼和主機管理5部分組成。手持讀寫器具有條碼和標簽讀寫功能，可與主機系統(tǒng)通信。倉儲操作中，操作員首先用手持設備掃描器材包裝箱上的條碼信息，將讀出的器材出入庫信息通過手持設備寫入貨架標簽，更新其庫存信息。固定讀寫器安裝在艙室頂部，通過多串口卡連接到主機，實時讀取貨架標簽信息，及時更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。貨架標簽用來記錄該貨架所擺放器材信息。器材包裝箱條碼是系統(tǒng)生成的與入庫相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部條碼，記錄器材入庫信息。在各艙室門安裝高精度和高識別率的讀寫器，進行器材出入庫門無停留的自動操作。

2)定位設備。

設備要求信號繞射能力強，抗金屬干擾。包括:有源射頻卡的佩戴、天線部署和讀寫器部署。有源標簽可通過螺絲孔固定在器材上或直接綁在器材包裝箱上。天線和固定讀寫器的連接線等組件可集成到工程箱中。根據(jù)艙室實際布局劃分區(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)安全設備。

主機設置雙硬盤，自動備份數(shù)據(jù)，防止意外情況，必要時可由操作人員將數(shù)據(jù)備份。

7 結(jié)束語

該系統(tǒng)建設的意義表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)提高隨船器材保障業(yè)務的自動化水平。

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

2)提高隨船器材保障業(yè)務的快速反應能力。

可實時掌握器材消耗、儲備、分布及流轉(zhuǎn)等動態(tài)信息，提前預知器材需求，及時、準確地確定器材應急保障方案，優(yōu)化使用器材保障資源，適時進行器材調(diào)配與供應，為器材保障決策提供高效、精確、快速與及時的信息服務。

3)提高隨船器材保障業(yè)務經(jīng)費的使用效率。

能及時、準確、全面了解器材庫存情況，進行庫存分析和預測，合理安排器材采購，避免冗余訂貨，減少器材積壓，杜絕器材短缺。能及時更正錯誤的庫存信息?？娠@著減少器材庫存費用，節(jié)省人力物力，提高器材保障業(yè)務的自動化水平。

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)費的開支，提高了隨船器材快速反應保障能力，提升了隨船器材保障的可視化水平。