基于物聯網的電子元件追溯系統

摘 要：針對電子產品質量管理和售后返修問題，本文運用RFID電子標簽技術優勢和分析追溯系統技術特點，提出了基于物聯網的電子元件追溯系統，系統在提供追溯系統通用基礎維護功能上，根據電子產品特點設置了電子產品組合、元件分解、中間元件循環檢測、電子元件原材料追溯、中間元件生產追溯以及電子產品售后追溯等涵蓋了電子產品組成過程的全程追溯。

關鍵詞：物聯網；電子元件；追溯系統；產品質量

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 06-0000-02

一、引言

電子元件是組成電子產品的基礎，常用的電子元件有：電阻、電容、電感、電位器、變壓器、三極管、二極管、IC等[1]。隨著電子科學的發展，形形色色的電子產品已經遍及很多行業，在日常生活中，電視機、計算機、移動通信產品、錄像機、攝錄機、汽車電子產品等都成人們普通的消費電子產品；而微電子技術的變革，將電子產品化為許多的電子元件，即通過微型的集成電路把 10 萬、100 萬甚至更多的電子元件集成在一塊5毫米直徑的芯片上[2]。隨著信息產業革命的迅速發展和人們消費電子產品越來越多，其電子元件的需求量日益增加，然而部分電子元件的故障會導致電子產品不能正常工作，這使得電子產品質量問題也越來越多；電子產品由許多電子元件組成，各電子元件都有相應的生產廠商，其質量問題往往涉及多個生產廠商，給成品的售后維修帶來麻煩。因此要保證電子產品的質量就要保證電子元件封裝質量，其電子元件質量檢測和來源追蹤是保證產品質量和售后的重要環節[2]。近幾年，我國電子元件出口年均增長超過22.8%，2004年出口額達189.72億美元，同時進口額為279.42億美元，逆差為89.7億美元[3]；由此可見組成電子產品的電子元件可能來自各全球各地，其售后質量追蹤將是未來電子產品售后服務的一大難題。

追溯系統[4]目前已經被廣泛應用于各個行業中，實現對產品進行正向，逆向或不定向追蹤的生產控制系統，可適用于各種類型的過程和生產控制，基于物聯網的電子元件追溯系統可以追溯到電子產品的電子元件信息，電子元件的來源即從哪里生產采購的，電子元件的去向即被安裝到哪個電子產品中；經銷商可以查詢電子產品在何處銷售，售后服務商可以查詢到電子元件損壞的關鍵參數，并判定和反饋電子元件是否合格等。實現追溯的主要關鍵技術包含：GS1編碼技術、條碼技術、電子傳感技術、RFID技術。本文運用在物聯網中比較成熟的關鍵技術——射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）的電子標簽，通過電子標簽對物理對象進行標識，這樣RFID電子標簽就能快速、實時、準確地完成物體信息的采集和傳輸，把RFID電子標簽與互聯網連接起來，從而構成物品標識的（以物體為主）、全球的、開放的大型網絡。RFID電子標簽產生比較早，最初單純用于軍事領域，從上個世紀90年代開始逐步推廣使用到企業內部使用。1999年，美國麻省理工學院提出了EPC系統，EPC系統利用RFID追蹤、管理物品，用電子標簽實現對全球任何物理對象的唯一有效標識，因此也產生了物聯網概念。隨著物聯網概念的提出，RFID電子標簽技術得到很大的提升，2004年EPC系統推出全球標準第一代的EPC電子標簽標準EPC Gen1，并在部分應用中進行了測試；第二年就發布了電子標簽的EPC Gen2標準，該標準在實際中已經得到應用[5，6，7]。在物聯網中，RFID電子標簽發展前景巨大，本文通過RFID電子標簽將電子元件納入到電子產品物聯網的范疇，對電子產品形成比較完整追溯系統；電子元件電子信息產業的重中之重，研究電子元件物聯趨勢，不僅可以實現產品子件精準地通信，也可對加快電子信息產業發展起到推動作用。

二、技術路線與架構

（一）物聯網技術

物聯網[8，9]即物物相連的互聯網，已經成為信息技術發展的新趨勢可以實現智能化識別、定位、跟蹤、追溯、監控和管理，它是科學技術發展與應用需求達到一定階段的必然結果；物聯網改變了互聯網人與人通信的局面并突破了傳統通信思維限制，通過通信定位技術和計算機軟件使得物聯網控制范圍擴展到人與物、物與物，將網絡延伸到物體之上，已經實現了可以對物體的物理位置的實時跟蹤。物聯網主要提供的基礎平臺應用最大是實現供應鏈中產品的跟蹤和追溯；本文所研究的基于物聯網的電子元件追溯系統是運用物聯網的追溯技術，結合電子產品中電子元件封裝特點及計算機主板為例，通過在計算機主板上附著RFID電子標簽，該標簽包含計算機主板中所有電子元件（電阻、電容、電感、三極管、二極管等）進行標識，通過網絡與計算機通信，記錄了計算機主板產品生產、流通、銷售、售后等環節的關鍵電子元件的追溯信息，而形成一個系統的電子產品追蹤系統。

（二）追溯系統架構

追溯系統在空間上跨越比較廣，時間上有嚴格的先后關系，因此必須統一服務器的時間，所有子系統和功能模塊的運行都必須基于服務器。系統平臺采用客戶機/服務器（Client/Server，C/S）和瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）相結合，C/S體系結構充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低了系統的通訊開銷，追溯系統平臺下子系統和功能模塊分別安裝于各個網點；為了方便維護和升級，平臺還采用了B/S模式，其系統一部分事務邏輯在前端實現，但是主要事務邏輯在服務器端實現。這就形成了多層體系架構，分別由表示層、網絡層、業務層、數據層組成，技術架構各層次功能為：表示層主要表示C/S 模式的用戶界面和B/S 模式的WEB頁面，與用戶直接交互；業務層主要是針對具體的問題的操作，對數據業務邏輯處理，在本追溯系統中也可以理解成對數據層和網絡層的邏輯操作；數據層主要對物聯網采集的大量數據進行分類操作，并將原始數據處理后反饋到網絡層中。網絡層主要功能類似于物聯網服務層即包括聯網管理中心、信息中心、專家物系統等對海量信息進行智能處理的部分；從技術層面上看，物聯網與互聯網有著天然的緊密聯系，二者都是基于某種開放的網絡間通信協議，實現了同構或異構網絡的互聯與信息交換。[10]在OSI參考模型中的第三層的網絡層，介于運輸層和數據鏈路層之間，在設計上是在數據鏈路層提供的兩個相鄰端點之間的數據幀的傳送功能，進一步管理網絡中的數據通信，將數據設法從源端經過若干個中間節點傳送到目的端，從而向運輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務。

三、基于物聯網的電子元件追溯系統研究

（一）電子元件追溯系統設計思路

電子元件追溯系統以計算機主板為載體，主板形狀基本上都是矩形電路板，計算機的主要電路系統都設計在主板上面，包含主要核心芯片控制如：BIOS芯片、I/O控制芯片、北橋芯片和南橋芯片等芯片組，主要支持接口有鍵鼠接口、面板控制開關接口、硬盤接口、USB接口等，并提供擴展槽有指示燈插接件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件，具體如圖1所示。主板上電路系統、芯片組、接口、插槽等設計上都是通過電子元件組成，本文以電子元件的角度對計算機主板進行元件分解，有些元件設計上比較復雜仍然可以繼續分解至更細的電子元件，這些可再分元件本文稱為“中間元件”；從系統設計上需要考慮到元件分解子父級關系和中間元件循環機制，不能讓其出現死循環分解，并且在每項元件或中間元件都有相應RFID電子標簽進行追溯。

計算機主板一般的電子元件有：電阻、電容、二極管、三極管、電感等；按照元件的主要功能劃分，電阻分為元件分壓、限流、匹配電阻、熱敏電阻等元件；電容分為濾波、去耦、AC耦合、儲能等；二極管主要有穩壓和發光LED；三極管主要有隔離和 電子開關；電感分為濾波、震蕩、去耦等以及非電子元件的插槽。

（二）追溯系統主要功能

本文設計的基于物聯網的電子元件追溯系統主要功能包括RFID電子標簽規則設定、產品分類和產品庫維護、元件分類和元件庫維護、供應商和客戶信息維護等基礎功能，主要業務功能包括產品組合、元件分解、中間元件循環檢測、追溯碼設置、應用規則等；追溯功能涵蓋了電子產品組成過程的全程追溯包含電子元件原材料追溯、元件生產過程追溯即中間元件生產追溯以及電子產品售后追溯等，具體功能結構如圖2所示。

考慮到產品整體的追溯功能，在系統設計上還要擴展非電子元件的追溯，這個功能不使用循環追溯，為產品售后起到基礎數據收集，方便故障的溯源；系統也提供了相應的查詢功能，以溯源的方式逆向牽引出相關元件來源、去向圖和統計出元件易出故障的（技術質量比較差）的提供商。

四、結束語

追溯系統的創新之處在于能將電子產品形成一套完整且統一的生產、流通信息，但其中的追溯數據采集工作繁瑣以及中間元件循環檢測存在不完善，加上RFID電子標簽和感應設備價格高昂，因此電子元件追溯系統一時比較難以得到比較廣泛的使用；隨著物聯網技術的發展和物聯網概念深入生活中，電子產品質量售后問題日益精細，系統的推廣應用會更進一步加快。

參考文獻：

[1]百度百科.電子元件[OL]，2014-1-20 ，http：//baike.baidu.com/link？url=YecF1ssXhDYqVQLmP-78q1qACrE9WunCkTdZGSjbtcngmhLrrFd3j2tHo6hCS1P0.

[2]王超.電子元件封裝自動檢測系統的設計[D].天津大學，2010.

[3]中國電子元件行業協會信息中心.我國電子元件行業進出口狀況分析[R].中國電子報，2005.

[4]百度百科.追溯系統[OL]，2013-09-11，http：//baike.baidu.com/view/3664936.htm？fromTaglist.

[5]黃玉蘭.物聯網-射頻識別（RFID）核心技術詳解[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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[8]Atzori L，Iera A，GiacomoM. The Internet ofThings：a survey[J].Computer Networks，2010（15）：2787-2805.

[9]Lane N D，Miluzzo E，Lu Hong，et al.A survey of mobilephone sensing[J].IEEE Communications Magazine，2010（09）：140-150.

[10]朱燕，黃明科.物聯網的發展和應用探討[J].電信網技術，2010（11）：34-37.

[作者簡介]許鄧艷（1982-），女，福建泉州人，福建工程學院軟件學院助教，軟件工程碩士。