RFID技術在高校儀器設備管理中的優勢分析

周長軍, 宋　軍

(首都師范大學 條件裝備處, 北京　10048)

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RFID技術在高校儀器設備管理中的優勢分析

周長軍, 宋軍

(首都師范大學 條件裝備處, 北京10048)

RFID技術在高校儀器設備管理中的應用得到了廣泛的關注,它作為一種非接觸式自動識別技術在許多領域得到了應用。在高校儀器設備管理中,它呈現出準確性、高效性、穩定性和智能化的特點,可以有效地應對當前出現的增長快、類型多、分布廣的特點和信息準確、統計無誤的工作要求。強化對RFID技術特點的認識,可以更有效地促進該技術在管理實踐中的應用,實現更新管理觀念、改進管理手段、提高管理水平的工作目標,更好地為高校教學、科研服務。

設備管理； RFID； 自動識別； 信息化

當前,高校儀器設備呈現了增長快、類型多、分布廣等特點。增長快,表現隨著政府對高等教育投入的加大,儀器設備的數量和價值呈現較快增長趨勢；類型多,表現在教學科研的發展,出現儀器設備需求多樣化的特點；分布廣,則是由于多校區辦學帶來了儀器設備管理的新特點。這些特點的出現,需要不斷更新管理手段、創新管理方法、優化管理流程,達到提高管理水平的目標。

運用RFID技術加強高校儀器設備的管理,已經得到比較廣泛的關注,也有了豐富的研究成果,但是該技術并未得到普遍應用。本文擬通過梳理RFID技術特點,結合高校儀器設備管理工作的具體問題,深入探討該技術在實際應用中的優勢,推動這項技術在高校儀器設備管理中的實際應用。

1　高校儀器設備管理現狀

1.1儀器設備總量大、類型多、增速快

以某高校2014年新增9 500臺儀器設備統計,涵蓋了教育部16大類資產分類中的600個小類,其中大部分是教學、科研儀器設備。2013年全國普通高校教學、科研儀器設備增長3 904 709萬元,較上年增長13.7%①按教育統計數據,2013年普通高校教學科研儀器設備資產價值32,411,012.86萬元,當年新增3,904,709萬元。故2012年資產價值28,506,303.86。以此基礎測算2013年增長為13.7%。http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8493/201412/181821.html。這些變化趨勢對儀器設備的管理提出了更高要求。

1.2存放地點分散和較頻繁的移動

高校多校區辦學和辦學空間的局限,導致一個教學科研單位往往在多個校區分布有辦公室、實驗室,或者分散在同一個校區的不同樓宇中。這樣,對于儀器設備的管理帶來很多不便,比如頻繁地登記儀器設備借用和移動情況、監控進口免稅設備定點使用情況等，工作難度較大。

1.3使用周期長和信息維護難

部分專業儀器設備生命周期較長,經歷多次維修維護,或者存放地點、使用人員的變更；儀器設備驗收后要經過登記入賬、定期盤點和清查、調劑和處置等許多管理環節；按照“專管共用、資源共享”的原則,大型儀器設備還要做好共享和使用記錄,部分實驗室要能夠保證面向學生開放。儀器設備信息在維護中經常會出現完整性缺失的不規范問題[1]。

1.4低值品、耗材、試劑和危險品的管理工作量加大

按照《事業單位財務規則》的要求,1 000元以下的低值品需要建賬管理,低值品的數量增長很大；為了杜絕浪費,實驗和辦公設備耗材的管理更加嚴格和規范；由于公共安全的需要,危險化學品和放射源的監管力度不斷加大。這些問題都需要有更高效的管理手段來解決。

1.5信息統計工作量大,要求準確度高

《高等學校儀器設備管理辦法》要求“對儀器設備的種類、數量、金額、分布及使用狀況經常進行分析、研究和匯總,并按有關規定如期、準確上報各類統計數據。” 購置儀器設備進行可行性論證的過程中,也需要以儀器設備存量的統計數據作為支撐。大型儀器設備使用、實驗教學示范中心建設和學科建設的檢查評估中,也要對儀器設備的購置和使用情況進行報告。這些工作的基礎是儀器設備管理的統計,并依托于儀器設備管理信息系統中的數據的準確完整。

各高校普遍使用了儀器設備(固定資產)管理信息系統。北京、山東、江蘇等省市還由行政主管部門牽頭,編制統一的管理軟件,實現儀器設備和資產信息的動態管理。高校普遍使用條形碼等自動識別技術,有效提高了資產盤點和管理的效率。但是,突破上述儀器設備管理中的難點還需要進一步更新管理觀念和改進管理手段。

2　RFID技術概況

2.1RFID技術概念和發展

RFID(radio frequency identification)技術是一種非接觸式自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID識別無須人工干預,可工作于各種惡劣環境,可識別高速運動物體,并可同時識別多個標簽[2]。它與其他自動識別技術相比具有讀寫速度快、數據安全性高、環境適應性強、使用壽命長、標簽形式多樣等優點[3]。

2.2RFID系統組成

RFID用于儀器設備管理,系統組成上一般包括:電子標簽(tag)、讀寫器(reader)、中間件(middleware)、管理信息系統(management information system)和數據庫(database) ,同時需要互聯網(Internet)作為數據交換平臺。電子標簽和讀寫器都包括天線(antenna)部分。制作電子標簽需要帶有RFID讀寫功能的標簽打印機,實現監控功能還需要集成攝像、安防系統,實現移動管理功能還需要結合手機端應用程序(APP)[4]。系統組成如圖1所示。

圖1　RFID系統組成

2.2.1電子標簽(tag)

RFID標簽是由嵌體(inlay)及封裝材料組成。嵌體是電子標簽的核心部件,由芯片和天線綁定而成。嵌體經過二次封裝成為形式多樣的電子標簽,使之具有環境適應性強的特點[5]。電子標簽的主要參數包括標準、存儲區碼長、工作類型、寫入次數和方向性等。

國際上主流的標準包括ISO/IEC標準、EPC標準和UID標準,前兩者基本實現融合[6]。ISO/IEC 18000-6 定義了 860～960MHz 的空中接口通信協議參數,規定了時序參數、信號特性、標簽與讀寫器之間通信的物理層架構、協議和指令,以及多標簽讀取時的防碰撞方法[7]。

存儲區碼長決定了芯片的內存容量。EPC標準的RFID存儲區一般分為保留區、EPC區、TID區、用戶區[5]。保留區存儲Kill Password和Access Password等控制數據,EPC區存儲EPC編碼數據,TID區存儲只讀且唯一的電子標簽識別號碼,User區存儲用戶定義的數據[8]。儲存區的規格如圖2所示。

電子標簽按工作類型有不同的分類,儀器設備管理常用的是超高頻、無源式、可讀寫的電子標簽。寫入次數(write cycles)決定著電子標簽的壽命,一般是指

圖2　ALN-9640 存儲區規格[9]

在一定溫度條件下的寫入次數,有源電子標簽的電池容量也是決定因素。電子標簽一般采用方向性天線,如圖3所示。當標簽相對于讀寫器的角度發生變化時,標簽的讀取據距離也會發生變化[9]。

圖3　ALN-9640天線方向圖

2.2.2讀寫器(reader)

讀寫器又被稱作閱讀器。它的主要任務是控制射頻模塊向標簽發射讀取信號,并接收標簽的應答[10]。儀器設備管理中常用的有固定式閱讀器、分離式閱讀器、手持式閱讀器和移動閱讀器等。

讀寫器的天線設計決定讀寫的距離。近距離RFID應用,天線一般和讀寫器集成在一起；遠距離RFID應用,天線和讀寫器一般采取分離式結構,通過阻抗匹配的同軸電纜連接。因標簽放置方向不可控,讀寫器天線一般采用圓極化方式。分離式讀寫器還涉及到天線陣的設計問題,應用智能波束掃描天線陣,讀寫器可以按照一定的處理順序,“智能”打開和關閉不同的天線,使系統能夠感知不同天線覆蓋區域的標簽,增大系統覆蓋范圍[11]。

2.2.3中間件

RFID中間件是處于讀寫設備和后端應用之間的程序,它提供了對不同數據采集設備的硬件管理,對于來自這些設備的數據進行過濾、分組、計數、存儲等處理,并為后端的應用程序提供符合要求的數據。

3　RFID技術的優勢分析

推動RFID技術的應用,主要是把握該技術在儀器設備管理中的優勢,有針對性地開展應用[12]。RFID技術在高校儀器設備管理中的優勢主要表現在準確性、高效性、穩定性、智能化等方面。

3.1準確性

準確性是指有助于保證儀器設備管理信息的準確。在儀器設備管理信息的維護上,RFID技術在快速、自動識別和信息讀寫方面具有很大優勢。

(1) 電子標簽數據存儲容量大。如512位的User區,可以保存64個字節,能夠存儲結構化的儀器設備管理信息，可以包括設備編號、購置日期、價值、責任人、存放地點、上一次維保時間和盤點時間等主要信息。

(2) 數據更新速度快。在設備登記、建卡后,盤點、維保、責任人或存放地點變更、調劑、增減值等環節,管理員經過授權可以直接在電子標簽上修改信息,系統自動獲取實現儀器設備信息的動態管理[13]。

(3) 用標簽組標記成套設備。成套設備中的每個組件都粘貼EPC區編號相同的電子標簽,各組件標簽的TID編碼唯一,標簽組共同標志一臺設備。在資產調劑、報廢和遷移時,對標簽組掃描以確認設備完整。

(4) 防復制、防濫用。電子標簽TID編碼唯一,避免標簽被復制。標簽粘貼到非法位置的現象,可以通過定向掃描的技術發現。Kill Password(滅活口令)將廢棄標簽“殺死”,使其不會被濫用。

(5) 材料和廢液管理。低值品和耗材粘貼上電子標簽,可以完整、精確地記錄領取和使用情況,避免冒領、杜絕浪費。使用貼有RFID標簽的標準容器存儲廢液,可以準確記錄廢液量和成分,便于及時妥善地處置[14]。

3.2高效性

RFID技術在儀器設備盤點中的高效率,是一項明顯的優勢。RFID技術以非接觸、非可視、遠距離、大批量的方式讀寫電子標簽,它可以對場館廳堂等特殊場所安裝的、位置隱蔽或不易直接接觸的設備快速盤點。

在領用和借用環節,通過自動讀取設備上的電子標簽和教師的校園卡,實現自助盤點和借還。運用RFID技術,實現對體積較小、存放位置不明確的儀器設備快速地定位、搜尋[15]。

大型儀器設備共享和實驗室開放運用RFID技術可以實現遠程授權,保障儀器合理有序使用。RFID技術可以大量減少紙質單據的使用,通過電子化、網絡化、移動化的管理方式,優化管理流程、提高管理效率、減少資源浪費。

3.3穩定性

穩定性一方面表現為電子標簽的物理特性穩定,另一方面表面為系統兼容性強。RFID標簽具有豐富的封裝形式,這一點保證了它可以適用于除金屬表面和液體以外的各種復雜環境。電子標簽使用壽命長,一般情況下讀寫次數能達到10萬次,數據存儲時間可以達到10年,平均每天可以讀寫近30次。

RFID中間件技術的發展,使系統的兼容性不斷增強。不同時期配置的讀寫設備、電子標簽及應用軟件,在中間件的協調下可以穩定地發揮作用。比如采用EPC標準閱讀器,針對非兼容產品,可以采用適配器方式模擬化接入系統[16]。如BEA的RFID中間件可實現增添新種類的讀寫器或更換數據庫存儲軟件,應用端不做修改仍可兼容[5]。

3.4智能化

智能化的特點主要體現在對儀器設備管理信息的自動采集、自動分析、自主監控、智能提醒、決策支持等方面:

(1) 自動采集。合理地部署RFID天線,使之成為信息自動采集器，凡是在天線覆蓋范圍的標簽都會被自動讀取。

(2) 自動分析。RFID中間件可以對數據進行過濾、分組、計數,并響應系統請求，根據統計報表需要的數據定制相應的查詢策略,系統根據實時記錄、動態信息進行分析,提供符合要求的數據[17]。

(3) 自主監控。通過讀寫器精確地對儀器設備進行定位,實現可視化的監控目標，為放射源、危險化學品和海關監管儀器設備設置電子圍欄,當設備離開規定區域,系統自動發出預警，儀器設備的出入庫、搬運、配送等環節也能做到動態實時的自主監控。

(4) 智能提醒。設定儀器設備的維護保養周期,系統自動檢測電子標簽上的維保記錄,智能提醒管理人員按時維護保養[18]。

(5) 決策支持。通過系統自動記錄的、海量的儀器設備使用信息,分析儀器設備的使用績效、分布狀況、移動規律等,為儀器設備的配置提供一定的決策支持。

此外,管理制度的完善和管理流程的優化還要基于上述特點,從制度和技術兩個層面,共同搭建好管理框架。制度的完善,要面向現狀,立足于解決實際問題,提高管理工作質量；流程的優化,要深入把握RFID技術的優勢,提高自動化、智能化水平,提升網絡化、遠程化手段,促進管理觀念的更新。

4　缺少應用的原因分析

RFID技術較少實際應用大多歸因于電子標簽成本過高。隨著RFID技術在物流和供應鏈管理、交通、農業和國防等領域的廣泛應用,電子標簽的價格已經大幅度下降,應用規模的不斷擴大也會使電子標簽價格更低[12]。在這種情況下,RFID技術還是不能成為主流的管理手段,主要有如下原因。

4.1電子標簽選型

RFID系統的支出主要包括電子標簽、相關設備和系統集成。在典型的 RFID 應用中,標簽成本占硬件成本的 80%,選擇合適的標簽對于 RFID 系統成功部署至關重要。電子標簽的選型要根據待貼標物品特征、部署環境、讀寫器、芯片性能等做好需求分析[4]。此外還要注意以下3點:

(1) 適用性。比如在某些金屬材料表面不必須粘貼抗金屬標簽時,可以采取懸掛標簽的方式解決,降低成本。

(2) 通用性。標簽的標準、規格、性能盡量統一,能夠兼顧大多數儀器設備的需求。

(3) 兼容性。在成本和應用范圍的限制下,可以考慮條形碼標簽與電子標簽并存的管理模式。

4.2防碰撞算法

防碰撞技術是RFID的關鍵技術,它影響著系統的閱讀效率、能耗和實施成本。信息碰撞問題大致可以分為:標簽之間的信息碰撞、閱讀器之間的信息碰撞、閱讀器—標簽—閱讀器之間的信息碰撞,結果導致標簽漏讀。

多標簽防碰撞算法主要分為基于ALOHA的算法、基于對樹形的算法和基于二者的混合算法3類,由不同RFID標準的空中接口協議決定。信息碰撞問題會隨著RFID系統的擴大而擴展,標簽數量和閱讀器數量的增加,碰撞的概率隨之急劇增長,最終會導致RFID系統崩潰。解決信息碰撞問題一要選擇好算法,二要做好閱讀器的部署。

4.3信息安全

信息安全作為RFID標準中的重要方面,做出了嚴格的規定[5]。 RFID讀寫器和標簽使用無線通信的方式實現數據交換,標簽自身的成本限制難以抵御花樣翻新的非法攻擊,存在的主要問題包括以下幾種:

(1) 偽造標簽。通過偽造一個相似的信號,造成讀寫器誤識別。

(2) 竊聽。對讀寫器信號的竊聽,達到獲取信息的目的。

(3) 跟蹤。通過向標簽發出測試信號,獲取其特征后跟蹤。

(4) 干擾。通過干擾信號堵塞讀寫器與標簽間的通信鏈路。

(5) 欺騙。使用假冒標簽向讀寫器發送數據,真實數據被隱藏[6]。

數據在經過的讀寫器掃描、中間件處理、網絡傳輸、數據庫應用的各個環節,也都存在各類信息安全問題。在儀器設備管理的應用中,信息安全的首要問題是避免系統受到非法攻擊,導致信息被篡改,妨礙正常通信。

4.4配套的制度

RFID系統的實施,制度建設應當先行。管理制度是整個管理系統的重要組成部分,制度設計要結合RFID技術的特點,在現有基礎上調整和優化。系統的工作流程,也要在制度框架下運行。制度建設既要尊重傳統,體現在概念使用、管理方式的繼承上，也要注重創新,體現在新理念、新手段、新方法的應用上。管理過程中要加強過程記錄、使用電子檔案、嚴格身份認證,以實現管理流程的優化,減少不必要的審核和單據的簽批。系統的設計也要注重加大對移動辦公的支持,提高管理效率。

5　結語

綜上所述,RFID技術在高校儀器設備管理中具有比較明顯的優勢。本文通過梳理RFID技術在儀器設備管理中的特點和相關技術性能,提出該技術具有的準確性、高效性、穩定性和智能化的優勢,討論了利用RFID技術提高管理效率的策略。在高校儀器設備管理實踐中應用RFID技術,是順應科學技術發展和信息化時代要求的體現。它對于提高管理效率、節約辦學資金將發揮重要作用。通過RFID技術實現的精細化和高效率的儀器設備管理模式,將大大地節省人力、物力、財力,提升高校的綜合競爭力和社會貢獻力。

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Analyzing advantages of RFID technology in instruments and equipment management of colleges and universities

Zhou Changjun, Song Jun

(Equipment Management Office, Capital Normal University, Beijing 100048, China)

The technology of RFID is concerned widely in the equipment management of colleges and universities. It has been applied in many fields as a non-contact automatic identification technology. This article presents the accurate, efficient, stable and intelligent features in the instruments and equipment management of colleges and universities. The technology can effectively deal with the situations, for example, faster increase, multiple types, wide distribution, and the work standards, for example, accurate information and inerrant statistics. Strengthening the concept about the features of RFID technology can promote the practical use of RFID technology in the actual management. To achieve the goals of renewal management ideas, this article has improved management methods, and advanced management level for service the teaching and the research in the colleges and universities.

equipment management; RFID; automatic identification; informationization

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.068

2015- 09- 06

周長軍(1977—),男,北京,碩士,助理研究員,副處長,研究方向為公共管理、資產管理.

E-mail: zcj@cnu.edu.cn

G482；F204

A

1002-4956(2016)3- 0267- 05