高校資產管理中的物聯網應用

崔 琳, 丁 立, 陳定江, 楊 睿

(清華大學 化學工程系, 北京 100084)

高校實驗室是高等學校進行實踐教學和科學研究的重要場所,高校實驗室的規模、軟硬件配置也從一個方面反映了實驗室的層次和水平。隨著我國高等教育事業的近年來的快速發展,各高校的教學及科研實驗室的設備投入普遍都逐年增加,隨之而來的是大多數高校實驗室的資產的價值和數量都在快速增長[1]。

高校實驗室中的資產中以儀器設備為主,大多數具有價值高、數量大、使用頻率不均衡、存放分散等特點。而且隨著設備資源共享等管理方式在一些高校中的推行[2-3],還出現了資產流動、多方共享使用等新的特點。實驗室資產的持有和使用狀況復雜,與之相對應的實驗室資產管理卻普遍存在諸多滯后不足之處[4]。在管理層角度,高校實驗室資產管理制度不完善、跟不上實際使用需求,人員配置不足是普遍現象,常導致資產物帳不符、維護不力、管理效率低等不良后果。在技術層角度,信息化的應用大多不足,資產雖然在財務系統中有帳可查,但是信息化很少具體應用到實際場所,電子表格(Excel)手工記賬、粘貼條碼標簽等傳統手工管理方式仍占很大比例[5],準確程度、查詢便利性等均不理想。

在此現狀下,借助現有的成熟物聯網技術,進一步提高高校資產管理的信息化水平進而提高資產管理效率,尚有很大的可改善空間。一方面可以提高常規的諸如資產清查、設備共享等資產管理活動的效率[6-9],另一方面也可以在降低能耗、提升實驗室安全等方面做出新的貢獻。

1 物聯網及 RFID 技術發展現狀

物聯網(internet of things,簡稱IoT)是互聯網、傳統電信網等信息承載體[10],是讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡。Peter T. Lewis早在 1985年提出這個概念,在2005 年 11 月國際電信聯盟發布了“ITU 互聯網報告2005:物聯網”,指出物聯網時代的來臨[11]。

物聯網的實現需要給每個物體分配唯一的標識或地址。最早的可定址性想法就是基于 RFID 標簽和電子產品唯一編碼來實現的。用現有的命名協議,如統一資源標志符來訪問所有物品(不僅限于電子產品,智能設備和帶有 RFID 標簽的物品)。這些物品本身可能不能通信,但通過這種方式它們可以被其他節點訪問。物聯網中并不是所有節點都必須運行在全球層面上,它們一般也不具備全球性的地址標識,但是他們可以通過近場無線通信,射頻通信,現場總線等多種方式接入各種子網,視需要可以有限制分層次地接入全球互聯網。

在物聯網上,每個人都可以應用電子標簽將真實的物體上網聯結,通過物聯網可以用中心計算機對機器、設備、人員進行集中管理、控制,也可以對家庭設備、汽車進行遙控,以及搜索位置、防止物品被盜等,類似自動化操控系統,同時通過收集這些小事的數據,最后可以聚集成大數據,可以進行諸如節能降耗分析,風險預測以及更加宏觀的控制和分析。

物聯網相關的多種技術中,射頻識別(RFID)[12]是無線通信技術的一種,是物聯網概念中重要的技術基礎之一。RFID可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。 它依靠物品上附著的射頻標簽實現該功能。

射頻標簽可以無源工作，也可以內置電池,其工作方式取決于實際應用場合。射頻識別系統最重要的優點是非接觸識別,它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽,并且閱讀速度極快,大多數情況下不到100 ms。對射頻標簽的閱讀可以以一對多的方式進行,可以短時間內讀取大量標簽內容。射頻識別技術目前已經基本成熟,已經有空中接口協議規范,數據標準,實時定位標準等各項已經被標準化的規范,在圖書館、倉儲、物流等領域得到廣泛使用。

一個射頻識別系統應有兩個必備組成部分:標簽和讀寫器。標簽用于標識物品。讀寫器一般包括讀寫電路和外置天線,可以完成對標簽的非接觸式閱讀和寫入。視實際需求,可以固定式部署也可以便攜式部署。有了標簽和讀寫器,輔以計算機和網絡即可構成最基礎的物聯網系統,可以實現物品的跟蹤、定位、清查等基礎管理。

雖然RFID技術是物聯網概念中最常被提到的技術,但是RFID并不是物聯網的唯一技術選擇,它只適合部分應用場景。除此之外還有例如 UWB高精度定位技術,ZigBee短距雙向通信技術,智能傳感器陣列等多種技術可以用于其他各種特定的物聯網應用場景中。

本文所關注的實驗室資產管理類似于已經很成熟的倉儲管理,需要對實驗室資產,主要是設備,進行監管和監控。資產管理的需求包括基本的小規模數據讀寫能力,以及資產的粗略定位能力,因此RFID是比較適合的技術方案。

2 物聯網在資產管理中的應用

2.1 資產的數字化管理

實驗室資產管理在物聯網系統的支持下,首先可以改善的是資產的數字化管理能力。現有的高校大多在校級管理層有基本的與財務系統關聯的信息化固定資產賬,但是到實驗室層一般仍采用比較原始的人工記賬方式管理資產,例如使用Excel做電子表格,使用紙質條碼標簽進行粘貼甄別資產等方式[8]。這些方式在實際工作中需要的人工操作繁瑣、效率低下、查詢統計困難,不利于有效地管理資產。

而物聯網系統所附帶的管理軟件系統本質上就是一種資產管理系統,其中包含人員及權限管理、資產信息管理、資產動態管理等基礎功能,完全覆蓋了實驗室需要的資產管理基礎需求。除了基礎的軟件模塊功能以外,物聯網系統軟件一般還會包括:異常情況報警,實驗室資產使用狀況分析,能耗分析,安全評估等高級管理及分析功能。物聯網信息系統的豐富的信息處理能力比簡單的電子記賬系統能提供更強的信息記錄、檢索、統計、分析等功能。

物聯網軟件系統為了便于使用,一般都設計為可以多平臺使用,如在PC機、移動終端、平板電腦等多種用戶終端上使用。也有故障恢復、災備等高容錯能力和高可用性的設計,以保證系統能夠連續穩定運行。

因此僅從軟件方面,物聯網系統的實施即可為實驗室的資產管理提供高效可用的工具。

2.2 資產清查

目前在有些信息化程度較好的高校實驗室中已經部署了自己的固定資產管理系統[13-14],可以登記自有資產的出入庫、維修、增值等活動。但是不管使用信息系統還是原始的電子表格進行管理,在沒有物聯網系統支持的情況下,都做不到賬物的直接關聯,例如資產清查盤點等操作還是要完全依靠人工處理。

資產清查操作實際關注的是各個資產項的有無和物理存放位置,不需要時刻監視資產的位置狀態,因此使用離線式的管理方式即可,僅在需要的時候執行清查工作。一般情況下RFID 技術即可滿足需求,所需要的RFID設備主要是標簽和移動式RFID讀寫設備。這類離線管理的方案的部署成本也最低,只需要粘貼標簽、配發少量移動式RFID讀寫設備和部署一個中心數據庫軟件即可。無需其他設備,無需施工安裝,資產管理的范圍也有很大彈性。

在物聯網系統支持下,即使僅僅應用這樣的離線式管理,也能夠極大地提高日常管理活動的效率。對于資產清查工作,以往需要逐個人工核對的大量資產項,可能只需要持手持機進行現場巡回一次就可以全部掃描完成,巡回掃描甚至不必知道資產的精確存放位置,只要大致接近被掃描物即可。以往受限于人工清查的效率,資產清查工作的周期都很長。而在物聯網系統的支持下,資產清查的周期可以大大縮短,同時可以提高清查的準確度。

2.3 資產動態監測

傳統人工方式的資產管理基本以上述的離線方式進行管理,資產的統計,使用率分析等的時間單位一般為學期或學年甚至更長,很難及時反映資產的動態變化,對資產的有效利用、 合理分配、資源共享等工作都不易提供充分支持。

實驗室資產按其使用狀態可以分成兩類。一類是狀態基本為靜態的資產,如安裝及使用位置固定、甚少或不能移動的儀器設備,或雖然可以移動但移動后總會回歸原位的資產。對這類靜態資產可以使用上述的離線式管理,只要定期進行人工清查掃描即可。而實際上除了這些靜態資產項之外,實驗室資產中還有部分動態資產項,即使用中位置可能經常改變,或管理要求需要對其位置進行跟蹤監視的資產。

對動態資產,傳統資產清查活動基本無能為力,僅可以通過填寫資產使用日志等方式記錄,但實際情況無從監控。即使使用上述的基于RFID標簽的離線掃描方式,也僅可以提高資產清查的頻率,部分地解決監控問題。

對這類資產應該實施的更適合的管理方式應該是在線監測,目前的RFID技術也完全能 夠支持,對應的所需RFID硬件設備是標簽和定點監控設備。系統通過不間斷地輪詢各個定點設備獲取各個受控資產的位置信息來實現在線監測。

根據管理需求的不同,可以部署不同密度的監控設備以獲得不同的監控精度。例如對低精度需求,可以僅在門口位置部署設備,獲取資產通過各個門口的信息從而大致判斷資產的實際位置；中等精度要求可以在室內均勻地或在重點位置部署監控設備,監控某個區域內的資產；高精度要求則可以縮小監控設備的掃描范圍,增加部署密度,實現更高的監控精度；在RFID設備精度不足的情況下還可以使用UWB等高精度定位技術做精確定位[15]。這類在線管理的方案除了標簽和數據庫系統外,還需要部署較多定點讀寫設備,需要根據實際管理目標和要求,進行詳細綜合設計,成本比較高,管理范圍也缺少彈性,一般適用于高價值或高危險性的可移動資產。一個典型的設備部署例子可見圖1。

圖1 完成動態監測需要的現場監測設備部署

引入動態監測物聯網技術后,資產狀態的更新頻率可以提高到實時。可以實時了解到各項資產的動態位置,移動路徑等,對某些特定資產項可以實施重點管理。管理者在有實時或半實時的資產變化數據支持下,進行實驗室資產的進一步優化就更加可行。

而如果部署了位置檢測以外的其他物聯網設備,具備監測資產的其他溫度、能耗、使用等狀態的能力的話,進行更進一步的能耗管理、設備完整性管理、設備使用率統計等,就變得完全可行,也能夠使資產管理水平上一個新的臺階。

2.4 實驗室安全監測

實驗室管理工作除了資產管理外,實驗室安全問題現在日益受到關注,而實驗室中的資產的不安全存放及使用是一個重要的危險源,包括用電器的無人值守運行,藥品、試劑等的管理不善,非法領用,過期、過保資產的超期服役等,這些與資產相關的危險源實際上都可以被物聯網監測覆蓋到。實驗室的異常狀態也能夠被物聯網系統偵測,尤其是在線工作的物聯網檢測系統,在這些方面大有可為。

例如可以通過上述的在線位置監測發現資產的異常移動,如果 RFID 與人綁定,還可以實現人、物的關聯監測。監測內容也可以包括化學品、氣瓶等消耗性資產,為掌握資產消耗使用情況,或危險源定位提供數據支持。

對實驗室環境或某個具體設備的狀態監測,如溫濕度、可燃氣體含量等,可以使用智能傳感器實現。目前這類傳感器也已經發展成熟,例如已有商品化的可以無線傳輸數據的溫濕度計,成本很低,部署安裝也毋需布線工程,只要設定好需要的參數就可以實現不間斷的對某個位置的溫濕度監測,并可以將數據集成進物聯網系統,使系統能夠及時發現實驗室的環境異常,偵測泄漏、超溫等危險。

對需要監測能耗的儀器設備,如果功耗較小可以使用普通智能插座產品；如果功耗較大或需要三相供電的,可以使用電流互感傳感器配數據采集設備。這類設備成本不高,需要少量布線工程，可以有效地監測用電設備的能耗,為實驗室節能減排提供參考數據,也能夠及時發現諸如大功率設備無人值守運行等危險源。

如果需要監控資產的使用細節,可以針對具體要求部署相應的設備。例如需要記錄所有人員對設備的使用,可以采取附加刷卡裝置的電源開關,要求刷卡才能使用；也可以使用定點攝像,人員使用時觸發攝像行為等方式進行監控。這些方式在實際實驗室中均有案例,也取得了較好的管理效果。

雖然很難有一個通用的技術方案滿足多種多樣的監控需求。但是在現在的智能化、嵌入式硬件的技術水平上,大多數管理目標都能以較低的成本實現,并與管理信息系統集成。物聯網系統在這些裝置的輔助下不僅僅只是資產管理的工具,更是保障實驗室安全的有力工具。

3 結語

針對不同的管理目標和要求,可以使用不同的硬件設備和配套軟件系統達到管理目的。 這些不同的設備構成的網絡都可以被歸于物聯網的范疇,在統一的軟件系統中被集成,為資產管理活動提供支持。 在物聯網技術的支持下,實驗室的資產管理效率和準確度會有較大提升。

但是也需要注意,物聯網系統雖然改善了管理能力,但是往往也會對現有管理方式和管理制度產生新的要求。管理者必須在新的技術條件下,修改和適應新技術帶來的變化,整合技術,形成新的管理模式。這對實驗室資產管理也提出了新的挑戰。

物聯網系統的最重要的能力是將互聯網技術與被管理對象物理上結合,不僅是資產,也包括人。在物聯網的整體技術框架下,實際上實驗室內的各種活動都可以被記錄,并且隨技術的進步,可記錄和可監測的內容會越來越多,越來越準確,最終形成實驗室的大數據,為對實驗室進行多方向多角度的分析及優化提供數據基礎,例如上述的實驗室安全課題,多個實驗室資源的整合優化課題等,將為實驗室管理作出更多貢獻。

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