基于QR二維碼與RFID射頻識別技術的裝備備件管理信息系統設計

何翊飛，謝 晨，于 喜，胡華勇

（1.武警工程大學 研究生大隊，陜西 西安 710086；2.火箭軍工程大學 研究生大隊，陜西 西安 710025；3.武警陜西省總隊保障部，陜西 西安 710054）

0 引 言

隨著計算機技術和增材制造技術的發展，備件全系統全壽命管理成為必然趨勢。為解決現有備件管理效率不高、數據存取繁瑣問題以及動態信息追蹤方面存在的不足，本文立足備件管理現狀與QR二維碼、RFID射頻識別兩種技術的特點，對備件管理信息系統進行了必要性與可行性分析。在此基礎上設計了備件管理信息系統的網絡架構與信息通信方式。

1 QR二維碼與RFID射頻技術可行性分析

1.1 裝備備件管理現狀與系統需求分析

過去，裝備備件在很大程度上依靠專人進行管理，通過紙質檔案進行集中整理、歸類、保存、調閱等。在人員更替、任務轉換時，交接手續繁瑣，報批程序復雜，不僅未能達到備件動態管理、全壽命跟蹤等精細化管理目標，更無法滿足強度高、變化快的作戰保障需求。

隨著現代物流技術的發展和軍隊信息化建設不斷推進，部分單位實現了備件資料電子化，相比于過去有了很大提升。為進一步增強裝備備件供應保障的主動性，減少供應層次，簡化領用手續，節省領用時間，快速、及時地將備件送到一線末端，可基于當前的備件數據庫，結合QR二維碼識別錄入快、RFID批量存取等優點，探索改進方法與措施，實現備件保障資源實時可現、保障活動實時可控。

1.2 QR二維碼與RFID射頻技術特點

1.2.1 QR二維碼編解碼過程

本文討論的QR（Quick Response）二維碼是第二代矩陣式二維條碼，由日本工程師原昌宏（Massahiro Hara）發明，通過在二維平面內按一定規律排列黑白相間圖案記錄數據與符號信息。其組成通常包括：空白區、位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形、校正圖形、格式信息、版本信息、數據和糾錯碼。

編碼技術流程主要包括數據分析、數據編碼、糾錯編碼、構造最終數字信息、構造矩陣、添加掩碼、格式和版本信息等。QR解碼技術流程順序與編碼正好相反，即包括識別模塊、格式信息譯碼、確定版本、消除掩模、恢復數據和糾錯碼字、糾錯、數字碼字譯碼等步驟。

QR二維碼的編解碼基于Google提供的ZXing開源代碼庫，常見的開發語言環境如Java、C++、Python、C#、Object-C、Ruby等均可支持；目前被廣泛應用于各類Android、IOS平臺的手持終端上，通過攝像頭完成對QR二維碼的掃描與生成工作。ZXing可以在無網絡連接的條件下實現二維碼的識別生成，并且可以讀取部分模糊或缺損二維碼，還可以實現多碼同時讀取，較為適合戰時高效備件、精準保障。

1.2.2 RFID射頻識別技術特點

RFID即射頻識別技術，屬于自動識別技術的一種，通過無線電波實現非接觸式雙向數據通信，進行電子標簽數據交換。本文研究的無源RFID由射頻卡（應答器）、讀寫器（閱讀器）和應用系統（包括連接線路）三部分構成。通過電磁反向散射耦合進行電磁感應，閱讀器向電子標簽提供工作能量。當標簽離開射頻識別場時，標簽無能量激活處于休眠狀態；當其進入射頻識別場，閱讀器所發出的射頻波瞬間激活標簽電路，通過整流的方法將射頻波轉換為電能存儲在標簽中的微小電容內，進而實現數據交換。

1.3 可行性分析

QR二維碼的優勢在于信息存儲密度大、可靠性高、容錯性好、保密性強、可表示數據的類型多、空間利用率高等。可將備件代碼、名稱、供應廠商、規格型號、列裝單位、生產日期、質量等級、維修保養要求、封存期限等詳細靜態信息生成二維碼，通過紙質貼片打印形式粘貼附著在備件表面。

RFID射頻識別技術的優勢在于標簽批量存取、信息存儲量大、適應環境范圍廣泛、信號穿透力強等，其電子標簽可重復讀寫，便于實現對備件的全壽命跟蹤。利用RFID射頻卡編碼（產品電子代碼，Electronic Product Code, EPC）的唯一性來唯一標識每個備件代碼，批量記錄出庫和入庫信息、維修保養動態信息，實現實時庫存盤點、位置查詢。

根據QR二維碼與RFID射頻技術的特點，分別將其作為靜態、動態信息的記錄載體。可同時將二維碼和RFID標簽打印于備件標識卡進行集成，兩種標簽互為補充，當其中一種損壞、脫落或失效，可通過掃描二維碼對備件情況迅速進行補充，打印并錄入新的RFID信息，確保備件信息連續。

2 系統設計

本系統采用輕前端重后端的設計思路，由手持終端與備件管理信息終端計算機相互配合，將采集數據通過網絡同步上傳至上級機關，充分發揮RFID信息高效采集、QR二維碼信息存儲量大的優勢，提高備件信息掌控權限，最大化還原信息真實度。

2.1 網絡結構設計

備件信息系統采用B/S（Browser/Server）架構，系統內部應用局域網連接，并由以下部分組成：

（1）手持終端：作為前端重要組成部分，軟件由預裝的SaaS（Software as a Service）平臺模式完成備件信息采集，硬件由自動對焦攝像頭的工業級PDA或手持設備終端構成。射頻模塊執行GB/T 29768-2013標準，使用超高頻（Ultra High Frequency，UHF）的工作頻段920～925 MHz，讀寫距離為2.5～1 000 cm。嵌入式二維碼識別模塊根據GB/T 35420-2017物聯網標準，配合LED燈完成掃描或生成備件信息工作。

（2）RFID打印機：根據備件信息生成的QR二維碼和RFID電子標簽在熱敏紙上進行打印，將打印后的QR二維碼和RFID標簽共同粘貼在備件上，其中QR二維碼也可由普通激光打印機打印，便于統計與讀取各項備件信息。

（3）Web服務器：備件管理信息系統后端服務器操作系統為Linux，基于J2EE框架下的JBoss進行源代碼開發，實現動態網頁管理更新。當接收到瀏覽器發送的請求后，服務器處理該請求并將結果反饋回瀏覽器。服務器前端頁面支持JSP、extjs、velocity寫入，表現層使用耦合性較低且便于維護的Spring MVC，持久層使用Hibernate，業務層使用Spring框架模式。

（4）Elasticsearch搜索應用服務器：作為一種分布式、高擴展、高實時的搜索與數據分析引擎，將數據庫搜索壓力傳導至集群，使大量備件數據具有搜索、分析和探索的能力。

（5）Redis緩存應用服務器：一種通過分布式緩存的方式應對MySQL備件數據庫高密度查詢請求的內存對象緩存系統，能夠減輕數據庫連接池與Elasticsearch搜索引擎并發處理的壓力，平衡負載，進而提高查詢處理效率。

（6）軍用加密無線路由器：采用基于局域網通信方式，有效連接手持終端與備件管理信息系統終端計算機，實現數據同步。WiFi路由器無線信號覆蓋區域室內可達100 m，室外可達400 m范圍，穿透性強、覆蓋廣，可實現對備件信息實時識別統計、修改完善。

2.2 功能模塊設計

2.2.1 備件基本履歷信息模塊

備件基本履歷信息模塊包括備件名稱、生產日期、出入庫時間、型號代碼、供應廠商、列裝單位參戰記錄等基本履歷信息。其中動態備件信息存儲在RFID電子標簽中，在手持終端上就可以進行讀寫修改，便于定位備件和查詢信息，QR二維碼中記錄靜態備件信息等永久存儲類型信息。

2.2.2 備件實時庫存狀態模塊

實現庫存備件數目盤點、批量信息修改、實時位置查詢，同時根據大修記錄、重大故障、壽命周期、封存時限生成到檢、保養、報廢預警等提示信息。

2.2.3 備件動態管理日志模塊

詳細記錄每次出入庫包括請領歸還、使用測試、訓練保障、維修保養、退役報廢等環節的具體時間以及負責人員等信息，實現全系統單據電子化、全壽命簽名數字化。

2.2.4 備件性能結構數據模塊

存儲備件作戰性能、環境要求、缺陷信息、CAD模型等，便于戰時快速維修與3D打印。不同層級賦予不同訪問系統終端權限，確保備件系統安全保密。前三層級備件信息由作業處理層人員負責運行維護，這一功能的性能結構數據被賦予更高權限，訪問密鑰由管理控制層專人專管。

2.2.5 備件綜合信息查詢模塊

根據提交的字、句、段落、數據等以及具體時間、人員、狀態、型號信息，實現模糊查詢與精確查詢相結合的方式，并且可以根據備件數據整理自動生成圖表或綜合報表，實現信息分析功能。

2.3 系統功能實現

應用QR二維碼與RFID射頻技術，將有效促進備件管理信息系統的各項功能實現。由用戶按不同權限在手持終端登錄系統并提交請求后，系統自動根據功能需求進入SaaS預裝的操作界面，根據是否需要掃描進行下一步工作，如需批量錄入出入庫等動態信息、射頻識別編碼、記錄數量、修改數據；如果需要獲得備件生產日期、供應廠商等詳細靜態信息則掃描二維碼，直接在終端上就可完成信息查找、修改、補錄等工作。當遇有標簽脫落、二維碼損壞或因少錄入、未錄入等導致賬、物、卡不符的情況，通過掃描即可迅速定位，便于對備件與相關責任人進行倒查和信息補充。完成操作保存后系統會生成新的備件數據信息，通過打印機進行補打印后粘貼或磁性附著即可。日志中會自動記錄出入庫時間、人員等操作信息，便于查詢，無須重復補充，完成后退出操作界面即可。

3 結 語

隨著計算機技術和增材制造技術被廣泛應用于裝備工作各個方面，備件全系統全壽命管理成為未來智能化戰爭的必然趨勢。本文立足備件管理現狀與QR二維碼、RFID射頻識別兩種配套技術的特點，對備件管理信息系統進行了必要性與可行性分析。在此基礎上對備件管理信息系統進行設計，該系統具有用戶賦權、備件數據查詢、動靜態信息感知、狀態智能預警、數據報表自動生成等特點。

通過將QR二維碼與RFID射頻識別技術應用于備件管理信息系統，有效提高備件精細化管理水平，促進新軍事變革中的技術要素充分發揮作用，提高再生戰斗力生成效率，大大減少人工操作過程中無法避免的信息誤差與資源浪費，降低作戰保障過程中存在的效率低下、保障失準等問題，提升保障效能。系統以備件數據矩陣的表現方式克服傳統描述性信息的失真問題，以扁平化的組織架構縮短信息傳輸鏈路，向戰略決策層提供從預研到再制造新裝備的建議。通過這一方式，未來將不斷提升備件管理水平與裝備保障效能。

注：本文通訊作者為于喜。