基于掃碼裝置的汽車實訓工器具借還管理系統設計

苗志鋒，趙春平

(廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧 530023)

0 引言

汽車實訓教學時，會用到檢修拆裝類工器具,這些工器具需要事前向實訓中心借用，實訓結束后歸還。在實訓周比較集中的時段，存在多名教師同時借還工器具操作。套裝工器具中有多個零部件，實訓管理員領取、核對、登記工作需要時間,多人同時借還會導致登記時間過長，引發教學延誤或核對不仔細等問題。如何快速完成套裝實訓工器具的預約申請、及時登記，從而提高借還效率，讓管理員將工作重點放在工器具的檢查、核對和整理上，是汽車實訓室管理中迫切需要解決的一個難點問題。

1 現有研究基礎

當前的研究與實踐中，探索和應用各種信息技術進行實訓管理的信息化和數字化。丁順鶯等[1]提出了對接智慧校園和統一登錄的基于B/S結構的多模塊實驗實訓管理系統，加強了對實訓教學、耗材、設備和安全等管理。王玉[2]提出了將二維碼用在實訓室設備管理、安全教育管理的一種思路和探索。李春秋等[3]從提供實訓室的資源利用共享出發，分析研究實訓管理系統的5大功能模塊和信息技術的應用。徐玉明等[4]研究了一種利用RFID在衣柜中測距和快速查找衣柜內衣物的方法和系統，為在倉儲柜內快速定位和查找套裝工器具提供了一種思路和方法。上述，丁順鶯和李春秋等側重在實訓管理系統的整體設計和功能模塊的完整性和共享；王玉和徐玉明等側重在利用二維碼和RFID兩種技術改善設備管理。為在工器具套裝的借還管理中的快速登記提供了系統平臺和方法思路。

2 系統總體設計

系統主要由用戶權限模塊、器具管理模塊、預約管理模塊、出入庫管理模塊組成，詳細結構如圖1所示。

圖1 系統結構

2.1 工器具管理模塊

工器具數據信息源于或對接學院資產管理數據庫，是本系統的基礎數據。在資產信息表的基礎上，在本地數據庫新增擴展數據表，包括工器具信息表Toolset、定位表Location、狀態維護表State等。在數據庫中擴展技術是一對一關聯的方式。在資產系統中，每項設備都要一個具體唯一的編碼Instrument_id。其作為本地數據庫Toolset表的外鍵，進行表間一對一關聯。

為快速查詢定位工器具，引入RFID條形碼和配套掃碼設備，為每套工器具進行粘貼、標識RFID標簽，將其數字標識串loc_keys存入定位表中進行關聯。通過loc_keys能快速顯示工器具所在區域Area和貨架Stock,可以進一步查詢該工器具套裝的借還記錄。

2.2 用戶權限管理

系統有3類用戶：系統管理員、應用管理員和使用申請者，每個用戶都具備不同等級的操作權限。用戶權限采用Django內置的權限系統Django.contrib.auth.models庫進行擴展設置。

(1)系統管理員是整個應用系統的管理和運維人員，擁有最高系統權限，負責創建、更新和維護基礎數據、各種業務數據、運行日志，維護系統的安全等。一般不負責具體的業務操作。

(2)應用管理員。一般是實訓中心管理人員，直接面對申請者，借還管理的具體經手人員。當有工器具的申請預約時，及時查看庫存，進行審核分派，并及時反饋。及時清點核對工器具套裝，完成快速的出入庫操作。

(3)使用申請者。是借用設備的教師和學生團隊，一般是教師。每個教師有個身份碼，關聯自己的工號或學號。需要在事前1～2天在線預約，能隨時查看預約進度和結果的反饋。可以授權自己的工號身份碼，給班級學生代為進行借還操作。

2.3 預約管理

使用者界面中有3個功能TAB頁：預約申請頁、進度查看頁和我的記錄。使用者在預約申請頁中發起預約，生成一條預約記錄，給應用管理員審核分派工器具資源或退回，審核的狀態可以在進度查看頁中隨時訪問。審核通過的預約記錄會生成一個二維碼鏈接，這個鏈接在登記借還時可以出示。我的記錄頁保留個人信息、借還記錄等。

2.4 出入庫管理

在實訓開始前，申請者需要到管理室去借用登記、領用工器具套件。在領用時，向管理員出示預約申請單鏈接的二維碼。經管理員掃碼打開領用或歸還頁，再用RFID掃碼設備，直接將工器具套裝的數字識別碼快速錄入系統，將出入庫記錄與預約單進行關聯和綁定，并生成一條借還記錄。出入庫登記流程如圖2所示。

圖2 出入庫登記流程

3 系統技術說明

系統的設計采用Web架構和操作臺的混合式架構，其中操作臺包括二維碼掃碼、RFID感應掃描設備以及攝像頭；Web應用選用Python的Web框架Django和RestFramework，數據庫使用MySQL，JS框架采用Vue及組件。在開發中混合使用了基于API的前后端分離的開發模式。

3.1 Django和Vue的開發模式

Web應用開發中，采用當前較新的基于JSON-RPC規范的前后端相分離的開發模式。后端采用Djanog Rest Framework框架為所有前端(PC瀏覽器、H5、小程序等)提供統一的業務數據、數據驗證和序列化(Serializer)、用戶權限管理等基本服務。

前端開發采用基于NodeJS的框架。安裝有Vue3+ElementPlus組件庫進行前端開發多端應用。通過Axios庫與后端進行Http/WebSocket的數據通信，對數據進行渲染生成，提供給用戶進行操作和管理。

3.2 RFID技術

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術，可以通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預。作為一種新興的先進技術，RFID具有許多突出的優點，如：唯一性識別，非接觸式自動識別，無需光學可視即能完成信息處理，較長距離識別，高速運動物體識別，多個標簽識別，可在各種較為惡劣的環境下應用等。

RFID主要由電子標簽(Tag)、RFID讀寫器(Reader)、RFID天線及系統組成，通過無線通信技術將電子標簽內資料，以非接觸式的方式傳送到RFID讀寫器中，RFID閱讀器再將擷取、辨識的信息傳送給后端應用系統，以便進一步處理、使用或加值運用這些資料。

在本應用中，將FRID的電子標簽(TAG)按要求張貼于套裝工器具或其包裝上。RFID讀寫器可以在操作臺對出入庫的工器具進行快速批量非接觸式識別，一次性關聯綁定多項工器具設備碼。

3.3 二維碼技術

二維碼是通過多個條形碼存儲信息，并且以二維空間的模式將其擴展開來，不再需要連接特定的數據庫，自身便擁有著強大的數據內容，可以有效提供海量數據。此外，二維碼還具有識別率高、防偽性能高等優勢，可以印刷在報紙、雜志等平面刊物上，增強二維碼的流動性，同時擴展其應用領域。應用中，在預約審核鏈接生成二維碼，可以通過掃碼方式快速調出頁面，開始下一步操作，提高業務操作效率。

二維碼的結構遵循ISO/IEC 18004標準，在二維碼的生成和識別中，可以直接使用Python的第三方二維碼庫進行處理。需要安裝Qrcode及依賴庫，在Shell命令行下，輸入安裝指令“>pip install qrcode pillow image”。安裝完成后，打開Python開發環境PyCharm，在項目文件中進行測試和驗證。編碼生成二維碼驗證程序如圖3所示。

圖3 編碼生成二維碼驗證程序

4 應用效果分析

通過搭建試驗平臺，導入用戶、工器具等基礎數據，進行模擬試驗驗證。組織多名教師事前申請預約，生成鏈接二維碼。管理員能根據鏈接中定位表信息快速確定工器具定位，核查后通過RFID掃碼槍輸入關聯，登記借用記錄，并在數據中生成。狀態變為已借出，等待歸還。通過掃碼歸還，生成一條歸還記錄，將本次預約記錄歸檔，形成閉環。經試驗對比，通過兩次掃碼，將手動輸入操作的時間降低到了10 s以內，大大縮短了流程所需時間，提升了操作效率。

5 結語

在汽車實訓室借還管理中，除應用Web服務進行基礎數據和業務數據登記之外，引入在超市、圖書館應用相對普遍的RFID感知識別技術以及二維碼技術，將多維多元數據基于Web服務進行整合、關聯，明顯減少了手動輸入數據量，提高了效率和效益，充分展現了新一代信息技術的應用成效。但是在研究過程中，關于套裝工器具的零部件的配套記錄、識別和核對還是一個難點，需要后續繼續研究解決。