基于稱重原理和RFID 技術的智能軍械物流系統

畢 琪，王維斌，王璐靜，應 超，趙宏旭

（1.北京計算機技術及應用研究所，北京；2.北京航天愛威電子技術有限公司，北京）

物聯網的快速發展，帶動著智能物流系統的發展，在庫存監控、配送管理和安全追溯等方面實現物流智能化，同步實現跨區域、部門和行業的信息交互和一體化管理[1]。智能物流系統是以物品標識系統為基礎[2]，通過智能交通系統，運用多種信息技術，以電子商務方式動作的供應鏈服務體系[3]。大批次/量的軍械產品生產制造和運輸配給過程在智能物流系統中運行[4]，會極大地提升軍品的生產管控和配送效率[5]，同時便于生產運輸過程中的調度和監控。但是由于軍械產品的保密和隔離要求，似乎和運輸調度系統的智能化、網絡化形成了天然對抗[6]。本文將提出一種利用射頻識別技術和智能貨柜的優勢，在安全保密的前提下，實現軍械產品的智能高效智能的生產運輸管控系統。

1 RFID 概述

RFID（射頻識別）技術是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號識別目標對象并獲取對象數據。RFID 的應用目的就是對物品進行快速標識，由于RFID 標簽價格低廉，可讀寫性強，重用復用便捷，在物流系統領域具有相當的優勢，尤其是區別于條碼和二維碼的可復寫性，即重新定義，有利于對軍械類產品的生產運輸管控鏈中進行全過程的管理和管控[7]。

RFID 系統的通信模型可劃為應用層、通信層和物理層三層。應用層是指在實際應用場景下的實際數據信息的傳輸；通信層定義閱讀器和標簽之間的通信方式和特定的防碰撞協議；物理層定義了頻率、傳輸調制、數據編碼和定時等，實現信息的協議化識別。

RFID 標簽芯片只有非常有限的計算資源，限制了RFID 的處理能力和安全加密措施，并且RFID 技術本身的開放從技術上很難給它提供保護。

軍械產品的保密特點和RFID 的開放特征，形成天然抵觸，本文所使用的RFID 將僅用于對產品的某些非保密特征進行標記、存儲和讀取，同時進行實時的重復定義。

2 稱重原理的數據采集系統

基于稱重原理的物品識別技術使用的是重力感應技術，物品的重量作為識別的主要信息，將稱重傳感器安裝在售貨柜的貨盤或貨道下，形成簡單陣列，通過總線或實時數據采集系統實時訪問每一個貨盤或貨道的重量及重量變化[8]。通過陣列的稱重傳感器實時判別貨物的位置和數量，實現貨物的入庫、出庫和存量信息的智能化判別。

系統的硬件包括標準貨盤、稱重傳感器陣列和數據采集處理系統，系統基于稱重原理、成熟的程序算法、硬件設備和稱重單元，具備滿足長期可靠工作的穩定性要求；單元化、模塊化的設計，再配合特制的安裝和檢測工裝使得安裝過程簡單便捷，實現貨柜管理的無人化和智能化。

技術已經通過零售企業在市場上推廣應用，具有一定的技術基礎，在成本和效率方面得到了較好的提升效果。

該技術在軍械產品的生產運輸過程中，將產品的重量信息作為主要信息，實現了對軍械產品主要運輸信息和涉密信息進行剝離，使涉密產品的運輸信息非密化，本論文所述的智能化軍械物流具有了可實施性。

3 智能軍械物流系統

3.1 標準化稱重貨柜

標準化貨柜是智能化軍械物流系統的最基本單元，為了匹配和適應稱重式貨柜數據采集系統和基于RFID 技術的軍械產品的重量信息定義，對標準化貨柜分為行、列、層三重定義，可以實現在標準化貨柜內的任意產品的入庫、出庫和存量的實時確定，并且對貨物存放區域進行清晰的管控。圖1 為標準化貨柜的基本形式，圖2 為標準化貨柜的多層堆疊模式。

圖1 標準化貨柜的行與列

圖2 標準化貨柜的分層

對于層的定義，可以簡單理解為對標準貨盤的堆疊。標準化貨柜根據貨物排放的最簡單要求，進行4-6行、2-3 列、2-3 層的定義是比較便于位置范圍識別的，同時也有利于工作人員對貨物的存取和找尋操作。

由于本系統要使用稱重感應識別，所以每一個標準貨盤堆帶有獨立的稱重傳感器陣列。稱重傳感器陣列根據貨盤的行與列的劃分密度設置，一般最簡單的陣列為4 組傳感器組成的矩形陣列，通過稱重傳感器的稱重總和差判斷貨物的出入庫狀態，通過各稱重傳感器稱重值解算出貨物的存放與取出區域，同步形成總重與區域重心變化的相互校驗。稱重傳感器陣列如圖3 所示。

圖3 稱重傳感器陣列

3.2 物資綜合處理系統

物資綜合處理系統主要由綜合處理機、標簽讀寫器和加密信息卡組成。

綜合處理機的核心功能是對稱重傳感器陣列進行解算，基本功能是讀取產品物資基礎RFID 信息，形成物資信息清單，通過稱重傳感器陣列解算后形成物資在庫清單，結合產品物資的運輸時間和地點的過程信息，形成生產制造、配給運輸的全鏈物資信息清單，如圖4 所示。

圖4 物資綜合處理系統

物資在標準化貨柜中是以物資重量為核心識別信息的，物資名稱根據軍代保密的要求按照指定的密碼本進行偽名替代，物資的存取均以物資入庫時的重量信息作為主識別碼，物資的偽名作為次識別碼，同時設置物資的第二、第三、第N 等有限多個識別碼對相似物資進行區分。物資信息存儲于偽碼RFID 標簽中，偽碼RFID 標簽根據標簽讀取的便利性通過粘貼、掛綁等方式依附于物資上。

結合處理機對物資的偽碼RFID 標簽進行物資信息讀取，讀取后綜合物資的存取時間、存放位置、運輸信息形成物資的信息表，按照軍械產品生產運輸的保密要求，綜合處理機通過加密讀卡器將信息輸出于加密信息卡中，通過加密信息卡進行標準貨柜內物資的信息上報。

3.3 物資的入庫流程

物資的入庫流程是本文所述的智能軍械物流系統的最重要流程，涉及到物資或產品在進入智能物流系統的核心信息賦予，確定物資的重量和偽名信息以及其他識別碼，將物資的標簽信息填寫完整，制成偽碼RFID 標簽與物資捆綁，使物資具有了全網唯一的信息。

重量的識別是物資入庫的核心信息，牽涉到物資的入庫、出庫和庫間轉移，所以每一次的入庫必須對物資的重量進行復驗，并將復驗后的重量信息重新寫入物資的識別RFID 標簽中。在運輸入過程中不斷地對物資重量的核驗，使得物資在運輸的任意環節中均具有可信的重量信息，也是對標準化稱重貨柜能夠穩定運行的保證。

物資入庫流程見圖5。

圖5 物資入庫流程

對于相似類的物資或產品，尤其是在生產線中流動的產品，由于批量產品的重量信息重復，使得物資出現偽碼RFID 標簽內容完全一致的情況，此類問題是符合實際情況的，并且是允許的。但是對于異種物資出現重量信息的重合，需要對物資進行差異化配重后再入庫，該配重物將與物資在物流鏈中一起流通，直至信息重合在某個不斷的庫間轉移中消失。

3.4 物流網絡

軍械物資的運輸管控非常嚴格，要形成監控與調度的物流網絡，在物資和產品進入物流鏈后需要進行全鏈的透明化管理和管控，同時根據物資調撥的時效要求進行即時的監控和調度。

每一個標準化貨柜就是軍械物資進行物流網絡的網絡節點，在該節點中，對物資進行偽碼化的入庫，并形成物流鏈中的數據包，每個數據包在每一次信息發生變化時，重新整理和打包形成新的數據包。

每個數據包中的信息僅包含軍械產品和物資的偽名和重量信息，在基于RFID 標簽的開放環境中，并不會造成敏感信息的泄漏。通過加密信息卡進行數據擺渡，進行軍線網絡的物流管理系統，系統進行實時的信息更新后，便可以實現軍線網絡的軍械物流管理和管控。基于軍線網絡的物流管理系統如圖6 所示。

圖6 物流網絡示意

4 結論

基于稱重數據采集技術和RFID 標簽技術，將其優勢部分進行整合，形成標準化的軍械物流貨柜和基于軍線網絡的軍械流程系統，能夠提升軍械產品的生產運輸效率，同時實現軍械產品的全物流鏈的管控。但出于嚴格保密的原因，軍械產品的運輸信息必須與外界網絡進行物理隔離，在物流鏈的各個節點中均需要通過信息包擺渡的方式進行信息上傳和下載，會造成一定的信息延遲和人員工作壓力，但是從技術層面上可以判斷該技術相較原始的方式已經得到質的提升。

本文所述的軍械物流系統具有以下實質性特點：

(1) 將軍械產品的信息通過偽名+重量的形式進入物流鏈中，隔離了敏感信息。

(2) 對RFID 的偽名標簽的使用，使軍械產品在物流鏈中具有信息可讀可寫，便于有運輸損耗類物資的入鏈管理。

(3) 智能化標準稱重傳感器陣列貨柜對軍械產品的分批運輸、分類運輸和混合運輸均具有良好的兼容性。

(4) 貨柜式的運輸可以隔離開放式的RFID 標簽在運輸過程中被盜讀，進一步降低偽碼稱重標簽信息的泄漏風險。