RFID技术在高校仪器设备管理中的优势分析

周长军, 宋　军

(首都师范大学 条件装备处, 北京　10048)



RFID技术在高校仪器设备管理中的优势分析

周长军, 宋军

(首都师范大学 条件装备处, 北京10048)

RFID技术在高校仪器设备管理中的应用得到了广泛的关注,它作为一种非接触式自动识别技术在许多领域得到了应用。在高校仪器设备管理中,它呈现出准确性、高效性、稳定性和智能化的特点,可以有效地应对当前出现的增长快、类型多、分布广的特点和信息准确、统计无误的工作要求。强化对RFID技术特点的认识,可以更有效地促进该技术在管理实践中的应用,实现更新管理观念、改进管理手段、提高管理水平的工作目标,更好地为高校教学、科研服务。

设备管理； RFID； 自动识别； 信息化

当前,高校仪器设备呈现了增长快、类型多、分布广等特点。增长快,表现随着政府对高等教育投入的加大,仪器设备的数量和价值呈现较快增长趋势；类型多,表现在教学科研的发展,出现仪器设备需求多样化的特点；分布广,则是由于多校区办学带来了仪器设备管理的新特点。这些特点的出现,需要不断更新管理手段、创新管理方法、优化管理流程,达到提高管理水平的目标。

运用RFID技术加强高校仪器设备的管理,已经得到比较广泛的关注,也有了丰富的研究成果,但是该技术并未得到普遍应用。本文拟通过梳理RFID技术特点,结合高校仪器设备管理工作的具体问题,深入探讨该技术在实际应用中的优势,推动这项技术在高校仪器设备管理中的实际应用。

1　高校仪器设备管理现状

1.1仪器设备总量大、类型多、增速快

以某高校2014年新增9 500台仪器设备统计,涵盖了教育部16大类资产分类中的600个小类,其中大部分是教学、科研仪器设备。2013年全国普通高校教学、科研仪器设备增长3 904 709万元,较上年增长13.7%①按教育统计数据,2013年普通高校教学科研仪器设备资产价值32,411,012.86万元,当年新增3,904,709万元。故2012年资产价值28,506,303.86。以此基础测算2013年增长为13.7%。http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8493/201412/181821.html。这些变化趋势对仪器设备的管理提出了更高要求。

1.2存放地点分散和较频繁的移动

高校多校区办学和办学空间的局限,导致一个教学科研单位往往在多个校区分布有办公室、实验室,或者分散在同一个校区的不同楼宇中。这样,对于仪器设备的管理带来很多不便,比如频繁地登记仪器设备借用和移动情况、监控进口免税设备定点使用情况等，工作难度较大。

1.3使用周期长和信息维护难

部分专业仪器设备生命周期较长,经历多次维修维护,或者存放地点、使用人员的变更；仪器设备验收后要经过登记入账、定期盘点和清查、调剂和处置等许多管理环节；按照“专管共用、资源共享”的原则,大型仪器设备还要做好共享和使用记录,部分实验室要能够保证面向学生开放。仪器设备信息在维护中经常会出现完整性缺失的不规范问题[1]。

1.4低值品、耗材、试剂和危险品的管理工作量加大

按照《事业单位财务规则》的要求,1 000元以下的低值品需要建账管理,低值品的数量增长很大；为了杜绝浪费,实验和办公设备耗材的管理更加严格和规范；由于公共安全的需要,危险化学品和放射源的监管力度不断加大。这些问题都需要有更高效的管理手段来解决。

1.5信息统计工作量大,要求准确度高

《高等学校仪器设备管理办法》要求“对仪器设备的种类、数量、金额、分布及使用状况经常进行分析、研究和汇总,并按有关规定如期、准确上报各类统计数据。” 购置仪器设备进行可行性论证的过程中,也需要以仪器设备存量的统计数据作为支撑。大型仪器设备使用、实验教学示范中心建设和学科建设的检查评估中,也要对仪器设备的购置和使用情况进行报告。这些工作的基础是仪器设备管理的统计,并依托于仪器设备管理信息系统中的数据的准确完整。

各高校普遍使用了仪器设备(固定资产)管理信息系统。北京、山东、江苏等省市还由行政主管部门牵头,编制统一的管理软件,实现仪器设备和资产信息的动态管理。高校普遍使用条形码等自动识别技术,有效提高了资产盘点和管理的效率。但是,突破上述仪器设备管理中的难点还需要进一步更新管理观念和改进管理手段。

2　RFID技术概况

2.1RFID技术概念和发展

RFID(radio frequency identification)技术是一种非接触式自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID识别无须人工干预,可工作于各种恶劣环境,可识别高速运动物体,并可同时识别多个标签[2]。它与其他自动识别技术相比具有读写速度快、数据安全性高、环境适应性强、使用寿命长、标签形式多样等优点[3]。

2.2RFID系统组成

RFID用于仪器设备管理,系统组成上一般包括:电子标签(tag)、读写器(reader)、中间件(middleware)、管理信息系统(management information system)和数据库(database) ,同时需要互联网(Internet)作为数据交换平台。电子标签和读写器都包括天线(antenna)部分。制作电子标签需要带有RFID读写功能的标签打印机,实现监控功能还需要集成摄像、安防系统,实现移动管理功能还需要结合手机端应用程序(APP)[4]。系统组成如图1所示。

图1　RFID系统组成

2.2.1电子标签(tag)

RFID标签是由嵌体(inlay)及封装材料组成。嵌体是电子标签的核心部件,由芯片和天线绑定而成。嵌体经过二次封装成为形式多样的电子标签,使之具有环境适应性强的特点[5]。电子标签的主要参数包括标准、存储区码长、工作类型、写入次数和方向性等。

国际上主流的标准包括ISO/IEC标准、EPC标准和UID标准,前两者基本实现融合[6]。ISO/IEC 18000-6 定义了 860～960MHz 的空中接口通信协议参数,规定了时序参数、信号特性、标签与读写器之间通信的物理层架构、协议和指令,以及多标签读取时的防碰撞方法[7]。

存储区码长决定了芯片的内存容量。EPC标准的RFID存储区一般分为保留区、EPC区、TID区、用户区[5]。保留区存储Kill Password和Access Password等控制数据,EPC区存储EPC编码数据,TID区存储只读且唯一的电子标签识别号码,User区存储用户定义的数据[8]。储存区的规格如图2所示。

电子标签按工作类型有不同的分类,仪器设备管理常用的是超高频、无源式、可读写的电子标签。写入次数(write cycles)决定着电子标签的寿命,一般是指

图2　ALN-9640 存储区规格[9]

在一定温度条件下的写入次数,有源电子标签的电池容量也是决定因素。电子标签一般采用方向性天线,如图3所示。当标签相对于读写器的角度发生变化时,标签的读取据距离也会发生变化[9]。

图3　ALN-9640天线方向图

2.2.2读写器(reader)

读写器又被称作阅读器。它的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接收标签的应答[10]。仪器设备管理中常用的有固定式阅读器、分离式阅读器、手持式阅读器和移动阅读器等。

读写器的天线设计决定读写的距离。近距离RFID应用,天线一般和读写器集成在一起；远距离RFID应用,天线和读写器一般采取分离式结构,通过阻抗匹配的同轴电缆连接。因标签放置方向不可控,读写器天线一般采用圆极化方式。分离式读写器还涉及到天线阵的设计问题,应用智能波束扫描天线阵,读写器可以按照一定的处理顺序,“智能”打开和关闭不同的天线,使系统能够感知不同天线覆盖区域的标签,增大系统覆盖范围[11]。

2.2.3中间件

RFID中间件是处于读写设备和后端应用之间的程序,它提供了对不同数据采集设备的硬件管理,对于来自这些设备的数据进行过滤、分组、计数、存储等处理,并为后端的应用程序提供符合要求的数据。

3　RFID技术的优势分析

推动RFID技术的应用,主要是把握该技术在仪器设备管理中的优势,有针对性地开展应用[12]。RFID技术在高校仪器设备管理中的优势主要表现在准确性、高效性、稳定性、智能化等方面。

3.1准确性

准确性是指有助于保证仪器设备管理信息的准确。在仪器设备管理信息的维护上,RFID技术在快速、自动识别和信息读写方面具有很大优势。

(1) 电子标签数据存储容量大。如512位的User区,可以保存64个字节,能够存储结构化的仪器设备管理信息，可以包括设备编号、购置日期、价值、责任人、存放地点、上一次维保时间和盘点时间等主要信息。

(2) 数据更新速度快。在设备登记、建卡后,盘点、维保、责任人或存放地点变更、调剂、增减值等环节,管理员经过授权可以直接在电子标签上修改信息,系统自动获取实现仪器设备信息的动态管理[13]。

(3) 用标签组标记成套设备。成套设备中的每个组件都粘贴EPC区编号相同的电子标签,各组件标签的TID编码唯一,标签组共同标志一台设备。在资产调剂、报废和迁移时,对标签组扫描以确认设备完整。

(4) 防复制、防滥用。电子标签TID编码唯一,避免标签被复制。标签粘贴到非法位置的现象,可以通过定向扫描的技术发现。Kill Password(灭活口令)将废弃标签“杀死”,使其不会被滥用。

(5) 材料和废液管理。低值品和耗材粘贴上电子标签,可以完整、精确地记录领取和使用情况,避免冒领、杜绝浪费。使用贴有RFID标签的标准容器存储废液,可以准确记录废液量和成分,便于及时妥善地处置[14]。

3.2高效性

RFID技术在仪器设备盘点中的高效率,是一项明显的优势。RFID技术以非接触、非可视、远距离、大批量的方式读写电子标签,它可以对场馆厅堂等特殊场所安装的、位置隐蔽或不易直接接触的设备快速盘点。

在领用和借用环节,通过自动读取设备上的电子标签和教师的校园卡,实现自助盘点和借还。运用RFID技术,实现对体积较小、存放位置不明确的仪器设备快速地定位、搜寻[15]。

大型仪器设备共享和实验室开放运用RFID技术可以实现远程授权,保障仪器合理有序使用。RFID技术可以大量减少纸质单据的使用,通过电子化、网络化、移动化的管理方式,优化管理流程、提高管理效率、减少资源浪费。

3.3稳定性

稳定性一方面表现为电子标签的物理特性稳定,另一方面表面为系统兼容性强。RFID标签具有丰富的封装形式,这一点保证了它可以适用于除金属表面和液体以外的各种复杂环境。电子标签使用寿命长,一般情况下读写次数能达到10万次,数据存储时间可以达到10年,平均每天可以读写近30次。

RFID中间件技术的发展,使系统的兼容性不断增强。不同时期配置的读写设备、电子标签及应用软件,在中间件的协调下可以稳定地发挥作用。比如采用EPC标准阅读器,针对非兼容产品,可以采用适配器方式模拟化接入系统[16]。如BEA的RFID中间件可实现增添新种类的读写器或更换数据库存储软件,应用端不做修改仍可兼容[5]。

3.4智能化

智能化的特点主要体现在对仪器设备管理信息的自动采集、自动分析、自主监控、智能提醒、决策支持等方面:

(1) 自动采集。合理地部署RFID天线,使之成为信息自动采集器，凡是在天线覆盖范围的标签都会被自动读取。

(2) 自动分析。RFID中间件可以对数据进行过滤、分组、计数,并响应系统请求，根据统计报表需要的数据定制相应的查询策略,系统根据实时记录、动态信息进行分析,提供符合要求的数据[17]。

(3) 自主监控。通过读写器精确地对仪器设备进行定位,实现可视化的监控目标，为放射源、危险化学品和海关监管仪器设备设置电子围栏,当设备离开规定区域,系统自动发出预警，仪器设备的出入库、搬运、配送等环节也能做到动态实时的自主监控。

(4) 智能提醒。设定仪器设备的维护保养周期,系统自动检测电子标签上的维保记录,智能提醒管理人员按时维护保养[18]。

(5) 决策支持。通过系统自动记录的、海量的仪器设备使用信息,分析仪器设备的使用绩效、分布状况、移动规律等,为仪器设备的配置提供一定的决策支持。

此外,管理制度的完善和管理流程的优化还要基于上述特点,从制度和技术两个层面,共同搭建好管理框架。制度的完善,要面向现状,立足于解决实际问题,提高管理工作质量；流程的优化,要深入把握RFID技术的优势,提高自动化、智能化水平,提升网络化、远程化手段,促进管理观念的更新。

4　缺少应用的原因分析

RFID技术较少实际应用大多归因于电子标签成本过高。随着RFID技术在物流和供应链管理、交通、农业和国防等领域的广泛应用,电子标签的价格已经大幅度下降,应用规模的不断扩大也会使电子标签价格更低[12]。在这种情况下,RFID技术还是不能成为主流的管理手段,主要有如下原因。

4.1电子标签选型

RFID系统的支出主要包括电子标签、相关设备和系统集成。在典型的 RFID 应用中,标签成本占硬件成本的 80%,选择合适的标签对于 RFID 系统成功部署至关重要。电子标签的选型要根据待贴标物品特征、部署环境、读写器、芯片性能等做好需求分析[4]。此外还要注意以下3点:

(1) 适用性。比如在某些金属材料表面不必须粘贴抗金属标签时,可以采取悬挂标签的方式解决,降低成本。

(2) 通用性。标签的标准、规格、性能尽量统一,能够兼顾大多数仪器设备的需求。

(3) 兼容性。在成本和应用范围的限制下,可以考虑条形码标签与电子标签并存的管理模式。

4.2防碰撞算法

防碰撞技术是RFID的关键技术,它影响着系统的阅读效率、能耗和实施成本。信息碰撞问题大致可以分为:标签之间的信息碰撞、阅读器之间的信息碰撞、阅读器—标签—阅读器之间的信息碰撞,结果导致标签漏读。

多标签防碰撞算法主要分为基于ALOHA的算法、基于对树形的算法和基于二者的混合算法3类,由不同RFID标准的空中接口协议决定。信息碰撞问题会随着RFID系统的扩大而扩展,标签数量和阅读器数量的增加,碰撞的概率随之急剧增长,最终会导致RFID系统崩溃。解决信息碰撞问题一要选择好算法,二要做好阅读器的部署。

4.3信息安全

信息安全作为RFID标准中的重要方面,做出了严格的规定[5]。 RFID读写器和标签使用无线通信的方式实现数据交换,标签自身的成本限制难以抵御花样翻新的非法攻击,存在的主要问题包括以下几种:

(1) 伪造标签。通过伪造一个相似的信号,造成读写器误识别。

(2) 窃听。对读写器信号的窃听,达到获取信息的目的。

(3) 跟踪。通过向标签发出测试信号,获取其特征后跟踪。

(4) 干扰。通过干扰信号堵塞读写器与标签间的通信链路。

(5) 欺骗。使用假冒标签向读写器发送数据,真实数据被隐藏[6]。

数据在经过的读写器扫描、中间件处理、网络传输、数据库应用的各个环节,也都存在各类信息安全问题。在仪器设备管理的应用中,信息安全的首要问题是避免系统受到非法攻击,导致信息被篡改,妨碍正常通信。

4.4配套的制度

RFID系统的实施,制度建设应当先行。管理制度是整个管理系统的重要组成部分,制度设计要结合RFID技术的特点,在现有基础上调整和优化。系统的工作流程,也要在制度框架下运行。制度建设既要尊重传统,体现在概念使用、管理方式的继承上，也要注重创新,体现在新理念、新手段、新方法的应用上。管理过程中要加强过程记录、使用电子档案、严格身份认证,以实现管理流程的优化,减少不必要的审核和单据的签批。系统的设计也要注重加大对移动办公的支持,提高管理效率。

5　结语

综上所述,RFID技术在高校仪器设备管理中具有比较明显的优势。本文通过梳理RFID技术在仪器设备管理中的特点和相关技术性能,提出该技术具有的准确性、高效性、稳定性和智能化的优势,讨论了利用RFID技术提高管理效率的策略。在高校仪器设备管理实践中应用RFID技术,是顺应科学技术发展和信息化时代要求的体现。它对于提高管理效率、节约办学资金将发挥重要作用。通过RFID技术实现的精细化和高效率的仪器设备管理模式,将大大地节省人力、物力、财力,提升高校的综合竞争力和社会贡献力。

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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

周长军(1977—),男,北京,硕士,助理研究员,副处长,研究方向为公共管理、资产管理.

E-mail: zcj@cnu.edu.cn

G482；F204

A

1002-4956(2016)3- 0267- 05