高校资产管理中的物联网应用

2018-07-03陈定江

实验技术与管理 2018年6期

崔琳, 丁立, 陈定江, 杨睿

(清华大学化学工程系, 北京 100084)

高校实验室是高等学校进行实践教学和科学研究的重要场所,高校实验室的规模、软硬件配置也从一个方面反映了实验室的层次和水平。随着我国高等教育事业的近年来的快速发展,各高校的教学及科研实验室的设备投入普遍都逐年增加,随之而来的是大多数高校实验室的资产的价值和数量都在快速增长[1]。

高校实验室中的资产中以仪器设备为主,大多数具有价值高、数量大、使用频率不均衡、存放分散等特点。而且随着设备资源共享等管理方式在一些高校中的推行[2-3],还出现了资产流动、多方共享使用等新的特点。实验室资产的持有和使用状况复杂,与之相对应的实验室资产管理却普遍存在诸多滞后不足之处[4]。在管理层角度,高校实验室资产管理制度不完善、跟不上实际使用需求,人员配置不足是普遍现象,常导致资产物帐不符、维护不力、管理效率低等不良后果。在技术层角度,信息化的应用大多不足,资产虽然在财务系统中有帐可查,但是信息化很少具体应用到实际场所,电子表格(Excel)手工记账、粘贴条码标签等传统手工管理方式仍占很大比例[5],准确程度、查询便利性等均不理想。

在此现状下,借助现有的成熟物联网技术,进一步提高高校资产管理的信息化水平进而提高资产管理效率,尚有很大的可改善空间。一方面可以提高常规的诸如资产清查、设备共享等资产管理活动的效率[6-9],另一方面也可以在降低能耗、提升实验室安全等方面做出新的贡献。

1 物联网及 RFID 技术发展现状

物联网(internet of things,简称IoT)是互联网、传统电信网等信息承载体[10],是让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。Peter T. Lewis早在 1985年提出这个概念,在2005 年 11 月国际电信联盟发布了“ITU 互联网报告2005:物联网”,指出物联网时代的来临[11]。

物联网的实现需要给每个物体分配唯一的标识或地址。最早的可定址性想法就是基于 RFID 标签和电子产品唯一编码来实现的。用现有的命名协议,如统一资源标志符来访问所有物品(不仅限于电子产品,智能设备和带有 RFID 标签的物品)。这些物品本身可能不能通信,但通过这种方式它们可以被其他节点访问。物联网中并不是所有节点都必须运行在全球层面上,它们一般也不具备全球性的地址标识,但是他们可以通过近场无线通信,射频通信,现场总线等多种方式接入各种子网,视需要可以有限制分层次地接入全球互联网。

在物联网上,每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结,通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制,也可以对家庭设备、汽车进行遥控,以及搜索位置、防止物品被盗等,类似自动化操控系统,同时通过收集这些小事的数据,最后可以聚集成大数据,可以进行诸如节能降耗分析,风险预测以及更加宏观的控制和分析。

物联网相关的多种技术中,射频识别(RFID)[12]是无线通信技术的一种,是物联网概念中重要的技术基础之一。RFID可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。它依靠物品上附着的射频标签实现该功能。

射频标签可以无源工作，也可以内置电池,其工作方式取决于实际应用场合。射频识别系统最重要的优点是非接触识别,它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签,并且阅读速度极快,大多数情况下不到100 ms。对射频标签的阅读可以以一对多的方式进行,可以短时间内读取大量标签内容。射频识别技术目前已经基本成熟,已经有空中接口协议规范,数据标准,实时定位标准等各项已经被标准化的规范,在图书馆、仓储、物流等领域得到广泛使用。

一个射频识别系统应有两个必备组成部分:标签和读写器。标签用于标识物品。读写器一般包括读写电路和外置天线,可以完成对标签的非接触式阅读和写入。视实际需求,可以固定式部署也可以便携式部署。有了标签和读写器,辅以计算机和网络即可构成最基础的物联网系统,可以实现物品的跟踪、定位、清查等基础管理。

虽然RFID技术是物联网概念中最常被提到的技术,但是RFID并不是物联网的唯一技术选择,它只适合部分应用场景。除此之外还有例如 UWB高精度定位技术,ZigBee短距双向通信技术,智能传感器阵列等多种技术可以用于其他各种特定的物联网应用场景中。

本文所关注的实验室资产管理类似于已经很成熟的仓储管理,需要对实验室资产,主要是设备,进行监管和监控。资产管理的需求包括基本的小规模数据读写能力,以及资产的粗略定位能力,因此RFID是比较适合的技术方案。

2 物联网在资产管理中的应用

2.1 资产的数字化管理

实验室资产管理在物联网系统的支持下,首先可以改善的是资产的数字化管理能力。现有的高校大多在校级管理层有基本的与财务系统关联的信息化固定资产账,但是到实验室层一般仍采用比较原始的人工记账方式管理资产,例如使用Excel做电子表格,使用纸质条码标签进行粘贴甄别资产等方式[8]。这些方式在实际工作中需要的人工操作繁琐、效率低下、查询统计困难,不利于有效地管理资产。

而物联网系统所附带的管理软件系统本质上就是一种资产管理系统,其中包含人员及权限管理、资产信息管理、资产动态管理等基础功能,完全覆盖了实验室需要的资产管理基础需求。除了基础的软件模块功能以外,物联网系统软件一般还会包括:异常情况报警,实验室资产使用状况分析,能耗分析,安全评估等高级管理及分析功能。物联网信息系统的丰富的信息处理能力比简单的电子记账系统能提供更强的信息记录、检索、统计、分析等功能。

物联网软件系统为了便于使用,一般都设计为可以多平台使用,如在PC机、移动终端、平板电脑等多种用户终端上使用。也有故障恢复、灾备等高容错能力和高可用性的设计,以保证系统能够连续稳定运行。

因此仅从软件方面,物联网系统的实施即可为实验室的资产管理提供高效可用的工具。

2.2 资产清查

目前在有些信息化程度较好的高校实验室中已经部署了自己的固定资产管理系统[13-14],可以登记自有资产的出入库、维修、增值等活动。但是不管使用信息系统还是原始的电子表格进行管理,在没有物联网系统支持的情况下,都做不到账物的直接关联,例如资产清查盘点等操作还是要完全依靠人工处理。

资产清查操作实际关注的是各个资产项的有无和物理存放位置,不需要时刻监视资产的位置状态,因此使用离线式的管理方式即可,仅在需要的时候执行清查工作。一般情况下RFID 技术即可满足需求,所需要的RFID设备主要是标签和移动式RFID读写设备。这类离线管理的方案的部署成本也最低,只需要粘贴标签、配发少量移动式RFID读写设备和部署一个中心数据库软件即可。无需其他设备,无需施工安装,资产管理的范围也有很大弹性。

在物联网系统支持下,即使仅仅应用这样的离线式管理,也能够极大地提高日常管理活动的效率。对于资产清查工作,以往需要逐个人工核对的大量资产项,可能只需要持手持机进行现场巡回一次就可以全部扫描完成,巡回扫描甚至不必知道资产的精确存放位置,只要大致接近被扫描物即可。以往受限于人工清查的效率,资产清查工作的周期都很长。而在物联网系统的支持下,资产清查的周期可以大大缩短,同时可以提高清查的准确度。

2.3 资产动态监测

传统人工方式的资产管理基本以上述的离线方式进行管理,资产的统计,使用率分析等的时间单位一般为学期或学年甚至更长,很难及时反映资产的动态变化,对资产的有效利用、合理分配、资源共享等工作都不易提供充分支持。

实验室资产按其使用状态可以分成两类。一类是状态基本为静态的资产,如安装及使用位置固定、甚少或不能移动的仪器设备,或虽然可以移动但移动后总会回归原位的资产。对这类静态资产可以使用上述的离线式管理,只要定期进行人工清查扫描即可。而实际上除了这些静态资产项之外,实验室资产中还有部分动态资产项,即使用中位置可能经常改变,或管理要求需要对其位置进行跟踪监视的资产。

对动态资产,传统资产清查活动基本无能为力,仅可以通过填写资产使用日志等方式记录,但实际情况无从监控。即使使用上述的基于RFID标签的离线扫描方式,也仅可以提高资产清查的频率,部分地解决监控问题。

对这类资产应该实施的更适合的管理方式应该是在线监测,目前的RFID技术也完全能够支持,对应的所需RFID硬件设备是标签和定点监控设备。系统通过不间断地轮询各个定点设备获取各个受控资产的位置信息来实现在线监测。

根据管理需求的不同,可以部署不同密度的监控设备以获得不同的监控精度。例如对低精度需求,可以仅在门口位置部署设备,获取资产通过各个门口的信息从而大致判断资产的实际位置；中等精度要求可以在室内均匀地或在重点位置部署监控设备,监控某个区域内的资产；高精度要求则可以缩小监控设备的扫描范围,增加部署密度,实现更高的监控精度；在RFID设备精度不足的情况下还可以使用UWB等高精度定位技术做精确定位[15]。这类在线管理的方案除了标签和数据库系统外,还需要部署较多定点读写设备,需要根据实际管理目标和要求,进行详细综合设计,成本比较高,管理范围也缺少弹性,一般适用于高价值或高危险性的可移动资产。一个典型的设备部署例子可见图1。

图1 完成动态监测需要的现场监测设备部署

引入动态监测物联网技术后,资产状态的更新频率可以提高到实时。可以实时了解到各项资产的动态位置,移动路径等,对某些特定资产项可以实施重点管理。管理者在有实时或半实时的资产变化数据支持下,进行实验室资产的进一步优化就更加可行。

而如果部署了位置检测以外的其他物联网设备,具备监测资产的其他温度、能耗、使用等状态的能力的话,进行更进一步的能耗管理、设备完整性管理、设备使用率统计等,就变得完全可行,也能够使资产管理水平上一个新的台阶。

2.4 实验室安全监测

实验室管理工作除了资产管理外,实验室安全问题现在日益受到关注,而实验室中的资产的不安全存放及使用是一个重要的危险源,包括用电器的无人值守运行,药品、试剂等的管理不善,非法领用,过期、过保资产的超期服役等,这些与资产相关的危险源实际上都可以被物联网监测覆盖到。实验室的异常状态也能够被物联网系统侦测,尤其是在线工作的物联网检测系统,在这些方面大有可为。

例如可以通过上述的在线位置监测发现资产的异常移动,如果 RFID 与人绑定,还可以实现人、物的关联监测。监测内容也可以包括化学品、气瓶等消耗性资产,为掌握资产消耗使用情况,或危险源定位提供数据支持。

对实验室环境或某个具体设备的状态监测,如温湿度、可燃气体含量等,可以使用智能传感器实现。目前这类传感器也已经发展成熟,例如已有商品化的可以无线传输数据的温湿度计,成本很低,部署安装也毋需布线工程,只要设定好需要的参数就可以实现不间断的对某个位置的温湿度监测,并可以将数据集成进物联网系统,使系统能够及时发现实验室的环境异常,侦测泄漏、超温等危险。

对需要监测能耗的仪器设备,如果功耗较小可以使用普通智能插座产品；如果功耗较大或需要三相供电的,可以使用电流互感传感器配数据采集设备。这类设备成本不高,需要少量布线工程，可以有效地监测用电设备的能耗,为实验室节能减排提供参考数据,也能够及时发现诸如大功率设备无人值守运行等危险源。

如果需要监控资产的使用细节,可以针对具体要求部署相应的设备。例如需要记录所有人员对设备的使用,可以采取附加刷卡装置的电源开关,要求刷卡才能使用；也可以使用定点摄像,人员使用时触发摄像行为等方式进行监控。这些方式在实际实验室中均有案例,也取得了较好的管理效果。

虽然很难有一个通用的技术方案满足多种多样的监控需求。但是在现在的智能化、嵌入式硬件的技术水平上,大多数管理目标都能以较低的成本实现,并与管理信息系统集成。物联网系统在这些装置的辅助下不仅仅只是资产管理的工具,更是保障实验室安全的有力工具。

3 结语

针对不同的管理目标和要求,可以使用不同的硬件设备和配套软件系统达到管理目的。这些不同的设备构成的网络都可以被归于物联网的范畴,在统一的软件系统中被集成,为资产管理活动提供支持。在物联网技术的支持下,实验室的资产管理效率和准确度会有较大提升。

但是也需要注意,物联网系统虽然改善了管理能力,但是往往也会对现有管理方式和管理制度产生新的要求。管理者必须在新的技术条件下,修改和适应新技术带来的变化,整合技术,形成新的管理模式。这对实验室资产管理也提出了新的挑战。

物联网系统的最重要的能力是将互联网技术与被管理对象物理上结合,不仅是资产,也包括人。在物联网的整体技术框架下,实际上实验室内的各种活动都可以被记录,并且随技术的进步,可记录和可监测的内容会越来越多,越来越准确,最终形成实验室的大数据,为对实验室进行多方向多角度的分析及优化提供数据基础,例如上述的实验室安全课题,多个实验室资源的整合优化课题等,将为实验室管理作出更多贡献。

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