基于RFID技术的实验室资产管理系统设计

摘要：仪器设备的管理是通信类实验室日常工作中非常重要的部分。实验室需要管理大量不同类型的仪器设备，涉及出入库、盘点、校准、领用、报废等多个流程环节。这些仪器设备具备的移动需求大、维护要求高的特点，对设备管理的时效性和精准度提出了更高要求。RFID技术是一种自动识别技术，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（如电子标签或射频卡）进行读写。本文研究了利用RFID技术解决实验室仪器设备管理中的一系列问题，并给出了可行的解决方案。

关键词：实验室管理；设备管理；RFID；物联网

一、研究背景

随着通信实验室业务的发展和规模的扩展，实验管理设备的数量和种类持续增多。再加上通信实验室仪器设备移动需求大、维护要求高等特点，实验室的管理难度越来越大，复杂程度也呈现上升趋势。随着RFID在各领域的广泛使用，尤其是在仓库管理等方面的应用，使得实验室管理可以借鉴工业领域的仓库管理方法和理念，通过RFID技术实现实验室的全流程线上自动化管理。

本文以RFID感知物联网技术为基础，旨在设计出能够监控、管理实验室物联网的软件平台，使传感信息以数字化的方式呈现给用户。同时也方便传感器的扩展，对传感网络和传感数据实现线上的数字化管理。

二、资产管理系统方案概述

（一）系统架构介绍

本文从当前研究院对资产管理的迫切需求出发，分析了RFID技术在实验室资产管理中的可靠性和必要性，并提出了建设RFID管理系统的目标。首先将构建系统方案的整体架构，并对架构中的RFID设备和软件功能模块这三个主要部分进行需求设计。其次从组网的角度对RFID设备和服务器端之间的通信需求进行分析，从而在整体上对项目的实际需求和初步解决方案进行概要设计。系统组成分为三个部分：信息采集和识别的RFID 设备，信息传输的网络设备和数据库，可视化的资产管理控制台。

（二）RFID 设备：信息采集和识别

RFID设备包含RFID读写器（识别装置）和RFID标签两大核心组件。前者负责发射无线信号以激活标签并读取返回的数据，后者则附着在设备上，存储着关于设备的唯一信息。二者共同组成了前端数据采集系统，是整个RFID基础架构中原始数据的来源。设备和标签共同实现了实验室仪器设备管理的自动化和精确化。

1.手持读写器

手持读写器是工作人员用于设备信息录入、资产信息盘点和标签管理的关键设备。为了实现与资产管理系统的信息传输，手持读写器需要具备与PC机通信的接口，如RS232或USB，或者通过内置Wi-Fi模块实现无线通讯。这些功能确保了设备可以与RFID标签进行有效通信，并及时同步数据。

手持设备的入网方式通常有三种：（1）2.4G频段WLAN接入：要求具有802.11a/b/g的接入能力，以适应2.4GHz频段的无线网络环境。（2）RJ45接入：要求设备具有100M全双工的以太网接入能力，并支持TCP/UDP传输协议。（3）与管理软件数据库的网络端口开放：意味着除了物理层面的连接外，手持设备还需要能够在网络层面上与管理软件的数据库进行通信。

2.无源抗金属标签：TYTF-9622

RFID标签采用无源抗金属标签，具有抗破坏性、扫描感应能力和体积上的优势，可以满足实验室所有场景的需求。具体指标如表1所示。

3.软件功能模块

资产管理系统是一种用于追踪和管理组织内资产的软件解决方案，它通常运行在服务端与RFID（无线射频识别）设备配合使用，以自动化的方式收集和处理资产数据。系统两大模块可以大幅提高资产管理的效率和准确性，减少人工错误，并提供实时的资产信息。

基本功能模块：包括基础数据管理子系统；资产录入、管理子系统；资产盘点子系统；统计分析子系统；系统管理子系统；

手持机软件模块：包括无源RFID监控数据采集、传输子系统；重点资产进出监控子系统。

三、系统详细设计

（一）系统功能架构

整个RFID固定资产管理系统分为仪表状态管理模块和系统管理模块两部分。仪表状态管理模块是系统的可视化监控中心，它通过图形用户界面（GUI）提供直观的监控功能，负责实时显示和管理固定资产的多个关键状态，包括资产的入库、盘点、标签更换、异动处理以及出库等环节。系统管理模块则主要聚焦于后台管理操作，为管理人员提供前台窗口，用于录入、更新和维护设备信息、人员信息以及库房信息。

（二）数据处理流程

为了充分考虑系统设计的层次性和模块间的低耦合性，系统从底至上被划分为传感域、业务域和应用域三个主要层级。

在应用域的设计中，系统采用了浏览器/服务器架构。这意味着应用端可以专注于信息的采集和提高系统的可靠性。而信息的处理和录入则由服务器集中处理，这样不仅简化客户端的设计，还允许服务器对数据分类加工。应用服务器直接与用户交互，支持资产信息查询、用户管理等功能。用户可以轻松登录应用服务器页面，实现高效便捷的资产管理。

业务域位于应用系统和硬件设备之间。鉴于RFID应用系统的数据量庞大且冗余度高，为了扩展RFID中间件的应用范围并提高其使用灵活性，在ALE规范的基础上，设计了一种适用于分布式、多网关应用环境的中间件架构。RFID中间件通过内部的容错机制和逻辑判断机制，能够对原始采集数据进行智能判断，并根据不同的应用层事件要求，生成相应的报告返回给应用系统。企业应用系统也可以利用 RFID 中间件处理大规模的原始数据流，滤除冗余数据，提取有价值的信息，有效减轻应用系统的处理负担。

传感域包括RFID阅读器，分支器以及射频天线等硬件设备，它们是系统获取外部数据的主要来源。工作流程为：（1）应用域发起请求：系统的应用层负责发起各种应用请求，这些请求包括资产盘点、资产扫描和资产定位等操作。（2）业务域处理与转发：应用层的请求经过处理后，会被转发到系统的业务层。在业务层，请求会进一步被传递到中间件进行后续处理。（3）中间件的事件处理：中间件接收到来自业务层的请求后，会进行事件分解和其他必要的处理。这一步骤是为了确保请求能够被正确地解析和执行。（4）传感层标签读取：处理后的请求会被中间件用来指挥传感层中的所有相关标签阅读器，进行标签读取操作。（5）标签信息解析与反馈：标签信息被读取后，中间件会对这些信息进行解析处理，并将处理结果回传给应用层。（6）资产信息的可视化展示：应用层接收到解析后的资产标签信息，并将其转化为直观的资产数据，通过用户界面展示出来，从而实现了从请求发起到信息展示的完整操作流程。（7）分层设计与模块化：通过将系统的数据流按照功能模块进行分层设计，实现了系统的模块化，这不仅提高了系统的可维护性和扩展性，也增强了系统的鲁棒性。

系统的整体流程如图1所示。

（三）资产状态转换图

系统中管理的资产可能处于入库、定点、移动、替换或出库状态，并可在定点态、移动态和替换态之间自由转换。

入库态：指标签刚被写入ID，并在数据库中与资产ID进行绑定的状态，这是在第一次进入定点态之前的状态。该状态下，标签会被系统跟踪，但不会引起其他反应。

定点态：指标签被限定在某个范围内的状态。该状态下，标签一旦越界，也就是通过了某个不该通过的门禁，那么标签将转入移动态，并会提醒管理员。

移动态：指标签在移动中的状态，此时资产通过门禁只进行记录，不进行提醒。

出库态：指标签ID与资产ID解绑，资产ID被标注为出库的状态。

（四）基础数据结构

1.普通资产及状态

普通资产的基本信息包括资产ID、设备名称、设备编号、部门、厂家、责任人、使用人、入库时间、位置、状态、类别等以及资产在上文所述的四种状态。

2. 管理员角色档案

对于资产管理员，目前系统采用了分级管理机制，通过不同的级别来实施对资产的分层管理和维护。具体来说，系统设有最高权限的院级资产管理员，以及权限较低的部门管理员。

各角色的职责明确如下：

院级资产管理员：具有系统的最高执行权限，可执行系统内所有业务流程并管理系统中的所有资产信息。

仅院级资产管理员：负责综合管理系统的审批工作，包括资产入库时的发卡、替换标签发卡、资产出库、部门间资产的调拨移动，以及资产门禁记录的管理。

部门资产管理员：负责管理所辖部门的资产，包括资产的入库与标签替换时的贴标确认、所辖资产的标签替换申请、所辖资产的盘点、所辖房间的扫描、所辖资产在一级部门内部的移动，以及所辖资产的门禁记录。

院级资产协管员：具有部门资产管理员的所有操作权限。

责任人：仅限于查询自己所负责的资产，并查看部门资产管理员的盘点结果。

四、结束语

截至目前，本文涉及的项目系统已全部完成并运行两年。极大改善了实验室固定资产的管理流程，显著提高了工作效率与管理的准确性，实时监控固定资产的场地变更与更换，使资产管理更科学便捷，提高了安全性。该系统的建立及运用也为院内资产管理提供了一种数字化的创新思路。该系统降低了人力成本实现了固定资产管理的便捷性、实时性和精确性。预示着资产管理迈入了一个更智能化、数字化的新时代。

作者单位：吴琼 李静 中国信息通信研究院

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