基于QR二维码与RFID射频识别技术的装备备件管理信息系统设计

何翊飞，谢 晨，于 喜，胡华勇

（1.武警工程大学 研究生大队，陕西 西安 710086；2.火箭军工程大学 研究生大队，陕西 西安 710025；3.武警陕西省总队保障部，陕西 西安 710054）

0 引 言

随着计算机技术和增材制造技术的发展，备件全系统全寿命管理成为必然趋势。为解决现有备件管理效率不高、数据存取繁琐问题以及动态信息追踪方面存在的不足，本文立足备件管理现状与QR二维码、RFID射频识别两种技术的特点，对备件管理信息系统进行了必要性与可行性分析。在此基础上设计了备件管理信息系统的网络架构与信息通信方式。

1 QR二维码与RFID射频技术可行性分析

1.1 装备备件管理现状与系统需求分析

过去，装备备件在很大程度上依靠专人进行管理，通过纸质档案进行集中整理、归类、保存、调阅等。在人员更替、任务转换时，交接手续繁琐，报批程序复杂，不仅未能达到备件动态管理、全寿命跟踪等精细化管理目标，更无法满足强度高、变化快的作战保障需求。

随着现代物流技术的发展和军队信息化建设不断推进，部分单位实现了备件资料电子化，相比于过去有了很大提升。为进一步增强装备备件供应保障的主动性，减少供应层次，简化领用手续，节省领用时间，快速、及时地将备件送到一线末端，可基于当前的备件数据库，结合QR二维码识别录入快、RFID批量存取等优点，探索改进方法与措施，实现备件保障资源实时可现、保障活动实时可控。

1.2 QR二维码与RFID射频技术特点

1.2.1 QR二维码编解码过程

本文讨论的QR（Quick Response）二维码是第二代矩阵式二维条码，由日本工程师原昌宏（Massahiro Hara）发明，通过在二维平面内按一定规律排列黑白相间图案记录数据与符号信息。其组成通常包括：空白区、位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形、校正图形、格式信息、版本信息、数据和纠错码。

编码技术流程主要包括数据分析、数据编码、纠错编码、构造最终数字信息、构造矩阵、添加掩码、格式和版本信息等。QR解码技术流程顺序与编码正好相反，即包括识别模块、格式信息译码、确定版本、消除掩模、恢复数据和纠错码字、纠错、数字码字译码等步骤。

QR二维码的编解码基于Google提供的ZXing开源代码库，常见的开发语言环境如Java、C++、Python、C#、Object-C、Ruby等均可支持；目前被广泛应用于各类Android、IOS平台的手持终端上，通过摄像头完成对QR二维码的扫描与生成工作。ZXing可以在无网络连接的条件下实现二维码的识别生成，并且可以读取部分模糊或缺损二维码，还可以实现多码同时读取，较为适合战时高效备件、精准保障。

1.2.2 RFID射频识别技术特点

RFID即射频识别技术，属于自动识别技术的一种，通过无线电波实现非接触式双向数据通信，进行电子标签数据交换。本文研究的无源RFID由射频卡（应答器）、读写器（阅读器）和应用系统（包括连接线路）三部分构成。通过电磁反向散射耦合进行电磁感应，阅读器向电子标签提供工作能量。当标签离开射频识别场时，标签无能量激活处于休眠状态；当其进入射频识别场，阅读器所发出的射频波瞬间激活标签电路，通过整流的方法将射频波转换为电能存储在标签中的微小电容内，进而实现数据交换。

1.3 可行性分析

QR二维码的优势在于信息存储密度大、可靠性高、容错性好、保密性强、可表示数据的类型多、空间利用率高等。可将备件代码、名称、供应厂商、规格型号、列装单位、生产日期、质量等级、维修保养要求、封存期限等详细静态信息生成二维码，通过纸质贴片打印形式粘贴附着在备件表面。

RFID射频识别技术的优势在于标签批量存取、信息存储量大、适应环境范围广泛、信号穿透力强等，其电子标签可重复读写，便于实现对备件的全寿命跟踪。利用RFID射频卡编码（产品电子代码，Electronic Product Code, EPC）的唯一性来唯一标识每个备件代码，批量记录出库和入库信息、维修保养动态信息，实现实时库存盘点、位置查询。

根据QR二维码与RFID射频技术的特点，分别将其作为静态、动态信息的记录载体。可同时将二维码和RFID标签打印于备件标识卡进行集成，两种标签互为补充，当其中一种损坏、脱落或失效，可通过扫描二维码对备件情况迅速进行补充，打印并录入新的RFID信息，确保备件信息连续。

2 系统设计

本系统采用轻前端重后端的设计思路，由手持终端与备件管理信息终端计算机相互配合，将采集数据通过网络同步上传至上级机关，充分发挥RFID信息高效采集、QR二维码信息存储量大的优势，提高备件信息掌控权限，最大化还原信息真实度。

2.1 网络结构设计

备件信息系统采用B/S（Browser/Server）架构，系统内部应用局域网连接，并由以下部分组成：

（1）手持终端：作为前端重要组成部分，软件由预装的SaaS（Software as a Service）平台模式完成备件信息采集，硬件由自动对焦摄像头的工业级PDA或手持设备终端构成。射频模块执行GB/T 29768-2013标准，使用超高频（Ultra High Frequency，UHF）的工作频段920～925 MHz，读写距离为2.5～1 000 cm。嵌入式二维码识别模块根据GB/T 35420-2017物联网标准，配合LED灯完成扫描或生成备件信息工作。

（2）RFID打印机：根据备件信息生成的QR二维码和RFID电子标签在热敏纸上进行打印，将打印后的QR二维码和RFID标签共同粘贴在备件上，其中QR二维码也可由普通激光打印机打印，便于统计与读取各项备件信息。

（3）Web服务器：备件管理信息系统后端服务器操作系统为Linux，基于J2EE框架下的JBoss进行源代码开发，实现动态网页管理更新。当接收到浏览器发送的请求后，服务器处理该请求并将结果反馈回浏览器。服务器前端页面支持JSP、extjs、velocity写入，表现层使用耦合性较低且便于维护的Spring MVC，持久层使用Hibernate，业务层使用Spring框架模式。

（4）Elasticsearch搜索应用服务器：作为一种分布式、高扩展、高实时的搜索与数据分析引擎，将数据库搜索压力传导至集群，使大量备件数据具有搜索、分析和探索的能力。

（5）Redis缓存应用服务器：一种通过分布式缓存的方式应对MySQL备件数据库高密度查询请求的内存对象缓存系统，能够减轻数据库连接池与Elasticsearch搜索引擎并发处理的压力，平衡负载，进而提高查询处理效率。

（6）军用加密无线路由器：采用基于局域网通信方式，有效连接手持终端与备件管理信息系统终端计算机，实现数据同步。WiFi路由器无线信号覆盖区域室内可达100 m，室外可达400 m范围，穿透性强、覆盖广，可实现对备件信息实时识别统计、修改完善。

2.2 功能模块设计

2.2.1 备件基本履历信息模块

备件基本履历信息模块包括备件名称、生产日期、出入库时间、型号代码、供应厂商、列装单位参战记录等基本履历信息。其中动态备件信息存储在RFID电子标签中，在手持终端上就可以进行读写修改，便于定位备件和查询信息，QR二维码中记录静态备件信息等永久存储类型信息。

2.2.2 备件实时库存状态模块

实现库存备件数目盘点、批量信息修改、实时位置查询，同时根据大修记录、重大故障、寿命周期、封存时限生成到检、保养、报废预警等提示信息。

2.2.3 备件动态管理日志模块

详细记录每次出入库包括请领归还、使用测试、训练保障、维修保养、退役报废等环节的具体时间以及负责人员等信息，实现全系统单据电子化、全寿命签名数字化。

2.2.4 备件性能结构数据模块

存储备件作战性能、环境要求、缺陷信息、CAD模型等，便于战时快速维修与3D打印。不同层级赋予不同访问系统终端权限，确保备件系统安全保密。前三层级备件信息由作业处理层人员负责运行维护，这一功能的性能结构数据被赋予更高权限，访问密钥由管理控制层专人专管。

2.2.5 备件综合信息查询模块

根据提交的字、句、段落、数据等以及具体时间、人员、状态、型号信息，实现模糊查询与精确查询相结合的方式，并且可以根据备件数据整理自动生成图表或综合报表，实现信息分析功能。

2.3 系统功能实现

应用QR二维码与RFID射频技术，将有效促进备件管理信息系统的各项功能实现。由用户按不同权限在手持终端登录系统并提交请求后，系统自动根据功能需求进入SaaS预装的操作界面，根据是否需要扫描进行下一步工作，如需批量录入出入库等动态信息、射频识别编码、记录数量、修改数据；如果需要获得备件生产日期、供应厂商等详细静态信息则扫描二维码，直接在终端上就可完成信息查找、修改、补录等工作。当遇有标签脱落、二维码损坏或因少录入、未录入等导致账、物、卡不符的情况，通过扫描即可迅速定位，便于对备件与相关责任人进行倒查和信息补充。完成操作保存后系统会生成新的备件数据信息，通过打印机进行补打印后粘贴或磁性附着即可。日志中会自动记录出入库时间、人员等操作信息，便于查询，无须重复补充，完成后退出操作界面即可。

3 结 语

随着计算机技术和增材制造技术被广泛应用于装备工作各个方面，备件全系统全寿命管理成为未来智能化战争的必然趋势。本文立足备件管理现状与QR二维码、RFID射频识别两种配套技术的特点，对备件管理信息系统进行了必要性与可行性分析。在此基础上对备件管理信息系统进行设计，该系统具有用户赋权、备件数据查询、动静态信息感知、状态智能预警、数据报表自动生成等特点。

通过将QR二维码与RFID射频识别技术应用于备件管理信息系统，有效提高备件精细化管理水平，促进新军事变革中的技术要素充分发挥作用，提高再生战斗力生成效率，大大减少人工操作过程中无法避免的信息误差与资源浪费，降低作战保障过程中存在的效率低下、保障失准等问题，提升保障效能。系统以备件数据矩阵的表现方式克服传统描述性信息的失真问题，以扁平化的组织架构缩短信息传输链路，向战略决策层提供从预研到再制造新装备的建议。通过这一方式，未来将不断提升备件管理水平与装备保障效能。

注：本文通讯作者为于喜。