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RFID应用于军械仓储及运输管理之探讨

来源:互联网 责编:ldzldz 作者: 时间:2007-07-08

美国防部供应链整合副秘书长Alan Estevez表示,导入射频技术能让国防部更妥善的支持战线上的军人,使军械仓库储藏及运输管理更佳,各武器系统运作更顺畅,以最少的武器库存,发挥最大的攻击火力。 

一 执行构想 

由于国军(注:台湾部队)近年来各部队因军品管理不当、少数不肖官兵心怀歹念,致使军品盗卖及外流事件频传,其中又以枪械及弹药管理不当,以致影响社会治安甚巨。运用现行RFID无线射频技术,可以有效管理国军机敏性军品、人员装备携出、归还、保养修护、物流管理、帐籍清点……等作为。透过先进之信息设备(后端伺服数据库)逐项纪录,减少纸本纪录誊写、大幅降低人力工时,在现今国军精进政策方针指导下,实为有效并可推行之管理概念及机制。 

本案初期系统规划作法,以本校军械库储运管实施验证,其规划执行构想内容为: 

(一)运用无线射频卡片有效管理军械库管人员、学生之进出管制及开启军械库管系统之凭证与权限。 

(二)枪枝建置射频标签,有效管制其携出、归还数量;领用、归还时间;枪枝保养维修作业纪录。 

(三)使用可程序逻辑控制器(Programmerable Logical Controller)、极限开关(Limit Switch)、储位灯号系统,管制库储枪枝储位、储位自动清点作业及灯号导引指示。 

(四)建置白金温度感应器,全天候24小时实时监控库储环境之温度。 

(五)运用射频卷标内建内存及后端数据库数据,推动装备e化教学(知识管理建立)。 

(六)系统规划建置(如图1)。 

二 软、硬件系统设备规划 

(一)读取器(Reader) 

采用可读取13.56MHz频段之读取器。 

(二)无线射频标签(Tag) 

采用频段13.56MHz之Philips研制之Mifare card。 

(三)可程序逻辑控制器(Programmerable Logical Controller) 

早期PLC被发展的目的是用来取代传统电回路,随着机电工业的进步, PLC的功能越来越强,体积越来越小,现今已不局限于当时取代工业配线的原始用途。功能朝向多元、高功能和整合化的方向发展,例如语法的多元化,除了阶梯图(Ladder Chart)外,也可以使用C语言或程序式流程图(Sequential Function Chart)进行程序设计。PLC已成为世界各国所接受的泛用控制器之一,除了小巧与功能强大外,为了迎合各种的应用场合,PLC也发展出多样的模块,例如温度控制,马达定位等。 

 演算控制部 

即中央处理单元(CPU)由内存部中读出程序解读并执行的地方,CPU之动作如下图所示,执行后再读出并执行下个步骤,直到程序完成然后重复相同的工作,这里读出、解读、执行等一连贯作业称为周期,处理全程所需的时间称为周期时间或扫瞄时间,PLC的Scan Time通常也代表其等级,速度越快价格也越高。 

 内存部 

贮存程序与数据的地方。由于PLC的动作由韧体阶梯图所决定,因此内存的大小会以可容纳的Step来计算,最大容量视PLC所能够寻址(Address)的Step决定,除了主机内附的内存外,能够在外挂ROM扩充其容量且外挂ROM亦具有保护功能;内存提供RAM,EEPROM与EPROM三种供使用者选择,亦可使用韧体决定内存部分区块为断电保持或是非断电保持。 

 输入与输出模块 

连接开关或感应器等控制机器,并处理内部输入状态的地方,输出埠是 连接指示灯或马达等控制机器,并处理输出结果的地方。输入的规格视 不同机型之PLC而不同通常为DC24V;输出规格在一般的应用上有继电器输出,SSR与晶体管输出(开集集回路)。  

 电源回路 

PLC主机常会包含电源部分,提供主机使用的AC电源,或提供DC24V的直流电源供应端提供DC电源给光电、近接等检之器使用。 

 特殊模块 

PLC在设计的初始为泛用型取代传统的电工回路,随着不同应用场合的出现,开始强调其弹性,因此PLC厂商除了主机之外也会生产各种不同用途之模块,让使用者依需要如同积木般的扩充,例如模拟输入/输出模块、温度模块,脉波输出、单轴NC、旋钮输入、七段显示器输出等特殊模块。从PLC的应用层面而言,它广泛应用于生产机械,如小型机械:输送机、包装机等;中型机械:自动仓储、立体停车场;大型系统:铁路号志、地下铁等。PLC已成为世界各国所能接受的标准行控制器之一。在阶梯图程序编写方面除了传统的书写器,近年来已逐渐改为由计算机编写阶梯图,各家PLC厂商都有其对应的阶梯图编写软件,如MITSUBISHI公司的FXGP软件与OMRON公司的CX-P软件。PLC的生命周期已经有数十年的历史,稳定性与耐用性远胜过变动快速的PC系统与简单的单芯片系统,在设计安全性高的系统时,往往将其摆在工作现场的第一线配合外部电路等组成强大的控制核心,PLC可程序逻辑控制机组(如图2)。  


(四)白金温度感应器 

温度在许多控制系统都是很重要的环境参数,温度感测随着工业发展也 出现多样性的量测组件,常用温度感测方式有热敏电阻、热电耦、感温 IC、白金温度传感器PT100、石英温度传感器等等。依据不同使用场合选用不同感温组件。以下介绍温度感测组件为PT100。PT100又称白金温度传感器,是以细白金(Pt)金属丝缠绕而成。因为金属导体的电阻与其截面积成反比,与长度成正比,所以白金温度传感器内部的材料必须是又细又长这样电阻才会大,且对温度敏感度也会增加。白金温度传感器之所以称为PT100是指此白金温度传感器在0℃时,所缠绕的细长白金金属丝双端电阻值恰好为100Ω,PT100的电阻值会随着外界温度增加而增加,称为具有正温度系数,亦即当温度上升时其电阻亦增加,所以可以利用这种特性来感测温度,PT100内部构造与实体图(如图3)。 


(五)图型监控系统 

图形监控系统是指以图形操作接口达到监控机台之目的。工业革命初期,人们直接操作机器从事生产,直到自动化生产时期,则改由控制器操作机器。此时期人们面对的是控制器的操作面板。今日电子信息革命结果完全改变生产形式,人们面对的接口已换成计算机。透过计算机与机器沟通,可以看到图形监控在现代自动化中所占有的地位。广义的人机接口应该是泛指人与机器之间的接口关系与沟通管道。例如操作面板、指示灯、人机接口软件MMI(Man-Machine Interface)等,都属人机界面。十之八九的工作成分都是在处理人与控制器之间的关系。现阶段在台湾市场上较普遍的MMI软件有Intouch、Lookout、FIX与Genie等。这些PC-based的图形监控规划软件不必撰写程序语言,规划容易,所以能轻易迅速的执行。但是在应用上会受制于使用控制器的厂牌与控制场合,且成本高昂,通常是以点数(tag name)论价格。若不限点数的软件,往往要新台币二、三十万以上。本次研究采用的是自行以Borland C Builder(BCB6.0)为发展MMI工具,以配合实际的应用需要,在整个系统的整合上也较具有弹性。 

三、后端数据(软、硬件)系统研发 

本校军械及库储运管先导实验软、硬件设计是以本校武器系统课程组针对兵器班队学生(以一个班队四十员学生,保修分组实作课程区分八组,每组五员)为先导验证对象。其验证项目区分如下: 

人员进出方面 

运用RFID无线射频系统(频率采13.56MHz),区分库管人员进、出之门禁权限,全时纪录人员登入、注销纪录(如图4)。 


军械枪枝借还方面 

运用RFID无线射频系统、极限开关(Limit Switch)、PLC可程序逻辑控制器、各式灯号系统,对军械枪枝借出、归还纪录、枪枝库储定位、清点,做全时动态纪录及数据备份(如图5)。 


库储控温方面 

运用白金温度感应器系统,全时纪录军品(弹药)库储环境之干球温度、 湿球温度及相对湿度(如图6)。 


管理程序系统 

运用Borland C Builder(BCB6.0)软件,开发本系统之人机接口,有效记录并管制前述(一)、(二)、(三)项所有动作历程与时间。 

 e化教学方面  

运用RFID无线射频系统,射频卷标(Tag)内部之内存功能、或与后端数据库数据链路,可就各类库储军品之性能、诸元、构造、功用、装备补保纪录,进行实时登载与更新(如图7)。 

四 系统导入之效益评估

人员进出方面 

透过RFID无线射频系统认证、系统登入密码认证、非法取用枪枝声光警报……等各项强化管制作为,可有效区分各级库管人员进、出库房门禁之权限、借还枪枝权限、并全时纪录人员对于该系统注销、入纪录。配合国军现行各项库管作为及规定,定可大幅提升各类机敏性军品库储管理之安全性,降低库管人员填写管制表簿、各项纸本的困扰。 

军械枪枝借还方面 

透过PLC可程序逻辑控制器(Programmerable Logical Controller)、极限开关(Limit Switch)、各式灯号系统运用,所生之优点如后: 

可将现行RFID无线射频系统对金属环境或水份所造成及产生的不良影响完全消弭。大幅增加系统对机敏性军品如军械枪枝借出、归还记录、枪枝库储定位、清点的稳定性。 

以往人员对于军品借、还作业会因为不熟知储位或装备品项,而产生许多不便及耗费寻找时间。透过本系统灯号指引,可大幅将上述状况所耗费的时间降低,使得库储作业变得更速捷、更有效率(如图8)。 


计算机全时记录及计算机实时数据备份,同样可降低人员每次填写大量窗体及数据的时间。 

库储控温方面 

台湾位属亚热带地区,海岛型气候高温高湿、沿海盐害、多台及丰雨效应,全年平均相对湿度(Relative Humidity)高达80%;国军各地区库储环境也因湿害状况,对装备产生诸多不良变化而影响妥善率,如”材料膨胀”、”绝缘特性退化”、”电系导通短路”、”物理强度减弱”、”化学 性质改变”、”润滑油剂污浊卡死”、”金属氧化腐蚀”、”材质塑性丧失”、”弹药高温热解、潮湿水解、自动催化爆燃”等,使得精密武器功能衰退,妥善率降低、库储环境危安肇生。透过白金温度感应器系统,全时纪录军品(弹药)库储环境之相对温、湿度,可有效降低现有人力每天入库抄写纪录温、湿度数据,并可以最少人力监控管制所有库储设施温、湿度。大幅提升机敏军品(弹药)库储环境之妥善与安全性、同时亦降低、节省库管人员工时。 

本案就弹药库储管理部份之探讨,因考虑无线射频所产生频波恐会对电击发之弹体产生电磁幅射危害(Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance,HERO),故仅研究系统对其库储温度之控管,并未对弹药本体进行RFID无线射频标签外挂测试。另美国国防部于2005年11月间研究报告中述及,RFID无线射频主动式标签、读取器与爆炸品保持至少一呎距离。但尚未对被动式标签、读取器订定如此距离。由于读取器须释出更大能量以启动被动式标签,预计读取器与爆炸品的距离将多于一呎以上。  

管理程序系统 

使用Borland C Builder(BCB6.0)软件,开发本系统之人机接口,有效记录并管制前述(一)、(二)项所有动作历程与时间。 

知识管理之建立 

透过RFID无线射频系统,可以就库储军品性能、诸元、构造、功用、装备补保纪录进行实时登载与更新。并就各级长官、保养(修)操作者之教学经验及知识管理进行整合与分享,充份强化国军装备重要信息、补保履历e化管理之可溯性追踪能力(Trace ability)。 

结语 

本案研究RFID无线射频辨识技术导入军械库房管理,大幅节省库储人员装备清点时间、装备借还时效及精减人力于表簿誊写作业时间。对于库储环境温、湿度之有效控制,亦减低库储装备免于潮湿、锈(腐)蚀状况。对于国军配合组织再造、人员精进所产生的管理暇隙,实为一大助力。 

各先进国家对于RFID无线射频辨识技术之运用,亦快速全面的导入人民日常生活中。它不但将取代条形码,在物流领域掀起旋风,在智能型商店购物、动物芯片、电子货币等各领域都将会看见RFID大规模革命性的运用。利用RFID技术提升企业竞争力已成为全球重要产业主流,国军亦需对此议题深加研析,择优导入实施验证。但要如何将此系统,有效导入及运用在国军管理之各环节当中,尚须端赖”人”的用心规划、反复验证测试,实可达到所要求之目标,提升部队战力,向科技管理、建军备战之目标迈进。