基于RFID技術(shù)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范江東，王 偉，高 瞻

（1.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，浙江 杭州310000）

0 引 言

物資管理可以幫助企業(yè)滿足生產(chǎn)，合理采購(gòu)、儲(chǔ)備和使用企業(yè)物資，以達(dá)到加速企業(yè)資金周轉(zhuǎn)、合理規(guī)劃物資、降低企業(yè)生產(chǎn)庫(kù)存的目的。電力企業(yè)是整個(gè)電網(wǎng)輸配電管理的重要單位，與百姓和企業(yè)用電的穩(wěn)定性有著緊密聯(lián)系。尤其是隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力企業(yè)傳統(tǒng)的手寫記賬、Excel記賬等物資管理方式，都存在查詢賬目多、物資管理出錯(cuò)、管理程序復(fù)雜等問(wèn)題，難以滿足電力企業(yè)物資管理需求，極其需要設(shè)計(jì)出專屬于電力企業(yè)的物資管理系統(tǒng)[1-3]。

國(guó)外對(duì)企業(yè)物資管理的研究經(jīng)歷了粗放管理、經(jīng)驗(yàn)管理、科學(xué)管理以及現(xiàn)代化管理四個(gè)階段。將計(jì)算機(jī)技術(shù)融入企業(yè)物資管理中，可避免信息丟失和信息不準(zhǔn)確等問(wèn)題，學(xué)者們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)各部門聯(lián)系到一起，研究出MRP、MRPⅡ和ERP等物資管理系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)企業(yè)物資管理方式是在國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上做出的改革，從而形成屬于國(guó)內(nèi)的現(xiàn)代化物資管理體系。但是，經(jīng)國(guó)內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，企業(yè)所處環(huán)境、企業(yè)文化都與國(guó)外存在一定差異。因此，對(duì)于企業(yè)物資管理，需要設(shè)計(jì)與企業(yè)相適應(yīng)的管理方式[4-9]。此次研究電力企業(yè)物資管理，考慮電力物資的復(fù)雜程度，將采用近些年興起的RFID技術(shù)，設(shè)計(jì)電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)。

1 電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為滿足系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資需求，此次設(shè)計(jì)將在國(guó)內(nèi)外對(duì)物資管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加頻射發(fā)射和接收電路，設(shè)計(jì)電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)頻射發(fā)射和接收電路硬件結(jié)構(gòu)。其中，頻射發(fā)射電路的發(fā)射信號(hào)只需要完成載波以及調(diào)制信號(hào)，因此采用ASK調(diào)制信號(hào)，并將調(diào)制信號(hào)深度設(shè)為100%。由于信號(hào)在發(fā)射過(guò)程中存在信號(hào)輸出衰減數(shù)字可控現(xiàn)象[10]。為此使用FPGA配置頻射發(fā)射電路。

頻射接收電路需要采用I，Q兩路變頻調(diào)節(jié)標(biāo)簽返回信號(hào)，才能使安裝了頻射技術(shù)的系統(tǒng)接收到頻射發(fā)射信號(hào)[11]。此次設(shè)計(jì)的頻射接收電路如圖1所示。

圖1 RFID接收電路

2 基于RFID技術(shù)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行總體架構(gòu)

在此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，考慮電力企業(yè)對(duì)物資管理系統(tǒng)的需求及企業(yè)物資的復(fù)雜程度，采用MVC模式的三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)總體架構(gòu)。將系統(tǒng)總體架構(gòu)分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)支撐層和系統(tǒng)軟件層4個(gè)模塊，其設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)第一層為表現(xiàn)層，為用戶在客戶端上的操作界面，可以與所有普通計(jì)算機(jī)連載，但是計(jì)算機(jī)的處理器需要達(dá)到奔騰133以上配置，內(nèi)存大于32 MB，硬盤大于10 GB。從對(duì)客戶端計(jì)算機(jī)配置的需求可以看出，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，所以在計(jì)算機(jī)上安裝ComponentArt.Web.UI.ComboBox控件，在EFW條件下運(yùn)行系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

第二層為業(yè)務(wù)邏輯層，為此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)的核心，對(duì)于電力企業(yè)物資管理，需要在本層實(shí)現(xiàn)。但考慮到不同區(qū)域的電力企業(yè)之間，其物資管理模式、業(yè)務(wù)流程等都存在一定的差別[12]。因此，需要根據(jù)電力企業(yè)自身情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的邏輯層模塊。

根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，需要管理的電力企業(yè)物資存在數(shù)據(jù)量大、管理方向多等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)系統(tǒng)第三層為數(shù)據(jù)支撐模塊，采用性價(jià)比高、性能良好的SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)作為此次系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐模塊，滿足系統(tǒng)物資存儲(chǔ)的需要。

2.2 系統(tǒng)邏輯層設(shè)計(jì)

基于圖2所示的系統(tǒng)總體架構(gòu)，從需求計(jì)劃、招標(biāo)管理、采購(gòu)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、物流管理和系統(tǒng)管理等6個(gè)方面設(shè)計(jì)系統(tǒng)邏輯層，促使系統(tǒng)具有管理電力企業(yè)物資功能。

1）需求計(jì)劃板塊。該板塊由預(yù)算、物資和部門等三部分組成，需要確定電力物資使用、缺失、購(gòu)買數(shù)量等狀況，由預(yù)算管理確定物資采買金額，并記錄采買數(shù)量、時(shí)間、實(shí)際金額等基本數(shù)據(jù)，從而下達(dá)物資采購(gòu)命令[13]。物資信息的負(fù)責(zé)人直接落實(shí)到部門管理部分，當(dāng)該部門需要使用物資時(shí)，需要記錄物資使用人的個(gè)人信息、使用時(shí)間、工程項(xiàng)目等基本信息。

2）招標(biāo)管理板塊。電力企業(yè)中也存在一定的上下級(jí)關(guān)系，由于電力企業(yè)所處商業(yè)鏈不同，因此此次設(shè)計(jì)的招標(biāo)管理板塊為基礎(chǔ)板塊，可以根據(jù)企業(yè)的具體情況進(jìn)行更改。電力企業(yè)在采購(gòu)物資時(shí)，需要在采購(gòu)信息平臺(tái)上，按照投標(biāo)要求及時(shí)作出投標(biāo)應(yīng)答。所以，此次設(shè)計(jì)的物資管理系統(tǒng)需要了解電力物資招標(biāo)相關(guān)信息，如招標(biāo)提交截止日期、招標(biāo)開始時(shí)間和招標(biāo)后的綁定日期，提醒物資管理人員按照要求評(píng)標(biāo)，避免出現(xiàn)錯(cuò)過(guò)投標(biāo)問(wèn)題，影響物資儲(chǔ)備。

3）采購(gòu)管理板塊。電力物資的采購(gòu)大致可以分為物資需求的提出、貨源的確定和采購(gòu)的執(zhí)行。物資需求的提出和貨源的確定，為需求計(jì)劃板塊和招標(biāo)管理板塊所具有的功能，在采購(gòu)管理板塊中，只需要執(zhí)行采購(gòu)。其執(zhí)行過(guò)程如下：申請(qǐng)物資采購(gòu)→編制采購(gòu)計(jì)劃→確定物資價(jià)格→招標(biāo)→反向拍賣（確定價(jià)格和貨源）→確定物資價(jià)格協(xié)議→評(píng)估物資供應(yīng)商→維護(hù)物資主要數(shù)據(jù)→結(jié)算采購(gòu)費(fèi)用[14]。

4）倉(cāng)儲(chǔ)管理板塊。倉(cāng)儲(chǔ)管理板塊需要與其他5個(gè)模塊相互配合，才能完成物資倉(cāng)儲(chǔ)管理。但是，傳統(tǒng)的管理方法存在物資存取數(shù)量不一致的現(xiàn)象[15]。所以，此次設(shè)計(jì)的倉(cāng)儲(chǔ)物資管理模塊增加了RFID技術(shù)，識(shí)別倉(cāng)儲(chǔ)物資。管理倉(cāng)儲(chǔ)物資需要將所有入庫(kù)物資進(jìn)行編碼和標(biāo)簽處理，此時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)盤點(diǎn)所有入庫(kù)物資，快速記錄每一件設(shè)備的出入庫(kù)時(shí)間，并將記錄結(jié)果同步至數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)有設(shè)備需要人工出庫(kù)時(shí)，只需要物資管理人員手持RFID讀寫器掃描將要出庫(kù)的設(shè)備，系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)記錄設(shè)備出庫(kù)數(shù)據(jù)，完成設(shè)備出庫(kù)。

5）物流管理板塊。物流管理模塊管理著電力企業(yè)物資的運(yùn)送流程和實(shí)踐，出入庫(kù)貨物的運(yùn)送流程與常規(guī)物流管理流程一致。

6）系統(tǒng)管理板塊。系統(tǒng)管理板塊主要管理需求計(jì)劃、招標(biāo)管理、采購(gòu)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理和物流管理等5個(gè)板塊，將5個(gè)板塊中的數(shù)據(jù)信息全部存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，維護(hù)相關(guān)報(bào)表、日志、數(shù)據(jù)權(quán)限等，保障系統(tǒng)安全、正常運(yùn)行。

2.3 建立電力企業(yè)物資管理數(shù)據(jù)庫(kù)

從第2.2節(jié)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)邏輯層中可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)處于極為重要的位置，因此，考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)所必備的高效、準(zhǔn)確、及時(shí)性等性能，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)E-R圖，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)E-R圖

從圖3中可以看出，此次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)E-R圖展現(xiàn)了各個(gè)實(shí)體變量在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的關(guān)系。由圖3所示的數(shù)據(jù)庫(kù)E-R圖可知，系統(tǒng)邏輯層對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的需求采用雙機(jī)熱備份方式，以保存電力企業(yè)物資數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)庫(kù)分為主數(shù)據(jù)庫(kù)和備份數(shù)據(jù)庫(kù)兩種。為方便維護(hù)系統(tǒng)操作，將主數(shù)據(jù)庫(kù)放置在信息中心，備份數(shù)據(jù)庫(kù)放置在倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊，保存電力企業(yè)物資信息。

采用上述的電力企業(yè)物資數(shù)據(jù)保存方式保存的電力企業(yè)物資數(shù)據(jù)，一旦有意外情況出現(xiàn)，可以快速恢復(fù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)不徹底丟失。系統(tǒng)維護(hù)或者出現(xiàn)故障時(shí)，也可以將數(shù)據(jù)庫(kù)信息更換地方，提高系統(tǒng)維護(hù)速度。

3 系統(tǒng)測(cè)試

采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，以某區(qū)域的電力企業(yè)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)。將本文系統(tǒng)記為B系統(tǒng)，文獻(xiàn)里提到的2組電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)分別記為A系統(tǒng)和C系統(tǒng)。確定電力企業(yè)物資數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設(shè)備物資管理時(shí)間，改變系統(tǒng)連接線程數(shù)量，對(duì)比3組系統(tǒng)服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間和吞吐量，以及電力企業(yè)物資管理效果。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)，可以選擇使用相同的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，讓處于不同空間的系統(tǒng)測(cè)試人員、開發(fā)人員和IT人員共同采用TestDirector軟件，測(cè)試3組系統(tǒng)。該軟件可以讓3組系統(tǒng)的測(cè)試工作都在瀏覽器中完成，降低系統(tǒng)測(cè)試難度。

基于此次選擇的系統(tǒng)測(cè)試軟件，3組系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、服務(wù)器平臺(tái)、安全環(huán)境、系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，以及TestDirector軟件運(yùn)行環(huán)境，如表1所示。

根據(jù)表1所示的系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，從此次實(shí)驗(yàn)選擇的某區(qū)域的電力企業(yè)物資管理庫(kù)中，選擇其中一部分物資數(shù)據(jù)表，如圖4所示。

圖4 電力企業(yè)物資數(shù)據(jù)

表1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及測(cè)試軟件運(yùn)行環(huán)境

由于系統(tǒng)屬于智能產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)存在故障，所以，先使用TestDirector軟件，測(cè)試3組系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。其測(cè)試過(guò)程如下：

1）單元測(cè)試。采用交叉測(cè)試的方式，檢測(cè)軟件最小單位以及其內(nèi)部模塊是否存在錯(cuò)誤；

2）綜合測(cè)試。以“自下而上”的組裝方式，排查系統(tǒng)所有模塊故障，判斷模塊之間是否存在不兼容現(xiàn)象。

3）安全測(cè)試。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)非法入侵用戶的識(shí)別，測(cè)試破壞軟件對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

經(jīng)上述測(cè)試，3組系統(tǒng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，3組系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果不會(huì)受到外界因素干擾。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

基于此次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，測(cè)試3組系統(tǒng)的服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間及整體運(yùn)行速度。在3組系統(tǒng)中，建立不同數(shù)量的連接線程，并通過(guò)本組實(shí)驗(yàn)建立的連接線程，向服務(wù)器發(fā)送物資調(diào)配請(qǐng)求；采用TestDirector軟件，對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間測(cè)試。其中A系統(tǒng)為文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)，B系統(tǒng)為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)，C系統(tǒng)為文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 服務(wù)器平均響應(yīng)時(shí)間對(duì)比圖

從圖5中可以看出，隨著建立的連接線程數(shù)據(jù)的增加，3組系統(tǒng)服務(wù)器的平均響應(yīng)時(shí)間也隨之增加；但相比C系統(tǒng)和A系統(tǒng)，B系統(tǒng)的服務(wù)器平均響應(yīng)時(shí)間最短，表明其響應(yīng)速度最快。由此可見(jiàn)，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)服務(wù)器具有較快的響應(yīng)速度，可有效提高服務(wù)器的整體運(yùn)行速度。

3.2.2 服務(wù)器吞吐量測(cè)試

在第1個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行第2個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試3組系統(tǒng)服務(wù)器吞吐量，驗(yàn)證3組系統(tǒng)整體運(yùn)行性能。采用第1個(gè)實(shí)驗(yàn)建立的連接線程，向服務(wù)器上傳電力企業(yè)物資文件，采用TestDirector軟件對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)器吞吐量測(cè)試，其中A系統(tǒng)為文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)，B系統(tǒng)為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)，C系統(tǒng)為文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 服務(wù)器吞吐量對(duì)比圖

從圖6中可以看出，隨著連接線程數(shù)量的增加，3組系統(tǒng)吞吐量也出現(xiàn)一定的增加。B系統(tǒng)的服務(wù)器吞吐量增加明顯，A系統(tǒng)和C系統(tǒng)的服務(wù)器吞吐量較為接近，卻依然存在一定的差距，說(shuō)明B系統(tǒng)的服務(wù)器吞吐能力最強(qiáng)。由此可見(jiàn)，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)可以有效地提高服務(wù)器的整體性能。

3.2.3 電力企業(yè)物資管理效果對(duì)比

檢測(cè)3組系統(tǒng)對(duì)電力企業(yè)物資管理的效果。基于此次試驗(yàn)選擇的如圖4所示的電力企業(yè)資源，以1年為期，采用3組系統(tǒng)分別管理該時(shí)間段的電力物資，統(tǒng)計(jì)3組系統(tǒng)在管理該電力企業(yè)物資后，該企業(yè)發(fā)生的危機(jī)缺陷設(shè)備數(shù)量。當(dāng)出現(xiàn)危機(jī)時(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取設(shè)備數(shù)量，計(jì)算電網(wǎng)設(shè)備缺失占比。其電力企業(yè)物資管理效果對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

圖7 電力企業(yè)物資管理效果對(duì)比圖

圖7 中A系統(tǒng)為文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)，B系統(tǒng)為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)，C系統(tǒng)為文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)。從圖7中可以看出：C系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資時(shí)，設(shè)備缺失數(shù)量最多；B系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資時(shí)，設(shè)備缺失數(shù)量最少。由此可見(jiàn)，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資時(shí)，設(shè)備處于空缺時(shí)間短，可快速統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)設(shè)備缺失設(shè)備，從而填補(bǔ)電網(wǎng)設(shè)備缺失，提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行。

分析上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，此次設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資時(shí)，設(shè)備處于空缺狀態(tài)時(shí)間短，且系統(tǒng)服務(wù)器具有較快的響應(yīng)速度和較大的吞吐量，可以快速統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)物資倉(cāng)儲(chǔ)中缺失的設(shè)備，填補(bǔ)電網(wǎng)設(shè)備缺失，有效地提高服務(wù)器的整體速度和性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)充分利用RFID技術(shù)，標(biāo)記電力企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)中的每一件電力設(shè)備，有效地提高服務(wù)器的整體速度和性能，以及系統(tǒng)管理電力企業(yè)物資效率。但是，本文設(shè)計(jì)的電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)未曾考慮電網(wǎng)物資數(shù)據(jù)切換功能，因此，在今后的研究中，需要不斷完善電力企業(yè)物資管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)切換功能，進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)電力企業(yè)物資的管理效率。