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RFID應用于軍械倉儲及運輸管理之探討

來源:互聯網 責編:ldzldz 作者: 時間:2007-07-08

美國防部供應鏈整合副秘書長Alan Estevez表示,導入射頻技術能讓國防部更妥善的支持戰線上的軍人,使軍械倉庫儲藏及運輸管理更佳,各武器系統運作更順暢,以最少的武器庫存,發揮最大的攻擊火力。 

一 執行構想 

由于國軍(注:臺灣部隊)近年來各部隊因軍品管理不當、少數不肖官兵心懷歹念,致使軍品盜賣及外流事件頻傳,其中又以槍械及彈藥管理不當,以致影響社會治安甚巨。運用現行RFID無線射頻技術,可以有效管理國軍機敏性軍品、人員裝備攜出、歸還、保養修護、物流管理、帳籍清點……等作為。透過先進之信息設備(后端伺服數據庫)逐項紀錄,減少紙本紀錄謄寫、大幅降低人力工時,在現今國軍精進政策方針指導下,實為有效并可推行之管理概念及機制。 

本案初期系統規劃作法,以本校軍械庫儲運管實施驗證,其規劃執行構想內容為: 

(一)運用無線射頻卡片有效管理軍械庫管人員、學生之進出管制及開啟軍械庫管系統之憑證與權限。 

(二)槍枝建置射頻標簽,有效管制其攜出、歸還數量;領用、歸還時間;槍枝保養維修作業紀錄。 

(三)使用可程序邏輯控制器(Programmerable Logical Controller)、極限開關(Limit Switch)、儲位燈號系統,管制庫儲槍枝儲位、儲位自動清點作業及燈號導引指示。 

(四)建置白金溫度感應器,全天候24小時實時監控庫儲環境之溫度。 

(五)運用射頻卷標內建內存及后端數據庫數據,推動裝備e化教學(知識管理建立)。 

(六)系統規劃建置(如圖1)。 

二 軟、硬件系統設備規劃 

(一)讀取器(Reader) 

采用可讀取13.56MHz頻段之讀取器。 

(二)無線射頻標簽(Tag) 

采用頻段13.56MHz之Philips研制之Mifare card。 

(三)可程序邏輯控制器(Programmerable Logical Controller) 

早期PLC被發展的目的是用來取代傳統電回路,隨著機電工業的進步, PLC的功能越來越強,體積越來越小,現今已不局限于當時取代工業配線的原始用途。功能朝向多元、高功能和整合化的方向發展,例如語法的多元化,除了階梯圖(Ladder Chart)外,也可以使用C語言或程序式流程圖(Sequential Function Chart)進行程序設計。PLC已成為世界各國所接受的泛用控制器之一,除了小巧與功能強大外,為了迎合各種的應用場合,PLC也發展出多樣的模塊,例如溫度控制,馬達定位等。 

 演算控制部 

即中央處理單元(CPU)由內存部中讀出程序解讀并執行的地方,CPU之動作如下圖所示,執行后再讀出并執行下個步驟,直到程序完成然后重復相同的工作,這里讀出、解讀、執行等一連貫作業稱為周期,處理全程所需的時間稱為周期時間或掃瞄時間,PLC的Scan Time通常也代表其等級,速度越快價格也越高。 

 內存部 

貯存程序與數據的地方。由于PLC的動作由韌體階梯圖所決定,因此內存的大小會以可容納的Step來計算,最大容量視PLC所能夠尋址(Address)的Step決定,除了主機內附的內存外,能夠在外掛ROM擴充其容量且外掛ROM亦具有保護功能;內存提供RAM,EEPROM與EPROM三種供使用者選擇,亦可使用韌體決定內存部分區塊為斷電保持或是非斷電保持。 

 輸入與輸出模塊 

連接開關或感應器等控制機器,并處理內部輸入狀態的地方,輸出埠是 連接指示燈或馬達等控制機器,并處理輸出結果的地方。輸入的規格視 不同機型之PLC而不同通常為DC24V;輸出規格在一般的應用上有繼電器輸出,SSR與晶體管輸出(開集集回路)。  

 電源回路 

PLC主機常會包含電源部分,提供主機使用的AC電源,或提供DC24V的直流電源供應端提供DC電源給光電、近接等檢之器使用。 

 特殊模塊 

PLC在設計的初始為泛用型取代傳統的電工回路,隨著不同應用場合的出現,開始強調其彈性,因此PLC廠商除了主機之外也會生產各種不同用途之模塊,讓使用者依需要如同積木般的擴充,例如模擬輸入/輸出模塊、溫度模塊,脈波輸出、單軸NC、旋鈕輸入、七段顯示器輸出等特殊模塊。從PLC的應用層面而言,它廣泛應用于生產機械,如小型機械:輸送機、包裝機等;中型機械:自動倉儲、立體停車場;大型系統:鐵路號志、地下鐵等。PLC已成為世界各國所能接受的標準行控制器之一。在階梯圖程序編寫方面除了傳統的書寫器,近年來已逐漸改為由計算機編寫階梯圖,各家PLC廠商都有其對應的階梯圖編寫軟件,如MITSUBISHI公司的FXGP軟件與OMRON公司的CX-P軟件。PLC的生命周期已經有數十年的歷史,穩定性與耐用性遠勝過變動快速的PC系統與簡單的單芯片系統,在設計安全性高的系統時,往往將其擺在工作現場的第一線配合外部電路等組成強大的控制核心,PLC可程序邏輯控制機組(如圖2)。  


(四)白金溫度感應器 

溫度在許多控制系統都是很重要的環境參數,溫度感測隨著工業發展也 出現多樣性的量測組件,常用溫度感測方式有熱敏電阻、熱電耦、感溫 IC、白金溫度傳感器PT100、石英溫度傳感器等等。依據不同使用場合選用不同感溫組件。以下介紹溫度感測組件為PT100。PT100又稱白金溫度傳感器,是以細白金(Pt)金屬絲纏繞而成。因為金屬導體的電阻與其截面積成反比,與長度成正比,所以白金溫度傳感器內部的材料必須是又細又長這樣電阻才會大,且對溫度敏感度也會增加。白金溫度傳感器之所以稱為PT100是指此白金溫度傳感器在0℃時,所纏繞的細長白金金屬絲雙端電阻值恰好為100Ω,PT100的電阻值會隨著外界溫度增加而增加,稱為具有正溫度系數,亦即當溫度上升時其電阻亦增加,所以可以利用這種特性來感測溫度,PT100內部構造與實體圖(如圖3)。 


(五)圖型監控系統 

圖形監控系統是指以圖形操作接口達到監控機臺之目的。工業革命初期,人們直接操作機器從事生產,直到自動化生產時期,則改由控制器操作機器。此時期人們面對的是控制器的操作面板。今日電子信息革命結果完全改變生產形式,人們面對的接口已換成計算機。透過計算機與機器溝通,可以看到圖形監控在現代自動化中所占有的地位。廣義的人機接口應該是泛指人與機器之間的接口關系與溝通管道。例如操作面板、指示燈、人機接口軟件MMI(Man-Machine Interface)等,都屬人機界面。十之八九的工作成分都是在處理人與控制器之間的關系?,F階段在臺灣市場上較普遍的MMI軟件有Intouch、Lookout、FIX與Genie等。這些PC-based的圖形監控規劃軟件不必撰寫程序語言,規劃容易,所以能輕易迅速的執行。但是在應用上會受制于使用控制器的廠牌與控制場合,且成本高昂,通常是以點數(tag name)論價格。若不限點數的軟件,往往要新臺幣二、三十萬以上。本次研究采用的是自行以Borland C Builder(BCB6.0)為發展MMI工具,以配合實際的應用需要,在整個系統的整合上也較具有彈性。 

三、后端數據(軟、硬件)系統研發 

本校軍械及庫儲運管先導實驗軟、硬件設計是以本校武器系統課程組針對兵器班隊學生(以一個班隊四十員學生,保修分組實作課程區分八組,每組五員)為先導驗證對象。其驗證項目區分如下: 

人員進出方面 

運用RFID無線射頻系統(頻率采13.56MHz),區分庫管人員進、出之門禁權限,全時紀錄人員登入、注銷紀錄(如圖4)。 


軍械槍枝借還方面 

運用RFID無線射頻系統、極限開關(Limit Switch)、PLC可程序邏輯控制器、各式燈號系統,對軍械槍枝借出、歸還紀錄、槍枝庫儲定位、清點,做全時動態紀錄及數據備份(如圖5)。 


庫儲控溫方面 

運用白金溫度感應器系統,全時紀錄軍品(彈藥)庫儲環境之干球溫度、 濕球溫度及相對濕度(如圖6)。 


管理程序系統 

運用Borland C Builder(BCB6.0)軟件,開發本系統之人機接口,有效記錄并管制前述(一)、(二)、(三)項所有動作歷程與時間。 

 e化教學方面  

運用RFID無線射頻系統,射頻卷標(Tag)內部之內存功能、或與后端數據庫數據鏈路,可就各類庫儲軍品之性能、諸元、構造、功用、裝備補保紀錄,進行實時登載與更新(如圖7)。 

四 系統導入之效益評估

人員進出方面 

透過RFID無線射頻系統認證、系統登入密碼認證、非法取用槍枝聲光警報……等各項強化管制作為,可有效區分各級庫管人員進、出庫房門禁之權限、借還槍枝權限、并全時紀錄人員對于該系統注銷、入紀錄。配合國軍現行各項庫管作為及規定,定可大幅提升各類機敏性軍品庫儲管理之安全性,降低庫管人員填寫管制表簿、各項紙本的困擾。 

軍械槍枝借還方面 

透過PLC可程序邏輯控制器(Programmerable Logical Controller)、極限開關(Limit Switch)、各式燈號系統運用,所生之優點如后: 

可將現行RFID無線射頻系統對金屬環境或水份所造成及產生的不良影響完全消弭。大幅增加系統對機敏性軍品如軍械槍枝借出、歸還記錄、槍枝庫儲定位、清點的穩定性。 

以往人員對于軍品借、還作業會因為不熟知儲位或裝備品項,而產生許多不便及耗費尋找時間。透過本系統燈號指引,可大幅將上述狀況所耗費的時間降低,使得庫儲作業變得更速捷、更有效率(如圖8)。 


計算機全時記錄及計算機實時數據備份,同樣可降低人員每次填寫大量窗體及數據的時間。 

庫儲控溫方面 

臺灣位屬亞熱帶地區,海島型氣候高溫高濕、沿海鹽害、多臺及豐雨效應,全年平均相對濕度(Relative Humidity)高達80%;國軍各地區庫儲環境也因濕害狀況,對裝備產生諸多不良變化而影響妥善率,如”材料膨脹”、”絕緣特性退化”、”電系導通短路”、”物理強度減弱”、”化學 性質改變”、”潤滑油劑污濁卡死”、”金屬氧化腐蝕”、”材質塑性喪失”、”彈藥高溫熱解、潮濕水解、自動催化爆燃”等,使得精密武器功能衰退,妥善率降低、庫儲環境危安肇生。透過白金溫度感應器系統,全時紀錄軍品(彈藥)庫儲環境之相對溫、濕度,可有效降低現有人力每天入庫抄寫紀錄溫、濕度數據,并可以最少人力監控管制所有庫儲設施溫、濕度。大幅提升機敏軍品(彈藥)庫儲環境之妥善與安全性、同時亦降低、節省庫管人員工時。 

本案就彈藥庫儲管理部份之探討,因考慮無線射頻所產生頻波恐會對電擊發之彈體產生電磁幅射危害(Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance,HERO),故僅研究系統對其庫儲溫度之控管,并未對彈藥本體進行RFID無線射頻標簽外掛測試。另美國國防部于2005年11月間研究報告中述及,RFID無線射頻主動式標簽、讀取器與爆炸品保持至少一呎距離。但尚未對被動式標簽、讀取器訂定如此距離。由于讀取器須釋出更大能量以啟動被動式標簽,預計讀取器與爆炸品的距離將多于一呎以上。  

管理程序系統 

使用Borland C Builder(BCB6.0)軟件,開發本系統之人機接口,有效記錄并管制前述(一)、(二)項所有動作歷程與時間。 

知識管理之建立 

透過RFID無線射頻系統,可以就庫儲軍品性能、諸元、構造、功用、裝備補保紀錄進行實時登載與更新。并就各級長官、保養(修)操作者之教學經驗及知識管理進行整合與分享,充份強化國軍裝備重要信息、補保履歷e化管理之可溯性追蹤能力(Trace ability)。 

結語 

本案研究RFID無線射頻辨識技術導入軍械庫房管理,大幅節省庫儲人員裝備清點時間、裝備借還時效及精減人力于表簿謄寫作業時間。對于庫儲環境溫、濕度之有效控制,亦減低庫儲裝備免于潮濕、銹(腐)蝕狀況。對于國軍配合組織再造、人員精進所產生的管理暇隙,實為一大助力。 

各先進國家對于RFID無線射頻辨識技術之運用,亦快速全面的導入人民日常生活中。它不但將取代條形碼,在物流領域掀起旋風,在智能型商店購物、動物芯片、電子貨幣等各領域都將會看見RFID大規模革命性的運用。利用RFID技術提升企業競爭力已成為全球重要產業主流,國軍亦需對此議題深加研析,擇優導入實施驗證。但要如何將此系統,有效導入及運用在國軍管理之各環節當中,尚須端賴”人”的用心規劃、反復驗證測試,實可達到所要求之目標,提升部隊戰力,向科技管理、建軍備戰之目標邁進。

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