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基于rfid技术的工业气体气瓶安全与流转零售管理系统建议方案
项目的背景和必要性
项目的背景 随着工业迅速发展，工业气体近年来在我国不断增加，但目前在工业气体零售／批发市场，存在诸多问题，工业气体是易燃、易爆、有毒气体，工业气瓶的合理使用及管理关系到生命和财产的安全，处理不当将造成无可挽回的生命和财产的重大损失，瓶装工业气市场的资产与安全问题已经引起国家相关部门重视。 为了规范瓶装市场，我国推出了一系列治理措施。如：钢瓶归入工业气体企业托管，统一检验；提高经营准入门槛，杜绝无照经营；严格工作流管理、加强安全管理等等。这些措施无疑为规范市场带来了诸多好处，但是人为因素仍在管理中占的比例较大。 如何采用高科技手段，加强市场的安全管理、市场供应管理、降低运营成本，使企业的各项措施能够得到真正有效的执行，加强管理力度，是急需重点解决的问题。 工业气瓶流转过程中存在的主要问题 长期以来，由于气瓶管理不善资产流失、配送体系落后效率低下、管理成本过高、产权主体多元化难以管理、企业内部工作流程漏洞非法牟利、黑气横行等成为瓶装液化石油气市场的突出问题。 具体为安全与防伪问题、财产流失问题与管理问题： 一、安全与防伪问题： 1. 目前气瓶充装行业普遍存在气瓶数量不明，安全状态不明，产权信息不明等诸多问题，气瓶在社会上大流转，难以落实安全责任，造成很大的安全隐患。 2. 定期安全检验无法落实，或者气瓶使用者不按照安全要求使用气瓶或违法改装、翻新气瓶，造成市场上未经正常检验的气瓶大量使用，其中部分可能已经有不同程度的损坏，并无法识别及验证，存在严重的安全隐患。 3. 一些单位和个人未经许可擅自充装或者擅自在气瓶之间倒气、串气，一些取得许可的气瓶充装单位违章操作，造成气瓶过量充装或错装，导致气瓶事故大量发生。 二、财产流失与无法追溯问题： 1. 工业气充装单位内部气瓶数量不明，并且内部气瓶与外部气瓶很难区分，容易造成自有财产的流失。 三、管理效率与成本问题： 1. 气瓶进出冲装站、检测站、换气站无法实现动态管理，库存状态、产销状态不能实时控制和查询。 2. 气瓶在企业内部各作业环节间的流转难以进行严格的控制，可能出现超过使用年限或已判定报废的气瓶进入充装和流通环节。 3. 气瓶在企业内部、外部流转过程的历史记录无法查询，在需要时无法确定导致问题的根本原因，事故隐患不能及时发现，可能产生更严重的后果。 4. 虽然已有企业已经部分使用了现代化管理手段，但在信息化应用与现实需求的接合存在差距。 方案实现目标 Ø 对出入冲装站、换气站的气瓶进行动态统计及管理，工业气体公司可随时了解气体的生产销售状况 Ø 对工业气体公司内部气瓶进行统计及认证，防止混淆或丢失，可对库存气瓶及备件进行动态统计、分析 Ø 可限制没有通过安全检验的气瓶流通，保证人民生命财产安全。 Ø 可对工业气体公司内部日常工作，如危险源巡查、值班人员到岗到位情况进行确认及管理 技术方案 项目的技术基础 RFID（Radio Frequency ID）就是“射频识别”技术，它是一种非接触式的自动识别技术。其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动识别，获取其相关的数据，供后台系统鉴别、统计、处理等。目前RFID 使用的频率跨越低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波等多个频段。 RFID是一项易于操控、简单实用、灵活的应用技术，其所具备的独特优越性是条码、磁卡、IC卡等其他识别技术无法企及的。它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准；读取可在移动过程完成；支持同时读取、分布式数据收集；存储信息更改自如；可自由工作在各种恶劣环境下；可进行高度的数据集成。另外，由于该技术很难被仿冒，使RFID具备了极高的安全防护能力。该技术无需人工接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，操作快捷方便。 RFID技术已趋成熟并在全球范围内得到了相当广泛的应用。典型的应用领域包括：铁路车号自动识别管理；车辆道路交通自动收费管理；贮气容器的自动识别管理；旅客航空行包的自动识别、分拣、转运管理等等；生产线产品加工过程自动控制（主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上）以及物流、仓储的自动化管理等等。 RFID产品种类丰富，成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术在国外的发展较早也较快。在欧美、日本目前均有较多成熟且先进的RFID系统。我国在RFID技术的研究方面也发展很快，市场培育已初步开花结果。 RFID技术相对成熟，应用基础好，采用RFID技术的工业气气瓶与零售安全管理系统与传统的管理方式更安全、防伪、设备更易追踪不易流失、运营更高效、管理更透明可视的特点，部分应用已被发达国家采用。 项目的总体设计思想 气瓶与零售安全管理系统以采用先进的RFID技术实现气瓶的充装和流转过程的全范围管理为基本目标，在气体公司所属的每个钢瓶上通过专用的方式固定安装特殊形状的标识该气瓶终身身份标识的电子标签，本系统所涵盖范围不但包括气瓶在进出灌装站、换气站、配送环节的管理，而且对气瓶在充装、检测过程中各工序的状态和行为加以控制，确保气瓶流转安全、消除事故隐患、维护企业职工的人身及财产安全，防止不法用户非法牟利。 另外，通过门户技术与已有的监控系统进行应用整合。 由于应用了中间件技术，管理系统和设备之间达到了无关性，本系统可容易地将RFID电子标签更换为条码，并且所选设备同时支持RFID标签和条码的识别。 建设的主要内容 1．安全标准、检测标准、应用标准制定 2．一个数据管理中心（平台系统） 3．RFID中间件系统开发 4．各业务节点及终端系统的部署和信息采集系统 5．与已有的视频监控系统进行应用整合。 技术方案概述 RFID安全标识 工业气瓶的标识 与工业气瓶的身份标识电子标签唯一对应的为一组与气瓶密切相关的数据信息。标签安装时可灵活安装，以便检测时取下与重新安装，标签中数据通过加密进行存储，所以重新安装的标签能保证为系统的标签。 企业相关操作人员通过系统软件可以建档、编辑和维护该信息，所有参与气瓶充装和流转的操作及管理人员均可根据其权限通过标签读写设备或管理软件查询到部分或全部信息。 用户的标识与管理 系统中所有用户配发有可读写电子标签用户卡作为身份识别和交易依据。所有用户要进行交易首先到企业办理相关手续，领取证卡并充值。配送人员送气上门，通过标签手持读写设备对用户卡进行确认与扣除相应金额，并将瓶号与之对应；或在工业气站用户凭卡领、还气瓶，读写设备自动判断用户卡是否合法、卡上可领气瓶数是否满足要求。在满足条件时，设备自动修改卡内相关信息，同时交易数据即时上报中央管理系统。 作业操作人员的识别与管理 参与系统作业的操作人员可以分为以下几类： 1．工业气站收发管理人员 2．灌装站进站管理人员 3．气瓶检验人员 4．气瓶充装人员 5．气瓶入出库管理人员 6．设备巡检人员 7．系统信息管理人员 8．决策或企业管理人员 9．系统管理和维护人员 对1到6类人员，系统为每位员工配发一张唯一的用户卡,在其进行作业操作时系统自动判断其合法性及权限，控制其操作。在其每一操作完成后，读写设备将其进行身份代码与所进行的操作信息一并上报系统中央管理系统。从而达到对所有人员的操作都可以实时跟踪和检查。对于第7到9类用户，系统直接通过用户名与用户口令的方式核对身份和权限。 系统总体结构
气瓶充装和流转作业过程介绍 气瓶安全管理系统管理下的气瓶充装和流转过程示意图如下图所示。
用户换气流程 Ø 统一更换印制RFID电子标签或条码的工业气供应证，并做好登记注册，以便工业气公司随时掌握用户的使用情况。 Ø 用户工业气供应证中包括带有RFID电子标签或条码标识的换气票据，换气时扫描一张，并由工业气站工作人员回收管理，为与工业气公司报帐提供依据。 Ø 用户换气时，供应站员工首先用手持设备对供应证的RFID电子标签或条码进行扫描，确认用户身份。 Ø 对用户带来的空瓶进行扫描，动态添加到数据库中，记录空瓶入库情况，然后进行换气。 Ø 用户换好的工业气经过扫描后，也动态添加到库中，以便数据库对每天的出库情况有一个记录。 Ø 如果一个换气凭证换气间隔时间少于设定的天数，系统会自动提示，并发出报警信息，通知工作人员拒绝为其换气；同时也避免了工业气站的工作人员徇私舞弊的现象。 检测过程流程 检测站主要有焚烧、测压、测漏、抛丸、上漆等环节，焚烧炉的高温将导致标签的损坏，为了保证气瓶信息的唯一性，焚烧前气瓶标签取下，在标签和气瓶上各附上一铁夹标识，这样整个信息链就连接起来，气瓶的标签重新安装，无论怎样保证了气瓶信息的唯一性，避免了安全隐患。 设备的巡检流程 通过在重要的设备上安装专用的电子标签，可以实现设备巡检管理，督促设备维护人员定期检查，系统自动记录其检查行为，如发现设备维护人员有失职行为，系统即时通知相关管理人员。 系统功能简介 从功能角度讲，该系统可实现以下功能： 1．本系统有1个数据管理中心主要为产销存数据、安全生产与检测、供应链数据的处理，以及各业务系统的管理，并可对不合法用户和设备进行报警。利用Portal技术将RFID系统与原有的视频监控系统整合。实现统一展示。 2．对出入灌装站、换气站的气瓶进行动态统计及管理，手持设备在专用软件的支持下与工业气体公司工业气瓶安全管理系统的服务器实时通信，操作人员可以根据其权限获取当前气瓶的若干基本信息，当气瓶存在各种问题时手持设备会通过声音和文字的方式发出报警，提请操作人员进行必要的处理。同时工业气瓶物流安全管理系统的服务器管理软件自动修改气瓶的状态，同时登记相关的信息。如气瓶进出站时间，操作人员和气瓶去向等基本信息。 3．灌装厂（气体充装站）管理 从换气站来的气瓶进行清洗，通过部署在清洗线的RFID读写设备读出气瓶上的标签中相关信息，提交生产管理系统，进入气体灌装环节；在灌装前进行瓶检，如有问题，进入检测环节，如正常，通过检测后进入灌装线；灌装后利用RFID设备也要进行相应的检测，灌装过程所有的信息均提交生产线管理系统，由生产线管理系统进行相应处理，节约了劳动力与时间。 对气瓶在气站内流转过程进行严格的工序跟踪管理，提供充前管理、充后管理、瓶检管理、入出库管理等基本管理过程。对气瓶流经各环节的动态信息实时登记和进行严格的判断，防止不合格气瓶进入充装环节、充装不合格气瓶入库等违反正常流转安全要求的行为。 4．灌装厂仓储管理 入库的气瓶有制造商生产的新瓶与用户退回的待冲装瓶均有唯一电子标签标识其身份，并写有相应信息，通过部署在入口处的RFID读写设备读取入库气瓶数量，并判断气瓶是否为合法气瓶。合法气瓶将进入灌装生产线。如果发现气瓶存在问题，送入瓶检程序，自动将钢瓶设为待检状态，气瓶被系统锁定。 充装完成的钢瓶随后送到仓库，部署在生产线上的RFID设备进行入库登记。出库时利用RFID设备读取装车数量，并写入相应信息（如配送信息），进行装车，自动将钢瓶设为出库状态。 5．配送气瓶流转管理 主要为配送站和换气站的管理，随着门店销售方式逐步边为大规模配送方式，以及服务的深入，此环节将来将更多的为送气上门。 在用户还瓶时，RFID设备可确定该气瓶是否为合法气瓶。在无异常条件下，修改气瓶当前流转状态为“在换气站”。然后将其送到充气站。如果发现气瓶存在问题，设备开始报警，提请操作人员将气瓶送入瓶检程序。在操作人员确认后，自动将钢瓶设为待检状态。此外，如果进站操作人员根据实际判断认为有必要对钢瓶进行检验，也可以通过手持设备完成送检工作，钢瓶也将改为待检状态。如钢瓶进入待检状态，在其检验结果登记完成并结论为合格之前，气瓶被系统锁定。如在除瓶检外的任意环节发现该钢瓶，读写设备都将报警，要求操作人员对其进行处理。瓶检合格和不需要瓶检的气瓶可以进入充装环节。通过桌面读写设备判断用户提供是否合法用户卡并且可领气瓶数量满足条件时用户可以领出气瓶。气瓶的进出都将通过部署在出、入口处通过读写设备处理，并进行数据采集。 如送气上门，到达用户处，配送人员利用RFID手持设备对气瓶标签进行操作，并更改信息。如用户已使用了电子标签证件，配送员可直接用手持设备对用户卡扣款，数据将通过无线方式提交到数据中心，如条件不具备，配送员可回到配送站或换气站后，将手持设备中的数据通过电脑上传数据中心。 6．检测站管理 检测站主要有焚烧、测压、测漏、抛丸、上漆等环节，焚烧炉的高温将导致标签的损坏，在此环节重要的是为了保证气瓶信息的唯一性，在此环节可通过信息链的关联对气瓶进行标签重新安装。 7．设备巡检 通过在重要的设备上安装专用的电子标签，可以实现设备巡检管理，督促设备维护人员定期检查，系统自动记录其检查行为，如发现设备维护人员有失职行为，系统即时通知相关管理人员。 8．用户卡管理 通过非接触式卡进行换气客户的管理。同时提供发卡，充值，换卡等配套功能。 9．操作员管理 通过非接触式卡进行操作人员的身份识别，对人员及其作业行为进行详细记录。在发生问题时可保持完全的可追溯性，以落实安全责任到人。 10．系统根据实际需要提供各种报表输出功能，可快速输出气瓶出门单、入库单、质量检验通知单、报废通知单等必要的单据。 11．系统提供完善的组合查询功能，操作人员可根据各种条件从海量的数据中快速检索所关心的数据信息和历史记录。 Portal应用整合 Portal 企业门户产品解决企业在Internet 的环境下，将企业的各种应用系统、数据资源和互联网资源统一集成到一个信息管理平台之上的问题，并且能够根据每个用户使用特点和角色的不同，形成个性化的应用界面。 Portal是一个基于Web的系统，它能够向分布在各处的用户提供商业信息，帮助用户管理、组织和查询与企业和部门相关的信息。内部和外部用户只需要使用浏览器就可以得到自己需要的数据、分析报表及业务决策支持信息。 Portal为企业提供了一个单一的访问企业各种信息资源的入口，将企业的应用、人员、信息与流程有机地结合起来。 因此，多部门协作，整合独立分散的信息系统，使企业各系统间协同工作起来，形成一个完整的有效率的整体是Portal企业门户提供的服务。 通过门户技术，将气瓶安全管理与视频监控管理结合在一起，实现统一的平台管理。 数据通信传输网络方案 工业气公司供应流程包括灌装、出入库、运输、销售流通、检测等主要环节，严格执行工作流程，通过局域网网络设备将以上各节点联结到数据管理中心；如配送站或换气站距离数据中心较远的环节，通过ADSL/ISDN以专网或VPN与数据中心进行数据交换；利用无线技术将配送终端手持设备采集的数据发送到数据管理中心，实现过程控制，加强工业气供应的管理力度，可同时对各环节的安全隐患进行巡检，将安全检查结果随时上报。 数据中心系统内部数据库服务器、通信服务器和各管理终端间的通信完全借助于企业现有计算机网络。 扩展备选功能 充装重量采集与控制模块：通过该模块可以直接检测气瓶的充装重量并自动控制充装过程。对于完全未实现自动控制的企业，可以提供全套的充装控制解决方案并与安全管理系统无缝集成。对于已有一定自动化基础的企业则可以提供接口解决方案，保证两系统信息动态交换。一般情况下，该模块需要根据用户实际工位和现场条件定制。 小结 由于气瓶有了电子标签，保证了气瓶信息的唯一性，加强液化石油气钢瓶的安全与防伪监察，落实钢瓶建档、定点充装、定期检验。 通过各个环节的控制，通过气瓶状态信息的时实采集，达到了气瓶的状态与流向的追踪，避免了财产的流失。 通过在各环节，尤其灌装、仓储、配送RFID的部署，提高了效率。 项目实施的技术路线 1．数据中心系统采用大型数据库技术、网络技术、分布式计算技术，建立中心数据库以及各业务系统。 2．利用中间件技术实现硬件和应用程序间的中介角色，将各种不同的RFID设备和软件更顺畅地协同运行。该框架包括了RFID边缘件和RFID集成中间件两大部分。 3．各节点终端系统的部署和信息采集利用RFID技术进行部署 4．应用RFID技术，建立工业气瓶的灌装、检测、配送、流通等全程的监控与控制系统。在整个体系的建立过程中，工业气体公司、设备及系统开发供应商、灌装厂、检测站、配送或换气站共同参与，完成全过程自动信息传递。 5．以此项目成果作为行业标准建立的依据，通过政府的推动在全工业气零售行业中推广，争取参与政府该行业的标准建立工作。 系统组成与功能 RFID电子标签或条码 安贴在每一工业气钢瓶提手上，编号根据工业气公司要求编写，可代表钢瓶类型、检验日期、所有人、公司内部固定之产编号、使用年限等，并与后台数据管理系统一一对应。 RFID电子标签或条码打印机及电子标签或条码生成软件 用以依照工业气公司管理需求生成编号并打印条码，或印刷在电子标签上。 注：由于工业气钢瓶运输、磨损等问题，可采用金属RFID电子标签或采用特殊材料为工业气公司定制印有条码的标牌，增强条码的使用寿命。 手持设备 无线手持机： Ø 32位微处理器，主频：20MHz； Ø 实时时钟 Ø SAM卡接口（预留）：支持ISO7816的标准 T0/T1协议的智能卡。 Ø SIM卡接口：支持GPRS模块的SIM卡标准 Ø 存储器 FLASH存储器 2 MB（标配）,不改变线路，可以扩展到8 MB RAM存储器 2 MB Ø 液晶显示器 带背光 符合白天、晚上都可以使用的要求； FSTN,128*128点阵； 工作温度：-20度 到 70度； 存储温度：-30度 到 80度； Ø 按键（共28个键） 方向键４个＼确认键１个（2个键1个功能） 功能键8个（包括开关键１个＼移位键１个） 扫描键2个＼通讯键1个 数字键 １０个 Ø 电子标签识别模块 EM模块（可选） Ti模块（可选） 射频卡接口（可选） Ø 条码识别模块 支持一维条码 Ø 通讯接口 标准红外接口； 标准RS－232接口； 无线微功率无线模块（可选）； GPRS/CDMA通讯接口：（可选）； Ø 待机时间 7天以上；提供节电保护；在设定时间未使用POS机，自动关机。 Ø 配件 可充电锂电池：1700mAh。 专用充电器：PC机USB口，或直接5VDC适配器。 串口通讯线 充电底座 Ø 支持用户二次开发 编程语言：标准C语言 函数支持： 显示＼键盘＼通讯＼FLASH存储＼时钟＼蜂鸣器＼非接触卡＼无线模块＼GPRS 模块函数等 支持数据库检索 详细的编程指导，例子程序等． 自有编译系统和下载程序,支持Windows 2000/windows XP操作系统． Ø 尺寸规格 １７５mm*６８mm*４０mm Ø 重量 Ø 跌落试验：1.2米跌落； Ø 具有防潮、防尘、抗震、抗摔、抗电磁波功能。 微功率无线通信模块 产品特点： 体积小巧、适合于嵌入式安装； 价格低廉，适合于低成本要求的工程应用； 采用超大规模集成电路，低功耗设计，SMT生产工艺； 工业级产品设计，温度范围－30℃～65℃； 传输距离200米。 总体技术指标： 频率稳定度：5ppm 数据接口：RS-232、485、TTL（客户选择） 接口速率： 11.92k/1200bps（客户选择） 电源电压：DC 5V 电源消耗：满功率发射时＜0.2A 体积：长×宽×高＝ 85mm×45 mm×20 mm 发射指标： 输出功率：10mW 发射启动时间：≤30ms 工业气安全与零售管理系统（软件） 1．数据库中心管理系统 安装在工业气公司管理中心，SQL数据库对所有钢瓶信息进行存储、统计、管理，并根据工业气公司要求定制各种管理功能。管理中心与工业气站可通过计算机联网（拨号或ADSL）,也可通过手持实现无线（GPRS或CDMA1X）联网。 组成： Ø 门户管理系统 Ø Web服务器 Ø 监控中心数据库 Ø 生产信息中心 Ø 生产控制中心 2．各子系统 Ø 气瓶标签管理 Ø 用户标签管理 Ø 操作人员标签管理 Ø 出入灌装站认证、信息储存 Ø 出入灌装站身份管理 Ø 充装量统计管理 Ø 出入库管理 Ø 检测管理 Ø 设备基本信息管理 Ø 安全隐患巡检管理 Ø 气瓶安全验证管理 Ø 电子巡查功能 Ø 数据通讯 Ø 数据采集终端可作为通讯终端，可实现对生产经营活动的远程控制 Ø 终端也可实现定位、通话、短信等功能 中间件系统 本系统中间件是一种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递（Passing）信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。 实施的计划 阶段目标 第一阶段项目前期准备阶段： 1．完成项目可行性分析 2．选定示范项目点，实地考察需求 3．确定技术合作方，确定解决方案 4．确定设备安装方案及检测指标，完成设备选型。 第二阶段 1．完成各指标的检测方法与各项数据标准 2．建立数据库系统； 3．完成信息管理中心的平台建设 4．完成系统的原型 5．完成设备的演示调试 第三阶段 1．完成设备购置、现场安装与调试 2．进行系统的修改，完成系统的试运行； 第四阶段 项目试运行阶段： 1．完善标准； 2．通过数据库的信息积累，为项目技术推广做好前期准备。 科思中国(北京)有限公司 电话： 15801381484 传真： 010-58573146 地址： 北京市海淀区瑞德大厦 邮编： 100029 网址： www.rfidmap.cn QQ： 479017087 MSN： renzhixian.cool@live.cn
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