RFID應(yīng)用于軍械倉儲及運輸管理之探討

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

一 執(zhí)行構(gòu)想 

由于國軍(注：臺灣部隊)近年來各部隊因軍品管理不當(dāng)、少數(shù)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(dāng)，以致影響社會治安甚巨。運用現(xiàn)行RFID無線射頻技術(shù)，可以有效管理國軍機敏性軍品、人員裝備攜出、歸還、保養(yǎng)修護、物流管理、帳籍清點……等作為。透過先進之信息設(shè)備（后端伺服數(shù)據(jù)庫）逐項紀錄，減少紙本紀錄謄寫、大幅降低人力工時，在現(xiàn)今國軍精進政策方針指導(dǎo)下，實為有效并可推行之管理概念及機制。 

本案初期系統(tǒng)規(guī)劃作法，以本校軍械庫儲運管實施驗證，其規(guī)劃執(zhí)行構(gòu)想內(nèi)容為： 

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

（二）槍枝建置射頻標(biāo)簽，有效管制其攜出、歸還數(shù)量；領(lǐng)用、歸還時間；槍枝保養(yǎng)維修作業(yè)紀錄。 

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

（四）建置白金溫度感應(yīng)器，全天候24小時實時監(jiān)控庫儲環(huán)境之溫度。 

（五）運用射頻卷標(biāo)內(nèi)建內(nèi)存及后端數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，推動裝備ｅ化教學(xué)（知識管理建立）。 

（六）系統(tǒng)規(guī)劃建置（如圖1）。 

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二 軟、硬件系統(tǒng)設(shè)備規(guī)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(biāo)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(fā)展的目的是用來取代傳統(tǒng)電回路，隨著機電工業(yè)的進步， PLC的功能越來越強，體積越來越小，現(xiàn)今已不局限于當(dāng)時取代工業(yè)配線的原始用途。功能朝向多元、高功能和整合化的方向發(fā)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(shè)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(yīng)用場合，PLC也發(fā)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(nèi)存部中讀出程序解讀并執(zhí)行的地方，CPU之動作如下圖所示，執(zhí)行后再讀出并執(zhí)行下個步驟，直到程序完成然后重復(fù)相同的工作，這里讀出、解讀、執(zhí)行等一連貫作業(yè)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(nèi)存部 

貯存程序與數(shù)據(jù)的地方。由于PLC的動作由韌體階梯圖所決定，因此內(nèi)存的大小會以可容納的Step來計算，最大容量視PLC所能夠?qū)ぶ?Address)的Step決定，除了主機內(nèi)附的內(nèi)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(nèi)存提供RAM，EEPROM與EPROM三種供使用者選擇，亦可使用韌體決定內(nèi)存部分區(qū)塊為斷電保持或是非斷電保持。 

 輸入與輸出模塊 

連接開關(guān)或感應(yīng)器等控制機器，并處理內(nèi)部輸入狀態(tài)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(jié)果的地方。輸入的規(guī)格視 不同機型之PLC而不同通常為DC24V；輸出規(guī)格在一般的應(yīng)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(yīng)端提供DC電源給光電、近接等檢之器使用。 

 特殊模塊 

PLC在設(shè)計的初始為泛用型取代傳統(tǒng)的電工回路，隨著不同應(yīng)用場合的出現(xiàn)，開始強調(diào)其彈性，因此PLC廠商除了主機之外也會生產(chǎn)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(yīng)用層面而言，它廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)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(tǒng)：鐵路號志、地下鐵等。PLC已成為世界各國所能接受的標(biāo)準(zhǔn)行控制器之一。在階梯圖程序編寫方面除了傳統(tǒng)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(yīng)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(jīng)有數(shù)十年的歷史，穩(wěn)定性與耐用性遠勝過變動快速的PC系統(tǒng)與簡單的單芯片系統(tǒng)，在設(shè)計安全性高的系統(tǒng)時，往往將其擺在工作現(xiàn)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(yīng)器 

溫度在許多控制系統(tǒng)都是很重要的環(huán)境參數(shù)，溫度感測隨著工業(yè)發(fā)展也 出現(xiàn)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(jù)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(dǎo)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(nèi)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(shù)，亦即當(dāng)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(nèi)部構(gòu)造與實體圖（如圖3）。 




（五）圖型監(jiān)控系統(tǒng) 

圖形監(jiān)控系統(tǒng)是指以圖形操作接口達到監(jiān)控機臺之目的。工業(yè)革命初期，人們直接操作機器從事生產(chǎn)，直到自動化生產(chǎn)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(jié)果完全改變生產(chǎn)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(jiān)控在現(xiàn)代自動化中所占有的地位。廣義的人機接口應(yīng)該是泛指人與機器之間的接口關(guān)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(guān)系?，F(xiàn)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(jiān)控規(guī)劃軟件不必撰寫程序語言，規(guī)劃容易，所以能輕易迅速的執(zhí)行。但是在應(yīng)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(shù)(tag name)論價格。若不限點數(shù)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(fā)展MMI工具，以配合實際的應(yīng)用需要，在整個系統(tǒng)的整合上也較具有彈性。 

三、后端數(shù)據(jù)（軟、硬件）系統(tǒng)研發(fā) 

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

人員進出方面 

運用RFID無線射頻系統(tǒng)（頻率采13.56MHz），區(qū)分庫管人員進、出之門禁權(quán)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(tǒng)、極限開關(guān)（Limit Switch）、PLC可程序邏輯控制器、各式燈號系統(tǒng)，對軍械槍枝借出、歸還紀錄、槍枝庫儲定位、清點，做全時動態(tài)紀錄及數(shù)據(jù)備份（如圖5）。 




庫儲控溫方面 

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


管理程序系統(tǒng) 

運用Borland C++ Builder(BCB6.0)軟件，開發(fā)本系統(tǒng)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(xué)方面  

運用RFID無線射頻系統(tǒng)，射頻卷標(biāo)（Tag）內(nèi)部之內(nèi)存功能、或與后端數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)鏈路，可就各類庫儲軍品之性能、諸元、構(gòu)造、功用、裝備補保紀錄，進行實時登載與更新（如圖7）。 



四 系統(tǒng)導(dǎo)入之效益評估

人員進出方面 

透過RFID無線射頻系統(tǒng)認證、系統(tǒng)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(qū)分各級庫管人員進、出庫房門禁之權(quán)限、借還槍枝權(quán)限、并全時紀錄人員對于該系統(tǒng)注銷、入紀錄。配合國軍現(xiàn)行各項庫管作為及規(guī)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(guān)（Limit Switch）、各式燈號系統(tǒng)運用，所生之優(yōu)點如后： 

可將現(xiàn)行RFID無線射頻系統(tǒng)對金屬環(huán)境或水份所造成及產(chǎn)生的不良影響完全消弭。大幅增加系統(tǒng)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(wěn)定性。 

以往人員對于軍品借、還作業(yè)會因為不熟知儲位或裝備品項，而產(chǎn)生許多不便及耗費尋找時間。透過本系統(tǒng)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(yè)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(shù)據(jù)備份，同樣可降低人員每次填寫大量窗體及數(shù)據(jù)的時間。 

庫儲控溫方面 

臺灣位屬亞熱帶地區(qū)，海島型氣候高溫高濕、沿海鹽害、多臺及豐雨效應(yīng)，全年平均相對濕度（Relative Humidity）高達80％；國軍各地區(qū)庫儲環(huán)境也因濕害狀況，對裝備產(chǎn)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(dǎo)通短路”、”物理強度減弱”、”化學(xué) 性質(zhì)改變”、”潤滑油劑污濁卡死”、”金屬氧化腐蝕”、”材質(zhì)塑性喪失”、”彈藥高溫?zé)峤?、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(huán)境危安肇生。透過白金溫度感應(yīng)器系統(tǒng)，全時紀錄軍品（彈藥）庫儲環(huán)境之相對溫、濕度，可有效降低現(xiàn)有人力每天入庫抄寫紀錄溫、濕度數(shù)據(jù)，并可以最少人力監(jiān)控管制所有庫儲設(shè)施溫、濕度。大幅提升機敏軍品（彈藥）庫儲環(huán)境之妥善與安全性、同時亦降低、節(jié)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(chǎn)生頻波恐會對電擊發(fā)之彈體產(chǎn)生電磁幅射危害（Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance，HERO），故僅研究系統(tǒng)對其庫儲溫度之控管，并未對彈藥本體進行RFID無線射頻標(biāo)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(biāo)簽、讀取器與爆炸品保持至少一呎距離。但尚未對被動式標(biāo)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(biāo)簽，預(yù)計讀取器與爆炸品的距離將多于一呎以上。  

管理程序系統(tǒng) 

使用Borland C++ Builder(BCB6.0)軟件，開發(fā)本系統(tǒng)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(tǒng)，可以就庫儲軍品性能、諸元、構(gòu)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(yǎng)（修）操作者之教學(xué)經(jīng)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(jié)語 

本案研究RFID無線射頻辨識技術(shù)導(dǎo)入軍械庫房管理，大幅節(jié)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(yè)時間。對于庫儲環(huán)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(chǎn)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(shù)之運用，亦快速全面的導(dǎo)入人民日常生活中。它不但將取代條形碼，在物流領(lǐng)域掀起旋風(fēng)，在智能型商店購物、動物芯片、電子貨幣等各領(lǐng)域都將會看見RFID大規(guī)模革命性的運用。利用RFID技術(shù)提升企業(yè)競爭力已成為全球重要產(chǎn)業(yè)主流，國軍亦需對此議題深加研析，擇優(yōu)導(dǎo)入實施驗證。但要如何將此系統(tǒng)，有效導(dǎo)入及運用在國軍管理之各環(huán)節(jié)當(dāng)中，尚須端賴”人”的用心規(guī)劃、反復(fù)驗證測試，實可達到所要求之目標(biāo)，提升部隊?wèi)?zhàn)力，向科技管理、建軍備戰(zhàn)之目標(biāo)邁進。