基于NFC技术的生产管理系统的设计与实现

　　1 引言（Introduction）

　　我国是劳动密集型生产企业集中的大国，劳动密集型生产企业一直存在人员众多，管理复杂，工序繁琐等问题。在日常的管理工作中，需要投入大量的人力和物力来管理员工每日的工作，统计每日的工作量、检查工作进度、检查工作质量、上报工作情况等。目前大多数企业都是以办公软件和统计软件相结合来完成这些工作，效率低下而且打印量较多，人工成本和耗材成本较高。研究初期，我们提出了一种基于射频识别RFID_UIM技术的生产管理计件计量系统，生产员工配备RFID_UIM卡的手机，每个生产组配一个电脑、一个应用接收机具、一个条码扫描枪。生产组长用条码扫描枪读取计件物料编号，生产组员通过RFID_UIM卡手机刷应用接收端机具领取物料，生产组长确认刷卡后，该记录生成，作为系统统计的原始记录。从而实现生产厂家了解总体生产情况、成本支出的目的，为企业改善生产效率提供了科学依据。但是在采用基于RFID_UIM技术的生产管理计件计量系统实际应用过程中，应用接收端机具与扫描枪的使用，大大限制了使用场景，增加了用户使用成本。为解决这一问题，我们对静距离无线通信NFC技术开展了研究，设计了基于NFC技术的生产管理系统，利用支持NFC功能的手机终端实现了原有应用接收端机具与扫描枪的功能，降低了客户使用成本。

　　2 技术基础（Technological base）

　　NFC（Near Field Communication）是一种非接触感应和识别技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输来交换数据，在以13.56MHz频率运行于20厘米的距离内。由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。

　　NFC包含三种工作模式：卡模式、点对点模式与读卡器模式。卡模式（Card emulation）：这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代现在大量的IC卡场合，如商场刷卡、公交卡、门禁管制、车票、门票等等。点对点模式（P2P mode）：这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，传输距离较短，传输速度较快、功耗低。能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址簿。读卡器模式（Reader/writer mode）：作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。本方案采用读卡器模式来实现数据采集、计件计量等生产管理功能。

　　与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但NFC技术与RFID技术还是存在着很大的区别。第一，NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片，而RFID必须由阅读器和标签组成。第二，NFC传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米，甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。正由于NFC的这些特性，我们设计的生产管理系统才采用了NFC技术来替代原有RFID_UIM技术，达到减少设备投入，便捷客户使用的目的。

　　3 系统架构（System architecture）

　　生产管理系统涉及三个对象：生产工人、生产车间组长和IE部门。IE部门负责对生产工序的编辑及生成控制，充当标签管理者的角色。IE部门将计件信息签名后写入NFC计件标签，生产车间组长将安装好计件读取模块的NFC移动通信终端靠近NFC计件标签获取计件物品数据信息，靠近生产组员NFC移动通信终端或IC卡确认身份并允许领取计件物品，并通过移动通信网络将信息发送至生产管理系统后台；生产管理系统后台获取上述移动通信终端发送的数据信息及移动通信终端的用户信息，根据生产管理规则进行分析判断处理。

　　以上是从系统角色分配上给出的系统介绍，下面从系统应用模块的技术实现上分析系统架构（图1）。基于NFC技术的生产管理系统主要由生产管理系统后台、移动通信终端、NFC标签以及移动通信网络构成。

　　生产管理系统后台采用B/S结构，在J2EE平台上进行开发，它包含相应的管理软件和后台管理数据库。在功能上包括标签管理子系统、IE子系统、查询子系统以及管控子系统。标签管理子系统提供编码的增、删、改、查功能，同时提供IE部门管理员将计件信息封装为NFC计件标签的格式并写入标签的功能；IE子系统负责工序流程表的输入、输出，以及模板导入功能；查询子系统提供生产组长查看该组当天、当月的计件计量完成情况的功能；管控子系统提供管理员就生产完成情况生成每个员工、每组的各类报表的功能。

　　在移动通信终端上分为四层，分别是NFC硬件通信层、适配层、NFC探测解析开发包以及计件信息读取模块[1]。NFC硬件通信层主要由NFC控制器、安全单元和天线构成。NFC天线接收外部的NFC标签发出的NFC数据信号，NFC控制器将上述接收到的NFC数据信号进行数据模式转换，将NFC射频信号转换为数字信号，安全单元在本系统中采用的是电信C网，选择的是UIM芯片。NFC控制器通过单线通信协议（SWP）与UIM卡之间进行通信[2]。架构上层NFC探测解析开发包则提供关于NDEF（NFC data exchange format， NFC数据交换格式）的探测与解析方法。系统的计件信息读取模块安装在用户的智能手机客户端中，当移动通信终端扫描到带有NDEF的数据标签时，基于Android的NFC探测解析开发包会对数据标签进行读取操作。