史本飛，李 智

(青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266071)

RFID技術(shù)在印染業(yè)中的應(yīng)用研究

史本飛，李 智

(青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266071)

分析了現(xiàn)代印染企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題，從數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)管理上提出了RFID技術(shù)的應(yīng)用需求，利用RFID技術(shù)空間耦合原理實(shí)現(xiàn)非接觸式的自動(dòng)識(shí)別、追蹤目標(biāo)對(duì)象并讀取標(biāo)簽相關(guān)數(shù)據(jù)。以某印染公司基于RFID的MES系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的印染過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，闡述了RFID技術(shù)在印染業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用及采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)染整過(guò)程的信息化改造的重要意義。

RFID技術(shù)；紡織印染；信息化改造

我國(guó)是世界最大的紡織印染生產(chǎn)國(guó)之一，年生產(chǎn)加工量位居世界前列。但國(guó)內(nèi)印染企業(yè)普遍存在著管理過(guò)程繁雜、信息化水平低、耗能大污染重、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)家落實(shí)可持續(xù)科學(xué)發(fā)展觀，對(duì)印染企業(yè)提出了新的節(jié)能減排要求；另一方面，原材料成本、人工成本不斷上漲，國(guó)內(nèi)外企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)激烈，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息化潮流給傳統(tǒng)印染行業(yè)帶來(lái)巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。國(guó)家發(fā)改委在分析了中國(guó)印染行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)后，提出“要用信息化和高新技術(shù)改造傳統(tǒng)行業(yè)”，為印染行業(yè)的發(fā)展指明了方向[1]。當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)印染企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到信息技術(shù)在優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面的巨大作用，紛紛采用ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)系統(tǒng)或者其部分子系統(tǒng)如：物資資源管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)資源管理系統(tǒng)等。ERP系統(tǒng)集合了信息技術(shù)與先進(jìn)管理思想，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)化管理思想構(gòu)建企業(yè)信息化平臺(tái)，它的成功、高效運(yùn)行有賴于數(shù)據(jù)輸入的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。而時(shí)下一些企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測(cè)技術(shù)落后，主要靠人工記錄的紙質(zhì)媒介來(lái)采集和傳遞車間生產(chǎn)信息[2]，有些企業(yè)雖然也在管理層應(yīng)用了ERP系統(tǒng)，但仍然采用打印條形碼的傳統(tǒng)方式來(lái)記錄生產(chǎn)信息，存在著效率低、易出錯(cuò)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集不及時(shí)，缺乏對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況和生產(chǎn)進(jìn)度的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控等問(wèn)題，未能實(shí)現(xiàn)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的染整全過(guò)程的信息化管理。為了解決這些問(wèn)題，RFID技術(shù)進(jìn)入了現(xiàn)代印染企業(yè)及其從業(yè)者的視線。利用RFID技術(shù)對(duì)染整過(guò)程進(jìn)行信息化改造，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可為管理層實(shí)現(xiàn)可視化生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控和優(yōu)化計(jì)劃調(diào)度提供真實(shí)、有效的第一手?jǐn)?shù)據(jù)支持[3]。特別是，RFID系統(tǒng)與MES系統(tǒng)以及管理層ERP系統(tǒng)有效集成，將極大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、良品率和信息化程度，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

本文以某印染公司基于RFID的MES系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的印染過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，闡述RFID技術(shù)在印染業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用及采用RFID技術(shù)對(duì)染整過(guò)程的信息化改造的重要意義。

1 RFID應(yīng)用于印染過(guò)程的方案設(shè)計(jì)

RFID技術(shù)，又稱無(wú)線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification)技術(shù)，是一種利用空間耦合實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)識(shí)別、追蹤目標(biāo)對(duì)象并讀取標(biāo)簽相關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)[4]。與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比具有非接觸采集數(shù)據(jù)、速度快、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、準(zhǔn)確率高、簡(jiǎn)單易用、可循環(huán)使用、耐環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)[5]。RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、讀卡器、控制器、中間件、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成[6]。

1.1RFID的工作原理

RFID系統(tǒng)是使用RFID技術(shù)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)信息，如生產(chǎn)工序、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)人員、生產(chǎn)班組等，并將這些信息經(jīng)過(guò)中間件提取、解析、過(guò)濾處理后傳遞到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，以備上層MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)顯示、保存、生成報(bào)表等。寫有生產(chǎn)信息的RFID電子標(biāo)簽隨坯布流轉(zhuǎn)，當(dāng)其到達(dá)某一工位的閱讀器識(shí)別范圍內(nèi)時(shí)，閱讀器將讀取該卡信息，并將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)連接在計(jì)算機(jī)上的控制器，以WiFi無(wú)線通信的方式傳遞到RFID中間件，RFID中間件將信息分類處理后存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，管理層客戶端軟件通過(guò)服務(wù)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢車間實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，調(diào)整企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃[7]。RFID系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

1.2RFID技術(shù)應(yīng)用于染整過(guò)程的方案設(shè)計(jì)

1.2.1硬件準(zhǔn)備

電子標(biāo)簽：RFID電子標(biāo)簽又稱射頻卡或應(yīng)答器。主要有兩種，一種是無(wú)源標(biāo)簽，這種標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器識(shí)別范圍后，切割閱讀器發(fā)出的磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給讀卡器；另一種是有源標(biāo)簽，可主動(dòng)發(fā)送射頻信號(hào)，向外傳遞信息[8]。電子標(biāo)簽可以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，承載著物料的生產(chǎn)信息。結(jié)合該印染企業(yè)的實(shí)際情況，采用不含電源、無(wú)需維護(hù)、成本低廉的無(wú)源標(biāo)簽。根據(jù)其不同的用途可分為：?jiǎn)T工卡、物料卡、工序卡。

讀卡器：典型的RFID讀卡器主要由RFID射頻模塊、控制模塊以及閱讀器天線組成。讀卡器發(fā)射一個(gè)特定的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽感應(yīng)到這個(gè)信號(hào)后，就會(huì)給出相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，讀卡器接收該信號(hào)并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳌Ｗx卡器具有收發(fā)信號(hào)、顯示信息和數(shù)據(jù)輸入等功能。企業(yè)使用的讀卡器其面板功能較為簡(jiǎn)單，包含一個(gè)四行液晶顯示區(qū)和一個(gè)按鍵功能區(qū),可進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、確認(rèn)及取消等操作。在讀卡器上的所有操作，包括刷卡、按鍵等，都被看作是一個(gè)事件，每個(gè)事件產(chǎn)生一條數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，由服務(wù)器端程序處理事件數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)生產(chǎn)信息記錄，并將具體內(nèi)容顯示于屏幕，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互[9]。

無(wú)線控制器：一臺(tái)控制器可以同時(shí)接收多臺(tái)讀卡器的信息，通過(guò)與讀卡器之間的無(wú)線通信傳輸數(shù)據(jù)，避免了車間安裝和布線的麻煩。無(wú)線控制器采集信息后傳輸至電腦的RFID中間件，中間件完成對(duì)數(shù)據(jù)的提取、解析、過(guò)濾[10]，分析處理后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

計(jì)算機(jī)服務(wù)器：用于安裝RFID中間件軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)。RFID中間件獨(dú)立介于RFID應(yīng)用系統(tǒng)與企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間，濾除無(wú)用信息，篩選有用信息，減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)擔(dān)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，方便后臺(tái)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)[11]。

在每個(gè)工位安裝RFID無(wú)線讀卡器，讀卡器與控制器通過(guò)WiFi連接?？刂破魍ǔ０惭b在屋頂或車間立柱等比較高且安裝維護(hù)比較方便的位置，控制器通過(guò)網(wǎng)線與中間件服務(wù)器連接。中間件服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可使用同一臺(tái)服務(wù)器，但如果讀卡器數(shù)量比較多，則中間件服務(wù)器應(yīng)單獨(dú)使用一臺(tái)服務(wù)器，以確保響應(yīng)速度。

1.2.2操作流程設(shè)計(jì)

a.工人上崗。每位操作工發(fā)一張RFID員工卡，操作工人上班后，在讀卡器上刷員工卡登錄。讀卡器顯示員工姓名、工位、默認(rèn)工序。個(gè)人工作量都將記在該操作工名下。

b.布料出庫(kù)。下染整傳票時(shí)附帶生產(chǎn)用RFID卡，即物料卡。在打印傳票時(shí)，將生產(chǎn)用RFID卡放在發(fā)卡器上寫入信息。同時(shí)打印一個(gè)小條碼，包括鍋號(hào)、工件號(hào)等信息，將小條形碼貼在RFID卡上。RFID卡隨坯布流轉(zhuǎn)。

c.RFID卡流轉(zhuǎn)。當(dāng)坯布流轉(zhuǎn)到生產(chǎn)工位時(shí)，操作工人取下物料卡，在讀卡器上刷卡，讀卡器顯示傳票相關(guān)的內(nèi)容，若無(wú)需修改則按“確認(rèn)”鍵，系統(tǒng)自動(dòng)將工序、工位、生產(chǎn)工人、鍋號(hào)及整鍋質(zhì)量等生產(chǎn)信息保存在系統(tǒng)內(nèi)，讀卡器顯示信息保存成功。系統(tǒng)記錄當(dāng)前時(shí)間為加工開始時(shí)間。當(dāng)加工結(jié)束時(shí)，操作工再次掃描電子標(biāo)簽，系統(tǒng)記錄其結(jié)束加工時(shí)間，計(jì)算出加工工時(shí)并更新坯布加工信息。

d.工序變動(dòng)及交接班處理。工位所屬工序不經(jīng)常變動(dòng)，一般使用默認(rèn)工序。如有變動(dòng)，先刷工序RFID卡，根據(jù)讀卡器提示，輸入該讀卡器可選的工序編號(hào)，該讀卡器可選的工序號(hào)在數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)預(yù)先設(shè)置好，按下“確認(rèn)”按鈕，讀卡器顯示的工序信息將改變。如交接班或一個(gè)工位有多人操作，這時(shí)需要修改質(zhì)量，刷卡后先輸入個(gè)人實(shí)際工作質(zhì)量。同一鍋在同一工位的總質(zhì)量不能超過(guò)整鍋質(zhì)量，染整總實(shí)際時(shí)間不能超過(guò)工藝時(shí)間。讀卡器在刷生產(chǎn)用RFID卡時(shí)，提示同一鍋在同一工位已輸入的質(zhì)量及整鍋質(zhì)量信息。如沒(méi)有錯(cuò)誤，按“確認(rèn)”后讀卡器顯示信息保存成功。

e.質(zhì)量追溯。工序完成后送至質(zhì)檢區(qū)進(jìn)行成品檢驗(yàn)。將坯布的檢驗(yàn)信息記錄至數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)于質(zhì)量不合格需整鍋回修的，另下一張回修傳票，在原鍋號(hào)后加后綴即可，和正常傳票一樣在工序間流轉(zhuǎn)。部分回修的，回修部分另下一張回修傳票，并修改原傳票的質(zhì)量信息，分2張傳票流轉(zhuǎn)?；匦迋髌辈挥?jì)入實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量，但計(jì)入個(gè)人產(chǎn)量。在下回修傳票時(shí)必需指定質(zhì)量責(zé)任人、工位及回修原因，在計(jì)算個(gè)人產(chǎn)量時(shí)，扣除質(zhì)量責(zé)任人的相應(yīng)工位的該回修傳票的產(chǎn)量。

f.進(jìn)度追蹤和報(bào)表生成。刷生產(chǎn)用RFID卡后，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將根據(jù)刷卡記錄生成生產(chǎn)進(jìn)度日記錄表格式的記錄，系統(tǒng)根據(jù)此記錄進(jìn)行進(jìn)度追蹤，計(jì)算生產(chǎn)產(chǎn)量及個(gè)人產(chǎn)量及其他各類報(bào)表。

根據(jù)以上具體的操作流程，繪制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)印染過(guò)程的信息化改造對(duì)企業(yè)的意義

利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)印染過(guò)程的信息化改造對(duì)現(xiàn)代印染企業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，主要表現(xiàn)在RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能上。

a.完善工序定價(jià)的合理性。

RFID系統(tǒng)可實(shí)時(shí)自動(dòng)采集加工工序及其開始時(shí)間和完工時(shí)間，自主分析工序工時(shí)的合理性[12]。企業(yè)管理者根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，了解每道工序的加工時(shí)間，確保工序定價(jià)的合理性。

b.增強(qiáng)印染過(guò)程的可視性和透明度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)即時(shí)監(jiān)控。

RFID系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)自動(dòng)采集加工工序、所用的設(shè)備、操作工人等信息[13]。車間的管理人員通過(guò)系統(tǒng)可以隨時(shí)監(jiān)控每個(gè)訂單的生產(chǎn)進(jìn)度，訂單的完工情況，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。通過(guò)明確生產(chǎn)責(zé)任人還能有效控制次品率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

c.建立公正的績(jī)效評(píng)價(jià)機(jī)制，激勵(lì)員工提高效率。

RFID系統(tǒng)采集的信息實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確，避免了人工疏忽和干預(yù)，能夠幫助企業(yè)管理者建立公正的考評(píng)機(jī)制。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工人工作量，準(zhǔn)確計(jì)算工人工資，讓員工感受到企業(yè)按勞分配、公平公正的工作氛圍，激發(fā)員工的工作熱情。同時(shí)管理者可以隨時(shí)了解員工與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的差異，建立起針對(duì)不同員工、班組、車間的考評(píng)機(jī)制，提高工人生產(chǎn)積極性，對(duì)生產(chǎn)效率的持續(xù)提高起到激勵(lì)作用。

d.完善企業(yè)調(diào)度方案，解決生產(chǎn)瓶頸。

RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的信息采集、傳輸和處理的實(shí)時(shí)性和可靠性，可以隨時(shí)提供不同工位的在線數(shù)量、在線時(shí)間[14]等信息，并幫助企業(yè)的管理者發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)進(jìn)度的瓶頸環(huán)節(jié)，為有效地平衡生產(chǎn)提供幫助。

3 結(jié)束語(yǔ)

電子商務(wù)、信息經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得印染行業(yè)進(jìn)入到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化、定制化、短周期、零庫(kù)存的快捷生產(chǎn)時(shí)期，誰(shuí)能在信息采集、交換、決策上占據(jù)時(shí)效優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就掌握了競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)！利用RFID技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)印染行業(yè)進(jìn)行信息化改造，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控，加快了企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化的反應(yīng)速度，適應(yīng)了信息時(shí)代的發(fā)展要求[15]。該印染企業(yè)執(zhí)行的基于RFID技術(shù)的MES系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了車間實(shí)時(shí)監(jiān)控、工人產(chǎn)能績(jī)效實(shí)時(shí)體現(xiàn)、產(chǎn)品質(zhì)量信息快速反應(yīng)、設(shè)備利用率有效分析、工序定價(jià)工資工時(shí)合理計(jì)算以及生產(chǎn)進(jìn)度報(bào)表、薪資報(bào)表的自動(dòng)生成[16]，有效提升了企業(yè)的信息化程度，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。但是應(yīng)該指出印染企業(yè)信息化建設(shè)不僅僅是建立企業(yè)內(nèi)部的RFID實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它還包括ERP企業(yè)管理計(jì)劃系統(tǒng)、MES車間制造執(zhí)行系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)、電子商務(wù)等綜合應(yīng)用和有效集成[17]，這就決定了印染企業(yè)信息化建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的、不斷發(fā)展和逐步完善的過(guò)程，企業(yè)必須結(jié)合自身實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有資源，將信息化建設(shè)的成果轉(zhuǎn)化為企業(yè)的生產(chǎn)效益。

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Research on RFID technology applications in printing and dyeing industry

SHI Benfei, LI Zhi

(Qingdao University, Shandong Qingdao, 266071, China)

It introduces the development trend and the existing problems of modern printing and dyeing enterprises, presents the applications of RFID technology from the data collection and production management, illustrates the working principle of RFID technology. Taking a MES system based on RFID technology in printing and dyeing company as an example, it shows the detail about the system design. It elaborates the practical application of RFID technology in printing and dyeing. The result shows that application of RFID technology has an important significance to achieve the information transformation of the printing and dyeing process.

RFID technology; textile printing and dyeing; information transformation

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.03.009

2015-01-21

史本飛(1988—)，男，山東棲霞人，青島大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程測(cè)控技術(shù)與虛擬儀器、制造業(yè)信息化。

TP29

A

2095-509X(2015)03-0043-04