胡曉兵，李現(xiàn)春，郭磊，周原令

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RFID技術(shù)在大型壓力容器焊接生產(chǎn)線上的應用研究

胡曉兵1，李現(xiàn)春1，郭磊2，周原令1

（1.四川大學 制造科學與工程學院，四川 成都 610056；2.浙江億利達風機股份有限公司，浙江 臺州 318056）

通過對大型壓力容器焊接生產(chǎn)線的生產(chǎn)監(jiān)控和管理模式的現(xiàn)狀分析，指出目前大型壓力容器車間的整體生產(chǎn)管理粗放模式已跟不上現(xiàn)代制造企業(yè)信息化發(fā)展的進程，設計了一種基于RFID的生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，把RFID技術(shù)應用于生產(chǎn)環(huán)境復雜惡略的焊接車間，可以有效滿足壓力容器焊接產(chǎn)線對信息化的需求、改善焊接產(chǎn)線生產(chǎn)狀況、提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，并實例驗證系統(tǒng)的可行性和有效性。

RFID；壓力容器；焊接生產(chǎn)線；生產(chǎn)監(jiān)控

隨著市場競爭的日益激烈，制造行業(yè)的產(chǎn)品呈現(xiàn)市場變化快、生命周期短等特性，現(xiàn)有生產(chǎn)線尤其環(huán)境惡略的焊接生產(chǎn)線信息管理現(xiàn)狀已強不能滿足日益加劇的信息化需求，對于制造行業(yè)來說只有通過尋求新的信息化手段來武裝自己，才能在激烈的競爭中占有一席之地。

近年來，國內(nèi)外學者對RFID技術(shù)在制造業(yè)車間方面的應用研究日益增多，取得一定成果。仲元昌等[1]應用RFID技術(shù)實現(xiàn)汽車生產(chǎn)線的實時數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量監(jiān)控的可行性和先進性；許周詳?shù)萚2]應用RFID采集方式代替條形碼來完成制造信息的采集，達到減員增效、提高企業(yè)競爭力、實現(xiàn)制造智能化的目的；何龍[3]通過RFID事件來研究刀具管理方法；Hwang, Nam-Seong[4]以實例論證采用RFID技術(shù)使生產(chǎn)率提高50%以上，證明RFID的必要性和有效性；Navon R、Berkovich O[5]以工程施工材料為例開發(fā)了一種基于自動或半自動數(shù)據(jù)收集材料管理和控制的模型，自動啟動和管理材料的訂購，監(jiān)測施工現(xiàn)場的材料實際流量和現(xiàn)有庫存。

1 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）是一種無線通信技術(shù)[6]，由信號發(fā)射設備、信號接收設備、編程器、發(fā)射接收天線等部分組成[7]。可通過射頻信號的空間電磁渦合實現(xiàn)無任何機械接觸或光學接觸的特定目標的信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現(xiàn)物體的自動識別，操作便捷、無需接觸、自動化程度高；耐用可靠，使用壽命長且可重復使用；識別速度快，也適用于高速運動的物體，也可對多標簽同時識別；讀取距離大，只要在讀寫器輻射范圍內(nèi)都可以被讀取識別；存儲容量大?？梢赃m用于多種工作環(huán)境，廣泛應用于物流和供應鏈、超市、交通自動收費系統(tǒng)、圖書館、電子支付、車間制造等領(lǐng)域。

2 壓力容器生產(chǎn)監(jiān)控RFID應用需求

2.1 大型壓力容器生產(chǎn)監(jiān)管理現(xiàn)狀

在壓力容器焊接生產(chǎn)過程信息采集方面，缺乏快速有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息采集手段。國內(nèi)焊接裝配線采集信息大多采用條碼技術(shù)，甚至有些仍采用手工記錄信息、然后再批量錄入到管理信息中，導致數(shù)據(jù)具有一定的滯后性，信息使用效率較低，為ERP、MES系統(tǒng)在焊接車間的應用帶來障礙。

在產(chǎn)線監(jiān)管方面，監(jiān)管力度不足。由于焊接過程信息不透明，不能對產(chǎn)線上的壓力容器進行實時信息跟蹤，對及時掌握生產(chǎn)狀況、質(zhì)量控制方面帶來困難，從而影響生產(chǎn)效率。

信息不能及時反饋，造成產(chǎn)線管理難以做到精細化。管理計劃層和車間執(zhí)行層之間的信息容易脫節(jié)，完成的生產(chǎn)任務往往達不到生產(chǎn)計劃要求的標準，車間整體的生產(chǎn)任然是粗放型模式。圖1、圖2為目前某大型壓力容器焊接車間的傳統(tǒng)焊接工藝線路和車間布局。

圖2 大型壓力容器焊接車間布局

2.2 需求分析

數(shù)據(jù)采集是大型壓力容器制造過程監(jiān)控和跟蹤的基礎，目前我國大多數(shù)大型壓力容器生產(chǎn)監(jiān)控仍處于人工記錄或條形碼為主的管理模式。由于信息采集手段的落后，企業(yè)信息管理系統(tǒng)難以實現(xiàn)，不能實時準確高效的獲取信息，致使企業(yè)管理人員不能及時的掌握生產(chǎn)車間的實際情況，不能根據(jù)車間實際的生產(chǎn)狀況制定行之有效的作業(yè)計劃，最終導致缺乏可靠依據(jù)來解決生產(chǎn)車間的實際問題。對于混線生產(chǎn)的產(chǎn)線上尤為明顯，如果不及時跟蹤管理一些特殊的生產(chǎn)訂單，很有可能出現(xiàn)漏裝、錯裝零部件，造成產(chǎn)品一次下線合格率降低，極大影響生產(chǎn)計劃的進行。

在大型壓力容器生產(chǎn)中引入RFID技術(shù)來解決生產(chǎn)監(jiān)控的問題。利用RFID標簽對大型壓力容器每個部件進行標記，利用設置在焊接流水線上的RFID閱讀器讀取移動RFID標簽，可以輕松跟蹤到每一個零部件，并將獲取的信息集成傳送到企業(yè)現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)或MES系統(tǒng)中，不需要對制造執(zhí)行系統(tǒng)進行更改，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的可靠準確跟蹤，幫助工作人員及時準確了解產(chǎn)線整體生產(chǎn)情況，以做出相應的計劃變更和排產(chǎn)安排。

3 基于RFID技術(shù)的大型壓力容器生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)的搭建

本系統(tǒng)開發(fā)采用B/S架構(gòu)技術(shù)，僅需要在客戶機上安裝瀏覽器（Browser）、在服務器上安裝數(shù)據(jù)庫（Server），便可以方便地通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫瀏覽器的交互，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、使用和維護流程，并且保障客戶的訪問效率。

圖3為系統(tǒng)的總體框架圖：標簽部署層主要是將標簽部署在壓力容器上或其他設備上，用來實現(xiàn)識別跟蹤；物理層是部署包括RFID閱讀器、天線、路由器、計算機硬件等的現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控和設備的驅(qū)動控制；閱讀器在電子標簽中采集到的信息，通過中間件進行處理后，反饋到企業(yè)應用層，企業(yè)應用層進一步對信息處理，得到車間生產(chǎn)情況的真實反饋信息。

圖3 大型壓力容器生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)總體框架

3.2 系統(tǒng)的功能體系

大型壓力容器生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)主要利用射頻識別技術(shù)采集生產(chǎn)信息，向MES提供生產(chǎn)現(xiàn)場的實時信息，以實現(xiàn)整個生產(chǎn)進程管理和控制。系統(tǒng)的功能主要設計有系統(tǒng)管理、設備管理、車間狀態(tài)監(jiān)控、綜合查詢和統(tǒng)計以及數(shù)據(jù)采集等五大模塊，如圖4所示。

圖4 大型壓力容器RFID生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

4 RFID生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的分析與實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)采集點布置

綜合考慮RFID技術(shù)的性能和成本，依據(jù)采集點選擇的基本原則，根據(jù)焊接生產(chǎn)的整個過程，選擇關(guān)鍵工序，對同一工序的狀態(tài)和工序間的狀態(tài)進行合并，合理布置RFID數(shù)據(jù)采集點，如圖5所示。在壓力容器合適位置安裝RFID標簽，在焊接線的上下線處及關(guān)鍵合并控制點安裝RFID閱讀器，在上線處將壓力容器基本信息寫入標簽，在焊接過程中利用關(guān)鍵控制點的RFID閱讀器對工序焊接中的信息進行自動監(jiān)控，與現(xiàn)場的設備控制系統(tǒng)通信（如圖6所示），以適當調(diào)整壓力容器上線速度和生產(chǎn)隊列的編組，在焊接下線處也要實現(xiàn)自動采集標簽，實現(xiàn)焊接件的自動跟蹤監(jiān)控。

圖5 信息采集點布置

4.2 系統(tǒng)的實現(xiàn)

RFID生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件環(huán)境的搭建和軟件環(huán)境的開發(fā)兩大部分。綜合考慮代碼規(guī)范性和開發(fā)效率，本系統(tǒng)的軟件部分開發(fā)是采用C#面向?qū)ο蟮恼Z言進行代碼編寫，采用基于JQuery基礎擴展的EasyUI來設計顯示界面。數(shù)據(jù)傳輸采用Ajax異步數(shù)據(jù)的傳輸（HTTP請求）從服務器獲得需要的數(shù)據(jù)，異步JavaScript和XML技術(shù)使數(shù)據(jù)和呈現(xiàn)過程分離，實現(xiàn)網(wǎng)頁的部分更新，提高系統(tǒng)界面的人機友好交互，在瀏覽器和WEB服務器間實現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)需要獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，減少不必要多余的請求，減少客戶端與服務器之間的數(shù)據(jù)交換，減少網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸流量，極大地提高了網(wǎng)頁訪問效率[8-9]。采用Visual Studio 2015作為整個系統(tǒng)軟件的開發(fā)工具。

圖6 系統(tǒng)物理模型

通過一系列的建模開發(fā)后，設計的RFID生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)運行界面如圖7、圖8所示。

圖7 登錄窗口

5 結(jié)論

針對壓力容器焊接生產(chǎn)線信息監(jiān)控障礙，從車間信息化管理角度出發(fā)，指出了現(xiàn)有管理模式、產(chǎn)線監(jiān)管和信息采集方面的問題和不足，提出了一種基于RFID技術(shù)的生產(chǎn)信息監(jiān)控系統(tǒng)，以滿足壓力容器焊接產(chǎn)線對信息化的需求，改善焊接產(chǎn)線生產(chǎn)狀況，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)不僅適用于大型壓力容器焊接生產(chǎn)線，還可以推廣應用于如汽車、起重設備等制造業(yè)車間，有良好的發(fā)展空間。由于技術(shù)的不斷更新完善，對制造業(yè)焊接生產(chǎn)線的信息管理有待進一步的研究和探索。

圖8 管理界面

[1]仲元昌，孫麗敬，等. RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線上的應用現(xiàn)狀[J].微型機與應用，2010（3）：1-3，7.

[2]許周祥，陳緒兵，等. RFID技術(shù)在智能化生產(chǎn)線中的應用[J].機械工程自動化，2017，8（4）：138-139，141.

[3]何龍，鄢平，陳青山. 基于RFID和Agent的刀具管理方法研究[J]. 機械，2014，41（1）：9-13.

[4]Hwang, Nam-Seong. Productivity improvement by using RFID in industry[J]. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers，2008，11（32）：1041-1046.

[5]Navon R, Berkovich O. Development and On-Site Evaluation of an Automated Materials Management and Control Model[J]. Journal of Construction Engineering & Management，2005，131（12）：1328-1336.

[6]趙繼春. 智慧小區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應用設計[J]. 數(shù)字通信，2013，40（6）：23-25.

[7]王麗亞. 物流信息系統(tǒng)與應用案例[M]. 北京：科學出版社，2007.

[8]許歡. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在個人生活領(lǐng)域的應用[D]. 淮南：安徽理工大學，2011.

[9]仰燕蘭，金曉雪，葉樺. ASP.NETAJAX框架研究及其在Web開發(fā)中的應用[J]. 計算機應用與軟件，2011（6）：195-198.

Application of RFID Technology in Welding Production Line of Large Pressure Vessel

HU Xiaobing1，LI Xianchun1，GUO Lei2，ZHOU Yuanling1

( 1.Department of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610000, China; 2.Zhejiang Yilida Ventilator Co., Ltd, Taizhou 318056, China )

Through analyzing the monitoring of welding production line of large pressure vessel and the current situation of management model, the research founds that the current extensive mode of production management failed to keep pace with the informationization development of modern manufacturing enterprise. They designed a production line monitoring system based on RFID. The application of RFID technology to the complicated and bad production environment can effectively meet the needs of informationization development of pressure vessel welding production line and improve the performance of welding production line and production efficiency.

RFID；pressure vessel；welding production line；production monitoring

TP391

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.004

1006－0316 (2018) 11－0016－05

2018－05－22

四川省科技計劃項目（2016KJ0059～2015GZ0014）；四川省科技計劃項目（2017KJT0018～2017GZ0066）；中國制造2025四川行動計劃（2017ZZ001）；中國制造2025四川行動計劃（2017ZZ018）

胡曉兵（1970－），男，湖北黃岡人，博士，教授，主要研究方向為數(shù)字化車間；李現(xiàn)春（1990－），男，河南周口人，碩士研究生，主要研究方向為智能制造。